Linux Overlay配置的硬件依赖全景
一、先明确两类 Overlay
- 设备树 Overlay（Device Tree Overlay, DTO）：在运行时为 ARM/嵌入式平台 动态增减节点（如 I2C/SPI/UART/GPIO/时钟/中断），依赖内核的设备树框架与 bootloader 支持。
- 文件系统 OverlayFS（容器/存储）：在 x86/ARM 上用于容器镜像分层与写时复制，依赖内核 OverlayFS 实现与底层文件系统能力。
两者所处层次与目标完全不同，硬件依赖点也不同。
二、设备树 Overlay 的硬件依赖要点
- 平台与内核能力
- 需要内核启用 CONFIG_OF_OVERLAY，并提供 configfs 接口（常见路径：/sys/kernel/config/device-tree/overlays/）以在运行时加载 .dtbo。
- 引导程序需支持在启动或运行时传递/合并设备树片段（如 U-Boot 的 fdt 操作或 bootloader 级 DTO 支持）。
- 目标 SoC 与外设资源
- 依赖具体 SoC 的地址映射、时钟/复位/电源域、引脚复用（pinctrl） 等硬件资源是否已在基础 DTB 中正确建模；Overlay 只能“补充/修改”已有资源或添加新节点，不能凭空创造未被 SoC 支持的外设。
- 典型依赖项包括：外设 reg 地址范围、interrupts/interrupt-parent、clocks/clock-names、pinctrl-0 等属性与驱动 compatible 匹配。
- 驱动与绑定兼容性
- 新增/修改的节点必须匹配内核中已有的 驱动与绑定（bindings）；若 compatible 或属性不符合当前内核版本要求，节点不会成功匹配驱动。
- 旧平台迁移到新内核时，可能受 #address-cells/#size-cells、中断控制器（如 GICv2→GICv3） 等绑定规则变化影响，需要在 Overlay 中做相应修正。
- 引脚与物理连线
- 启用 I2C/SPI/UART/GPIO 等接口需确保 SoC 引脚未被其它功能占用，并与外设实际 电压/时序 匹配；必要时在 Overlay 中正确设置 pinctrl 与 GPIO 属性。
- 工具链与构建链
- 需要 dtc 支持 -@ 保留符号引用以编译可叠加的 .dtbo；加载前建议用工具校验与查看合并后的设备树。
- 典型嵌入式发行版支持
- 如 Armbian 提供标准化 DTO 机制（如通过 /boot/armbianEnv.txt 的 overlays= 启用 i2c0/spi-spidev/uart1 等），便于在主流 Allwinner 等平台上按需开启硬件接口。
三、文件系统 OverlayFS 的硬件与存储依赖要点
- CPU 与内存带宽
- 读多写少的镜像层访问主要消耗 页缓存；首次对大文件写入触发 copy-up（整文件拷贝），对 CPU/存储带宽 较敏感。
- 存储后端与文件系统特性
- 依赖底层 块设备/文件系统 性能；建议选用 SSD、支持 d_type（如 ext4/XFS/Btrfs）以获得更好的目录遍历与层操作性能。
- 内核版本与驱动
- 需要内核支持 OverlayFS（自 3.18 起进入主线；Docker 的 overlay2 推荐 Linux kernel ≥ 4.0）。
- 层数、inode 与挂载选项
- 层数越多，目录遍历与元数据开销越大；overlay2 在 inode 利用率 上更优。挂载时可使用 noatime 减少访问时间更新；权衡一致性与性能时再考虑 data=writeback（存在数据丢失风险）。
四、快速自检清单
- 设备树 Overlay
- 内核配置：确认 CONFIG_OF_OVERLAY=y 与 configfs 挂载可用。
- Bootloader：确认支持 .dtbo 加载或在启动流程中合并。
- 兼容性：Overlay 的 compatible、reg/interrupts/clocks/pinctrl 与当前内核绑定一致。
- 资源与连线：目标 SoC 资源 未被占用，外设 电压/时序/引脚 正确。
- 工具链：使用 dtc -@ 编译 .dtbo，加载后用 dtc -I fs /sys/firmware/devicetree/base 校验。
- OverlayFS
- 内核与驱动：内核 ≥ 4.0（用 overlay2），OverlayFS 模块已加载。
- 存储与文件系统：使用 SSD，底层 ext4/XFS/Btrfs 启用 d_type。
- 镜像与层数：减少不必要层，优先 overlay2；挂载加 noatime，谨慎使用 data=writeback。
- 监控：用 iostat/vmstat/dstat 观察 I/O 与 CPU 瓶颈。