linux overlay是啥原理

Linux 的 Overlay（OverlayFS） 是一种联合挂载（union mount）文件系统，它的核心思想是：
把多个目录“叠加”在一起，让用户看到一个统一的目录，但底层数据可以分开存放。

一、OverlayFS 的基本概念

OverlayFS 一般涉及以下几个目录：

1. lower（底层，只读）

   • 可以是一个或多个目录
   • 通常是只读的（比如基础镜像）

2. upper（上层，可读写）

   • 只有一个
   • 所有写操作都会发生在这里

3. work（工作目录）

   • 内部使用，用户不可见
   • 用于文件copy-up等操作

4. merged（挂载点，用户看到的目录）

   • lower + upper 合并后的统一视图

lower (只读)
   +
upper (可读写)
   =
merged (你看到的)

二、核心原理

1. 读文件（Read）

• 如果在 merged 里读一个文件：
  • 先看 upper 有没有
  • 没有再看 lower
• 对用户来说，完全透明

merged/readme.txt
  → upper/readme.txt ? 否
  → lower/readme.txt ✅

2. 写文件（Write）

• 写操作 只会发生在 upper
• lower 永远不被修改

例如：

echo hello > merged/test.txt

实际写入的是：

upper/test.txt

3. 删除文件（Delete）

Overlay 不能直接删 lower 的文件，所以：

• 在 upper 里创建一个 whiteout 文件（特殊标记）
• 表示“这个文件在 merged 中不存在”

例如删除 lower/old.txt：

upper/old.txt (whiteout)

4. Copy-up（写时复制）

如果你修改一个 lower 中的文件：

1. 先把文件从 lower 复制到 upper
2. 然后在 upper 中修改

这就是 CoW（Copy-on-Write）

修改 lower/a.txt
→ 复制 upper/a.txt
→ 修改 upper/a.txt

三、为什么 Docker 用它？

Docker 镜像和容器就是典型例子：

• 镜像层 = lower（只读）
• 容器层 = upper（可读写）
• 容器删除后，upper 被清掉，镜像不变

好处：

• 省空间（多层共享）
• 启动快
• 隔离性好

四、手动体验 OverlayFS

mkdir lower upper work merged
echo "from lower" > lower/a.txt

sudo mount -t overlay overlay \
  -o lowerdir=lower,upperdir=upper,workdir=work \
  merged

cat merged/a.txt
echo "modify" > merged/a.txt

五、一句话总结

OverlayFS 就是把“只读层”和“可写层”合并成一个视图，写操作只影响可写层，从而实现高效、轻量的文件系统叠加。

如果你愿意，我也可以讲：

• overlay 和 aufs 的区别
• Docker 多层 overlay 怎么组织
• overlay 在 Kubernetes 里的使用