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Docker 镜像分层存储原理：AUFS 与 OverlayFS 的实现差异

在 Docker 的世界里，镜像分层存储是一项关键技术，它极大地提高了镜像的构建、传输和存储效率。而 AUFS 和 OverlayFS 作为两种常见的镜像分层存储驱动，它们各自有着独特的实现方式和特点。下面我们就来详细探讨一下它们之间的差异。

基础概念了解

要明白 AUFS 和 OverlayFS 的差异，得先清楚 Docker 镜像分层存储的基本概念。Docker 镜像是由一系列只读层组成的，每一层都代表着镜像构建过程中的一个步骤。当我们创建一个容器时，Docker 会在这些只读层之上添加一个可读写层，容器的所有更改都发生在这个可读写层中。这种分层结构使得多个镜像可以共享相同的基础层，减少了磁盘空间的占用。

AUFS 的实现方式

AUFS（Advanced Multi - layered Unification Filesystem）即高级多层统一文件系统，是一种早期广泛使用的 Docker 存储驱动。它的工作原理是将多个不同的文件系统层合并成一个单一的视图。在 AUFS 中，每一层都有一个明确的读写权限，通常底层是只读的镜像层，而最顶层是可读写的容器层。

AUFS 通过“联合挂载”的方式来实现分层。它允许将多个目录挂载到同一个挂载点上，形成一个统一的文件系统。当我们访问文件时，AUFS 会按照一定的优先级顺序在各个层中查找文件。如果在可读写层中找到了文件，就直接使用；如果没有找到，就会继续在下面的只读层中查找。这种方式使得容器可以直接对可读写层进行修改，而不会影响到只读的镜像层。

不过，AUFS 也有一些不足之处。它的实现相对复杂，性能在某些情况下可能会受到影响。而且，由于 AUFS 并不是 Linux 内核的原生组件，需要额外安装和配置，这在一定程度上增加了使用的难度。

OverlayFS 的实现方式

OverlayFS 是 Linux 内核原生支持的一种文件系统，它也采用了分层存储的概念。OverlayFS 主要有三个关键部分：下层目录（lowerdir）、上层目录（upperdir）和合并目录（merged）。下层目录通常对应 Docker 镜像的只读层，上层目录对应容器的可读写层，而合并目录则是将上下层目录合并后的统一视图。

当我们访问合并目录中的文件时，OverlayFS 会根据文件是否存在于上层目录来决定操作方式。如果文件存在于上层目录，就直接使用上层目录中的文件；如果不存在，就会从下层目录中读取文件。当对文件进行写入操作时，OverlayFS 会将文件从下层目录复制到上层目录（即“写时复制”），然后在上层目录中进行修改。

OverlayFS 的优势在于它是内核原生支持的，不需要额外安装和配置，使用起来更加方便。而且，它的性能相对较好，特别是在处理大量小文件时，比 AUFS 有更好的表现。

两者的性能差异

在性能方面，AUFS 和 OverlayFS 有着明显的不同。AUFS 在读写性能上可能会受到联合挂载的复杂性影响，尤其是在处理大量文件时，查找文件的过程可能会比较耗时。而 OverlayFS 由于采用了写时复制的策略，在写入操作时更加高效，特别是对于小文件的写入，能够快速完成复制和修改操作。

在存储效率上，两者都通过分层存储的方式减少了磁盘空间的占用。但是，由于 AUFS 的实现方式相对复杂，可能会产生一些额外的存储开销。而 OverlayFS 的设计更加简洁，在存储效率上可能会略胜一筹。

应用场景对比

由于特性不同，AUFS 和 OverlayFS 的应用场景也有所区别。AUFS 由于出现较早，在一些旧的系统或者对兼容性要求较高的环境中可能还会被使用。例如，在一些不支持最新内核的服务器上，AUFS 可能是唯一可用的存储驱动。

而 OverlayFS 凭借其性能优势和内核原生支持的特点，成为了现代 Docker 环境中的首选存储驱动。特别是在云环境和大规模容器部署中，OverlayFS 能够更好地满足高性能和稳定性的需求。

综上所述，AUFS 和 OverlayFS 作为 Docker 镜像分层存储的两种重要实现方式，各有优缺点。了解它们的差异，有助于我们根据实际需求选择合适的存储驱动，从而提高 Docker 容器的性能和效率。