一、存储概述
Docker 支持多种存储类型用于容器和镜像的存储。以下是一些常见的 Docker 存储类型：
Overlay 存储驱动
Aufs 存储驱动
Device Mapper 存储驱动
VFS（Virtual File System）
Btrfs 存储驱动
ZFS 存储驱动
二、Overlay 存储驱动
1. 基本原理
层次结构： Docker 镜像是由多个文件系统层（layers）组成的。每个层都包含文件和目录，并且每个层都是只读的。这些层通过联合文件系统（Union File System）的概念组合在一起，形成一个统一的文件系统
Overlay 文件系统：** Overlay 存储驱动使用 OverlayFS 文件系统，它是一个联合文件系统，通过将多个文件系统层叠加在一起，为用户提供一个单一的文件系统视图。这使得容器能够访问所有层的文件和目录，而实际上这些层是分开存储的
Upper、Lower 和 Work 目录： OverlayFS 包括三个关键的目录：
Upper 目录： 包含了容器运行时的可写层，任何对文件系统的写操作都将在这个目录中进行。这使得容器可以在运行时修改文件
Lower 目录： 包含了只读的基础镜像层，即 Docker 镜像的各个层次
Work 目录： 用于存储 OverlayFS 内部的工作文件
2. Upper,Lower和worker目录
Upper 目录：
位置：
upper目录包含 OverlayFS 的可读写层。这是容器内部所做更改的存储位置
功能： 容器内部对文件系统的任何修改或添加都会存储在
upper目录中。这个目录允许在其他层之上创建一个可写层
Lower 目录：
位置：
lower目录包含 OverlayFS 的只读层。这些层代表了基础镜像和任何额外的只读层
功能：
lower目录中的内容是 Docker 镜像中的初始文件和目录集。这些层叠加在一起，而上层提供了一个可写表面用于进行更改
Work 目录：
位置：
work目录在 OverlayFS 的内部使用，用于进行覆盖过程中的操作
功能： 在覆盖过程中，例如合并和复制操作，
work目录充当某些 OverlayFS 操作的工作空间。操作完成后，更改将应用到上层
3. Overlay2相比Overlay优化点
并发写操作： Overlay2 引入了对并发写操作的更好支持。这意味着在多个容器同时对文件系统进行写操作时，Overlay2 能够更有效地管理并发性，减少冲突和性能下降。
硬链接： Overlay2 在硬链接的处理上进行了优化。硬链接是一种在文件系统中创建文件的方法，Overlay2 利用硬链接的方式减少重复的文件存储，进一步降低存储开销。
SELinux 支持： Overlay2 更好地支持 SELinux（Security-Enhanced Linux），提供了更强大的安全性选项。这对于需要强调容器安全性的生产环境非常重要。
复制操作的优化： 在 Overlay2 中，复制操作经过优化，减少了复制数据的需求，提高了效率。这有助于加速容器的构建和启动过程。
可读性和可维护性： Overlay2 的存储结构更加清晰和模块化，使得整个系统更易于理解和维护。每个容器有自己的独立文件夹，包含了与该容器相关的所有数据。
4. overlay copy-up
试图修改一个只读层的文件时，会发生一个称为 “copy-up” 的操作。因为每个镜像层都是只读的，而容器运行时对文件的任何修改都必须发生在容器的顶层，也就是可写层
简化的 copy-up 操作流程:
查找文件：当一个进程请求修改一个文件时，OverlayFS 首先会在堆栈的各个层中从上到下查找该文件
复制文件：如果该文件位于一个只读层，OverlayFS 会将该文件（包括其元数据）复制到最上层的可写层中。这个过程称为 “copy-up”
修改文件：一旦文件被复制到可写层，进程就可以在这个副本上执行修改操作
Copy-up 操作使得容器可以在不更改下层镜像的情况下修改文件，保持了镜像的不可变性，并确保了容器间的文件隔离。容器可以基于同一个镜像启动，但它们的文件系统状态可以是独立且不同的
三、Aufs 存储驱动简介
Advanced Multi-Layered Unification Filesystem
允许将多个目录层（layers）叠加（overlay）在一起，形成一个单一的、统一的文件系统视图
AUFS 最初是为了提高容器技术（如 Docker）的效率而设计的，它通过允许文件系统层的重用和共享，来减少磁盘占用和提高文件操作的效率
随着 OverlayFS 的出现和成熟（特别是
