本文通过“多个环境共用一份基础文件”的例子，浅谈 OverlayFS（叠加文件系统）。

为便于理解，下面只讨论“一个只读下层 + 一个可写上层”的常见用法，所有文件操作都通过合并后的目录进行，不展开挂载参数和特殊文件语义。

What

先把最容易混淆的一点说清楚：

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基础文件放在只读层
        ≠
应用看到的整个目录都不能修改

OverlayFS 是 Linux 的一种文件系统，可以把不同的目录树叠加起来，对应用呈现一棵合并后的目录树。

先认识三个名字：

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lowerdir（下层）：提供原有文件，作为只读内容使用

upperdir（上层）：保存新增文件、修改后的文件和删除标记

merged（合并视图）：应用实际访问的目录

所以：

应用看到的是合在一起的文件，实际的数据仍然分别保存在上层和下层。

Why

假设环境 A 和环境 B 使用同一套基础文件，只需要分别修改少量配置。

如果每个环境都先完整复制一份基础文件，就会重复保存大量相同内容。

使用 OverlayFS 后，可以变成：

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环境 A：共享基础文件 + A 自己的可写上层

环境 B：共享基础文件 + B 自己的可写上层

不需要提前为每个环境复制整套文件，后续改动又可以分别保存在各自的上层。

因此，它的目的可以概括为：

共同的内容一起用，各自的改动分开存。

基础 Example

假设下层和上层分别包含这些普通文件：

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lowerdir（下层）
    config.txt    内容：mode=default
    readme.txt    内容：使用说明

upperdir（上层）
    config.txt    内容：mode=debug
    result.txt    内容：运行结果

通过 OverlayFS 合并后，应用看到：

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merged（合并视图）
    config.txt    内容：mode=debug    ← 来自上层
    readme.txt    内容：使用说明       ← 来自下层
    result.txt    内容：运行结果       ← 来自上层

同一路径的普通文件，上层版本优先，因此应用读到的是 mode=debug。

这不是把两个 config.txt 的内容拼接起来，也不是把下层文件改成了 mode=debug。 下层的原文件仍然保留。

对于同名目录，通常会合并其中的目录项，让应用能看到来自不同层的文件。

How

只看三个动作。

1. 读取：选择上层或下层的文件

在没有删除标记的情况下，可以简单理解为：

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上层有这个文件 → 读取上层版本

上层没有、下层有 → 读取下层版本

只读下层文件，不需要先把它复制到上层。

2. 修改：先复制到上层，再修改

假设 readme.txt 目前只在下层，应用准备往里面追加一行文字。

OverlayFS 不会直接修改下层，而是先把文件复制到上层，再对上层副本进行修改。这个过程称为 copy-up（向上复制）。

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下层 readme.txt
      │
      │ copy-up
      ▼
上层 readme.txt
      │
      │ 追加文字
      ▼
上层保存修改后的版本

下层原文件保持不变

之后再修改这个文件，就可以继续操作上层副本。

复制的是需要修改的文件，不是整个下层目录树；上层保存的是文件副本，也不只是那一行新增文字。

如果是新建文件，则直接创建在上层。

3. 删除：记下“不要再显示这个文件”

假设应用删除一个仍然存在于下层的文件。

因为不能修改下层，OverlayFS 会在上层记录一个 whiteout（删除标记），表示这个名字已经被删除。

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下层：原文件仍然存在

上层：记录对应的删除标记

merged：不再显示这个文件

所以：

从合并视图中删除下层文件，不等于真的删除了下层的原文件。

记忆图

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            应用
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             ▼
      merged：合并视图
             │
         OverlayFS
             │
     ┌───────┴───────┐
     ▼               ▼
upperdir          lowerdir
可写上层           只读下层
     │               │
新增、修改、       原有基础文件
删除标记           保持不变

可以简单记成：

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读：选择可见的上层或下层文件

改：必要时复制到上层，再修改

删：下层文件用上层标记隐藏

OverlayFS 也支持多个下层。因此，基础环境、工作区和工具包可以分别准备，再一起组合到应用看到的目录树中。

一句话概括：

把多层文件合起来看，把运行中的改动留在自己的上层。

参考资料：

  1. Linux Kernel Documentation: Overlay Filesystem
  2. Docker Documentation: OverlayFS Storage Driver
  3. Docker Documentation: Storage Drivers — The Copy-on-write Strategy