Linux 6.7-rc7
[linux-modified.git] / Documentation / filesystems / overlayfs.rst
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2
3 Written by: Neil Brown
4 Please see MAINTAINERS file for where to send questions.
5
6 Overlay Filesystem
7 ==================
8
9 This document describes a prototype for a new approach to providing
10 overlay-filesystem functionality in Linux (sometimes referred to as
11 union-filesystems).  An overlay-filesystem tries to present a
12 filesystem which is the result over overlaying one filesystem on top
13 of the other.
14
15
16 Overlay objects
17 ---------------
18
19 The overlay filesystem approach is 'hybrid', because the objects that
20 appear in the filesystem do not always appear to belong to that filesystem.
21 In many cases, an object accessed in the union will be indistinguishable
22 from accessing the corresponding object from the original filesystem.
23 This is most obvious from the 'st_dev' field returned by stat(2).
24
25 While directories will report an st_dev from the overlay-filesystem,
26 non-directory objects may report an st_dev from the lower filesystem or
27 upper filesystem that is providing the object.  Similarly st_ino will
28 only be unique when combined with st_dev, and both of these can change
29 over the lifetime of a non-directory object.  Many applications and
30 tools ignore these values and will not be affected.
31
32 In the special case of all overlay layers on the same underlying
33 filesystem, all objects will report an st_dev from the overlay
34 filesystem and st_ino from the underlying filesystem.  This will
35 make the overlay mount more compliant with filesystem scanners and
36 overlay objects will be distinguishable from the corresponding
37 objects in the original filesystem.
38
39 On 64bit systems, even if all overlay layers are not on the same
40 underlying filesystem, the same compliant behavior could be achieved
41 with the "xino" feature.  The "xino" feature composes a unique object
42 identifier from the real object st_ino and an underlying fsid index.
43 The "xino" feature uses the high inode number bits for fsid, because the
44 underlying filesystems rarely use the high inode number bits.  In case
45 the underlying inode number does overflow into the high xino bits, overlay
46 filesystem will fall back to the non xino behavior for that inode.
47
48 The "xino" feature can be enabled with the "-o xino=on" overlay mount option.
49 If all underlying filesystems support NFS file handles, the value of st_ino
50 for overlay filesystem objects is not only unique, but also persistent over
51 the lifetime of the filesystem.  The "-o xino=auto" overlay mount option
52 enables the "xino" feature only if the persistent st_ino requirement is met.
53
54 The following table summarizes what can be expected in different overlay
55 configurations.
56
57 Inode properties
58 ````````````````
59
60 +--------------+------------+------------+-----------------+----------------+
61 |Configuration | Persistent | Uniform    | st_ino == d_ino | d_ino == i_ino |
62 |              | st_ino     | st_dev     |                 | [*]            |
63 +==============+=====+======+=====+======+========+========+========+=======+
64 |              | dir | !dir | dir | !dir |  dir   +  !dir  |  dir   | !dir  |
65 +--------------+-----+------+-----+------+--------+--------+--------+-------+
66 | All layers   |  Y  |  Y   |  Y  |  Y   |  Y     |   Y    |  Y     |  Y    |
67 | on same fs   |     |      |     |      |        |        |        |       |
68 +--------------+-----+------+-----+------+--------+--------+--------+-------+
69 | Layers not   |  N  |  N   |  Y  |  N   |  N     |   Y    |  N     |  Y    |
70 | on same fs,  |     |      |     |      |        |        |        |       |
71 | xino=off     |     |      |     |      |        |        |        |       |
72 +--------------+-----+------+-----+------+--------+--------+--------+-------+
73 | xino=on/auto |  Y  |  Y   |  Y  |  Y   |  Y     |   Y    |  Y     |  Y    |
74 +--------------+-----+------+-----+------+--------+--------+--------+-------+
75 | xino=on/auto,|  N  |  N   |  Y  |  N   |  N     |   Y    |  N     |  Y    |
76 | ino overflow |     |      |     |      |        |        |        |       |
77 +--------------+-----+------+-----+------+--------+--------+--------+-------+
78
79 [*] nfsd v3 readdirplus verifies d_ino == i_ino. i_ino is exposed via several
80 /proc files, such as /proc/locks and /proc/self/fdinfo/<fd> of an inotify
81 file descriptor.
