龙蜥白皮书精选：跨云-边-端的只读文件系统 EROFS

龙蜥社区龙蜥社区 - 2023-03-31 10:23:54

文/徐静波

01 背景概述

在云原生、桌面、终端等应用领域，为了高效可信构建，分发和运行镜像，解决方案一般倾向选择只读方案，其优势在于分发和签名校验、写保护、器件故障可靠恢复等。通用文件系统如 EXT4 和 XFS 往往不能充分满足镜像极致大小、压缩、去重及可复现构建等需求，且通用文件系统冷门特性会增加格式复杂度，影响分发和执行环节的安全性和可控性，因此打造 Linux下高性能自包含内核只读文件系统能更好地服务容器、终端、集群 OS 等业务场景。

02 技术方案

EROFS 是为高性能只读场景量身打造的内核文件系统，提供了多层镜像、透明压缩、块去重、原生按需加载、FSDAX 内存直接访问等特性，于 Linux 5.4 正式合入Linux主线。在容器镜像领域，通过与 CNCF Dragonfly 的 Nydus 镜像服务深度融合，打造了 RAFSv6、FS-Cache 等技术，服务容器 runC、Kata 等场景，未来还将发力 page cache 内存共享进一步提供内存超卖能力。在终端领域已成为 Android Open Source Project 推荐的系统分区文件系统格式。

技术优势：

Linux 内核原生，通过压缩，块去重，字节滚动压缩去重节省镜像存储空间。原地解压等技术进一步优化运行态内存占用，提升性能。提供内核原生按需加载能力，从源头解决 FUSE 额外拷贝和上下文切换开销。

应用场景：容器/App/系统镜像、软件包管理、AI 数据分发、函数计算、机密计算、无盘启动、安装器等。

03 基于 EROFS + FS-Cache 优化 Nydus 镜像按需加载

EROFS over FS-Cache 是龙蜥社区牵头为 Nydus 和 EROFS 开发的下一代容器镜像按需加载技术，同时也是 Linux 内核原生的镜像按需加载特性，于 5.19 合入内核社区主线。该方案将按需加载的缓存管理通过 FS-Cache 框架下沉到内核态执行，当镜像已在本地缓存时，相比用户态方案可有效避免内核态/ 用户态上下文切换和内存拷贝；当缓存未命中时，再通知用户态通过网络获取数据，做到真正的“按需”，非按需场景下实现几乎无损的性能和稳定性。