fs

overlayfs usage

嵌入式 overlayfs 玩法

Posted by icecube on April 23, 2026

手记：嵌入式init脚本里的overlay+squashfs玩法

用只读的squashfs做系统底包，再用内存里的tmpfs做可写层，拼出一个能读写但重启就还原的根文件系统。

下面是脚本的完整逻辑，我按执行顺序说一下。

1. 先把基础环境搭起来

mount -t proc proc /proc
mount -t sysfs sysfs /sys
mount -t devtmpfs devtmpfs /dev
mount -t tmpfs tmpfs /tmp
mount -t devpts devpts /dev/pts

没什么好说的，initrd里干活前都得先挂上这几样，/proc、/sys、/dev 一个不能少。

2. 挂载两个flash分区（yaffs2）

FLASH_DEV0=/dev/mtdblock0   → /mnt/flash
FLASH_DEV1=/dev/mtdblock1   → /mnt/squashfs

注意这里第二个分区虽然名字叫 squashfs，但它本身还是 yaffs2 读写分区，
后面会用 squashfs 镜像再挂一层上去。两个分区都是可写的，但最终用法不一样。

3. 把 squashfs 镜像弄到 flash 上

脚本检查 /mnt/squashfs/rarely-used.squashfs 存不存在，
没有的话就从 initramfs 根目录的 /rarely-used.squashfs 复制过去。
这意味着：固件里自带一个默认 squashfs 镜像，第一次启动时自动部署到 flash 分区。
以后想升级系统，只要替换这个文件就行，不用重烧整个 flash。

4. 用 loop 挂载 squashfs 镜像（只读）

mount -t squashfs -o loop,ro /mnt/squashfs/rarely-used.squashfs /mnt/squashfs

这一步有点绕：/mnt/squashfs 本身是一个 yaffs2 分区（里面有镜像文件），
现在用 loop 方式把那个镜像文件以只读 squashfs 挂载到同一个目录上。
挂载之后，原来分区里的文件就被“盖住”了，剩下的是 squashfs 解出来的系统内容。
这种做法在嵌入式里很常见，能省一个挂载点。

5. 准备 overlay 的 upper 层（全在内存里）

mount -t tmpfs tmpfs /mnt/overlay
mkdir /mnt/overlay/{upper,work}

upper 和工作目录都放在 tmpfs 上，也就是所有写入操作最后都落在内存里。
重启后改动全丢，但好处是不伤 flash，而且速度快。

6. 把 initramfs 里的基础目录复制到 upper

for d in usr bin sbin lib etc var opt; do
    cp -ar "/$d" /mnt/overlay/upper/
done

这点挺关键的：后面 switch_root 到新根时，新根里的 /bin、/sbin、/etc 从哪来？
就是从当前 initramfs 里 copy 过去。 代价是内存占用会增加，不过对于现代嵌入式设备（几百兆内存）来说问题不大。
如果你内存很紧张，可以考虑用 mount --bind 或者只复制最精简的部分。

7. 挂载最终的 overlay 根

mount -t overlay overlay \
  -o lowerdir=/mnt/squashfs,upperdir=/mnt/overlay/upper,workdir=/mnt/overlay/work \
  /mnt/merged
  • lowerdir：只读的 squashfs（真正的系统文件）
  • upperdir：内存 tmpfs（所有写操作落这里）
  • workdir：overlay 内部用，也必须在 tmpfs 上

挂载结果在 /mnt/merged，这就是我们未来的新根。

8. 迁移挂载点到新根下

mkdir -p /mnt/merged/{proc,sys,dev,tmp,root,var,mnt/{flash,squashfs,overlay}}
mount --move /proc /mnt/merged/proc
mount --move /sys  /mnt/merged/sys
mount --move /dev  /mnt/merged/dev
mount --move /tmp  /mnt/merged/tmp
mount --move /mnt/flash    /mnt/merged/mnt/flash
mount --move /mnt/squashfs /mnt/merged/mnt/squashfs
mount --move /mnt/overlay  /mnt/merged/mnt/overlay

把当前跑着的 proc、sys、dev 还有那三个工作目录都搬到新根的对应位置，保证 switch_root 之后路径不乱。

9. 脚本末尾还顺手打了启动耗时

start=$(cat /proc/uptime ...)
end=$(cat $MERGED_DIR/proc/uptime ...)
echo ... > /dev/kmsg

这个小细节挺实用，能在内核日志里看到 initrd 阶段花了多少秒，排查启动慢的问题时很有用。

10. 最后切根，启动 /sbin/init

exec switch_root /mnt/merged /sbin/init

一旦切过去，initramfs 的内存就释放了，系统进入正常的用户态启动流程。

这个脚本解决了什么问题？

说白了几点：

  • 延长 flash 寿命：系统文件全在 squashfs 只读分区，不会因为频繁写日志或临时文件而磨损 NAND。
  • 运行时可写，但重启还原：/etc、/var、用户安装的程序等如果没做额外持久化，改完重启就恢复，很适合一些固定功能的嵌入式设备。
  • 容易升级：换掉 /mnt/squashfs/rarely-used.squashfs 这个文件，下次启动就是新系统。
  • 便于调试：脚本里但凡 mount 失败或者文件缺失，就 exec /bin/sh 掉进 shell，不会卡在 kernel panic。

