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Docker存储驱动之AUFS简介

[日期:2017-03-09] 来源:Linux社区  作者:styshoo [字体: ]

简介

  AUFS曾是Docker默认的首选存储驱动。它非常稳定、有很多真实场景的部署、很强的社区支持。它有以下主要优点:
  极短的容器启动时间。
  有效的存储利用率。
  有效的内存利用率。
  虽然如此,但由于它没有包含在Linux内核主线中,所有很多Linux发行版并不支持AUFS。
  以下章节介绍AUFS的特性,并且它们如何作用于Docker。

特性

镜像分层和部署

  AUFS是一种联合文件系统。它使用同一个Linux host上的多个目录,逐个堆叠起来,对外呈现出一个统一的文件系统。AUFS使用该特性,实现了Docker镜像的分层。下图展示出Ubuntu:latest的镜像的分层。
  
  注意:在Docker1.10之前,layer的ID对应着其在/var/lib/docker下的目录名称,但在Docker1.10之后,不再有这种直接的对应关系。
  对于一个容器来说,只有顶层的容器layer是可读写的,而下面的layer都是只读的。

读写文件

  Docker使用AUFS的CoW(Copy-on-Write)技术来实现镜像共享和最小化磁盘空间的使用。AUFS作用于文件层,也就是说AUFS CoW拷贝整个文件——即使文件只修改了一点点的内容。所以,它对容器的性能影响很明显,尤其拷贝多层镜像下的大文件,或者是在一个深层次的目录树中进行搜索。
  不过,在给定的容器中,这种拷贝到顶层layer的操作,每个文件只会做一次。随后,对该文件的读写操作,都只针对容器顶层可读写layer的拷贝文件。

删除文件

  通过上面的介绍,很容易想到。如果要在容器中删除一个非顶层layer的文件,肯定不会在下层layer中直接删除,因为下层layer对于容器来说都是只读的。AUFS存储驱动要删除一个文件,是通过在容器顶层layer增加一个whiteout文件来实现的。这个whiteout文件可以隐藏下层只读layer中文件的存在,容器感知不到只读层layer中文的存在。事实上,无论该文件在下层只读layer中是否还存在,容器都认为这个文件被删除了。下图展示了whiteout文件如何工作的:
  

重命名目录

  AUFS未能完美的支持rename(2)重命名操作,会返回EXDEV[“cross-device link not permitted”],即使源路径和目的路径都在同一个AUFS层。因此,你的应用需要能处理EXDEV,可以用“拷贝再删除”的策略来替代rename操作。
  我在这里做了一个测试,写了一个简单地C程序,该程序将目录test重命名为目录gaga,并打印出rename的结果。该程序在普通服务器上完美运行,那么在容器中呢?开始做测试吧。

创建docker build目录,进入该目录。并在该目录下创建子目录test。

$ mkdir build-rename
$ cd build-rename
$ mkdir test

创建文件test.c

$ vim test.c

#include<stdio.h>
#include <fcntl.h>
int main(void)
{
    char oldname[100] = "test", newname[100]="gaga";
    int ret = rename(oldname, newname);
    if (ret == 0)
        printf("rename ok.\n");
    else
        printf("ret = %d\n", ret);
    return 0;
}

  编译该程序,生成可执行文件a.out。

$ gcc test.c

创建Dockerfile

$ vim Dockerfile

FROM ubuntu
WORKDIR /usr/src/app
COPY ./* /usr/src/app/
CMD /usr/src/app/a.out

生成镜像。

$ docker build -t rename:v1.0 ./

运行容器

$ docker run --rm rename:v1.0
ret = -1

  该容器启动后会执行可执行文件a.out,重命名一个目录。可见结果,rename重命名一个目录的确是返回了失败。

配置AUFS

准备

  只有在OS安装了AUFS的情况下才能使用AUFS存储驱动,一般来说,Debian/Ubuntu都支持AUFS,而RedHat/CentOS都不支持AUFS。所以,你需要先查看下你的系统是否安装了AUFS。

$ grep aufs /proc/filesystems
nodev   aufs

  如果以上命令有输出则表示支持AUFS,否则就说明还未安装AUFS。可执行以下步骤:
  a. 升级你系统的kernel版本到3.13或者更高,另外建议安装kernel headers;
  b. 对于Ubuntu/Debian:安装linux-image-extra-*包:

$ apt-get install linux-image-extra-$(uname -r) \
                       linux-image-extra-virtual

