Overlay文件系统在Linux中怎样使用

OverlayFS 在 Linux 中的使用指南

一 核心概念与适用场景

• OverlayFS 是一种联合文件系统，将多个目录按“层”叠加为一个统一的目录视图。它包含：只读的 lowerdir（可多层，从左到右优先级递减）、可写的 upperdir、用于内部协调的 workdir（必须与 upperdir 在同一文件系统）、以及呈现合并结果的 merged 挂载点。
• 关键语义：读时合并、写时复制（修改下层文件会先复制到 upperdir）、删除下层文件用 whiteout 标记屏蔽；同名文件/目录时，上层覆盖下层，多个 lowerdir 按声明顺序覆盖。
• 典型场景：容器镜像分层与容器可写层、LiveCD/只读根文件系统的临时可写、系统快照与快速回滚、构建只读+可写的开发/测试环境。

二 快速上手步骤

• 准备目录与示例内容
  • 创建目录：mkdir -p /tmp/{lower,upper,work,merged}
  • 写入下层文件：echo "from lower" > /tmp/lower/hello.txt
• 挂载 OverlayFS
  • 命令：sudo mount -t overlay overlay -o lowerdir=/tmp/lower,upperdir=/tmp/upper,workdir=/tmp/work /tmp/merged
• 验证与观察写时复制
  • 查看下层内容：cat /tmp/merged/hello.txt（输出：from lower）
  • 修改文件：echo "from upper" > /tmp/merged/hello.txt，随后可见 /tmp/upper/hello.txt 出现（COW）
  • 新建文件：touch /tmp/merged/new.txt，可见 /tmp/upper/new.txt
  • 删除文件：rm /tmp/merged/hello.txt，会在 /tmp/upper/ 生成 whiteout 标记（如 .wh.hello.txt），下层文件未被改动
• 卸载：sudo umount /tmp/merged
• 提示：若需多层 lower，可用冒号分隔：lowerdir=/lower1:/lower2:...，左侧优先级更高。

三 常用挂载选项与注意事项

• 基本语法
  • mount -t overlay overlay -o lowerdir=<lower>,upperdir=<upper>,workdir=<work> <mountpoint>
  • 多层 lower：lowerdir=/l1:/l2:/l3（从左到右优先级递减）
• 重要约束
  • workdir 必须与 upperdir 位于同一文件系统，否则挂载会失败。
  • 挂载点应为空目录，避免已有内容干扰视图。
  • 避免重复挂载同一挂载点；可先检查：grep -qs '/mnt/overlay' /proc/mounts。
  • 权限与所有权：挂载与访问受目录权限与用户身份影响，必要时使用 sudo 或调整 uid/gid。
• 性能与一致性提示
  • 读取主要来自 lower/upper，性能接近底层；大量小文件写入会集中在 upper，注意 磁盘空间 与 inode 使用。
  • 某些工作负载下可使用挂载选项（如 noatime、datawriteback）做权衡，但需充分评估数据一致性与崩溃一致性风险。

四 常见操作与故障排查

• 查看是否已挂载：grep -qs '/your/mount' /proc/mounts 或 mount | grep overlay
• 卸载：sudo umount /your/mount；若繁忙，先结束占用进程或延迟卸载。
• 空间与 inodes：写入集中在 upperdir，空间不足会导致写入失败；定期清理 upper 或扩容底层文件系统。
• 删除“看不见”的 lower 文件：删除操作在 upper 生成 whiteout，如需恢复，删除 whiteout 文件（如 .wh.xxx）后重新挂载查看。
• 多层 lower 的覆盖规则：同名文件以最左侧匹配到的层为准；同名目录内容会合并。
• 日志与诊断：检查 dmesg | tail、journalctl -xe 获取内核/挂载错误信息；确认目录权限、路径、磁盘空间与 workdir 位置是否正确。

五 实用示例

• 只读根 + 可写层（临时环境/救援）
  • 假设已有只读根镜像挂载在 /ro-root，创建可写层与 work：
    • sudo mkdir -p /overlay/{upper,work,merged}
  • 挂载：sudo mount -t overlay overlay -o lowerdir=/ro-root,upperdir=/overlay/upper,workdir=/overlay/work /overlay/merged
  • 之后将 /overlay/merged 作为新的根环境使用（如 chroot 或切换根）。
• 只读数据层 + 开发层（代码热改）
  • lowerdir 指向版本库/发布包目录，upperdir 指向本地开发改动；在 merged 中编辑会落入 upper，底层保持不变，便于回滚与对比。