Overlay Filesystem ও Image Layer — একই বেস, হাজার container, একটাই কপি

# overlay_sim.py -- a faithful simulation of the OverlayFS union-mount
# resolution algorithm and copy-on-write semantics described in the kernel's
# Documentation/filesystems/overlayfs.rst.

WHITEOUT = object()  # sentinel: "this file is deleted at this layer"


class BinaryFile:
    """Stand-in for a real binary file's bytes -- we only care about its
    SIZE for the copy-up cost demonstration, not its actual content."""
    __slots__ = ("size", "desc")

    def __init__(self, size, desc):
        self.size = size
        self.desc = desc

    def __len__(self):
        return self.size

    def __repr__(self):
        return f"<{self.desc}, {self.size:,} bytes>"


class OverlayFS:
    def __init__(self, lowerdirs, upperdir=None):
        self.lowerdirs = lowerdirs      # bottom(0) -> top(highest priority lower)
        self.upperdir = upperdir if upperdir is not None else {}
        self.copy_up_log = []           # (filename, source_layer_index, bytes_copied)

    def _layers_bottom_to_top(self):
        return list(enumerate(self.lowerdirs)) + [("upper", self.upperdir)]

    def merged_view(self):
        result = {}
        for _, layer in self._layers_bottom_to_top():
            for name, content in layer.items():
                if content is WHITEOUT:
                    result.pop(name, None)
                else:
                    result[name] = content
        return result

    def read(self, filename):
        # top-down: first layer that has the name wins -- no copy, ever.
        for _, layer in reversed(self._layers_bottom_to_top()):
            if filename in layer:
                content = layer[filename]
                return None if content is WHITEOUT else content
        raise FileNotFoundError(filename)

    def write(self, filename, new_content):
        # copy-up: if not already in upperdir, copy the WHOLE file up first.
        if filename not in self.upperdir:
            for idx, layer in reversed(list(enumerate(self.lowerdirs))):
                if filename in layer and layer[filename] is not WHITEOUT:
                    size = len(layer[filename])
                    self.copy_up_log.append((filename, idx, size))
                    self.upperdir[filename] = layer[filename]
                    break
        self.upperdir[filename] = new_content

    def delete(self, filename):
        # can never touch a lower layer -- write a whiteout marker instead.
        self.upperdir[filename] = WHITEOUT


if __name__ == "__main__":
    layer0_base = {
        "etc/os-release": "Ubuntu 22.04",
        "bin/bash": BinaryFile(1_234_567, "bash binary"),
        "usr/lib/libc.so.6": BinaryFile(2_000_000, "libc shared library"),
        "etc/passwd": "root:x:0:0:root:/root:/bin/bash\n",
    }
    layer1_curl = {"usr/bin/curl": BinaryFile(200_000, "curl binary")}
    layer2_app = {"app/main.py": "print('hello')", "app/config.json": '{"debug": true}'}

    fs = OverlayFS(lowerdirs=[layer0_base, layer1_curl, layer2_app])

    # ২: lower-only ফাইল পড়া -- কোনো copy হয় না
    content = fs.read("bin/bash")
    print(f"read('bin/bash') -> {content!r}")
    print(f"copy_up_log এখনো: {fs.copy_up_log}")

    # ৩: lower-only ফাইলে প্রথম write -- copy-up ট্রিগার
    old = fs.read("etc/passwd")
    fs.write("etc/passwd", old + "alice:x:1000:1000:Alice:/home/alice:/bin/bash\n")
    print(f"copy_up_log: {fs.copy_up_log}")

    # ৪: বড় ফাইলে "১ বাইট" বদল -- copy-up পুরো ফাইলের আকারে
    fs.write("usr/lib/libc.so.6", BinaryFile(2_000_000, "libc shared library (patched)"))
    fname, src_idx, nbytes = fs.copy_up_log[-1]
    print(f"copy-up: filename={fname!r}, source_layer_index={src_idx}, bytes_copied={nbytes:,}")

    # ৫: lower-only ফাইল delete -- whiteout
    fs.delete("app/config.json")
    print(f"'app/config.json' merged_view-এ আছে? {'app/config.json' in fs.merged_view()}")
    print(f"layer2_app-এ এখনো আছে? {'app/config.json' in layer2_app}")

প্রকৃত চালিয়ে পাওয়া output (এই মেশিনে; deterministic, প্রতিবার হুবহু একই):

read('bin/bash') -> <bash binary, 1,234,567 bytes>
copy_up_log এখনো: []
copy_up_log: [('etc/passwd', 0, 32)]
copy-up: filename='usr/lib/libc.so.6', source_layer_index=0, bytes_copied=2,000,000
'app/config.json' merged_view-এ আছে? False
layer2_app-এ এখনো আছে? True

তিনটা লাইন এই লেসনের কেন্দ্রীয় দাবিগুলো সংখ্যায় প্রমাণ করে। প্রথম লাইন: read copy_up_log খালি রাখে — কোনো copy হয়নি। দ্বিতীয়/তৃতীয় লাইন: etc/passwd-এ মাত্র একটা নতুন লাইন যোগ করতে ৩২ বাইট copy-up হয়েছে (পুরনো ফাইলের আকার) — আর libc-তে conceptually “১ বাইট” বদলাতে পুরো ২০,০০,০০০ বাইট copy-up হয়েছে, bytes_copied ফিল্ডটাই সরাসরি দেখাচ্ছে খরচ লেখার আকারের না, ফাইলের পুরো আকারের সমানুপাতিক। শেষ দুই লাইন: app/config.json merged view থেকে অদৃশ্য হয়ে গেছে, অথচ মূল layer2_app dict-এ (lower layer) অক্ষত রয়ে গেছে — ঠিক whiteout-এর সংজ্ঞা অনুযায়ী।