82
83 Upper and Lower
84 ---------------
85
86 An overlay filesystem combines two filesystems - an 'upper' filesystem
87 and a 'lower' filesystem.  When a name exists in both filesystems, the
88 object in the 'upper' filesystem is visible while the object in the
89 'lower' filesystem is either hidden or, in the case of directories,
90 merged with the 'upper' object.
91
92 It would be more correct to refer to an upper and lower 'directory
93 tree' rather than 'filesystem' as it is quite possible for both
94 directory trees to be in the same filesystem and there is no
95 requirement that the root of a filesystem be given for either upper or
96 lower.
97
98 A wide range of filesystems supported by Linux can be the lower filesystem,
99 but not all filesystems that are mountable by Linux have the features
100 needed for OverlayFS to work.  The lower filesystem does not need to be
101 writable.  The lower filesystem can even be another overlayfs.  The upper
102 filesystem will normally be writable and if it is it must support the
103 creation of trusted.* and/or user.* extended attributes, and must provide
104 valid d_type in readdir responses, so NFS is not suitable.
105
106 A read-only overlay of two read-only filesystems may use any
107 filesystem type.
108
109 Directories
110 -----------
111
112 Overlaying mainly involves directories.  If a given name appears in both
113 upper and lower filesystems and refers to a non-directory in either,
114 then the lower object is hidden - the name refers only to the upper
115 object.
116
117 Where both upper and lower objects are directories, a merged directory
118 is formed.
119
120 At mount time, the two directories given as mount options "lowerdir" and
121 "upperdir" are combined into a merged directory:
122
123   mount -t overlay overlay -olowerdir=/lower,upperdir=/upper,\
124   workdir=/work /merged
125
126 The "workdir" needs to be an empty directory on the same filesystem
127 as upperdir.
128
129 Then whenever a lookup is requested in such a merged directory, the
130 lookup is performed in each actual directory and the combined result
131 is cached in the dentry belonging to the overlay filesystem.  If both
132 actual lookups find directories, both are stored and a merged
133 directory is created, otherwise only one is stored: the upper if it
134 exists, else the lower.
135
136 Only the lists of names from directories are merged.  Other content
137 such as metadata and extended attributes are reported for the upper
138 directory only.  These attributes of the lower directory are hidden.
139
140 whiteouts and opaque directories
141 --------------------------------
142
143 In order to support rm and rmdir without changing the lower
144 filesystem, an overlay filesystem needs to record in the upper filesystem
145 that files have been removed.  This is done using whiteouts and opaque
146 directories (non-directories are always opaque).
147
148 A whiteout is created as a character device with 0/0 device number.
149 When a whiteout is found in the upper level of a merged directory, any
150 matching name in the lower level is ignored, and the whiteout itself
151 is also hidden.
152
153 A directory is made opaque by setting the xattr "trusted.overlay.opaque"
154 to "y".  Where the upper filesystem contains an opaque directory, any
155 directory in the lower filesystem with the same name is ignored.
156
157 readdir
158 -------
159
160 When a 'readdir' request is made on a merged directory, the upper and
161 lower directories are each read and the name lists merged in the
162 obvious way (upper is read first, then lower - entries that already
163 exist are not re-added).  This merged name list is cached in the
164 'struct file' and so remains as long as the file is kept open.  If the
165 directory is opened and read by two processes at the same time, they
166 will each have separate caches.  A seekdir to the start of the
167 directory (offset 0) followed by a readdir will cause the cache to be
168 discarded and rebuilt.
169
170 This means that changes to the merged directory do not appear while a
171 directory is being read.  This is unlikely to be noticed by many
172 programs.
173
174 seek offsets are assigned sequentially when the directories are read.
175 Thus if
176
177   - read part of a directory
178   - remember an offset, and close the directory
179   - re-open the directory some time later
180   - seek to the remembered offset
181
182 there may be little correlation between the old and new locations in
183 the list of filenames, particularly if anything has changed in the
184 directory.
185
186 Readdir on directories that are not merged is simply handled by the
187 underlying directory (upper or lower).