overlay2驱动），以及 AUFS 的一些限制（如对 Linux 内核的补丁需求和一些性能问题），Docker 社区和 Docker 官方推荐的存储驱动已逐渐从 AUFS 过渡到了overlay2OverlayFS 提供了类似的功能，但通常与 Linux 内核更兼容，且性能更优。AUFS 在某些 Linux 发行版中可能不是默认安装的，它可能需要额外的内核支持或第三方模块
四、Device Mapper
一个 Linux 内核的存储驱动，它使用了设备映射框架（Device Mapper）来管理层（layer）和快照。在 Docker 中，
devicemapper曾经是一个用于管理容器和镜像存储的流行选择devicemapper的工作原理是通过创建虚拟的磁盘设备（称为逻辑卷），为容器和镜像提供存储空间。这些逻辑卷由 Device Mapper 来管理，它可以动态地创建、删除和调整大小运行模式：
Loop-lvm：这是
devicemapper的默认模式，它使用已存在的文件（loopback 文件）作为逻辑卷。这种模式不需要额外的分区或物理磁盘，但性能较差，因为它没有直接访问底层存储设备Direct-lvm：这种模式提供了更好的性能，因为它使用物理磁盘的分区（通常是 LVM 卷组）作为存储的后端。在 Direct-lvm 模式中，每个容器和镜像都有自己的逻辑卷，这些逻辑卷可以进行快照操作以支持 Docker 镜像层
devicemapper还支持许多高级功能，例如：存储配额：可以为每个容器设置磁盘空间配额，防止容器使用过多的磁盘空间
快照和克隆：支持创建逻辑卷的快照，这可以用于备份或在容器之间共享数据
薄置备：薄置备（Thin Provisioning）允许在物理存储资源不足的情况下创建逻辑卷，这可以提高存储的灵活性和效率
缺点：
配置的复杂性和相对较高的维护要求
需要仔细的存储管理和监控，以防止存储空间耗尽
五、VFS
一种简单的存储机制，它不会尝试去重用或共享层之间的数据
在 VFS 中，每个容器都有自己的完整文件系统副本，即使是相同的文件或目录也会在每个容器中分别存储多份副本
每次启动新容器或构建新镜像层时，VFS 都会创建一个完整的文件系统副本，导致磁盘空间的快速消耗和性能下降
特点：
简单性：VFS 驱动非常简单，没有复杂的配置和依赖关系，因此它通常用于测试和调试
不依赖特定文件系统：VFS 不依赖任何底层的文件系统特性，因此它可以在任何文件系统上运行
不进行层共享：由于没有层共享，每个容器的文件系统都是独立的，这意味着每个容器的存储是完全隔离的
六、btrfs
一种Linux 文件系统
支持以下高级功能：
Copy-on-Write（COW）：
btrfs使用 COW 技术，这意味着当文件被修改时，只有更改的部分会被写入新的位置，原有数据保持不变快照：
btrfs支持快速创建文件系统的快照，这对于 Docker 镜像和容器的版本控制非常有用子卷：
btrfs支持创建子卷，这些子卷可以被用来为 Docker 容器和镜像提供独立的文件系统环境透明压缩：
btrfs支持在文件系统级别进行数据压缩，这有助于减少磁盘空间的使用去重：
btrfs支持数据去重，这可以进一步提升存储效率，尤其是在存储大量重复数据时内置 RAID 支持：
btrfs支持多种 RAID 级别，包括 RAID 0、1、10、5 和 6，这些都是通过软件实现的动态卷管理和扩展：
btrfs支持在线动态调整卷的大小，这使得在现有文件系统上添加更多存储空间变得非常简单
在 Docker 中使用
btrfs存储驱动时，每个容器和镜像层都可以映射到btrfs的子卷和快照。这允许 Docker 高效地创建和管理容器数据
七、ZFS
ZFS（Zettabyte File System）是一个高级的文件系统和逻辑卷管理器，设计用来处理大量数据并提供极高的数据完整性。它集成了文件系统和卷管理器的功能，意味着你可以直接在 ZFS 池上创建文件系统，而不需要单独的卷管理器
先进特性：
Copy-on-Write (COW)：ZFS 是一个 COW 文件系统，这意味着当数据被修改时，原始数据不会被覆盖，而是会将改变的部分写入新位置
快照和克隆：ZFS 支持无性能损失的快照功能，快照是文件系统的只读版本。基于快照，你可以创建克隆，即快照的可写副本
数据完整性：ZFS 使用校验和来确保数据的完整性，它可以自动检测和修复数据损坏，即使在单磁盘系统上也是如此
内建 RAID 支持：ZFS 支持多种级别的 RAID 配置，包括 RAID-Z（类似于 RAID-5 或 RAID-6），无需额外的硬件或软件
动态条带化：在 ZFS 中，数据自动分布在所有可用磁盘上，提高了性能和空间利用率
透明压缩：ZFS 支持在文件系统级别的数据压缩，这有助于节省空间
存储池：ZFS 使用存储池的概念来管理物理存储，你可以轻松地向存储池添加新的存储设备，以扩展容量