本篇内容主要讲解“AUFS工作原理是什么”，感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷，实用性强。下面就让小编来带大家学习“AUFS工作原理是什么”吧!
rootfs（根文件系统）是挂载在容器根目录上，用来为容器进程提供隔离后执行环境的文件系统，就是所谓的“容器镜像”。所以，一个最常见的 rootfs，或者说容器镜像，会包括如下所示的一些目录和文件，比如 /bin，/etc，/proc 等等：
$ ls / bin dev etc home lib lib64 mnt opt proc root run sbin sys tmp usr var
而你进入容器之后执行的 /bin/bash，就是 /bin 目录下的可执行文件，与宿主机的 /bin/bash 完全不同。 对 Docker 项目来说，它最核心的原理实际上就是为待创建的用户进程：
启用 Linux Namespace 配置；
设置指定的 Cgroups 参数；
切换进程的根目录（Change Root）。
另外，需要明确的是，rootfs 只是一个操作系统所包含的文件、配置和目录，并不包括操作系统内核。在 Linux 操作系统中，这两部分是分开存放的，操作系统只有在开机启动时才会加载指定版本的内核镜像。所以说，rootfs 只包括了操作系统的“躯壳”，并没有包括操作系统的“灵魂”。
那么，对于容器来说，这个操作系统的“灵魂”又在哪里呢？ 实际上，同一台机器上的所有容器，都共享宿主机操作系统的内核。这就意味着，如果你的应用程序需要配置内核参数、加载额外的内核模块，以及跟内核进行直接的交互，你就需要注意了：这些操作和依赖的对象，都是宿主机操作系统的内核，它对于该机器上的所有容器来说是一个“全局变量”，牵一发而动全身。这也是容器相比于虚拟机的主要缺陷之一：毕竟后者不仅有模拟出来的硬件机器充当沙盒，而且每个沙盒里还运行着一个完整的 Guest OS 给应用随便折腾。
Docker 在镜像的设计中，引入了层（layer）的概念。也就是说，用户制作镜像的每一步操作，都会生成一个层，也就是一个增量 rootfs。
当然，这个想法不是凭空臆造出来的，而是用到了一种叫作联合文件系统（Union File System）的能力。
Union File System 也叫 UnionFS，最主要的功能是将多个不同位置的目录联合挂载（union mount）到同一个目录下。比如，我现在有两个目录 A 和 B，它们分别有两个文件：
$ tree . ├── A │ ├── a │ └── x └── B ├── b └── x
然后，我使用联合挂载的方式，将这两个目录挂载到一个公共的目录 C 上：
$ mkdir C $ mount -t aufs -o dirs=./A:./B none ./C
这时，我再查看目录 C 的内容，就能看到目录 A 和 B 下的文件被合并到了一起：
$ tree ./C ./C ├── a ├── b └── x
可以看到，在这个合并后的目录 C 里，有 a、b、x 三个文件，并且 x 文件只有一份。这，就是“合并”的含义。此外，如果你在目录 C 里对 a、b、x 文件做修改，这些修改也会在对应的目录 A、B 中生效。
Docker 中最常用的联合文件系统有三种：AUFS、Devicemapper 和 OverlayFS。
AUFS 目前并未被合并到 Linux 内核主线，因此只有 Ubuntu 和 Debian 等少数操作系统支持 AUFS。你可以使用以下命令查看你的系统是否支持 AUFS：
root@cr7-ubuntu:~# grep aufs /proc/filesystems nodev aufs
执行以上命令后，如果输出结果包含aufs，则代表当前操作系统支持 AUFS。AUFS 推荐在 Ubuntu 或 Debian 操作系统下使用，如果你想要在 CentOS 等操作系统下使用 AUFS，需要单独安装 AUFS 模块。
当确认完操作系统支持 AUFS 后，你就可以配置 Docker 的启动参数了。 先在 /etc/docker 下新建 daemon.json 文件，并写入以下内容：
{
"storage-driver": "aufs"
}然后使用以下命令重启 Docker：
systemctl daemon-reload && systemctl restart docker
Docker 重启以后使用 docker info 命令即可查看配置是否生效：
root@cr7-ubuntu:~# docker info Client: Debug Mode: false Server: Containers: 1 Running: 1 Paused: 0 Stopped: 0 Images: 1 Server Version: 19.03.8 Storage Driver: aufs #可以看到 Storage Driver 已经变为 aufs Root Dir: /var/lib/docker/aufs Backing Filesystem: extfs Dirs: 3 Dirperm1 Supported: true Logging Driver: json-file Cgroup Driver: cgroupfs ......