188
189 renaming directories
190 --------------------
191
192 When renaming a directory that is on the lower layer or merged (i.e. the
193 directory was not created on the upper layer to start with) overlayfs can
194 handle it in two different ways:
195
196 1. return EXDEV error: this error is returned by rename(2) when trying to
197    move a file or directory across filesystem boundaries.  Hence
198    applications are usually prepared to handle this error (mv(1) for example
199    recursively copies the directory tree).  This is the default behavior.
200
201 2. If the "redirect_dir" feature is enabled, then the directory will be
202    copied up (but not the contents).  Then the "trusted.overlay.redirect"
203    extended attribute is set to the path of the original location from the
204    root of the overlay.  Finally the directory is moved to the new
205    location.
206
207 There are several ways to tune the "redirect_dir" feature.
208
209 Kernel config options:
210
211 - OVERLAY_FS_REDIRECT_DIR:
212     If this is enabled, then redirect_dir is turned on by  default.
213 - OVERLAY_FS_REDIRECT_ALWAYS_FOLLOW:
214     If this is enabled, then redirects are always followed by default. Enabling
215     this results in a less secure configuration.  Enable this option only when
216     worried about backward compatibility with kernels that have the redirect_dir
217     feature and follow redirects even if turned off.
218
219 Module options (can also be changed through /sys/module/overlay/parameters/):
220
221 - "redirect_dir=BOOL":
222     See OVERLAY_FS_REDIRECT_DIR kernel config option above.
223 - "redirect_always_follow=BOOL":
224     See OVERLAY_FS_REDIRECT_ALWAYS_FOLLOW kernel config option above.
225 - "redirect_max=NUM":
226     The maximum number of bytes in an absolute redirect (default is 256).
227
228 Mount options:
229
230 - "redirect_dir=on":
231     Redirects are enabled.
232 - "redirect_dir=follow":
233     Redirects are not created, but followed.
234 - "redirect_dir=nofollow":
235     Redirects are not created and not followed.
236 - "redirect_dir=off":
237     If "redirect_always_follow" is enabled in the kernel/module config,
238     this "off" translates to "follow", otherwise it translates to "nofollow".
239
240 When the NFS export feature is enabled, every copied up directory is
241 indexed by the file handle of the lower inode and a file handle of the
242 upper directory is stored in a "trusted.overlay.upper" extended attribute
243 on the index entry.  On lookup of a merged directory, if the upper
244 directory does not match the file handle stores in the index, that is an
245 indication that multiple upper directories may be redirected to the same
246 lower directory.  In that case, lookup returns an error and warns about
247 a possible inconsistency.
248
249 Because lower layer redirects cannot be verified with the index, enabling
250 NFS export support on an overlay filesystem with no upper layer requires
251 turning off redirect follow (e.g. "redirect_dir=nofollow").
252
253
254 Non-directories
255 ---------------
256
257 Objects that are not directories (files, symlinks, device-special
258 files etc.) are presented either from the upper or lower filesystem as
259 appropriate.  When a file in the lower filesystem is accessed in a way
260 the requires write-access, such as opening for write access, changing
261 some metadata etc., the file is first copied from the lower filesystem
262 to the upper filesystem (copy_up).  Note that creating a hard-link
263 also requires copy_up, though of course creation of a symlink does
264 not.
265
266 The copy_up may turn out to be unnecessary, for example if the file is
267 opened for read-write but the data is not modified.
268
269 The copy_up process first makes sure that the containing directory
270 exists in the upper filesystem - creating it and any parents as
271 necessary.  It then creates the object with the same metadata (owner,
272 mode, mtime, symlink-target etc.) and then if the object is a file, the
273 data is copied from the lower to the upper filesystem.  Finally any
274 extended attributes are copied up.
275
276 Once the copy_up is complete, the overlay filesystem simply
277 provides direct access to the newly created file in the upper
278 filesystem - future operations on the file are barely noticed by the
279 overlay filesystem (though an operation on the name of the file such as
280 rename or unlink will of course be noticed and handled).
