Ubuntu Overlay 与传统存储的差异
一、概念澄清
- Overlay（OverlayFS）是 Linux 的联合文件系统，通过把多个目录以“层”的方式叠加，向应用呈现一个统一的视图。典型由lowerdir（只读层，可多层）、upperdir（可写层）、workdir（工作目录）组成，合并视图为merged。它依赖底层真实文件系统（如 ext4、xfs），本身不直接管理磁盘块分配。常用于容器镜像分层与运行时可写层。
- 传统存储通常指直接落盘到单一文件系统（如 ext4、XFS、Btrfs、ZFS）或块设备/卷管理器的方式，文件直接在目标文件系统上创建、修改与删除，没有“只读层+可写层”的联合视图与**写时复制（Copy-on-Write, CoW）**的层叠语义。
二、关键差异对比
| 维度 |
Overlay（OverlayFS） |
传统存储（ext4/xfs/Btrfs/ZFS 等） |
| 架构与视图 |
联合挂载，分层可见；lowerdir 可多层、upperdir 一层、workdir；呈现统一 merged 视图 |
单层命名空间，文件直接在目标文件系统上，无层叠视图 |
| 写时复制 |
读取优先命中上层；对lower 存在而 upper 不存在的文件写入时触发 copy_up，后续写直达 upper |
无 copy_up 语义；直接写入目标位置 |
| 删除与重命名 |
删除文件时在 upper 生成“whiteout”标记；删除目录生成“opaque”标记；底层 lower 不变 |
直接删除/重命名元数据与数据块 |
| 存储效率与镜像复用 |
多层镜像共享底层只读层，节省空间；同一底层可被多容器共享 |
镜像层通常各自完整存储，复用依赖硬链接/快照机制（取决于具体文件系统） |
| 性能特征 |
读命中 upper 快；首次写 lower 文件需 copy_up（大文件可能抖动）；合并视图与大量小文件元数据操作有一定开销 |
无 copy_up 开销；元数据/小文件性能取决于具体文件系统与挂载选项 |
| 兼容与限制 |
需内核支持（OverlayFS 自 Linux 3.18 并入主流；生产常用 overlay2，建议内核 ≥4.0）；底层需支持 d_type（XFS 需开启 ftype=1）；upperdir 不支持 NFS |
与内核和文件系统特性强相关；无 OverlayFS 的层叠与 whiteout/opaque 限制 |
| 典型场景 |
容器/镜像分层、只读根文件系统 + 临时可写层（如 Overlayroot） |
通用操作系统、数据库、日志、海量文件等常规持久化场景 |
说明：OverlayFS 的层叠、whiteout/opaque、copy_up 等行为是其核心语义；传统文件系统直接对磁盘/文件元数据操作，不具备这些层语义。
三、在 Ubuntu 的常见用法
- 容器运行时：Docker 在 Ubuntu 上推荐使用 overlay2 作为存储驱动（需 Docker ≥17.06.02、内核 ≥4.0；底层 XFS 建议开启 d_type=1）。切换/配置在 /etc/docker/daemon.json 的 storage-driver 项，修改后需重启 Docker。
- 只读根文件系统：通过 overlayroot 将根分区设为只读，运行时变更写入 tmpfs（upper），重启后丢弃；适合防误改、嵌入式与维护场景。
- 手工挂载示例：mount -t overlay overlay -o lowerdir=/lower1:/lower2,upperdir=/upper,workdir=/work /merged，用于快速验证与学习。
四、如何选择
- 选择 Overlay（OverlayFS/overlay2） 当：需要镜像分层与快速复用、容器化工作负载、或“只读系统 + 临时可写层”的运维/安全诉求；能接受 copy_up 带来的首次写放大与元数据开销。
- 选择 传统存储（ext4/xfs/Btrfs/ZFS） 当：追求通用、可预期且成熟的本地文件系统行为；需要复杂数据服务（快照、校验、压缩、自修复等）或已有成熟运维体系；避免 OverlayFS 的层语义限制（如 upper 不支持 NFS、whiteout/opaque 兼容性问题）。