Kubernetes的学习往往让人摸不着头脑，很难理解其中的原理。

深入剖析Kubernetes系列连载是学习《深入剖析Kubernetes》课程的笔记和总结，记录学习的过程，并且传递知识。

对 Docker 项目来说，它最核心的原理实际上就是为待创建的用户进程：

1. 启用 Linux Namespace 配置；

2. 设置指定的 Cgroups 参数；

3. 切换进程的根目录（优先pivot_root再chroot）

Docker 在镜像的设计中，引入了层（layer）的概念。也就是说，用户制作镜像的每一步操作，都会生成一个层，也就是一个增量 rootfs。

Union File System 也叫 UnionFS，最主要的功能是将多个不同位置的目录联合挂载（union mount）到同一个目录下

Ubuntu 16.04 和 Docker CE 18.05，这对组合默认使用的是 AuFS 这个联合文件系统的实现。你可以通过 docker info 命令，查看到这个信息

AuFS 的全称是 Another UnionFS，后改名为 Alternative UnionFS，再后来干脆改名叫作Advance UnionFS，从这些名字中你应该能看出这样两个事实：

1. 它是对 Linux 原生 UnionFS 的重写和改进；

2. 它的作者怨气好像很大。我猜是 Linus Torvalds（Linux 之父）一直不让 AuFS 进入Linux 内核主干的缘故，所以我们只能在 Ubuntu 和 Debian 这些发行版上使用

docker run -d ubuntu:latest sleep 3600

这个所谓的“镜像”，实际上就是一个 Ubuntu 操作系统的 rootfs，它的内容是 Ubuntu操作系统的所有文件和目录。不过，与之前我们讲述的 rootfs 稍微不同的是，Docker 镜像使用的 rootfs，往往由多个“层”组成

docker image inspect ubuntu:latest
...
"RootFS": {
    "Type": "layers",
    "Layers": [
        "sha256:f49017d4d5ce9c0f544c...",
        "sha256:8f2b771487e9d6354080...",
        "sha256:ccd4d61916aaa2159429...",
        "sha256:c01d74f99de40e097c73...",
        "sha256:268a067217b5fe78e000..."
    ]
}

这五个层就是五个增量 rootfs，每一层都是 Ubuntu 操作系统文件与目录的一部分；而在使用镜像时，Docker 会把这些增量联合挂载在一个统一的挂载点上

这个挂载点就是比如： /var/lib/docker/aufs/mnt/6e3be5d2ecccae7cc0fcfa2a2f5c89dc21ee30e166be823ceaeba15dce

从这些信息里，我们可以看到，镜像的层都放置在/var/lib/docker/aufs/diff 目录下，然后被联合挂载在/var/lib/docker/aufs/mnt 里面

这个容器的 rootfs 由如下图所示的三部分组成

第一部分，只读层

ro+wh，即 readonly+whiteout（白障）

$ ls /var/lib/docker/aufs/diff/72b0744e06247c7d0...
etc sbin usr var

$ ls /var/lib/docker/aufs/diff/32e8e20064858c0f2...
run

$ ls /var/lib/docker/aufs/diff/a524a729adadedb900...
bin boot dev etc home lib lib64 media mnt opt proc root run sbin srv sys tmp usr var

第二部分，可读写层

挂载方式为：rw，即 read write。在没有写入文件之前，这个目录是空的。而一旦在容器里做了写操作，你修改产生的内容就会以增量的方式出现在这个层中

如果要删除只读层里的一个文件呢？

为了实现这样的删除操作，AuFS 会在可读写层创建一个 whiteout 文件，把只读层里的文件“遮挡”起来。

比如，你要删除只读层里一个名叫 foo 的文件，那么这个删除操作实际上是在可读写层创建了一个名叫.wh.foo 的文件。这样，当这两个层被联合挂载之后，foo 文件就会被.wh.foo 文件“遮挡”起来，“消失”了。这个功能，就是“ro+wh”的挂载方式，即只

读 +whiteout 的含义。我喜欢把 whiteout 形象地翻译为：“白障”

第三部分，Init 层

它是一个以“-init”结尾的层，夹在只读层和读写层之间。Init 层是 Docker 项目单独生成的一个内部层，专门用来存放 /etc/hosts、/etc/resolv.conf 等信息。

需要这样一层的原因是，这些文件本来属于只读的 Ubuntu 镜像的一部分，但是用户往往需要在启动容器时写入一些指定的值比如 hostname，所以就需要在可读写层对它们进行修改。

可是，这些修改往往只对当前的容器有效，我们并不希望执行 docker commit 时，把这些信息连同可读写层一起提交掉。所以，Docker 做法是，在修改了这些文件之后，以一个单独的层挂载了出来。而用户执行docker commit 只会提交可读写层，所以是不包含这些内容的。

最终，这 7 个层都被联合挂载到 /var/lib/docker/aufs/mnt 目录下，表现为一个完整的Ubuntu 操作系统供容器使用

copy-on-write

上面的读写层通常也称为容器层，下面的只读层称为镜像层，所有的增删查改操作都只会作用在容器层，相同的文件上层会覆盖掉下层。知道这一点，就不难理解镜像文件的修改，比如修改一个文件的时候，首先会从上到下查找有没有这个文件，找到，就复制到容器层中，修改，修改的结果就会作用到下层的文件，这种方式也被称为copy-on-write