281
282
283 Permission model
284 ----------------
285
286 Permission checking in the overlay filesystem follows these principles:
287
288  1) permission check SHOULD return the same result before and after copy up
289
290  2) task creating the overlay mount MUST NOT gain additional privileges
291
292  3) non-mounting task MAY gain additional privileges through the overlay,
293  compared to direct access on underlying lower or upper filesystems
294
295 This is achieved by performing two permission checks on each access
296
297  a) check if current task is allowed access based on local DAC (owner,
298     group, mode and posix acl), as well as MAC checks
299
300  b) check if mounting task would be allowed real operation on lower or
301     upper layer based on underlying filesystem permissions, again including
302     MAC checks
303
304 Check (a) ensures consistency (1) since owner, group, mode and posix acls
305 are copied up.  On the other hand it can result in server enforced
306 permissions (used by NFS, for example) being ignored (3).
307
308 Check (b) ensures that no task gains permissions to underlying layers that
309 the mounting task does not have (2).  This also means that it is possible
310 to create setups where the consistency rule (1) does not hold; normally,
311 however, the mounting task will have sufficient privileges to perform all
312 operations.
313
314 Another way to demonstrate this model is drawing parallels between
315
316   mount -t overlay overlay -olowerdir=/lower,upperdir=/upper,... /merged
317
318 and
319
320   cp -a /lower /upper
321   mount --bind /upper /merged
322
323 The resulting access permissions should be the same.  The difference is in
324 the time of copy (on-demand vs. up-front).
325
326
327 Multiple lower layers
328 ---------------------
329
330 Multiple lower layers can now be given using the colon (":") as a
331 separator character between the directory names.  For example:
332
333   mount -t overlay overlay -olowerdir=/lower1:/lower2:/lower3 /merged
334
335 As the example shows, "upperdir=" and "workdir=" may be omitted.  In
336 that case the overlay will be read-only.
337
338 The specified lower directories will be stacked beginning from the
339 rightmost one and going left.  In the above example lower1 will be the
340 top, lower2 the middle and lower3 the bottom layer.
341
342 Note: directory names containing colons can be provided as lower layer by
343 escaping the colons with a single backslash.  For example:
344
345   mount -t overlay overlay -olowerdir=/a\:lower\:\:dir /merged
346
347 Since kernel version v6.8, directory names containing colons can also
348 be configured as lower layer using the "lowerdir+" mount options and the
349 fsconfig syscall from new mount api.  For example:
350
351   fsconfig(fs_fd, FSCONFIG_SET_STRING, "lowerdir+", "/a:lower::dir", 0);
352
353 In the latter case, colons in lower layer directory names will be escaped
354 as an octal characters (\072) when displayed in /proc/self/mountinfo.
355
356 Metadata only copy up
357 ---------------------
358
359 When metadata only copy up feature is enabled, overlayfs will only copy
360 up metadata (as opposed to whole file), when a metadata specific operation
361 like chown/chmod is performed. Full file will be copied up later when
362 file is opened for WRITE operation.
363
364 In other words, this is delayed data copy up operation and data is copied
365 up when there is a need to actually modify data.
366
367 There are multiple ways to enable/disable this feature. A config option
368 CONFIG_OVERLAY_FS_METACOPY can be set/unset to enable/disable this feature
369 by default. Or one can enable/disable it at module load time with module
370 parameter metacopy=on/off. Lastly, there is also a per mount option
371 metacopy=on/off to enable/disable this feature per mount.
372
373 Do not use metacopy=on with untrusted upper/lower directories. Otherwise
374 it is possible that an attacker can create a handcrafted file with
375 appropriate REDIRECT and METACOPY xattrs, and gain access to file on lower
376 pointed by REDIRECT. This should not be possible on local system as setting
377 "trusted." xattrs will require CAP_SYS_ADMIN. But it should be possible
378 for untrusted layers like from a pen drive.
379
380 Note: redirect_dir={off|nofollow|follow[*]} and nfs_export=on mount options
381 conflict with metacopy=on, and will result in an error.
382
383 [*] redirect_dir=follow only conflicts with metacopy=on if upperdir=... is
384 given.
385
386
387 Data-only lower layers
388 ----------------------
389
390 With "metacopy" feature enabled, an overlayfs regular file may be a composition
391 of information from up to three different layers:
392
393  1) metadata from a file in the upper layer
394
395  2) st_ino and st_dev object identifier from a file in a lower layer
396
397  3) data from a file in another lower layer (further below)
398
399 The "lower data" file can be on any lower layer, except from the top most
400 lower layer.
401
402 Below the top most lower layer, any number of lower most layers may be defined
403 as "data-only" lower layers, using double colon ("::") separators.
