OverlayFS是Linux內核提供的一種Union Mount技術，它允許將多個文件系統以只讀或可寫的方式合併在一起，形成一個虛擬文件系統。這使得用戶可以方便地將不同的文件系統組合在一起，並對其進行訪問和修改，從而滿足了各種應用場景的需求。在這篇文章中，我們將從多個方面詳解OverlayFS，以幫助大家更好地了解和使用它。
一、OverlayFS casper
Casper是Ubuntu LiveCD系統中使用的一種OverlayFS技術。它的原理是將LiveCD系統的只讀文件系統和運行時所生成的臨時文件系統合併在一起，以實現對系統的修改和添加文件操作。在實現過程中，Casper會將LiveCD系統掛載為只讀文件系統，並將臨時文件系統掛載為可寫文件系統，然後使用OverlayFS將它們合併成一個虛擬文件系統。這使得用戶可以方便地將系統進行修改，並將修改後的系統生成USB啟動盤、磁碟鏡像、系統備份等。
下面是一個基於Casper OverlayFS技術的示例代碼，該代碼將Ubuntu LiveCD系統的安裝器程序掛載為只讀文件系統，同時將用戶自定義的語言和時區信息掛載為可讀寫文件系統，並使用OverlayFS將它們合併在一起。
#!/bin/bash
LIVECD="/mnt/livecd"
TMPFS="/mnt/rootfs"
OVERLAY="/mnt/overlay"
mkdir -p $OVERLAY
mount -t tmpfs none $TMPFS
mount -o loop /ubuntu.iso $LIVECD
mount -t squashfs $LIVECD/casper/filesystem.squashfs $TMPFS
mount -t overlay overlay -o lowerdir=$TMPFS,upperdir=$OVERLAY,workdir=/tmp/workdir $LIVECD/newroot
echo "LANG=en_US.UTF-8" > $OVERLAY/etc/default/locale
echo "LANG=zh_CN.UTF-8" > $OVERLAY/etc/default/locale
echo "Asia/Shanghai" > $OVERLAY/etc/timezone
echo "UTC" > $OVERLAY/etc/timezone
二、OverlayFS 根目錄
當我們使用OverlayFS時，我們可以指定根目錄。這在接管現有系統的情況下特別有用，主要是因為OverlayFS允許我們在不修改現有文件系統的情況下添加或修改系統。我們可以將現有文件系統掛載為只讀文件系統，並將我們自己的文件系統掛載為可讀寫文件系統。然後使用OverlayFS將它們合併在一起。這使得我們可以在不破壞現有系統的情況下進行實驗或測試。
下面是一個基於OverlayFS根目錄實現的簡單示例，該示例將現有文件系統掛載為只讀文件系統，並將自定義的文件系統掛載為可讀寫文件系統，並使用OverlayFS將它們合併在一起。
#!/bin/bash
# create an empty writable overlay directory
mkdir -p /var/local/overlay
# mount read-only filesystem as lowerdir
mount -o ro / /mnt/base
# mount an empty writable overlay filesystem as upperdir
mount -t tmpfs none /var/local/overlay
# mount overlay with empty workdir
mount -t overlay overlay -o lowerdir=/mnt/base,upperdir=/var/local/overlay,workdir=/var/local/overlay-workdir /mnt/overlay
當我們完成了測試或實驗後，我們只需卸載OverlayFS的掛載點，即可返回到原始的不帶額外修改的系統狀態：
# unmount overlay directory
umount /mnt/overlay
# unmount writable tmpfs directory
umount /var/local/overlay
# unmount base directory
umount /mnt/base
三、OverlayFS:/overlay/空間不足
在使用OverlayFS時，我們必須留意OverlayFS處理空間的問題。當OverlayFS掛載點所在的分區空間不足時，我們將不能在OverlayFS中創建文件或編輯文件。我們可以採用以下方法解決空間不足問題：
1. 如果有足夠的可用空間，我們可以擴展掛載點所在的分區。這將使OverlayFS中的空間也隨之擴展。
2. 如果我們不能擴展掛載點所在的分區，我們可以通過更改OverlayFS的工作目錄來將其移動到另一個分區或磁碟。
3. 在執行OverlayFS操作時，我們可以使用臨時文件系統來作為OverlayFS的工作目錄。
下面是一個基於前兩種方法解決OverlayFS空間不足的示例，該示例將現有文件系統和自定義文件系統都掛載為只讀文件系統，並將一個可讀寫的文件系統作為OverlayFS的工作目錄，以解決空間不足的問題。
#!/bin/bash
# create an empty writable overlay directory with more space
mkdir -p /extra_space/overlay
# mount read-only filesystems as lowerdirs
mount -o ro / /mnt/base
mount -o ro /custom_fs /mnt/custom_fs
# mount an empty writable overlay filesystem as upperdir
mount -t tmpfs none /extra_space/tmpfs
# mount overlay with larger workdir
mount -t overlay overlay -o lowerdir=/mnt/base:/custom_fs,upperdir=/extra_space/overlay,workdir=/extra_space/tmpfs /mnt/overlay
四、OverlayFS filesystem on
OverlayFS將多個文件系統合併為一個虛擬文件系統。我們可以通過fsck命令來檢查OverlayFS文件系統的狀況。同時，我們還可以在系統啟動時，將OverlayFS文件系統掛載為可讀寫模式。我們可以在/etc/fstab文件中添加相應的掛載選項。
下面是一個基於/etc/fstab文件掛載OverlayFS的示例。
# add entry to /etc/fstab file
/dev/sda1 /mnt/base ext4 defaults 0 1
/dev/sdb1 /mnt/custom_fs ext4 defaults 0 2
none /mnt/overlay tmpfs defaults 0 0
overlay / overlay defaults 0 0
五、OverlayFS docker
Docker是一個流行的容器化平台，允許用戶創建和運行應用程序容器。Docker使用OverlayFS來實現容器的文件系統隔離。Docker在主機文件系統上創建一個只讀的鏡像層，然後為每個容器創建一個可寫的層。當容器中的進程讀取或寫入文件時，它們會通過OverlayFS從可寫層或只讀鏡像層中檢索文件。這種機制使得容器的文件系統看起來像一個完整的文件系統，但實際上它只是Docker文件系統的一個快照。
下面是一個用於創建Docker容器的示例代碼，該示例代碼使用OverlayFS實現容器文件系統隔離。在此示例代碼中，我們首先創建一個只讀的鏡像層，然後使用OverlayFS將它與可寫層合併在一起，在容器中執行命令。
#!/bin/bash
CONTAINER_NAME=my_container_name
IMAGE_NAME=my_image_name
CONTAINER_ROOT=/opt/${CONTAINER_NAME}
CONTAINER_RW=/var/lib/docker/${CONTAINER_NAME}
docker build -t $IMAGE_NAME .
