docker存储驱动

  • docker可写层技术
  • 写时复制
  • 用时分配
  • 驱动类型
  • 1.AUFS
  • 2.overlay
  • 3.Device Mapper
  • 4.btrfs
  • 5.ZFS
  • 存储驱动方式的对比



Docker 采用了C/S架构，包括客户端和服务端。Docker daemon作为服务端接受来自客户的请求，并处理这些请求（创建、运行、提交容器）。 客户端和服务端在一个机器上，通过RESTful API 来进行通信。具体到使用的过程中，就是在执行 service docker start 后，在主机（host）上产生docker deamon守护进程，在后台运行并等待接收来自客户端的消息

docker可写层技术

因为docker是采用的分层结构，下拉容器的时候，可以看到是一层一层的拉取容器镜像的，很显然这与镜像的分层特性有关。而每个容器运行的时候，都会为其分配一个可写层，容器所有的操作都是在读写层完成的，容器一旦销毁，为该容器分配的读写层也随之销毁

一个image可以启动多个容器，通过同一个Image启动的容器，全部都共享这个image。因为考虑到所有容器共享同一个image，会造成一个容器的改动对所有的容器都有影响的情况，因此在运行容器的时候会为每个容器都分配一个可写层，不同容器的可写层是互不影响的，所以容器也可以看成是镜像+可写层

而我们针对这个读写层的操作，主要基于两种方式：写时复制和用时分配

写时复制

写时复制是用在原本有该文件的场景
所有驱动都用到的技术——写时复制（CoW）。CoW就是copy-on-write，只在需要写时才去复制。比如基于一个image启动多个Container，如果为每个Container都去分配一个image一样的文件系统，那么将会占用大量的磁盘空间。而CoW技术可以让所有的容器共享image的文件系统，所有数据都从image中读取，只有当要对文件进行写操作时，才从image里把要写的文件复制到自己的文件系统进行修改。所以无论有多少个容器共享同一个image，所做的写操作都是对从image中复制到自己的文件系统中的复本上进行，并不会修改image的源文件，且多个容器操作同一个文件，会在每个容器的文件系统里生成一个复本，每个容器修改的都是自己的复本，相互隔离，相互不影响。使用CoW可以有效的提高磁盘的利用率。

用时分配

用时分配是用在原本没有这个文件的场景
只有在要新写入一个文件时才分配空间，这样可以提高存储资源的利用率。比如启动一个容器，并不会为这个容器预分配一些磁盘空间，而是当有新文件写入时，才按需分配新空间。

docker容器采用以上两种技术，从而能够大大地提升其空间利用率，这也是docker镜像包很小的原因。

驱动类型

1.AUFS

Docker最开始采用AUFS作为文件系统，也得益于AUFS分层的概念，实现了多个Container可以共享同一个image。只在Ubuntu或者Debian的内核上才可以启用

AUFS（AnotherUnionFS）是一种Union FS，是文件级的存储驱动

其支持将不同目录挂载到同一个虚拟文件系统下。这种文件系统可以一层一层地叠加修改文件。无论底下有多少层都是只读的，只有最上层的文件系统是可写的。当需要修改一个文件时，AUFS创建该文件的一个副本，使用CoW技术将文件从只读层复制到可写层进行修改，结果也保存在可写层。在Docker中，底下的只读层就是image，可写层就是Container。

AUFS唯一一个storage driver可以实现容器间共享可执行及可共享的运行库, 所以当你跑成千上百个拥有相同程序代码或者运行库时时候，AUFS是个相当不错的选择

2.overlay

Overlay是Linux内核3.18后支持的，overlay也是一种Union FS
Overlay只有两层：一个upper文件系统和一个lower文件系统，分别代表Docker的镜像层和容器层。当需要修改一个文件时，使用CoW将文件从只读的lower复制到可写的upper进行修改，结果也保存在upper层。在Docker中，底下的只读层就是image，可写层就是Container。

3.Device Mapper

Device mapper是Linux内核2.6.9后支持的，提供的一种从逻辑设备到物理设备的映射框架机制，在该机制下，用户可以很方便的根据自己的需要制定实现存储资源的管理策略。

Device mapper是块级存储，所有的操作都是直接对块进行操作，而不是文件。

Device mapper驱动会先在块设备上创建一个资源池，然后在资源池上创建一个带有文件系统的基本设备，所有镜像都是这个基本设备的快照，而容器则是镜像的快照。（快照可以理解成某一时刻某事物的状态和及其描述数据）

当要写入一个新文件时，在容器的镜像内为其分配新的块并写入数据，这个叫用时分配。当要修改已有文件时，再使用CoW为容器快照分配块空间，将要修改的数据复制到在容器快照中新的块里再进行修改。Device mapper driver 会创建一个100G的简单文件包含你的镜像和容器，每一个容器被限制在10G大小的卷内

docker daemon 配置存储驱动 docker存储驱动程序有哪些_写时复制

4.btrfs

Btrfs被称为下一代写时复制文件系统，并入Linux内核，也是文件级存储

但可以像Device mapper一样直接操作底层设备。Btrfs把文件系统的一部分配置为一个完整的子文件系统，称之为subvolume 。那么采用 subvolume，一个大的文件系统可以被划分为多个子文件系统，这些子文件系统共享底层的设备空间，在需要磁盘空间时便从底层设备中分配，类似应用程序调用 malloc()分配内存一样。为了灵活利用设备空间，Btrfs 将磁盘空间划分为多个chunk 。每个chunk可以使用不同的磁盘空间分配策略。比如某些chunk只存放metadata，某些chunk只存放数据。

Btrfs把一个大的文件系统当成一个资源池，配置成多个完整的子文件系统，还可以往资源池里加新的子文件系统，而基础镜像则是子文件系统的快照，每个子镜像和容器都有自己的快照，这些快照则都是subvolume的快照。

当写入一个新文件时，会在容器的快照里为其分配一个新的数据块，文件写在这个空间里，这个叫用时分配。而当要修改已有文件时，使用CoW复制分配一个新的原始数据和快照，在这个新分配的空间变更数据，变结束再更新相关的数据结构指向新子文件系统和快照，原来的原始数据和快照没有指针指向，被覆盖。

Btrfs 支持创建快照(snapshot)和克隆(clone)，还能够方便的管理多个物理设备

5.ZFS

ZFS 文件系统是一个革命性的全新的文件系统，它从根本上改变了文件系统的管理方式，ZFS 完全抛弃了“卷管理”，不再创建虚拟的卷，而是把所有设备集中到一个存储池中来进行管理，用“存储池”的概念来管理物理存储空间。ZFS创建在虚拟的，被称为“zpools”的存储池之上。每个存储池由若干虚拟设备（virtual devices，vdevs）组成。这些虚拟设备可以是原始磁盘，也可能是一个RAID1镜像设备，或是非标准RAID等级的多磁盘组。于是zpool上的文件系统可以使用这些虚拟设备的总存储容量。

首先从zpool里分配一个ZFS文件系统给镜像的基础层，而其他镜像层则是这个ZFS文件系统快照的克隆，快照是只读的，而克隆是可写的，当容器启动时则在镜像的最顶层生成一个可写层。

当要写一个新文件时，使用按需分配，一个新的数据块从zpool里生成，新的数据写入这个块，而这个新空间存于容器（ZFS的克隆）里。当要修改一个已存在的文件时，使用写时复制，分配一个新空间并把原始数据复制到新空间完成修改。

zfs 是高密度工作负载（如PaaS）的理想选择

存储驱动方式的对比

1.块级存储适用于当文件特别大而修改的内容很小

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存储驱动支持的文件系统类型如下：

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