可以看到 Storage Driver 已经变为 aufs，证明配置已经生效，配置生效后就可以使用 AUFS 为 Docker 提供联合文件系统了。
AUFS 是联合文件系统，意味着它在主机上使用多层目录存储，每一个目录在 AUFS 中都叫作分支，而在 Docker 中则称之为层（layer），但最终呈现给用户的则是一个普通单层的文件系统，我们把多层以单一层的方式呈现出来的过程叫作联合挂载。
如上图，每一个镜像层和容器层都是 /var/lib/docker 下的一个子目录，镜像层和容器层都在 aufs/diff 目录下，每一层的目录名称是镜像或容器的 ID 值，联合挂载点在 aufs/mnt 目录下，mnt 目录是真正的容器工作目录。
下面我们针对 aufs 文件夹下的各目录结构，在创建容器前后的变化做详细讲述： 1.当一个镜像未生成容器时，AUFS 的存储结构如下。
diff 文件夹：存储镜像内容，每一层都存储在以镜像层 ID 命名的子文件夹。
layers 文件夹：存储镜像层关系的元数据，在 diif 文件夹下的每个镜像层在这里都会有一个文件，文件的内容为该层镜像的所有父级镜像的 ID。
mnt 文件夹：联合挂载点目录，未生成容器时，该目录为空。
2.当一个镜像已经生成容器时，AUFS 存储结构会发生如下变化。
diff 文件夹：当容器运行时，会在 diff 目录下生成容器层，容器层是可读写的，存放容器相对于镜像层不同的文件（新增或删除）。另外 diff 目录中还有 以"-init"结尾的层，夹在容器层和镜像层之间。Init 层是 Docker 项目单独生成的一个内部层，专门用来存放 /etc/hosts、/etc/resolv.conf 等信息。
layers 文件夹：增加容器层相关的元数据。
mnt 文件夹：容器的联合挂载点，这和容器中看到的文件内容一致。
读取文件
文件在容器层中存在时：当文件存在于容器层时，直接从容器层读取。
当文件在容器层中不存在时：当容器运行时需要读取某个文件，如果容器层中不存在时，则从镜像层查找该文件，然后读取文件内容。
文件既存在于镜像层，又存在于容器层：当我们读取的文件既存在于镜像层，又存在于容器层时，将会从容器层读取该文件。
修改文件或目录 AUFS 对文件的修改采用的是写时复制的工作机制，这种工作机制可以最大程度节省存储空间。具体的文件操作机制如下。
第一次修改文件：当我们第一次在容器中修改某个文件时，AUFS 会触发写时复制操作，AUFS 首先从镜像层复制文件到容器层，然后再执行对应的修改操作。
AUFS 写时复制的操作将会复制整个文件，如果文件过大，将会大大降低文件系统的性能，因此当我们有大量文件需要被修改时，AUFS 可能会出现明显的延迟。好在，写时复制操作只在第一次修改文件时触发，对日常使用没有太大影响。
删除文件或目录：当文件或目录被删除时，AUFS 并不会真正从镜像中删除它，因为镜像层是只读的，AUFS 会创建一个特殊的文件或文件夹（在 diff 目录下创建 .wh 开头的文件或文件夹），这种特殊的文件或文件夹会阻止容器的访问。
拉取镜像前diff，layers，mnt 目录都为空
root@cr7-ubuntu:/var/lib/docker/aufs# tree -L 2 . ├── diff ├── layers └── mnt 3 directories, 0 files
拉取一个apline:latest的基础镜像
root@cr7-ubuntu:/var/lib/docker/aufs# docker pull alpine Using default tag: latest latest: Pulling from library/alpine 188c0c94c7c5: Pull complete Digest: sha256:c0e9560cda118f9ec63ddefb4a173a2b2a0347082d7dff7dc14272e7841a5b5a Status: Downloaded newer image for alpine:latest docker.io/library/alpine:latest
拉取完镜像后，可以看到diff，layer，mnt目录下都新增了一个6b2b93d3f...目录。其中：
diff下的6b2b93d3f...目录中包含apline镜像的相关目录和文件。
layers下的6b2b93d3f...文件中内容是空的，因为没有父级镜像。
mnt下的6b2b93d3f...目录内容是空的，因为还没有启动容器。
root@cr7-ubuntu:/var/lib/docker/aufs# tree -L 3 . ├── diff │ └── 6b2b93d3feced2838351bad5a459ebc13a55eca45007692ca1622a0c30e986b7 │ ├── bin │ ├── dev │ ├── etc │ ├── home │ ├── lib │ ├── media │ ├── mnt │ ├── opt │ ├── proc │ ├── root │ ├── run │ ├── sbin │ ├── srv │ ├── sys │ ├── tmp │ ├── usr │ └── var ├── layers │ └── 6b2b93d3feced2838351bad5a459ebc13a55eca45007692ca1622a0c30e986b7 #文件为空 └── mnt └── 6b2b93d3feced2838351bad5a459ebc13a55eca45007692ca1622a0c30e986b7 #目录为空
使用apline镜像创建一个容器，但是先不运行该容器。
root@cr7-ubuntu:/var/lib/docker/aufs# docker create -it --name aufs-test alpine 965157ea214e48fdb8f10dbe1b254da442fff223496aacdc7ec2dd29b954b9d9
从下面可以看出，创建一个容器，实际上就是创建了一层读写层(容器层),也就是下面的76a069867...目录。
diff目录中的76a069867...-init目录用来初始化容器环境，包含初始化的文件。76a069867...目录是容器运行后才会写入的层，因为此时容器还没有运行，所以该目录是空的。
