]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - Documentation/filesystems/vfs.txt
Merge git://git.kernel.org/pub/scm/virt/kvm/kvm
[karo-tx-linux.git] / Documentation / filesystems / vfs.txt
1
2               Overview of the Linux Virtual File System
3
4         Original author: Richard Gooch <rgooch@atnf.csiro.au>
5
6                   Last updated on June 24, 2007.
7
8   Copyright (C) 1999 Richard Gooch
9   Copyright (C) 2005 Pekka Enberg
10
11   This file is released under the GPLv2.
12
13
14 Introduction
15 ============
16
17 The Virtual File System (also known as the Virtual Filesystem Switch)
18 is the software layer in the kernel that provides the filesystem
19 interface to userspace programs. It also provides an abstraction
20 within the kernel which allows different filesystem implementations to
21 coexist.
22
23 VFS system calls open(2), stat(2), read(2), write(2), chmod(2) and so
24 on are called from a process context. Filesystem locking is described
25 in the document Documentation/filesystems/Locking.
26
27
28 Directory Entry Cache (dcache)
29 ------------------------------
30
31 The VFS implements the open(2), stat(2), chmod(2), and similar system
32 calls. The pathname argument that is passed to them is used by the VFS
33 to search through the directory entry cache (also known as the dentry
34 cache or dcache). This provides a very fast look-up mechanism to
35 translate a pathname (filename) into a specific dentry. Dentries live
36 in RAM and are never saved to disc: they exist only for performance.
37
38 The dentry cache is meant to be a view into your entire filespace. As
39 most computers cannot fit all dentries in the RAM at the same time,
40 some bits of the cache are missing. In order to resolve your pathname
41 into a dentry, the VFS may have to resort to creating dentries along
42 the way, and then loading the inode. This is done by looking up the
43 inode.
44
45
46 The Inode Object
47 ----------------
48
49 An individual dentry usually has a pointer to an inode. Inodes are
50 filesystem objects such as regular files, directories, FIFOs and other
51 beasts.  They live either on the disc (for block device filesystems)
52 or in the memory (for pseudo filesystems). Inodes that live on the
53 disc are copied into the memory when required and changes to the inode
54 are written back to disc. A single inode can be pointed to by multiple
55 dentries (hard links, for example, do this).
56
57 To look up an inode requires that the VFS calls the lookup() method of
58 the parent directory inode. This method is installed by the specific
59 filesystem implementation that the inode lives in. Once the VFS has
60 the required dentry (and hence the inode), we can do all those boring
61 things like open(2) the file, or stat(2) it to peek at the inode
62 data. The stat(2) operation is fairly simple: once the VFS has the
63 dentry, it peeks at the inode data and passes some of it back to
64 userspace.
65
66
67 The File Object
68 ---------------
69
70 Opening a file requires another operation: allocation of a file
71 structure (this is the kernel-side implementation of file
72 descriptors). The freshly allocated file structure is initialized with
73 a pointer to the dentry and a set of file operation member functions.
74 These are taken from the inode data. The open() file method is then
75 called so the specific filesystem implementation can do its work. You
76 can see that this is another switch performed by the VFS. The file
77 structure is placed into the file descriptor table for the process.
78
79 Reading, writing and closing files (and other assorted VFS operations)
80 is done by using the userspace file descriptor to grab the appropriate
81 file structure, and then calling the required file structure method to
82 do whatever is required. For as long as the file is open, it keeps the
83 dentry in use, which in turn means that the VFS inode is still in use.
84
85
86 Registering and Mounting a Filesystem
87 =====================================
88
89 To register and unregister a filesystem, use the following API
90 functions:
91
92    #include <linux/fs.h>
93
94    extern int register_filesystem(struct file_system_type *);
95    extern int unregister_filesystem(struct file_system_type *);
96
97 The passed struct file_system_type describes your filesystem. When a
98 request is made to mount a filesystem onto a directory in your namespace,
99 the VFS will call the appropriate mount() method for the specific
100 filesystem.  New vfsmount referring to the tree returned by ->mount()
101 will be attached to the mountpoint, so that when pathname resolution
102 reaches the mountpoint it will jump into the root of that vfsmount.
103
104 You can see all filesystems that are registered to the kernel in the
105 file /proc/filesystems.
