Linux-笔记 OverlayFS文件系统入门

前言

主要概念

工作原理

特点特性

1、上下合并

2、同名文件覆盖

3、同名目录合并

4、写时拷贝

实操入门

内核配置

挂载文件系统

验证

1、同名文件覆盖

2、同名目录合并

3、写时拷贝

1）验证新增文件或目录

2）验证修改文件

3）验证删除文件

总结

前言

OverlayFS 是一种联合文件系统，主要用于将多个文件系统的内容合并呈现给用户。在 Linux 系统中，它经常用于容器技术，比如 Docker 和 Kubernetes，以实现文件系统的层叠。OverlayFS 通过将一个文件系统层“覆盖”在另一个文件系统层之上，使得两个文件系统看起来像是一个统一的文件系统。

主要概念

Lowerdir：下层目录，包含了只读数据。
Upperdir：上层目录，包含了可写数据。
Workdir：工作目录，用于存储临时文件和中间数据。
Merged View：合并视图，用户看到的最终文件系统视图。

工作原理

OverlayFS 通过合并下层目录和上层目录来创建一个虚拟的合并视图。当用户对文件进行读操作时，文件系统会优先从上层目录查找文件，如果上层目录没有该文件，则从下层目录查找。对于写操作，OverlayFS 会在上层目录进行操作，并且不会修改下层目录。这种机制确保了下层目录的只读性。

特点特性

1、上下合并

OverlayFS 的核心功能之一是将多个目录（通常是一个只读层和一个可写层）合并成一个单一的虚拟文件系统视图。这种合并方式允许用户同时访问和操作多个层中的文件，而不需要手动切换或复制文件内容。

这里说的上下合并就是指最终会将lowerdir层的可读文件与upperdir层的可写文件合并到merged层，具体的合并规则稍后介绍。

2、同名文件覆盖

当上下层目录中存在同名文件时，OverlayFS 会优先显示上层目录（upperdir）中的文件，隐藏下层目录（lowerdir）中的同名文件。这种机制允许用户在不修改基础层的情况下对文件进行更新或替换。

这里说的同名覆盖是指，假设lowerdir层有一个文件叫hello.txt，upperdir层也有一个文件叫hello.txt，那最终在merged层看到的将会是upperdir层的hello.txt文件。

3、同名目录合并

当下层目录（lowerdir）和上层目录（upperdir）都有一个同名的子目录时，OverlayFS 会将这两个目录的内容合并在一起显示给用户，用户在合并视图中看到的是两个目录的综合内容。

如果合并的两个目录中存在同名文件，则优先显示上层目录（upperdir）中的文件，而隐藏下层目录（lowerdir）中的同名文件，这就是上面介绍的同名文件覆盖的机制。

4、写时拷贝

当对合并视图中的文件进行写操作时，OverlayFS 会将下层目录中的只读文件复制到上层目录，并在上层目录中进行修改。这种写时拷贝机制确保了下层目录的只读性不受影响，同时提供了对文件的写访问能力。

这里是指假设用户修改了merged层的文件file.txt，如果该文件只存在于lowerdir层，则文件会被复制到upperdir层，然后在upperdir层中进行修改，而lowerdir层中的文件则原封不动，所有的修改只发生在upperdir中的副本上。

实操入门

开发平台：T113

SDK：Tina 5.0

内核配置

挂载文件系统

1、检查系统是否支持OverlayFS

grep overlay /proc/filesystems

2、创建必要目录

mkdir /lower /upper /work /merged
·/lower   指定lowerdir
·/upper   指定upperdir
·/work    指定work目录
·/merged  指定挂载点（合并点）

3、创建测试文件

这里的思路是分别在上层与下层各创建两个文件，其中有一个文件名一样，但内容不一样，挂载后就可以验证同名文件覆盖了。

1）upper层

//upper层
cd /upper
echo "this upper first file" >> file_a.txt
echo "this upper second file" >> file_b.txt