404 A normal lower layer is not allowed to be below a data-only layer, so single
405 colon separators are not allowed to the right of double colon ("::") separators.
406
407
408 For example:
409
410   mount -t overlay overlay -olowerdir=/l1:/l2:/l3::/do1::/do2 /merged
411
412 The paths of files in the "data-only" lower layers are not visible in the
413 merged overlayfs directories and the metadata and st_ino/st_dev of files
414 in the "data-only" lower layers are not visible in overlayfs inodes.
415
416 Only the data of the files in the "data-only" lower layers may be visible
417 when a "metacopy" file in one of the lower layers above it, has a "redirect"
418 to the absolute path of the "lower data" file in the "data-only" lower layer.
419
420 Since kernel version v6.8, "data-only" lower layers can also be added using
421 the "datadir+" mount options and the fsconfig syscall from new mount api.
422 For example:
423
424   fsconfig(fs_fd, FSCONFIG_SET_STRING, "lowerdir+", "/l1", 0);
425   fsconfig(fs_fd, FSCONFIG_SET_STRING, "lowerdir+", "/l2", 0);
426   fsconfig(fs_fd, FSCONFIG_SET_STRING, "lowerdir+", "/l3", 0);
427   fsconfig(fs_fd, FSCONFIG_SET_STRING, "datadir+", "/do1", 0);
428   fsconfig(fs_fd, FSCONFIG_SET_STRING, "datadir+", "/do2", 0);
429
430
431 fs-verity support
432 ----------------------
433
434 During metadata copy up of a lower file, if the source file has
435 fs-verity enabled and overlay verity support is enabled, then the
436 digest of the lower file is added to the "trusted.overlay.metacopy"
437 xattr. This is then used to verify the content of the lower file
438 each the time the metacopy file is opened.
439
440 When a layer containing verity xattrs is used, it means that any such
441 metacopy file in the upper layer is guaranteed to match the content
442 that was in the lower at the time of the copy-up. If at any time
443 (during a mount, after a remount, etc) such a file in the lower is
444 replaced or modified in any way, access to the corresponding file in
445 overlayfs will result in EIO errors (either on open, due to overlayfs
446 digest check, or from a later read due to fs-verity) and a detailed
447 error is printed to the kernel logs. For more details of how fs-verity
448 file access works, see :ref:`Documentation/filesystems/fsverity.rst
449 <accessing_verity_files>`.
450
451 Verity can be used as a general robustness check to detect accidental
452 changes in the overlayfs directories in use. But, with additional care
453 it can also give more powerful guarantees. For example, if the upper
454 layer is fully trusted (by using dm-verity or something similar), then
455 an untrusted lower layer can be used to supply validated file content
456 for all metacopy files.  If additionally the untrusted lower
457 directories are specified as "Data-only", then they can only supply
458 such file content, and the entire mount can be trusted to match the
459 upper layer.
460
461 This feature is controlled by the "verity" mount option, which
462 supports these values:
463
464 - "off":
465     The metacopy digest is never generated or used. This is the
466     default if verity option is not specified.
467 - "on":
468     Whenever a metacopy files specifies an expected digest, the
469     corresponding data file must match the specified digest. When
470     generating a metacopy file the verity digest will be set in it
471     based on the source file (if it has one).
472 - "require":
473     Same as "on", but additionally all metacopy files must specify a
474     digest (or EIO is returned on open). This means metadata copy up
475     will only be used if the data file has fs-verity enabled,
476     otherwise a full copy-up is used.
477
478 Sharing and copying layers
479 --------------------------
480
481 Lower layers may be shared among several overlay mounts and that is indeed
482 a very common practice.  An overlay mount may use the same lower layer
483 path as another overlay mount and it may use a lower layer path that is
484 beneath or above the path of another overlay lower layer path.
485
486 Using an upper layer path and/or a workdir path that are already used by
487 another overlay mount is not allowed and may fail with EBUSY.  Using
488 partially overlapping paths is not allowed and may fail with EBUSY.
489 If files are accessed from two overlayfs mounts which share or overlap the
490 upper layer and/or workdir path the behavior of the overlay is undefined,
491 though it will not result in a crash or deadlock.
