Ubuntu 中的 OverlayFS 与 Docker 的关系
核心关系概述
- OverlayFS 是 Linux 内核自 3.18 起提供的联合文件系统，可把多个目录以“层”的方式叠加，向上提供统一的视图；Docker 在 Ubuntu 上常用其作为镜像与容器的存储驱动 overlay/overlay2。其中 overlay2 是对 overlay 的改进，支持多层 lowerdir、对 inode 更友好，已成为主流默认选择。Docker 的镜像分层与容器的可写层，正是通过 OverlayFS 的 lowerdir/upperdir/merged/workdir 机制实现。
工作原理简述
- 镜像层映射为多个只读 lowerdir，容器运行时创建可写 upperdir；OverlayFS 将各层联合挂载到容器的 merged 目录作为根文件系统，workdir 为内部工作目录。读取时优先命中上层；修改时触发写时复制（copy_up），首次会拷贝整个文件到 upperdir，后续写入作用于副本；删除通过 whiteout 机制屏蔽底层文件。示例挂载：mount -t overlay overlay -o lowerdir=/lower1:/lower2,upperdir=/upper,workdir=/work /merged。
在 Ubuntu 上的典型使用场景
- Docker 容器存储：在 Ubuntu 主机上，Docker 通常以 overlay2 为存储驱动管理镜像与容器层，数据位于 /var/lib/docker/overlay2，通过 mount 可看到 merged/upper/work 等挂载点。
- 只读根文件系统与回滚：借助 overlayroot（Ubuntu 提供的工具），可将根分区设为只读，所有改动写入 upper（如 tmpfs 或持久化块设备），重启后易于恢复，常用于信息亭、嵌入式设备。
- 只读镜像叠加临时可写层：对 SquashFS 等只读基础层，可在关键目录（如 /lib/firmware）上叠加 OverlayFS，使其在该目录具备读写能力，常用于 Live 系统或嵌入式环境。
版本与注意事项
- 内核与文件系统：OverlayFS 自 Linux 3.18 合入内核；overlay2 在 Linux 4.0+ 上更完善。作为 upper 的文件系统需支持 d_type（如 ext4/xfs），而 NFS 等不满足该条件不适合作为 upper。
- 层数与性能：overlay2 原生支持最多 128 个 lowerdir；OverlayFS 为文件级 CoW，首次修改大文件会整文件拷贝，层数较深时路径查找与缓存失效可能带来开销。
- 变更存储驱动的影响：切换 Docker 存储驱动会使现有容器/镜像不可直接访问，切换前应 docker save 或推送到镜像仓库备份。