Overlay文件系统与其他文件系统协同工作的核心机制
Overlay是一种联合文件系统，其本质是通过内核层将多个独立的文件系统（称为“层”）逻辑合并，为用户呈现一个统一的虚拟文件系统视图。它自身不直接管理磁盘空间，而是依赖底层文件系统（如ext4、xfs等）提供物理存储支持，通过“分层叠加+写时复制”机制实现与其他文件系统的协同。
1. 与其他文件系统的层级关系
Overlay的协同工作基于严格的层级结构，主要包括三类目录（部分场景含工作目录），各层职责明确且依赖底层文件系统：
- Lowerdir（底层目录）：通常为只读层，存储基础数据（如Docker镜像层、OpenWrt固件层）。这些目录对应的文件系统需提前通过底层文件系统（如ext4）挂载到指定路径，Overlay通过“lowerdir”参数将其纳入合并视图。
- Upperdir（上层目录）：通常为可写层，存储对底层数据的修改（如Docker容器层的用户写入、OpenWrt用户配置变更）。Upperdir需使用底层文件系统（如ext4）创建，Overlay将用户的修改操作重定向至此。
- Workdir（工作目录）：临时目录，用于Overlay内部处理文件修改的中间状态（如写时复制的副本）。Workdir必须与Upperdir位于同一底层文件系统（如ext4），以确保原子性操作。
- Mergedir（合并目录）：用户可见的统一视图，由Overlay将Lowerdir、Upperdir合并后挂载至此。Mergedir本身不存储数据，仅作为访问入口。
2. 关键协同机制
Overlay与其他文件系统的协同依赖以下核心机制，确保数据一致性、隔离性与性能：
- 写时复制（Copy-on-Write, COW）：当用户修改Lowerdir中的文件时，Overlay不会直接修改底层只读文件，而是从Lowerdir复制文件副本到Upperdir，后续修改均在副本上进行。这种机制既保证了底层文件的不可变性（如Docker镜像的基础层），又避免了不必要的磁盘复制，提升了性能。
- 分层合并策略：用户访问文件时，Overlay按“Upperdir→Lowerdir”的顺序查找：若Upperdir存在同名文件，则直接返回；否则继续在Lowerdir中查找。删除操作时，Overlay会在Upperdir生成“白名单文件”（whiteout），屏蔽Lowerdir中的对应文件，而非直接删除底层数据。
- 底层文件系统依赖：Lowerdir、Upperdir、Workdir均需通过底层文件系统（如ext4、xfs）挂载到指定路径。例如，Docker使用ext4作为底层文件系统存储镜像层和容器层，OpenWrt使用ext4存储/rom（只读层）和/overlay（可写层）。Overlay通过调用底层文件系统的接口实现数据的读写与管理。
3. 典型应用场景
Overlay与其他文件系统的协同广泛应用于需要轻量级虚拟化和数据隔离的场景：
- 容器技术（如Docker）：Docker镜像的每一层（基础镜像、应用层）均为只读的Lowerdir，容器运行时的修改存储在可写的Upperdir（容器层）。通过Overlay的层级合并，多个容器可共享同一基础镜像层，节省存储空间；同时，每个容器的Upperdir保证数据隔离，重启后配置不丢失。
- 嵌入式设备（如OpenWrt）：OpenWrt将固件镜像（/rom）作为只读的Lowerdir，用户修改的配置（/etc/config/*）、安装的软件存储在可写的Upperdir（/overlay/upper）。这种设计允许在不重新编译固件的情况下定制系统，恢复出厂设置仅需清空Upperdir。