492
493 Mounting an overlay using an upper layer path, where the upper layer path
494 was previously used by another mounted overlay in combination with a
495 different lower layer path, is allowed, unless the "inodes index" feature
496 or "metadata only copy up" feature is enabled.
497
498 With the "inodes index" feature, on the first time mount, an NFS file
499 handle of the lower layer root directory, along with the UUID of the lower
500 filesystem, are encoded and stored in the "trusted.overlay.origin" extended
501 attribute on the upper layer root directory.  On subsequent mount attempts,
502 the lower root directory file handle and lower filesystem UUID are compared
503 to the stored origin in upper root directory.  On failure to verify the
504 lower root origin, mount will fail with ESTALE.  An overlayfs mount with
505 "inodes index" enabled will fail with EOPNOTSUPP if the lower filesystem
506 does not support NFS export, lower filesystem does not have a valid UUID or
507 if the upper filesystem does not support extended attributes.
508
509 For "metadata only copy up" feature there is no verification mechanism at
510 mount time. So if same upper is mounted with different set of lower, mount
511 probably will succeed but expect the unexpected later on. So don't do it.
512
513 It is quite a common practice to copy overlay layers to a different
514 directory tree on the same or different underlying filesystem, and even
515 to a different machine.  With the "inodes index" feature, trying to mount
516 the copied layers will fail the verification of the lower root file handle.
517
518 Nesting overlayfs mounts
519 ------------------------
520
521 It is possible to use a lower directory that is stored on an overlayfs
522 mount. For regular files this does not need any special care. However, files
523 that have overlayfs attributes, such as whiteouts or "overlay.*" xattrs will be
524 interpreted by the underlying overlayfs mount and stripped out. In order to
525 allow the second overlayfs mount to see the attributes they must be escaped.
526
527 Overlayfs specific xattrs are escaped by using a special prefix of
528 "overlay.overlay.". So, a file with a "trusted.overlay.overlay.metacopy" xattr
529 in the lower dir will be exposed as a regular file with a
530 "trusted.overlay.metacopy" xattr in the overlayfs mount. This can be nested by
531 repeating the prefix multiple time, as each instance only removes one prefix.
532
533 A lower dir with a regular whiteout will always be handled by the overlayfs
534 mount, so to support storing an effective whiteout file in an overlayfs mount an
535 alternative form of whiteout is supported. This form is a regular, zero-size
536 file with the "overlay.whiteout" xattr set, inside a directory with the
537 "overlay.whiteouts" xattr set. Such whiteouts are never created by overlayfs,
538 but can be used by userspace tools (like containers) that generate lower layers.
539 These alternative whiteouts can be escaped using the standard xattr escape
540 mechanism in order to properly nest to any depth.
541
542 Non-standard behavior
543 ---------------------
544
545 Current version of overlayfs can act as a mostly POSIX compliant
546 filesystem.
547
548 This is the list of cases that overlayfs doesn't currently handle:
549
550 a) POSIX mandates updating st_atime for reads.  This is currently not
551 done in the case when the file resides on a lower layer.
552
553 b) If a file residing on a lower layer is opened for read-only and then
554 memory mapped with MAP_SHARED, then subsequent changes to the file are not
555 reflected in the memory mapping.
556
557 c) If a file residing on a lower layer is being executed, then opening that
558 file for write or truncating the file will not be denied with ETXTBSY.
559
560 The following options allow overlayfs to act more like a standards
561 compliant filesystem:
562
563 1) "redirect_dir"
564
565 Enabled with the mount option or module option: "redirect_dir=on" or with
566 the kernel config option CONFIG_OVERLAY_FS_REDIRECT_DIR=y.
567
568 If this feature is disabled, then rename(2) on a lower or merged directory
569 will fail with EXDEV ("Invalid cross-device link").
570
571 2) "inode index"
572
573 Enabled with the mount option or module option "index=on" or with the
574 kernel config option CONFIG_OVERLAY_FS_INDEX=y.
575
576 If this feature is disabled and a file with multiple hard links is copied
577 up, then this will "break" the link.  Changes will not be propagated to
578 other names referring to the same inode.
