4. 容器与快照基础：容器根文件系统（snapshot）的创建、挂载与生命周期

在 containerd 中，容器的根文件系统并非完整的操作系统镜像副本，而是通过 快照（Snapshot） 机制构建的轻量级、分层视图。理解快照的创建、挂载与生命周期，是掌握磁盘容量释放与垃圾回收的前提。本节将深入剖析这一核心机制。

4.1 快照（Snapshot）的核心概念

快照是 containerd 对容器镜像层和容器读写层的一种抽象管理单元。它基于 OverlayFS 或类似联合文件系统技术，实现了以下关键特性：

• 分层复用：多个容器可以共享相同的只读镜像层，仅在各自的读写层记录变更。
• 写时复制（Copy-on-Write, CoW）：对容器根文件系统的修改仅在写入时复制到上层，极大节省磁盘空间。
• 高效创建：创建新容器时，无需复制整个文件系统，只需创建一个指向已有层的轻量级快照。

4.2 快照的层级结构：从镜像层到容器层

一个容器的根文件系统由多层快照组成，形成一个从底向上、从只读到可写的层级链。下图展示了典型的四层结构：

4.3 快照的创建与挂载流程

当 containerd 启动一个容器时，快照的创建与挂载遵循以下步骤：

1. 解析镜像：从镜像仓库拉取或本地缓存中获取镜像的 manifest 和层列表。
2. 准备快照链：为镜像的每一层创建只读快照，并建立父子关系。
3. 创建容器快照：在镜像顶层之上，创建一个可读写的容器快照（即 active snapshot）。
4. 挂载文件系统：使用 OverlayFS 将只读层与读写层联合挂载到容器的 rootfs 路径。
5. 启动容器进程：容器进程以挂载后的 rootfs 作为根文件系统运行。

mount -t overlay overlay \
  -o lowerdir=/var/lib/containerd/io.containerd.snapshotter.v1.overlayfs/snapshots/1/fs:\
/var/lib/containerd/io.containerd.snapshotter.v1.overlayfs/snapshots/2/fs:\
/var/lib/containerd/io.containerd.snapshotter.v1.overlayfs/snapshots/3/fs,\
upperdir=/var/lib/containerd/io.containerd.snapshotter.v1.overlayfs/snapshots/4/fs,\
workdir=/var/lib/containerd/io.containerd.snapshotter.v1.overlayfs/snapshots/4/work \
  /run/containerd/io.containerd.runtime.v2.task/default/<container-id>/rootfs

4.4 快照的生命周期状态

containerd 的快照管理器中，每个快照都处于以下生命周期状态之一：

4.5 快照的引用计数与垃圾回收基础

containerd 通过 引用计数（Reference Count） 机制管理快照的生命周期。每个快照维护一个计数器，记录有多少上层快照或容器正在使用它。当引用计数降为零时，该快照即成为垃圾回收的候选对象。

下图展示了快照之间的引用关系与回收判定逻辑：

4.6 快照存储目录结构

containerd 默认将快照数据存储在 /var/lib/containerd/io.containerd.snapshotter.v1.overlayfs/snapshots/ 目录下。每个快照对应一个数字 ID 的子目录，其内部结构如下：

/var/lib/containerd/io.containerd.snapshotter.v1.overlayfs/snapshots/
├── 1/
│   ├── fs/          # 快照的文件系统内容
│   └── work/        # OverlayFS 工作目录（仅读写层有）
├── 2/
│   ├── fs/
│   └── work/
├── 3/
│   └── fs/          # 只读层无 work 目录
├── metadata.db      # 快照元数据数据库（boltdb）
└── ...

4.7 快照生命周期对磁盘容量的影响

快照的生命周期直接决定了磁盘空间的占用模式。下表总结了不同阶段的空间特征：