/var/lib/docker/overlay2到底是干什么的？-HQY 一个和谐有爱的空间

13

2025
06
16:25:47

/var/lib/docker/overlay2到底是干什么的？

一、用生活类比理解 overlay2 的本质

想象你有一叠透明的画画纸：

最下面一张是「基础画纸」（相当于 Docker 镜像），上面画着固定的图案（程序和系统文件）。
每次在上面盖一张新的「透明纸」（相当于容器的层），你可以在新纸上修改或添加图案，不会破坏下面的纸。
overlay2 就是管理这叠纸的「文件夹」，让所有纸看起来像一张完整的画（容器运行时的文件系统）。

二、overlay2 的核心组成部分及作用

目录结构总览

/var/lib/docker/overlay2/
├── l   # 软链接文件夹，指向具体层的路径
├── mnt # 容器挂载点，合并所有层的文件
├── <hash1>/ # 镜像层（只读）
│   ├── diff/ # 存储该层的文件变更
│   ├── link # 层的唯一标识
│   └── lower # 记录下层的路径
└── <hash2>/ # 容器层（可写）
    ├── diff/ # 存储容器运行时的修改
    ├── link # 层的唯一标识
    ├── lower # 记录所有下层镜像的路径
    └── work # 临时工作目录，用于文件修改

关键部分详解

镜像层（只读层）：
像图书馆的书，多个容器可以共享同一本书（镜像层），节省空间。
容器层（可写层）：
像在书上贴便签，容器运行时的修改（如新建文件、修改内容）都存在这里，不影响原书。
mnt 目录：
像「魔法桌面」，把所有层的文件合并显示，容器看到的就是这个合并后的文件系统。

三、overlay2 背后的工作原理（流程图）

┌──────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 当启动容器时，overlay2 做了这些事：                        │
├───────────────────┬──────────────────────────────────────┤
│ 1. 找到镜像的所有只读层（如 A、B、C 层）                  │
│   ▼                                                          │
│ 2. 创建一个新的可写层 D，用于存储容器的修改                │
│   ▼                                                          │
│ 3. 在 mnt 目录中，用「联合文件系统」把 A+B+C+D 合并成一个  │
│   ▼                                                          │
│ 4. 容器访问的就是这个合并后的文件系统，修改会存在 D 层      │
└──────────────────────────────────────────────────────────┘

联合文件系统原理：
就像叠透明纸，下面的层（镜像）是只读的，上面的层（容器）可以修改。当修改一个文件时：

先把原文件从下层「复制」到上层（称为「写时复制」）
在上层修改这个复制后的文件，下层文件保持不变

四、使用场景举例

多个容器共享同一镜像

场景：运行 10 个 Nginx 容器，每个容器共享同一个 Nginx 镜像层，只需要存储一次镜像文件。
好处：节省磁盘空间，像 10 个人看同一本漫画书，不用每人买一本。

容器快速创建和删除

场景：测试环境中频繁创建、删除容器（如 CI/CD 部署）。
原理：删除容器只需要删除可写层，镜像层不受影响，像撕掉便签，书还在。

数据持久化

场景：容器中数据库的数据需要保存，即使容器删除也不丢失。
做法：把数据目录挂载到宿主机（绕过 overlay2 的层机制），像把重要的便签单独贴在书桌抽屉里。

五、底层技术关键点（用代码比喻）

虽然 overlay2 是用 C 语言写的，但可以用 PHP 逻辑理解核心思想：

// 模拟 overlay2 的核心逻辑（非实际代码，仅用于理解）class Overlay2 {
    // 存储所有层的信息
    private $layers = [];
    
    // 添加一个镜像层（只读）
    public function addImageLayer($layerHash, $parentLayers) {
        $this->layers[$layerHash] = [
            'type' => 'read-only', // 标记为只读
            'parent' => $parentLayers, // 记录下层是谁
            'path' => "/var/lib/docker/overlay2/$layerHash/diff" // 层的文件路径
        ];
        echo "创建镜像层 {$layerHash}，像添加一本新漫画书\n";
    }
    