579
580 3) "xino"
581
582 Enabled with the mount option "xino=auto" or "xino=on", with the module
583 option "xino_auto=on" or with the kernel config option
584 CONFIG_OVERLAY_FS_XINO_AUTO=y.  Also implicitly enabled by using the same
585 underlying filesystem for all layers making up the overlay.
586
587 If this feature is disabled or the underlying filesystem doesn't have
588 enough free bits in the inode number, then overlayfs will not be able to
589 guarantee that the values of st_ino and st_dev returned by stat(2) and the
590 value of d_ino returned by readdir(3) will act like on a normal filesystem.
591 E.g. the value of st_dev may be different for two objects in the same
592 overlay filesystem and the value of st_ino for filesystem objects may not be
593 persistent and could change even while the overlay filesystem is mounted, as
594 summarized in the `Inode properties`_ table above.
595
596
597 Changes to underlying filesystems
598 ---------------------------------
599
600 Changes to the underlying filesystems while part of a mounted overlay
601 filesystem are not allowed.  If the underlying filesystem is changed,
602 the behavior of the overlay is undefined, though it will not result in
603 a crash or deadlock.
604
605 Offline changes, when the overlay is not mounted, are allowed to the
606 upper tree.  Offline changes to the lower tree are only allowed if the
607 "metadata only copy up", "inode index", "xino" and "redirect_dir" features
608 have not been used.  If the lower tree is modified and any of these
609 features has been used, the behavior of the overlay is undefined,
610 though it will not result in a crash or deadlock.
611
612 When the overlay NFS export feature is enabled, overlay filesystems
613 behavior on offline changes of the underlying lower layer is different
614 than the behavior when NFS export is disabled.
615
616 On every copy_up, an NFS file handle of the lower inode, along with the
617 UUID of the lower filesystem, are encoded and stored in an extended
618 attribute "trusted.overlay.origin" on the upper inode.
619
620 When the NFS export feature is enabled, a lookup of a merged directory,
621 that found a lower directory at the lookup path or at the path pointed
622 to by the "trusted.overlay.redirect" extended attribute, will verify
623 that the found lower directory file handle and lower filesystem UUID
624 match the origin file handle that was stored at copy_up time.  If a
625 found lower directory does not match the stored origin, that directory
626 will not be merged with the upper directory.
627
628
629
630 NFS export
631 ----------
632
633 When the underlying filesystems supports NFS export and the "nfs_export"
634 feature is enabled, an overlay filesystem may be exported to NFS.
635
636 With the "nfs_export" feature, on copy_up of any lower object, an index
637 entry is created under the index directory.  The index entry name is the
638 hexadecimal representation of the copy up origin file handle.  For a
639 non-directory object, the index entry is a hard link to the upper inode.
640 For a directory object, the index entry has an extended attribute
641 "trusted.overlay.upper" with an encoded file handle of the upper
642 directory inode.
643
644 When encoding a file handle from an overlay filesystem object, the
645 following rules apply:
646
647 1. For a non-upper object, encode a lower file handle from lower inode
648 2. For an indexed object, encode a lower file handle from copy_up origin
649 3. For a pure-upper object and for an existing non-indexed upper object,
650    encode an upper file handle from upper inode
651
652 The encoded overlay file handle includes:
653  - Header including path type information (e.g. lower/upper)
654  - UUID of the underlying filesystem
655  - Underlying filesystem encoding of underlying inode
656
657 This encoding format is identical to the encoding format file handles that
658 are stored in extended attribute "trusted.overlay.origin".
659
660 When decoding an overlay file handle, the following steps are followed:
661
662 1. Find underlying layer by UUID and path type information.
663 2. Decode the underlying filesystem file handle to underlying dentry.
664 3. For a lower file handle, lookup the handle in index directory by name.
665 4. If a whiteout is found in index, return ESTALE. This represents an
666    overlay object that was deleted after its file handle was encoded.
667 5. For a non-directory, instantiate a disconnected overlay dentry from the
668    decoded underlying dentry, the path type and index inode, if found.
669 6. For a directory, use the connected underlying decoded dentry, path type
670    and index, to lookup a connected overlay dentry.
671
672 Decoding a non-directory file handle may return a disconnected dentry.
673 copy_up of that disconnected dentry will create an upper index entry with
674 no upper alias.