layer目录中的新增的76a069867...-init文件存放了基本镜像6b2b93d3f...的ID，76a069867文件存放了父级镜像76a069867...-init和6b2b93d3f...的ID。
mnt目录下也创建了对应的联合挂载目录，76a069867...-init和76a069867目录都为空。
root@cr7-ubuntu:/var/lib/docker/aufs# tree -L 3 . ├── diff │ ├── 6b2b93d3feced2838351bad5a459ebc13a55eca45007692ca1622a0c30e986b7 │ │ ├── bin │ │ ├── dev │ │ ├── etc │ │ ├── home │ │ ├── lib │ │ ├── media │ │ ├── mnt │ │ ├── opt │ │ ├── proc │ │ ├── root │ │ ├── run │ │ ├── sbin │ │ ├── srv │ │ ├── sys │ │ ├── tmp │ │ ├── usr │ │ └── var │ ├── 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0 │ └── 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0-init │ ├── dev │ └── etc ├── layers │ ├── 6b2b93d3feced2838351bad5a459ebc13a55eca45007692ca1622a0c30e986b7 │ ├── 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0 │ └── 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0-init └── mnt ├── 6b2b93d3feced2838351bad5a459ebc13a55eca45007692ca1622a0c30e986b7 ├── 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0 └── 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0-init
查看layers下ID的关系：
root@cr7-ubuntu:/var/lib/docker/aufs/layers# ll total 16 drwx------ 2 root root 4096 Nov 9 22:16 ./ drwx------ 5 root root 4096 Nov 9 10:30 ../ -rw-r--r-- 1 root root 0 Nov 9 21:03 6b2b93d3feced2838351bad5a459ebc13a55eca45007692ca1622a0c30e986b7 -rw-r--r-- 1 root root 135 Nov 9 22:16 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0 -rw-r--r-- 1 root root 65 Nov 9 22:16 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0-init # 6b2b93d3fece..是基本镜像，就没有父级镜像的ID了 root@cr7-ubuntu:/var/lib/docker/aufs/layers# cat 6b2b93d3feced2838351bad5a459ebc13a55eca45007692ca1622a0c30e986b7 # 76a069867...-init文件存放了基本镜像6b2b93d3f...的ID root@cr7-ubuntu:/var/lib/docker/aufs/layers# cat 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0-init 6b2b93d3feced2838351bad5a459ebc13a55eca45007692ca1622a0c30e986b7 # 76a069867文件存放了父级镜像76a069867...-init和6b2b93d3f...的ID root@cr7-ubuntu:/var/lib/docker/aufs/layers# cat 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0-init 6b2b93d3feced2838351bad5a459ebc13a55eca45007692ca1622a0c30e986b7 root@cr7-ubuntu:/var/lib/docker/aufs/layers#
使用 docker start 启动容器，再次观察 aufs 下的目录：
diff 目录的和前面一样。
layer 目录和前面一样。
mnt 目录的76a069867目录新增了 diff 中3个目录合并的内容。
root@cr7-ubuntu:/var/lib/docker/aufs# docker start aufs-test root@cr7-ubuntu:/var/lib/docker/aufs# tree -L 3 . ├── diff │ ├── 6b2b93d3feced2838351bad5a459ebc13a55eca45007692ca1622a0c30e986b7 │ │ ├── bin │ │ ├── dev │ │ ├── etc │ │ ├── home │ │ ├── lib │ │ ├── media │ │ ├── mnt │ │ ├── opt │ │ ├── proc │ │ ├── root │ │ ├── run │ │ ├── sbin │ │ ├── srv │ │ ├── sys │ │ ├── tmp │ │ ├── usr │ │ └── var │ ├── 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0 │ └── 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0-init │ ├── dev │ └── etc ├── layers │ ├── 6b2b93d3feced2838351bad5a459ebc13a55eca45007692ca1622a0c30e986b7 │ ├── 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0 │ └── 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0-init └── mnt ├── 6b2b93d3feced2838351bad5a459ebc13a55eca45007692ca1622a0c30e986b7 ├── 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0 │ ├── bin │ ├── dev │ ├── etc │ ├── home │ ├── lib │ ├── media │ ├── mnt │ ├── opt │ ├── proc │ ├── root │ ├── run │ ├── sbin │ ├── srv │ ├── sys │ ├── tmp │ ├── usr │ └── var └── 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0-init 45 directories, 3 files
在容器中新建 aufs.txt 文件，可以看到 diff 和mnt中的76a069867目录都新增了 aufs.txt 文件。
root@cr7-ubuntu:/var/lib/docker/aufs# docker exec aufs-test touch aufs.txt root@cr7-ubuntu:/var/lib/docker/aufs# docker exec aufs-test ls -lartr total 64 drwxr-xr-x 12 root root 4096 Oct 21 09:23 var drwxrwxrwt 2 root root 4096 Oct 21 09:23 tmp drwxr-xr-x 2 root root 4096 Oct 21 09:23 srv drwxr-xr-x 2 root root 4096 Oct 21 09:23 run drwx------ 2 root root 4096 Oct 21 09:23 root drwxr-xr-x 2 root root 4096 Oct 21 09:23 opt drwxr-xr-x 2 root root 4096 Oct 21 09:23 mnt drwxr-xr-x 5 root root 4096 Oct 21 09:23 media drwxr-xr-x 2 root root 4096 Oct 21 09:23 home drwxr-xr-x 7 root root 4096 Oct 21 09:23 usr drwxr-xr-x 2 root root 4096 Oct 21 09:23 sbin drwxr-xr-x 7 root root 4096 Oct 21 09:23 lib drwxr-xr-x 2 root root 4096 Oct 21 09:23 bin drwxr-xr-x 15 root root 4096 Nov 10 03:16 etc -rwxr-xr-x 1 root root 0 Nov 10 03:16 .dockerenv dr-xr-xr-x 13 root root 0 Nov 10 03:17 sys dr-xr-xr-x 255 root root 0 Nov 10 03:17 proc drwxr-xr-x 5 root root 360 Nov 10 03:17 dev -rw-r--r-- 1 root root 0 Nov 10 03:19 aufs.txt drwxr-xr-x 25 root root 4096 Nov 10 03:19 .. drwxr-xr-x 25 root root 4096 Nov 10 03:19 . root@cr7-ubuntu:/var/lib/docker/aufs# tree -L 3 . ├── diff │ ├── 6b2b93d3feced2838351bad5a459ebc13a55eca45007692ca1622a0c30e986b7 │ │ ├── bin │ │ ├── dev │ │ ├── etc │ │ ├── home │ │ ├── lib │ │ ├── media │ │ ├── mnt │ │ ├── opt │ │ ├── proc │ │ ├── root │ │ ├── run │ │ ├── sbin │ │ ├── srv │ │ ├── sys │ │ ├── tmp │ │ ├── usr │ │ └── var │ ├── 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0 │ │ └── aufs.txt │ └── 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0-init │ ├── dev │ └── etc ├── layers │ ├── 6b2b93d3feced2838351bad5a459ebc13a55eca45007692ca1622a0c30e986b7 │ ├── 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0 │ └── 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0-init └── mnt ├── 6b2b93d3feced2838351bad5a459ebc13a55eca45007692ca1622a0c30e986b7 ├── 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0 │ ├── aufs.txt │ ├── bin │ ├── dev │ ├── etc │ ├── home │ ├── lib │ ├── media │ ├── mnt │ ├── opt │ ├── proc │ ├── root │ ├── run │ ├── sbin │ ├── srv │ ├── sys │ ├── tmp │ ├── usr │ └── var └── 76a069867e2f7a662dda1c9e8ec0e3df868319a51631a584824a2c70e1ca01c0-init 45 directories, 5 files
