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加班到秃头相信不少折腾 OpenWrt 的朋友都遇到过这样的情况：修改了 /etc/config/network 文件，重启后配置生效了。但你有没有想过，OpenWrt 的根文件系统是只读的，那么这些修改又是如何保存下来的呢？答案就是 Overlay 文件系统，它是 OpenWrt 实现可写分区的关键技术。本文将深入剖析 Overlay 文件系统的原理，并通过实际操作和配置案例，带你全面了解它。
什么是 Overlay 文件系统？
Overlay 文件系统，顾名思义，是一种“覆盖”式的文件系统。它将两个（或多个）文件系统合并成一个单一的文件系统。其中，底层的称为 “lower filesystem”，通常是只读的，上层的称为 “upper filesystem”，是可读写的。当用户访问文件时，OverlayFS 会按照一定的规则，决定读取哪个文件系统中的文件。
在 OpenWrt 中，通常将 squashfs 镜像作为 lower filesystem，而 jffs2 分区作为 upper filesystem。squashfs 镜像包含 OpenWrt 的基本系统文件，而 jffs2 分区则用于存储用户的配置数据和安装的软件包。
Overlay 文件系统的工作原理
OverlayFS 的工作原理可以简单概括为：
文件查找： 当用户访问一个文件时，OverlayFS 首先在 upper filesystem 中查找，如果找到，则直接返回该文件。如果没有找到，则在 lower filesystem 中查找，如果找到，则返回该文件。如果两个文件系统都没有找到，则返回 “文件不存在” 错误。
文件修改： 当用户修改一个文件时，OverlayFS 会将该文件从 lower filesystem 复制到 upper filesystem 中，并在 upper filesystem 中进行修改。这个过程称为 “copy-on-write”（COW）。此后，所有对该文件的访问都将从 upper filesystem 中进行。
文件删除： 当用户删除一个文件时，OverlayFS 会在 upper filesystem 中创建一个 “whiteout” 文件，用于标记该文件已被删除。当用户访问该文件时，OverlayFS 会检查 upper filesystem 中是否存在 whiteout 文件，如果存在，则返回 “文件不存在” 错误。
OpenWrt 中的 Overlay 文件系统配置
OpenWrt 中，Overlay 文件系统的配置主要通过 /etc/config/fstab 文件进行管理。以下是一个典型的 /etc/config/fstab 文件的示例：
config mount
option target '/'
option device '/dev/mtdblock6'
option fstype 'squashfs'
option options 'ro,noatime'
option enabled '1'
config mount
option target '/overlay'
option device '/dev/mtdblock7'
option fstype 'jffs2'
option options 'noatime,nodiratime'
option enabled '1'
config mount
option target '/'
option device '/overlay/upper'
option fstype 'overlayfs'
option options 'rw,noatime,lowerdir=/,upperdir=/overlay/upper,workdir=/overlay/work'
option enabled '1'
option enabled_fsck '0'
这个配置定义了三个挂载点：
/: 根文件系统，挂载 squashfs 镜像（/dev/mtdblock6），只读。/overlay: overlay 分区，挂载 jffs2 分区（/dev/mtdblock7），用于存储可写数据。/: 使用 overlayfs 将 squashfs 和 jffs2 合并成一个可写的根文件系统。
其中 lowerdir 指定了 lower filesystem 的路径，upperdir 指定了 upper filesystem 的路径，workdir 指定了 overlayfs 的工作目录。workdir 用于存储 overlayfs 在进行 copy-on-write 操作时产生的临时文件。
实战避坑经验
jffs2 空间不足： 如果 jffs2 分区空间不足，会导致 OpenWrt 无法正常启动。解决方法是扩大 jffs2 分区的大小。可以使用
ubiformat和ubimkvol命令重新分区。ubiformat /dev/mtd6 -y -f /tmp/openwrt-ramips-mt7621-xiaomi_mi-router-4a-3g-v2-squashfs-sysupgrade.bin # 擦除分区
ubimkvol /dev/mtd6 -n data -s 100MiB # 创建新的 data 分区 ```
配置错误导致无法启动： 修改
/etc/config/fstab文件时，如果配置错误，可能会导致 OpenWrt 无法正常启动。解决方法是进入 failsafe 模式，然后修改配置文件。
Overlay 文件系统损坏： 如果 overlay 文件系统损坏，可能会导致数据丢失。建议定期备份 overlay 分区的数据。
Overlay 文件系统在其他场景的应用
除了 OpenWrt，OverlayFS 也被广泛应用于其他场景，例如：
- Docker: Docker 使用 OverlayFS 来实现镜像的分层存储，可以有效地节省存储空间。
- Live CD: Live CD 可以使用 OverlayFS 将只读的 CD-ROM 文件系统和可写的内存文件系统合并成一个可用的操作系统。
总而言之，OpenWrt 的 Overlay 文件系统是其灵活性的关键，理解其原理对于优化 OpenWrt 性能和解决问题至关重要。希望本文能够帮助你更深入地了解 Overlay 文件系统。
