OverlayFS通过**Lowerdir（只读层）与Upperdir（可写层）**的组合，实现文件系统的核心隔离。Lowerdir通常指向基础镜像或系统只读文件系统（如Ubuntu的/根目录），所有未被修改的文件均来自此层，确保基础环境的不可篡改性；Upperdir为可写层，专门存储用户对文件的修改（如新增、修改、删除），与Lowerdir完全隔离。这种设计使得用户操作仅影响Upperdir，不会触及底层系统文件，从文件系统层面保障了基础环境的安全。
通过将Ubuntu的根文件系统（/）挂载为只读（ro），配合OverlayFS的Lowerdir使用，可彻底杜绝用户或恶意进程对系统关键文件（如/etc/passwd、/bin/bash）的意外或恶意修改。所有用户修改（如安装软件、修改配置）均会被重定向到Upperdir，即使系统遭受攻击，基础文件系统仍保持完整。恢复时只需清空Upperdir即可还原到初始状态，大幅提升系统安全性。
在Ubuntu的rootless模式（非root用户运行容器）下，OverlayFS结合**用户命名空间（User Namespace）**实现进程权限隔离。容器内进程的UID/GID会被映射到宿主机的subuid/subgid范围（如容器内uid=0映射到宿主机uid=100000），避免容器内root用户直接拥有宿主机root权限。若容器内进程试图访问宿主机高权限文件，会因UID/GID不匹配而被拒绝，有效防止权限提升攻击。
OverlayFS的隔离需与Ubuntu的**强制访问控制（MAC）**框架（如SELinux、AppArmor）结合，进一步提升安全性。SELinux通过为文件、进程分配安全上下文（如container_file_t），限制容器内进程对宿主机文件的访问；AppArmor则通过配置文件（如/etc/apparmor.d/docker）定义容器进程的权限边界。即使OverlayFS允许访问，MAC策略仍可拦截未授权操作，形成多层防护。
由于Lowerdir是只读的，系统出现问题时，只需清空Upperdir（存储用户修改的目录），即可快速将系统还原到初始状态。这种“快照式”恢复无需重新安装系统或镜像，大幅缩短了安全事件的响应时间，尤其适用于容器或轻量级沙箱环境。
Ubuntu系统会定期更新内核，修复OverlayFS相关的安全漏洞（如CVE-2023-0386，该漏洞允许攻击者通过覆盖lowerdir文件实现提权）。及时应用内核补丁可防止攻击者利用OverlayFS的实现缺陷绕过隔离机制，确保隔离的有效性。
以上机制共同作用，使Ubuntu OverlayFS在提供轻量级隔离的同时，实现了从文件系统到权限、从基础环境到运行时的全方位安全保障。