回憶一下昨天的進展，我們利用 OverlayFS 的方式 mount 出了 merged 檔案夾，目前檔案結構如下:

~/overlay-test$ tree
.
├── lower1
│   ├── a.txt
│   └── x.txt
├── lower2
│   ├── b.txt
│   └── x.txt
├── merged
│   ├── a.txt
│   ├── b.txt
│   ├── c.txt
│   └── x.txt
├── upper
│   └── c.txt
└── work
    └── work [error opening dir]

6 directories, 9 files

現在讓我們來做兩個小實驗:

實驗 1: 修改檔案

編輯 merged/a.txt，在這個檔案中加上 "merge" 這個字串:

$ cat merged/a.txt
merge

$ cat lower1/a.txt 
(仍是空檔案)

這時候來看一下 upper 檔案夾的內容:

$ tree upper/
upper/
├── a.txt
└── c.txt

0 directories, 2 files

$ cat upper/a.txt
merge

upper 檔案夾裡原本只有 c.txt，但現在 a.txt 卻跑出來了，且其內容跟 merge/a.txt 中的一模一樣，是不是很神奇呢！為什麼編輯了 merged 中的 a.txt，沒有更改到 lower1/a.txt，卻反而讓 upper 裡多一個 a.txt？

刪除檔案

讓我們把 merged 中的 b.txt 刪掉:

rm merged/b.txt

~/overlay-test$ tree

可以看到 merged/b.txt 的確消失了，但 lower2/b.txt 還在，而且 upper 中還多了一個 b.txt，這邊特別用截圖的方式分享給大家，可以看到 upper/b.txt 的顏色是黃色，跟其他檔案都不太一樣。

以上兩個實驗，是不是有點違反直覺？但這兩個實驗驗證了 OverlayFS 的一些機制，關於這部分 docker 官網其實整理的很好，連結放在最後的參考資料，有興趣的可以看一下，接下來的內容也是根據官網整理出來的。

1. 讀檔

• 如果檔案是在 upper 裡，且不存在於 lower 裡 -> 就直接讀取 upper 層裡的檔案
• 如果檔案不是在 upper 裡，但是在 lower 裡 -> 那就從 lower 層裡讀取，這裡會有一點點性能上的耗損。
• 如果檔案在 upper 跟 lower 裡都有，那會讀取 upper 層中的那個檔案，也就是上層的檔案會隱藏下層同名的檔案。（不只是 upper 層中的檔案會隱藏下層，透過上述實驗觀察，我們也可以看到 lower1/x.txt 隱藏掉了 lower2/x.txt）

2. 寫檔

• 如果檔案是在 upper 裡，且不存在於 lower 裡 -> 就直接修改 upper 層裡的檔案
• 如果檔案不是在 upper 裡，但是在 lower 裡 -> 會用 copy-on-write (COW)策略來處理，也就是會從 lower 層複製這個要被寫的檔案到 upper 層中，然後再對這個新複製出來的檔案進行寫檔，這個從底層複製到 upper 層的動作稱為 copy_up 操作。這邊要特別注意的是，OverlayFS 的運作方式是 file level 而不是 block level，這意思是，就算這個檔案你只想要改一點點，OverlayFS 的 copy_up 操作仍然會從底層複製整個完整的檔案到上層，可以想像，如果這個檔案很大的話，那勢必會有一些顯著的效能耗損。不過，還好的是，只有第一次要寫底層檔案的時候，才會有 copy_up 這個操作，之後的讀寫就可以直接對 upper 中的這個新檔案進行了。

3. 刪檔:

• 如果要被刪除的檔案是在 upper 裡，且不存在於 lower 裡 -> 就直接刪除 upper 層裡的檔案
• 如果要被刪除的檔案不在 upper 裡，但是在 lower 裡 -> 那會在 upper 層建立一個 whiteout 檔案，也就是我們在 upper 中觀察到的 b.txt，在 lower 檔案夾中的檔案不會真的被刪除掉，在 upper 層中的這個 whiteout 檔案會讓這個檔案在聯合目錄中不可被存取到。
• 如果是要刪除一個存在於 lower 層的檔案夾，那會在 upper 層建立一個 opaque 的檔案夾，跟 whiteout 的用途一樣，他會使下層的同名檔案夾無法被存取到，看起來就像刪掉了一樣。

不知道整理到這邊，大家有沒有好奇以下兩個操作會發生什麼事？

1. 那如果是對檔案重新命名呢？

這是把 merged/x.txt 改名為 merged/x1.txt 的結果：

看起來應該是把 lower1/x.txt copy_up 到 upper 層中，並且在 upper 中做了一個 x.txt 的 whiteout file，使 lower1/x.txt 不可在 merged 中被存取了，也就是結合了寫檔跟刪檔兩個操作。

2. 實驗 1 在寫 a.txt 時，因為檔案存在於 lower 層，所以進行了 copy_up 將檔案複製到 upper 層來，這時候如果去刪除掉 a.txt，會發生什麼事呢？會因為 upper 中的 a.txt 被刪掉，而使被隱藏的下層檔案變成可存取嗎？答案是不會的，其結果如下：

可以觀察到 upper 中的 a.txt 不見了，但多了一個 whiteout file (標示為黃色) 來下層的 a.txt 不可存取。

關於 overlay 的實驗就到這裡，是不是超有趣的呢？下篇我們再來把 OverlayFS 套進 docker container 與 image 中吧！

參考資料:

• How container reads and writes work with overlay or overlay2