2）lower层

//lower层
cd /lower
echo "this lower first file" >> file_b.txt
echo "this lower second file" >> file_c.txt

4、挂载文件系统，挂载后可通过命令df -h 查看是否挂在成功，可以看到overlay挂载在根目录下的merged目录。

mount -t overlay overlay -o lowerdir=/lower,upperdir=/upper,workdir=/work /merged
· -t 指定挂载的文件系统，这里指定overlay
· -o 指定挂载选项
· lowerdir=/lower 指定lower层为根目录下的lower目录
· upperdir=/upper 指定upper层为根目录下的upper目录
· workdir=/work   指定work为根目录下的work目录
· /merged         指定挂载到根目录下的merged目录，其实就是合并层

验证

注：一切的操作都只在挂载点操作（本文章内的挂载点为/merged），这是为了防止出现不可预知的结果，本身挂载以后也不允许在lowerdir中去操作，因为它是只读的，至于upperdir，还需要考证。

1、同名文件覆盖

挂载后查看 /merged目录情况，发现有三个文件file_a\b\c，查看内容，可知确实发生了同名文件覆盖，因为file_b.txt内容为 “this upper second file”，并非 “this lower first file”，也就说这个文件是upper层的file_b.txt文件，覆盖掉了lower层的。

2、同名目录合并

分别在upper层和lower层创建一个新目录test，然后将upper目录、lower目录先前创建的文件都拷贝到新建的test目录中去。

然后进入 /merged目录查看，可发现里面有一个test目录，这是同名目录合并的结果，然后我们进入test目录查看，发现里面有三个文件，查看文件内容，根据文件内容，我们可以发现，同名目录合并过程中，如果目录内有同名文件，也会遵循同名文件覆盖的机制。

3、写时拷贝

1）验证新增文件或目录

在merged层新建文件hello.txt,内容为 “hello world”，然后去往upperdir与lowerdir查看是否有出现hello.txt，通过结果我们可知，在合并层新建文件只会在upperdir中出现，而不会影响lowerdir。

cd  /merged 
echo "hello world" > hello.txt

在merged层新建目录hello，然后去往upperdir与lowerdir查看是否有出现hello目录，通过结果我们可知，在合并层新建目录只会在upperdir中出现，而不会影响lowerdir。

2）验证修改文件

这里还要分文件是只存在于upperdir还是只存在于lowerdir，还是同时存在两者呢，我们分别验证。

2.1）首先我们先往只存在于upperdir中的file_a.txt中新增信息，然后去upperdir中查看是否新增了信息。通过结果可知修改只存在于upperdir中的文件时只会同步到upperdir中去。

cd /merged
echo "add str" >> file_a.txt

2.2）然后我们修改只存在于lowerdir中文件，看看结果如何。lowerdir中有一个只存在于lowerdir中的文件file_c.txt，同样新增信息，通过截图我们可得知，当我们修改只存在于lowerdir中的文件时，会将其拷贝到upperdir中并修改（可看到upper目录中出现了只在lowerdir中出现的file_c.txt），而lowerdir中并不会做任何改变。

2.3）修改同时存于lowerdir与upperdir中的文件，看看结果如何，通过结果我们可知，也是只会同步到upperdir中，而不会改变lowerdir中的文件。

3）验证删除文件

这里也要分文件存在于lowerdir还是upperdir中。

3.1）要删除的文件只存在于upperdir，比如我们删除只存于upperdir中的file_a.txt，看看结果如何，可以看到只会删除掉upperdir中的文件，因为它本身只存在于那。

3.2）删除只存于lowerdir中的文件，我们删除lowerdir中的文件file_c.txt，看看结果如何。通过结果可知，删除只存在于lowerdir中的文件只会删除挂载点（合并点）的文件，而不会删除lowerdir中的文件。但是我们又发现在upperdir中还有file_c.txt的影子，但是通过查询大小发现其实只是生成了一个大小为0的字符设备文件。