675
676 When overlay filesystem has multiple lower layers, a middle layer
677 directory may have a "redirect" to lower directory.  Because middle layer
678 "redirects" are not indexed, a lower file handle that was encoded from the
679 "redirect" origin directory, cannot be used to find the middle or upper
680 layer directory.  Similarly, a lower file handle that was encoded from a
681 descendant of the "redirect" origin directory, cannot be used to
682 reconstruct a connected overlay path.  To mitigate the cases of
683 directories that cannot be decoded from a lower file handle, these
684 directories are copied up on encode and encoded as an upper file handle.
685 On an overlay filesystem with no upper layer this mitigation cannot be
686 used NFS export in this setup requires turning off redirect follow (e.g.
687 "redirect_dir=nofollow").
688
689 The overlay filesystem does not support non-directory connectable file
690 handles, so exporting with the 'subtree_check' exportfs configuration will
691 cause failures to lookup files over NFS.
692
693 When the NFS export feature is enabled, all directory index entries are
694 verified on mount time to check that upper file handles are not stale.
695 This verification may cause significant overhead in some cases.
696
697 Note: the mount options index=off,nfs_export=on are conflicting for a
698 read-write mount and will result in an error.
699
700 Note: the mount option uuid=off can be used to replace UUID of the underlying
701 filesystem in file handles with null, and effectively disable UUID checks. This
702 can be useful in case the underlying disk is copied and the UUID of this copy
703 is changed. This is only applicable if all lower/upper/work directories are on
704 the same filesystem, otherwise it will fallback to normal behaviour.
705
706
707 UUID and fsid
708 -------------
709
710 The UUID of overlayfs instance itself and the fsid reported by statfs(2) are
711 controlled by the "uuid" mount option, which supports these values:
712
713 - "null":
714     UUID of overlayfs is null. fsid is taken from upper most filesystem.
715 - "off":
716     UUID of overlayfs is null. fsid is taken from upper most filesystem.
717     UUID of underlying layers is ignored.
718 - "on":
719     UUID of overlayfs is generated and used to report a unique fsid.
720     UUID is stored in xattr "trusted.overlay.uuid", making overlayfs fsid
721     unique and persistent.  This option requires an overlayfs with upper
722     filesystem that supports xattrs.
723 - "auto": (default)
724     UUID is taken from xattr "trusted.overlay.uuid" if it exists.
725     Upgrade to "uuid=on" on first time mount of new overlay filesystem that
726     meets the prerequites.
727     Downgrade to "uuid=null" for existing overlay filesystems that were never
728     mounted with "uuid=on".
729
730
731 Volatile mount
732 --------------
733
734 This is enabled with the "volatile" mount option.  Volatile mounts are not
735 guaranteed to survive a crash.  It is strongly recommended that volatile
736 mounts are only used if data written to the overlay can be recreated
737 without significant effort.
738
739 The advantage of mounting with the "volatile" option is that all forms of
740 sync calls to the upper filesystem are omitted.
741
742 In order to avoid a giving a false sense of safety, the syncfs (and fsync)
743 semantics of volatile mounts are slightly different than that of the rest of
744 VFS.  If any writeback error occurs on the upperdir's filesystem after a
745 volatile mount takes place, all sync functions will return an error.  Once this
746 condition is reached, the filesystem will not recover, and every subsequent sync
747 call will return an error, even if the upperdir has not experience a new error
748 since the last sync call.
749
750 When overlay is mounted with "volatile" option, the directory
751 "$workdir/work/incompat/volatile" is created.  During next mount, overlay
752 checks for this directory and refuses to mount if present. This is a strong
753 indicator that user should throw away upper and work directories and create
754 fresh one. In very limited cases where the user knows that the system has
755 not crashed and contents of upperdir are intact, The "volatile" directory
756 can be removed.
757
758
759 User xattr
760 ----------
761
762 The "-o userxattr" mount option forces overlayfs to use the
763 "user.overlay." xattr namespace instead of "trusted.overlay.".  This is
764 useful for unprivileged mounting of overlayfs.
765
766
767 Testsuite
768 ---------
769
770 There's a testsuite originally developed by David Howells and currently
771 maintained by Amir Goldstein at:
772
773   https://github.com/amir73il/unionmount-testsuite.git
774
775 Run as root:
776
777   # cd unionmount-testsuite
778   # ./run --ov --verify