docker run -d -v ${CONTAINER_RW}:${CONTAINER_ROOT}:rw --name $CONTAINER_NAME $IMAGE_NAME
六、Overlay網路
Overlay網路是一種容器網路，它允許在不同節點之間的容器之間創建虛擬網路，以便它們可以彼此通信。Overlay網路使用OverlayFS和VXLAN協議實現，並作為Docker Engine的一部分進行管理。Overlay網路可以在不同的主機上創建容器，並自動處理容器之間的通信。
下面是一個創建Overlay網路的示例代碼，該代碼創建一個名為my_overlay_network的Overlay網路，並將容器my_container1和my_container2加入到此網路中。
#!/bin/bash
OVERLAY_NETWORK_NAME=my_overlay_network
docker network create -d overlay $OVERLAY_NETWORK_NAME
docker run -d --name my_container1 --network $OVERLAY_NETWORK_NAME nginx
docker run -d --name my_container2 --network $OVERLAY_NETWORK_NAME nginx
七、Overlay技術
Overlay技術實際上是一種輕量級的虛擬化技術，並在容器化中得到了廣泛應用。它使用OverlayFS作為文件系統隔離的基礎，並使用Linux內核的其他特性，如Cgroups、Namespace等來實現容器的隔離和資源限制。使用Overlay技術，可以在同一主機上運行多個容器，並保障容器之間的隔離性。
下面是一個通過Docker實現Overlay技術的示例代碼，該代碼創建了兩個容器，並將它們分別加入不同的Overlay網路中，實現容器之間的隔離和通信。
#!/bin/bash
OVERLAY_NETWORK1_NAME=my_network1
OVERLAY_NETWORK2_NAME=my_network2
docker network create -d overlay $OVERLAY_NETWORK1_NAME
docker network create -d overlay $OVERLAY_NETWORK2_NAME
docker run -d --name my_container1 --network $OVERLAY_NETWORK1_NAME nginx
docker run -d --name my_container2 --network $OVERLAY_NETWORK2_NAME nginx
八、Steam Overlay
Steam Overlay是Steam遊戲平台的一個功能，它可以在遊戲運行時打開一個特殊的覆蓋層，並向遊戲中添加額外的功能，如聊天、瀏覽器、朋友列表等。Steam Overlay使用OverlayFS實現，在Steam客戶端和遊戲之間創建一個虛擬文件系統，並將Steam Overlay的文件合併到遊戲的文件系統中。
下面是一個用於啟用Steam Overlay的示例代碼，該示例代碼通過OverlayFS將Steam Overlay文件系統合併到遊戲文件系統中。
#!/bin/bash
STEAM_GAME_DIR=/path/to/steam/game/dir
STEAM_OVERLAY_DIR=/path/to/steam/overlay/dir
mkdir -p $STEAM_OVERLAY_DIR
steam-overlayfs $STEAM_GAME_DIR $STEAM_OVERLAY_DIR
九、Overlay和Underlay
在OverlayFS中，我們可以使用Lowerdir和Upperdir掛載選項定義一個或多個只讀和一個可讀寫的文件系統。Lowerdir和Upperdir相互作用，形成一個文件系統的樹形結構。Lowerdir通常代表原始的文件系統，而Upperdir通常代表OverlayFS的工作目錄。
與之對應的是Underlay，Underlay通常是用於在不同的存儲設備之間進行文件複製、備份或遷移的一種技術。Underlay把一個或多個文件夾或存儲設備合併在一起，形成一個文件系統的樹形結構。
在Overlay和Underlay技術中，我們都使用Union Mount技術來實現文件系統的合併和訪問。這種技術充分利用了Linux文件系統的可擴展性和靈活性，為我們提供了眾多發揮空間和應用場景。
結論
在本篇文章中，我們從多個方面對OverlayFS進行了詳細的闡述。我們講述了OverlayFS的原理和機制，介紹了OverlayFS在各種應用場景中的實際應用，並給出了相應的代碼示例。希望本文能夠幫助讀者更好地理解和應用OverlayFS技術。
原創文章，作者：小藍，如若轉載，請註明出處：https://www.506064.com/zh-tw/n/232273.html
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