可是，你有没有想到这样一个问题：如果我现在要做的，是删除只读层里的一个文件呢？
为了实现这样的删除操作，AuFS 会在可读写层创建一个 whiteout 文件，把只读层里的文件“遮挡”起来。比如，你要删除只读层里一个名叫 foo 的文件，那么这个删除操作实际上是在可读写层创建了一个名叫.wh.foo 的文件。这样，当这两个层被联合挂载之后，foo 文件就会被.wh.foo 文件“遮挡”起来，“消失”了。这个功能，就是“ro+wh”的挂载方式，即只读 +whiteout 的含义。我喜欢把 whiteout 形象地翻译为：“白障”。
root@cr7-ubuntu:/tmp/aufs# tree . ├── diff │ ├── container #容器层目录 │ │ └── container.txt │ ├── image1 #镜像层目录 │ │ └── image1.txt │ └── image2 #镜像层目录 │ └── image2.txt └── mnt 5 directories, 3 files
使用 mount 命令可以创建 AUFS 类型的文件系统，命令如下：
root@cr7-ubuntu:/tmp/aufs# mount -t aufs -o dirs=./diff/container/:./diff/image1/:./diff/image2/ none ./mnt/
mount 命令创建 AUFS 类型文件系统时，这里要注意，dirs 参数第一个冒号默认为读写权限，后面的目录均为只读权限，与 Docker 容器使用 AUFS 的模式一致。
执行完上述命令后，mnt 变成了 AUFS 的联合挂载目录，我们可以使用 mount 命令查看一下已经创建的 AUFS 文件系统：
root@cr7-ubuntu:/tmp/aufs# mount -t aufs none on /tmp/aufs/mnt type aufs (rw,relatime,si=1448e4c4c7bc84)
我们每创建一个 AUFS 文件系统，AUFS 都会为我们生成一个 ID，这个 ID 在 /sys/fs/aufs/ 会创建对应的目录，在这个 ID 的目录下可以查看文件挂载的权限。
root@cr7-ubuntu:/tmp/aufs# cat /sys/fs/aufs/si_1448e4c4c7bc84/* /tmp/aufs/diff/container=rw /tmp/aufs/diff/image1=ro /tmp/aufs/diff/image2=ro 64 65 66 /tmp/aufs/diff/container/.aufs.xino
可以看到container目录的权限为rw（代表可读写），image1和image2的权限为ro（代表只读）。 为了验证 mnt 目录下可以看到 container、image1 和 image2 目录下的所有内容，我们使用 ls 命令查看一下 mnt 目录：
root@cr7-ubuntu:/tmp/aufs# ls mnt/ container.txt image1.txt image2.txt
此时的目录结构：
root@cr7-ubuntu:/tmp/aufs# tree . ├── diff │ ├── container │ │ └── container.txt │ ├── image1 │ │ └── image1.txt │ └── image2 │ └── image2.txt └── mnt #mnt目录下包含镜像层和容器层的内容 ├── container.txt ├── image1.txt └── image2.txt 5 directories, 6 files
可以看到 mnt 目录下已经出现了我们准备的所有镜像层和容器层的文件。下面让我们来验证一下 AUFS 的写时复制。
AUFS 的写时复制是指在容器中，只有需要修改某个文件时，才会把文件从镜像层复制到容器层，下面我们通过修改联合挂载目录 mnt 下的内容来验证下这个过程。
我们使用以下命令修改 mnt 目录下的 image1.txt 文件：
root@cr7-ubuntu:/tmp/aufs# echo "Hello, Image layer1 changed!" > mnt/image1.txt
然后我们查看下 image1/image1.txt 文件内容：
root@cr7-ubuntu:/tmp/aufs# cat diff/image1/image1.txt Hello,Image layer1!
发现“镜像层”的 image1.txt 文件并未被修改。 然后我们查看一下"容器层"对应的 image1.txt 文件内容：
root@cr7-ubuntu:/tmp/aufs# cat diff/container/image1.txt Hello, Image layer1 changed!
发现 AUFS 在“容器层”自动创建了 image1.txt 文件，并且内容为我们刚才写入的内容。此时的目录结构：
root@cr7-ubuntu:/tmp/aufs# tree . ├── diff │ ├── container │ │ ├── container.txt │ │ └── image1.txt #自动创建的image1.txt文件 │ ├── image1 │ │ └── image1.txt │ └── image2 │ └── image2.txt └── mnt ├── container.txt ├── image1.txt └── image2.txt 5 directories, 7 files
到此，相信大家对“AUFS工作原理是什么”有了更深的了解，不妨来实际操作一番吧！这里是亿速云网站，更多相关内容可以进入相关频道进行查询，关注我们，继续学习！
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