总结

总的来说，这是嵌入式 Linux 上一套很成熟的“只读根文件系统 + 内存覆盖”方案。
看懂这一个脚本，基本就理解了 OverlayFS、squashfs、initrd 切换根的配合套路。

#!/bin/sh
FLASH_DEV0=/dev/mtdblock0
FLASH_DEV1=/dev/mtdblock1

FLASH_DIR=/mnt/flash
SQUASH_DIR=/mnt/squashfs

SQUASH_IMG="$SQUASH_DIR/rarely-used.squashfs"

OVERLAY_DIR=/mnt/overlay
MERGED_DIR=/mnt/merged

# 1. 基础虚拟文件系统
mount -t proc proc /proc
start=$(cat /proc/uptime | awk '{print $1}')
mount -t sysfs sysfs /sys
mount -t devtmpfs devtmpfs /dev
mount -t tmpfs tmpfs /tmp

mkdir -p /dev/pts
mount -t devpts devpts /dev/pts

# 2. 加载内核模块

# 3. 挂载 flash
mkdir -p "$FLASH_DIR"

if ! mount -t yaffs2 -o rw,noatime,user_xattr "$FLASH_DEV0" "$FLASH_DIR"; then
	echo "mount flash failed"
	exec /bin/sh
fi
echo "flash mounted"

mkdir -p "$SQUASH_DIR"
if ! mount -t yaffs2 -o rw,noatime,user_xattr "$FLASH_DEV1" "$SQUASH_DIR"; then
	echo "mount flash failed"
	exec /bin/sh
fi
echo "flash mounted"

# 4. 准备 squashfs 镜像
if [ ! -f "$SQUASH_IMG" ]; then
	echo "copy rarely-used.squashfs to flash"
	cp /rarely-used.squashfs "$SQUASH_IMG"
	sync
fi
[ -f "$SQUASH_IMG" ] || { echo "missing $SQUASH_IMG"; exec /bin/sh; }

# 5. 挂载 squashfs
if [ -f "$SQUASH_IMG" ]; then
	mount -t squashfs -o loop,ro "$SQUASH_IMG" "$SQUASH_DIR"
fi

# 6. 准备 overlay upper/work（RAM）
mkdir -p "$OVERLAY_DIR"
mount -t tmpfs tmpfs "$OVERLAY_DIR"

mkdir -p "$OVERLAY_DIR/upper"
mkdir -p "$OVERLAY_DIR/work"

# 7. 把 initramfs 里要保留的基础内容放到 upper
for d in usr bin sbin lib etc var opt; do
	if [ -e "/$d" ]; then
		cp -ar "/$d" "$OVERLAY_DIR/upper/"
	fi
done

# 8. 挂载最终 root overlay
#    upper: RAM initramfs
#    lower: squashfs
mkdir -p "$MERGED_DIR"

LOWERDIR="$SQUASH_DIR"

mount -t overlay overlay \
	-o lowerdir="$LOWERDIR",upperdir="$OVERLAY_DIR/upper",workdir="$OVERLAY_DIR/work" \
	"$MERGED_DIR"

if [ $? -ne 0 ]; then
	echo "overlay mount failed"
	exec /bin/sh
fi

# 10. 新根所需挂载点
mkdir -p "$MERGED_DIR/root"
mkdir -p "$MERGED_DIR/proc"
mkdir -p "$MERGED_DIR/sys"
mkdir -p "$MERGED_DIR/dev"
mkdir -p "$MERGED_DIR/dev/pts"
mkdir -p "$MERGED_DIR/tmp"
mkdir -p "$MERGED_DIR/var"
mkdir -p "$MERGED_DIR/mnt/flash"
mkdir -p "$MERGED_DIR/mnt/squashfs"
mkdir -p "$MERGED_DIR/mnt/overlay"

# 11. 移动挂载点到新根
mount --move /proc "$MERGED_DIR/proc"
mount --move /sys "$MERGED_DIR/sys"
mount --move /dev "$MERGED_DIR/dev"
mount --move /tmp "$MERGED_DIR/tmp"

mount --move "$FLASH_DIR" "$MERGED_DIR/mnt/flash"
mount --move "$SQUASH_DIR" "$MERGED_DIR/mnt/squashfs"
mount --move "$OVERLAY_DIR" "$MERGED_DIR/mnt/overlay"

end=$(cat $MERGED_DIR/proc/uptime | awk '{print $1}')
echo "squashfs.sh runtime beg $start" > /dev/kmsg
echo "squashfs.sh runtime end $end" > /dev/kmsg

# 13. 切换 root 启动 init
exec switch_root "$MERGED_DIR" /sbin/init

echo "switch_root failed"
exec /bin/sh
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