Overlay文件系统在Linux中是一种联合文件系统，它允许将多个目录（通常是一个只读层和一个可写层）合并成一个统一的视图。这种技术常用于容器技术，比如Docker和Kubernetes，以实现文件系统的层叠。以下是Overlay文件系统的工作原理：
组成目录
- lowerdir：只读层，包含基础文件系统的内容，用户不能修改这个层的数据。
- upperdir：可读写层，用户可以修改这个层的数据。
- merged：合并后的视图，用户看到的最终文件系统视图。
- workdir：工作目录，用于存储临时文件和中间数据，在合并操作完成前，对这部分数据所做的修改都不会影响到最终的合并视图。
工作流程
- 文件查找：当用户访问合并后的文件系统时，OverlayFS会首先在upperdir中查找文件，如果不存在，则在lowerdir中查找。
- 文件修改：当用户在upperdir中修改文件时，数据会直接写入upperdir中的原目录。如果用户在lowerdir中修改数据，由于lowerdir是只读的，OverlayFS会首先将lowerdir中的文件副本拷贝到upperdir中，然后在upperdir中进行修改。
- 文件删除：为了支持删除操作，OverlayFS引入了whiteout文件的概念。如果需要在lower层删除文件或目录，需要在upper层创建一个对应的whiteout文件。
合并策略
OverlayFS使用“最后写入者胜出”(last writer wins)的策略来合并文件系统。这意味着，如果有多个覆盖文件系统包含相同的文件，那么位于顶层的覆盖文件系统中的文件将被保留，而较低层覆盖文件系统中的文件将被覆盖。
关键技术特点
- 写时复制(CoW)：只有修改时才复制文件到上层，节省空间。
- 层叠视图：提供统一的文件系统视图，隐藏底层实现。
- 性能优化：大部分操作只涉及上层文件系统，性能接近原生文件系统。
- 原子性操作：通过workdir确保操作的原子性。
典型应用场景
- 容器技术：Docker等容器技术使用OverlayFS作为存储驱动。
- Live CD/USB：在只读介质上提供可写层。
- 软件测试：在不影响原系统的情况下进行测试。
- 增量备份：只备份上层变更部分。
通过以上步骤和特性，Overlay文件系统在Linux中提供了一种灵活且高效的文件系统层叠机制，特别适用于需要动态修改文件系统而不影响基础镜像的场景。