    // 创建容器的可写层
    public function createContainerLayer($containerId, $imageLayers) {
        $layerHash = md5(uniqid()); // 生成唯一标识
        $this->layers[$layerHash] = [
            'type' => 'read-write', // 标记为可写
            'parent' => $imageLayers, // 下层是所有镜像层
            'path' => "/var/lib/docker/overlay2/$layerHash/diff",
            'work_path' => "/var/lib/docker/overlay2/$layerHash/work" // 临时工作目录
        ];
        
        // 创建软链接，方便快速找到层
        symlink($this->layers[$layerHash]['path'], "/var/lib/docker/overlay2/l/$containerId");
        echo "为容器 {$containerId} 创建可写层 {$layerHash}，像准备一张空白便签\n";
    }
    
    // 合并所有层，生成容器看到的文件系统
    public function mountContainer($containerId, $mountPath) {
        // 获取所有下层（镜像层）的路径
        $lowerPaths = [];
        foreach ($this->layers as $hash => $layer) {
            if (in_array($hash, $this->layers[$containerId]['parent'])) {
                $lowerPaths[] = "lowerdir={$layer['path']}";
            }
        }
        
        // 添加当前可写层的路径
        $lowerPaths[] = "upperdir={$this->layers[$containerId]['path']}";
        $lowerPaths[] = "workdir={$this->layers[$containerId]['work_path']}";
        
        // 用联合文件系统挂载（实际是调用 Linux 的 mount 命令）
        $command = "mount -t overlay overlay -o " . implode(',', $lowerPaths) . " $mountPath";
        exec($command);
        echo "把所有层合并到 {$mountPath}，像把所有透明纸叠在一起\n";
    }
    
    // 当容器修改文件时（写时复制）
    public function modifyFile($containerId, $filePath) {
        $layer = $this->layers[$containerId];
        $sourceLayer = $this->findFileSourceLayer($filePath, $layer['parent']);
        
        if ($sourceLayer) {
            // 从下层复制文件到当前可写层
            $sourceFile = "{$sourceLayer['path']}/" . substr($filePath, 1);
            $targetFile = "{$layer['path']}/" . substr($filePath, 1);
            copy($sourceFile, $targetFile);
            echo "从下层复制文件到可写层，像把书上的内容抄到便签\n";
        } else {
            // 文件是新建的，直接存在可写层
            touch($targetFile);
            echo "新建文件，存在便签上\n";
        }
    }
    
    // 查找文件在哪个下层
    private function findFileSourceLayer($filePath, $parentHashes) {
        foreach ($parentHashes as $hash) {
            $layerPath = "{$this->layers[$hash]['path']}/" . substr($filePath, 1);
            if (file_exists($layerPath)) {
                return $this->layers[$hash];
            }
        }
        return false;
    }}

六、思维导图：overlay2 的全貌

/var/lib/docker/overlay2 的世界
├── 核心作用：管理容器和镜像的文件层，像叠透明纸
├── 组成部分：
│   ├── 镜像层（只读）：多个容器共享的「基础画纸」
│   ├── 容器层（可写）：每个容器独有的「便签纸」
│   ├── mnt 目录：合并所有层的「魔法桌面」
│   └── work 目录：临时修改文件的「草稿本」
├── 工作原理：
│   ├── 联合文件系统：把多层文件合并显示
│   ├── 写时复制：修改时先复制到可写层，不影响下层
│   └── 软链接：快速找到层的路径，像书签
├── 使用场景：
│   ├── 多容器共享镜像：节省空间，像多人看同一本书
│   ├── 快速创建容器：只加便签，不复制整本书
│   └── 数据持久化：重要数据单独存，不放在便签上
└── 底层技术：
    ├── Linux 内核的 overlay 或 overlay2 驱动
    ├── mount 命令实现文件系统挂载
    └── 写时复制（Copy-on-Write）机制