OpenWrt 的 Overlay 文件系统到底是怎么回事？

虽然你折腾过openwrt，但是不一定搞清楚了'/overlay'是什么东西。

一、从"只读系统"说起

很多人第一次刷完 OpenWrt，登录终端一看：

复制代码

df -h

发现系统根目录 / 才几十兆空间，然后 /overlay 却显示 100 多兆。

安装个包、改个配置、重启后还能保存。

于是问题来了：

"这些数据到底存哪儿去了？"

答案就是：Overlay 文件系统（OverlayFS）。

它是一种"分层文件系统"，专门为这种嵌入式设备设计的。

二、为什么 OpenWrt 要搞一个 Overlay？

要理解 Overlay，得先知道早期路由器的"尴尬处境"：

存储空间很小，只有几兆 flash；
固件是打包好的镜像（比如 SquashFS），是只读的；
系统启动后不能改里面的文件。

那怎么办？

总不能每次改配置都得重新编译固件吧？

于是，聪明的 OpenWrt 开发者搞了个"分层文件系统"的主意：

固件那一层保持只读（/rom）；
用户写入的内容（配置、软件包）放到另一层（/overlay）；
启动时两层叠加在一起，看起来像一个完整的可写系统。

一句话总结：
Overlay 就是给只读系统"贴了一层可写的皮"。

🔧 三、Overlay 的基本原理

Linux 内核早就支持这种"叠加式文件系统"，叫 OverlayFS 。

它的核心机制很简单：

lowerdir：底层，只读（比如 /rom）
upperdir：上层，可写（比如 /overlay/upper）
workdir：工作区，用来记录文件状态

然后系统会把两层合并起来挂载到 / 根目录，比如这样：

复制代码

overlay / overlay rw,noatime,lowerdir=/rom,upperdir=/overlay/upper,workdir=/overlay/work

这样，系统看起来就像一个完整的可写根目录。

当你修改文件时，内核做的其实是：

从只读层复制出一个副本；
放进上层（upperdir）；
之后所有修改都作用在上层；
删除文件时，会生成一个隐藏的"白名单"文件（whiteout），告诉系统：底层的文件被覆盖掉了。

所以，系统表现是"可写"的，但底层固件其实从没动过。

📦 四、Overlay 在 OpenWrt 里都干了啥

Overlay 在 OpenWrt 里主要负责三件事：

1. 保存配置

所有 /etc/config/* 的改动都写进 overlay 的可写层。

这就是为啥你重启后配置不会丢。

2. 安装软件

opkg install 安装的软件包都被写到 overlay 层。

你刷的固件其实不会被改动。

3. 恢复出厂设置

当你执行：

复制代码

firstboot
# 或者
jffs2reset && reboot

系统会把 overlay 整个清空，再次变成原始固件。

也就是说，"出厂设置"其实就是把 overlay 删除。

五、Overlay 文件系统的演变

老版本的 OpenWrt（比如 10 年前的 Backfire）用的是 mini_fo 或 aufs 这类第三方模块。

后来 Linux 内核官方把 OverlayFS 合并进主线（从 3.18 开始），

OpenWrt 也顺势切到了现在这种轻量级的内核原生实现。

优点是：

性能更好
稳定性高
不需要额外内核模块
更容易维护

可以说，现在的 OverlayFS 是整个 OpenWrt 文件系统架构中最核心的一环。

六、Overlay 的典型目录结构

看看这几个目录：

目录	含义
`/rom`	固件内容，只读
`/overlay/upper`	你的修改、安装的软件
`/overlay/work`	系统工作区
`/overlay`	只是个挂载点
`/`	合并后的整体视图

可视化一下更直观：

复制代码

/ (用户看到的)
├── /etc/config/network     → 实际是 /overlay/upper/etc/config/network
├── /bin/busybox            → 实际是 /rom/bin/busybox
└── /usr/lib/opkg/info      → 实际是 /overlay/upper/usr/lib/opkg/info

七、Overlay 的空间与扩容

默认情况下，OpenWrt 把 overlay 放在闪存的一个分区（比如 /dev/mtdblockXX 或 /dev/mmcblk0p9），

空间通常很小，几十兆或者几百兆。

要是你刷的是 eMMC 或 SD 卡的固件，那就更容易扩容。

1️⃣ 查看当前挂载情况

复制代码

mount | grep overlay

2️⃣ 看看空间

复制代码

df -h

如果 overlay 只有 100M，但你还有几十 G 的空闲空间，那说明你可以扩容。

3️⃣ 常见扩容思路

把 overlay 移到更大的分区（比如 /dev/mmcblk0p10）；
或者用 extroot 功能，把 USB、SD 卡直接当新的 rootfs 用。

配置方法（/etc/config/fstab）：

复制代码

config mount
    option target '/overlay'
    option device '/dev/sda1'
    option fstype 'ext4'
    option enabled '1'

重启后系统就会用新的 overlay。

🧩 八、Overlay 出问题的常见情况

问题	可能原因	解决办法
`/overlay` 是空的	overlay 挂载失败	检查 `/proc/mounts` 是否存在 overlay 条目
配置重启后丢失	系统没挂上 overlay，用了临时 RAM	确认 `/overlay/upper` 是否在可写分区
安装软件提示空间不足	overlay 分区太小	扩容 overlay 或使用 extroot
恢复出厂设置没反应	overlay 层损坏	手动删除 `/overlay/upper` 后重启

九、原理稍微深入一点

OverlayFS 的核心是 VFS 层的"分层合并"机制。

对内核来说，这是一棵树套另一棵树：

复制代码

读取文件：
  优先找 upperdir
  upperdir 没有，就去 lowerdir
  lowerdir 没有，就报错

写文件：
  如果只在 lowerdir，复制一份到 upperdir
  修改 upperdir 的文件

删除文件：
  在 upperdir 创建一个 .wh 文件（whiteout）

非常轻量，不需要守护进程，也不用缓存同步。

嵌入式环境里简直是神器。