浅析overlayfs

overlayfs
overlayfs试图在其它文件系统之上提供一个联合的文件系统视图

Upper and Lower
overlayfs组合了2个文件系统—Upper文件系统和Lower文件系统。

当同名文件在Upper和Lower中都存在时,Lower中的文件会隐藏,如果是目录,则会合并显示.

Lower文件系统更准确的说法应该是目录树,因为这些目录树可以属于不同的文件系统。

Lower文件系统可以是linux支持的任何文件系统类型,其甚至可以是overlayfs.

目录合并
对于非目录文件,如果upper和lower中都存在,那么lower中的对象会被隐藏.

如果是目录,upper和lower中的目录会合并.

我们通过下面的命令来指定upperdir, lowerdir,它们将会合并成merged目录.

mount -t overlay overlay -o lowerdir=/root/lowerdir/,upperdir=/root/overlayt/upper,workdir=/root/overlayt/work /root/overlayt/merged

其中lowerdir目录中的内容如下:

[root@localhost overlayt]

# ls -l /root/lowerdir/

总用量 4

-rw-r–r– 1 root root 4 3月  15 18:35 1

-rw-r–r– 1 root root 0 3月  15 18:35 2

-rw-r–r– 1 root root 0 3月  15 18:35 3

drwxr-xr-x 2 root root 6 3月  15 18:35 4

[root@localhost overlayt]

#

upper:我们的可写层

lower:底层目录树

merged:联合视图

workdir:需要是一个空目录,且和upper在同一个文件系统中

当在merged目录进行lookup操作时,lookup会在各个目录中搜寻并将结果联合起来缓存到overlayfs文件系统的dentry中。

如果upper,lower中存在相同的目录,则会合并在merged中显示

我们在lower中的dir1目录下创建low1文件

在upper的dir1目录下创建up1文件

在merged中的dir1目录下会同时出现up1,low1.

再来看看删除文件的处理
whiteouts和opaque目录
为了支持rm,rmdir操作,且不影响lowdir的内容,overlayfs需要在upper中记录被删除文件的信息。

whiteout是一个主从设备号为0/0的字符设备文件,当在merged目录下有whiteout文件时,lower目录中的同名文件会被忽略.whiteout文件本身也会隐藏,我们在upper目录中能够找到它.

readdir
当在merged目录调用readdir时,upper和lower目录的文件都会被读取(先读取upper目录,再读取lower目录).这个合并列表会被缓存在file结构中并保持到file关闭。如果目录被两个不同的进程打开并读取,那么它们有不同的缓存。seekdir设置偏移为0后再调用readdir会使缓存无效并进行重建。

这意味着,merged的变化在dir打开期间不会体现,对于很多程序容易忽略这一点。

非目录
对于非目录对象(文件,符号链接,特殊设备文件)。当对lowdir的对象进行写操作时,会先进行copy_up操作。创建硬链接也需要copy_up,软链接则不需要。

copy_up有时可能不需要,比如以read-write方式打开而实际上并没有进行修改.

copy_up处理的过程大致如下:

按需创建目录结构
用相同的元数据创建文件对象
拷贝文件数据
拷贝扩展属性
 

copy_up完成之后,overlayfs就可以简单的在upper文件系统上提供对对象的访问。

多个lower layers
我们可以通过”:”来指定多个lower layers.

 mount -t overlay overlay -olowerdir=/lower1:/lower2:/lower3 /merged

在上面的例子中,我们没有指定upper,workdir.这意味着overlayfs是只读的。

多个lower layers从右边依次入栈,按照在栈中的顺序在merge中体现。lower3在最底层,lower1在是顶层.

非标准行为
copy_up操作创建了一个新的文件。新文件可能处于和老文件不同的文件系统中,因此st_dev,st_ino都是新的。

在copy_up之前老文件上的文件锁不会copy_up

如果一个有多个硬链接的文件被copy_up,那么会打断这种链接。改变不会传播给相同硬链接文件。

修改底层underlay文件系统
线下修改,当overlay没有mount时,允许修改upper,lower目录

不允许在mount overlay时对underlay进行修改。如果对underlay进行了修改,那么overlay的行为是不确定的。尽管不会crash或者deadlock.
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