集群镜像中的overlay2使用剖析

Posted 2021-09-03 sealyun

sealer是阿里巴巴开源的基于kuberentes的集群镜像开源技术，可以把整个集群整体打包。

sealer中集群镜像的存储和docker镜像很像，也采用了写时复制的技术来提升复用性。

本文聊一下overlay2。

写时复制

COPY on Write在很多地方都会用到，比如git的存储，去修改一个文件并非真的修改，

而是把文件拷贝出来修改，读的时候读取上层的修改层，同样比如在ceph的后段存储

等系统中都存在应用。好处是可以非常方便的进行回滚，以及存储复用，比如给虚拟机

做快照，那我们并不需要把整个系统盘复制一份，而只需要用指针指一下快照的地方就好。

容器镜像同理，写时复制可以让多个应用共享一个基础镜像。

集群镜像中的写时复制

集群镜像把整个集群打包，用写时复制的方法可以帮助分布式应用共享k8s基础镜像。

以及可以很方便的把各种分布式应用镜像进行融合。

操作系统中使用overlay2

mount -t overlay overlay -o lowerdir=./lower,upperdir=./upper,workdir=./work ./merged

overlay文件系统分为lowerdir、upperdir、merged， 对外统一展示为merged，uperdir和lower的同名文件会被upperdir覆盖

workdir必须和upperdir是mount在同一个文件系统下， 而lower不是必须的

mount -t overlay overlay -o lowerdir=/lower1:/lower2:/lower3,upperdir=/upper,workdir=/work /merged

lowerdir可以是多个目录(前面覆盖后面)，如果没有upperdir,那merged是read only.

overlay只支持两层，upper文件系统通常是可写的；lower文件系统则是只读，这就表示着，当我们对 overlay 文件系统做任何的变更，都只会修改 upper 文件系统中的文件

来个实际操作：

overlay2
├── lower1
│   ├── a
│   └── b
├── lower2
│   └── a
├── merged
├── upper
│   └── c
└── work

mount -t overlay overlay -o lowerdir=lower1:lower2,upperdir=upper,workdir=work merged

以上overlay2下面的几个目录就被合并了

对只在 lower 有的文件写时，则会做一个copy_up 的操作，先从 lower将文件拷贝一份到upper，同时为文件创建一个硬链接。此时可以看到 upper 目录下生成了两个新文件，写的操作只对从lower 复制到 upper 的文件生效，而 lower 还是原文件

删除 lower 和 upper 都有的文件时，upper 的会被删除，在 upper 目录下创建一个 ‘without’ 文件，而 lower 的不会被删除

代码实现

有了上述理论基础，我们先看一段docker里面的源码

    if len(mountData) > pageSize {
        opts = fmt.Sprintf("lowerdir=%s,upperdir=%s,workdir=%s", string(lowers), path.Join(id, "diff"), path.Join(id, "work"))
        mountData = label.FormatMountLabel(opts, mountLabel)
        if len(mountData) > pageSize {
            return "", fmt.Errorf("cannot mount layer, mount label too large %d", len(mountData))
        }

        mount = func(source string, target string, mType string, flags uintptr, label string) error {
            return mountFrom(d.home, source, target, mType, flags, label)
        }
        mountTarget = path.Join(id, "merged")
    }

    if err := mount("overlay", mountTarget, "overlay", 0, mountData); err != nil {
        return "", fmt.Errorf("error creating overlay mount to %s: %v", mergedDir, err)
    }

mountTarget就是目标目录, mountData是： fmt.Sprintf("lowerdir=%s,upperdir=%s,workdir=%s", string(lowers), path.Join(id, "diff"), path.Join(id, "work"))

可以看到SDK的使用和命令行很像

我们可以做一个封装：

package mount

import (
    "syscall"
)

func mount(device, target, mType string, flag uintptr, data string) error {
    if err := syscall.Mount(device, target, mType, flag, data); err != nil {
        return err
    }

    // If we have a bind mount or remount, remount...
    if flag&syscall.MS_BIND == syscall.MS_BIND && flag&syscall.MS_RDONLY == syscall.MS_RDONLY {
        return syscall.Mount(device, target, mType, flag|syscall.MS_REMOUNT, data)
    }
    return nil
}

func unmount(target string, flag int) error {
    return syscall.Unmount(target, flag)
}

主要是syscall.Mount这个系统调用，参数基本和命令行一一对应

sealer中overlay2源码地址
kubernetes一键安装

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