Docker 文件系统-AUFS 原理介绍

下面是关于 Docker 文件系统 AUFS 原理的详细攻略：

什么是 AUFS 文件系统

AUFS 是 Another Union File System 的缩写，也叫做 Aufs。它是一种分层文件系统，支持将多个文件系统联合挂载到一个目录下。在 Docker 中，AUFS 是默认的文件系统驱动程序，用于构建镜像和运行容器。AUFS 提供了高性能的文件系统操作，并使得 Docker 这种轻量级的容器化技术更加高效、灵活。

AUFS 原理介绍

AUFS 文件系统采用了一种分层的文件系统结构，它的本质就是在原有的文件系统上增加了一些额外的文件层，在启动容器时将这些层挂载到一起，形成了一个联合文件系统。这个结构可以使得每个容器都有独立的文件系统层，并且可以根据需要动态地添加、删除、更新和共享文件层。主要有如下几个特点：

分层存储

在 Docker 中，每一个镜像都是由多个文件层组成的。当你拉取一个镜像时，实际上它包含的是所有文件层的集合。例如，下面这个简单的 Dockerfile 定义了一个包含 Nginx 的容器镜像：

FROM ubuntu:18.04
RUN apt-get update && apt-get install -y nginx
CMD ["nginx", "-g", "daemon off;"]

在上述例子中，ubuntu:18.04 是 Docker Hub 中的一个官方镜像。Docker 在这个镜像的基础上新增了一个文件层，安装了 Nginx 并将 CMD 指令设置为启动 Nginx 服务器。这样，Docker 就生成了一个新的镜像。Docker 中的每一个镜像都是由多个文件层组成的，这样就可以有效地利用文件层的重用，减少存储空间消耗和网络带宽。

可写容器

Docker 使用 AUFS 文件系统的一个重要特点就是可写容器。AUFS 文件系统支持将一个文件系统层作为可写层，容器启动时会自动为其创建一个新的可写层，容器内的所有文件修改操作都会发生在这个可写层中。这样可以让不同的容器之间共享下游层（也就是可复用的部分），同时避免数据冲突问题。

滚动升级

Docker 的另一个特点就是及时更新、完全替换。对于文件系统中的镜像和容器，随时可以进行更新、替换、删除操作。AUFS 文件系统采用的是分层存储机制，可以通过增加一层或者删除一层来实现镜像或容器的滚动升级，从而实现了轻量级、高效的运行环境管理。

AUFS 的实例应用

现在让我们来看一下 AUFS 文件系统的具体应用。假设我们有一个 Dockerfile，它定义了一个简单的 Node.js 应用程序：

FROM node:12.18.2
WORKDIR /app
COPY package*.json ./
RUN npm install
COPY . .
EXPOSE 3000
CMD [ "npm", "start" ]

这个 Dockerfile 运行的 Node.js 应用程序依赖于 Node.js 12.18.2 版本，安装了 npm 包，然后将当前目录下的所有文件复制到容器的 /app 目录下，并且将容器中的 3000 端口暴露出来。最后，它将启动 npm start 命令，运行应用程序。

我们可以通过以下命令构建一个 Docker 镜像：

docker build -t myapp:0.1 .

这个命令会使用 Dockerfile 中的指令构建一个新的镜像，在本地标记为 myapp:0.1。现在，我们可以运行一个容器并访问 Web 应用程序：

docker run -p 3000:3000 myapp:0.1

这个命令会启动一个新的容器，并将容器内部的 3000 端口映射到主机的 3000 端口上。你现在可以在浏览器中访问 http://localhost:3000 来查看应用程序。

这时，想象一下你要更新 Node.js 的版本，你可以修改 Dockerfile 中的 FROM node:12.18.2 为 FROM node:14.15.3，并再次构建新的镜像：

docker build -t myapp:0.2 .

由于这次只更改了 FROM 指令，而其他指令和容器内部的数据并没有变化，因此 Docker 只需要在原有的镜像上增加一个新的文件层，也就是新的 Node.js 升级层，而不用重新下载所有的依赖包和复制所有的文件。这个过程非常快速、高效。你可以使用以下命令来重新启动容器：

docker run -p 3000:3000 myapp:0.2

这个操作会启动一个新的容器，并将容器内部的 3000 端口映射到主机的 3000 端口上。现在你可以在浏览器中再次访问 http://localhost:3000 来查看更新后的应用程序。

总的来说，AUFS 文件系统是 Docker 实现轻量级高效容器化的重要组成部分。它的分层存储机制和可写容器特性可以帮助用户更加方便地构建、管理和更新容器环境，从而提高应用程序的开发和部署效率。