配置

  如果上述操作无误,就可以使用AUFS来作为你Docker Daemon的存储驱动了。

$ dockerd --storage-driver=aufs &

  如果想持久化这个配置,可以编辑你的Docker配置文件(如/etc/default/docker,虽然官方已经不建议使用该文件了),并加入--storage-driver=aufs选项到DOCKER_OPTS中。

# Use DOCKER_OPTS to modify the daemon startup options.
DOCKER_OPTS="--storage-driver=aufs"

  重启docker daemon(systemctl restart docker.service)后,确认默认存储驱动是否配置成功:

$ docker info | grep "Storage Driver"

Storage Driver: aufs

本地存储和AUFS

  当dockerd使用AUFS驱动时,驱动把镜像和容器存储在Docker host的本地存储下:/var/lib/docker/aufs。

镜像

  镜像层存储在/var/lib/docker/aufs/diff里。Docker 1.10之后,镜像对应的目录名称不再和镜像ID意义对应了。
  /var/lib/docker/aufs/layers/目录保存了元数据信息,这些元数据显示了image层是如何叠加的。该目录下的每个文件,对应了一个层,而这个文件的内容就是该层之下的层。如:

$ cat /var/lib/docker/aufs/layers/91e54dfb11794fad694460162bf0cb0a4fa710cfa3f60979c177d920813e267c

d74508fb6632491cea586a1fd7d748dfc5274cd6fdfedee309ecdcbc2bf5cb82
c22013c8472965aa5b62559f2b540cd440716ef149756e7b958a1b2aba421e87
d3a1f33e8a5a513092f01bb7eb1c2abf4d711e5105390a3fe1ae2248cfde1391

  由于base layer之下不再有其它层,所有base layer对应的文件内容是空的。

容器

  运行中的容器映射在 /var/lib/docker/aufs/mnt/

$ ls /var/lib/docker/aufs/mnt/670e0053b2ba02ab33dc24daca293e200aa98e871cefec016a5cbf9d41b7cfbf
bin  boot  dev  etc  home  lib  lib64  media  mnt  opt  proc  root  run  sbin  srv  sys  tmp  usr  var

  容器的可写层存储在目录 /var/lib/docker/aufs/diff/,即使容器停止了,容器对应的目录依然存在。只有删除容器时,对应的目录才会删除。

AUFS在Docker中的性能

  对于PaaS层来说,AUFS存储驱动是一个很好的选择。因为AUFS有效地在多个运行容器中共享镜像,加速了容器启动时间,减少了容器使用的磁盘空间。
  AUFS在多个镜像层和容器间分享文件所使用的底层机制,高效地使用了系统的页缓存。
  同时,AUFS存储驱动也带来了一些容器写性能上的隐患。这是因为,容器第一次对任何文件的修改,都需要先定位到文件的所在的镜像层次,并拷贝到容器最顶层的读写层。尤其当这些文件存在于很底层,或者文件本身非常大时,性能问题尤其严重。

小结

  AUFS是Docker在Ubuntu/Debian中的默认存储驱动,虽然后面可能会被替换掉。但暂时来说,它完美地契合Docker的特性。并且,如何合理使用,其性能非常优异。另外,需要注意的是,AUFS对目录的重命名支持得不好,在编写程序时需要注意这点。

更多Docker相关教程见以下内容

Docker安装应用(CentOS 6.5_x64) http://www.linuxidc.com/Linux/2014-07/104595.htm

Ubuntu 14.04安装Docker  http://www.linuxidc.com/linux/2014-08/105656.htm

Ubuntu使用VNC运行基于Docker的桌面系统  http://www.linuxidc.com/Linux/2015-08/121170.htm

阿里云CentOS 6.5 模板��安装 Docker http://www.linuxidc.com/Linux/2014-11/109107.htm

Ubuntu 15.04下安装Docker  http://www.linuxidc.com/Linux/2015-07/120444.htm

在Ubuntu Trusty 14.04 (LTS) (64-bit)安装Docker http://www.linuxidc.com/Linux/2014-10/108184.htm

在 Ubuntu 15.04 上如何安装Docker及基本用法 http://www.linuxidc.com/Linux/2015-09/122885.htm

Ubuntu 16.04上Docker使用手记 http://www.linuxidc.com/Linux/2016-12/138490.htm

Docker 的详细介绍请点这里
Docker 的下载地址请点这里

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