106
107
108 struct file_system_type
109 -----------------------
110
111 This describes the filesystem. As of kernel 2.6.39, the following
112 members are defined:
113
114 struct file_system_type {
115         const char *name;
116         int fs_flags;
117         struct dentry *(*mount) (struct file_system_type *, int,
118                        const char *, void *);
119         void (*kill_sb) (struct super_block *);
120         struct module *owner;
121         struct file_system_type * next;
122         struct list_head fs_supers;
123         struct lock_class_key s_lock_key;
124         struct lock_class_key s_umount_key;
125 };
126
127   name: the name of the filesystem type, such as "ext2", "iso9660",
128         "msdos" and so on
129
130   fs_flags: various flags (i.e. FS_REQUIRES_DEV, FS_NO_DCACHE, etc.)
131
132   mount: the method to call when a new instance of this
133         filesystem should be mounted
134
135   kill_sb: the method to call when an instance of this filesystem
136         should be shut down
137
138   owner: for internal VFS use: you should initialize this to THIS_MODULE in
139         most cases.
140
141   next: for internal VFS use: you should initialize this to NULL
142
143   s_lock_key, s_umount_key: lockdep-specific
144
145 The mount() method has the following arguments:
146
147   struct file_system_type *fs_type: describes the filesystem, partly initialized
148         by the specific filesystem code
149
150   int flags: mount flags
151
152   const char *dev_name: the device name we are mounting.
153
154   void *data: arbitrary mount options, usually comes as an ASCII
155         string (see "Mount Options" section)
156
157 The mount() method must return the root dentry of the tree requested by
158 caller.  An active reference to its superblock must be grabbed and the
159 superblock must be locked.  On failure it should return ERR_PTR(error).
160
161 The arguments match those of mount(2) and their interpretation
162 depends on filesystem type.  E.g. for block filesystems, dev_name is
163 interpreted as block device name, that device is opened and if it
164 contains a suitable filesystem image the method creates and initializes
165 struct super_block accordingly, returning its root dentry to caller.
166
167 ->mount() may choose to return a subtree of existing filesystem - it
168 doesn't have to create a new one.  The main result from the caller's
169 point of view is a reference to dentry at the root of (sub)tree to
170 be attached; creation of new superblock is a common side effect.
171
172 The most interesting member of the superblock structure that the
173 mount() method fills in is the "s_op" field. This is a pointer to
174 a "struct super_operations" which describes the next level of the
175 filesystem implementation.
176
177 Usually, a filesystem uses one of the generic mount() implementations
178 and provides a fill_super() callback instead. The generic variants are:
179
180   mount_bdev: mount a filesystem residing on a block device
181
182   mount_nodev: mount a filesystem that is not backed by a device
183
184   mount_single: mount a filesystem which shares the instance between
185         all mounts
186
187 A fill_super() callback implementation has the following arguments:
188
189   struct super_block *sb: the superblock structure. The callback
190         must initialize this properly.
191
192   void *data: arbitrary mount options, usually comes as an ASCII
193         string (see "Mount Options" section)
194
195   int silent: whether or not to be silent on error
196
197
198 The Superblock Object
199 =====================
200
201 A superblock object represents a mounted filesystem.
202
203
204 struct super_operations
205 -----------------------
206
207 This describes how the VFS can manipulate the superblock of your
208 filesystem. As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
209
210 struct super_operations {
211         struct inode *(*alloc_inode)(struct super_block *sb);
212         void (*destroy_inode)(struct inode *);
213
214         void (*dirty_inode) (struct inode *, int flags);
215         int (*write_inode) (struct inode *, int);
216         void (*drop_inode) (struct inode *);
217         void (*delete_inode) (struct inode *);
218         void (*put_super) (struct super_block *);
219         void (*write_super) (struct super_block *);
220         int (*sync_fs)(struct super_block *sb, int wait);
221         int (*freeze_fs) (struct super_block *);
222         int (*unfreeze_fs) (struct super_block *);
223         int (*statfs) (struct dentry *, struct kstatfs *);
224         int (*remount_fs) (struct super_block *, int *, char *);
225         void (*clear_inode) (struct inode *);
226         void (*umount_begin) (struct super_block *);
227
228         int (*show_options)(struct seq_file *, struct dentry *);
229
230         ssize_t (*quota_read)(struct super_block *, int, char *, size_t, loff_t);
231         ssize_t (*quota_write)(struct super_block *, int, const char *, size_t, loff_t);
232         int (*nr_cached_objects)(struct super_block *);
233         void (*free_cached_objects)(struct super_block *, int);
234 };
235
236 All methods are called without any locks being held, unless otherwise
237 noted. This means that most methods can block safely. All methods are
238 only called from a process context (i.e. not from an interrupt handler
239 or bottom half).
240
241   alloc_inode: this method is called by inode_alloc() to allocate memory
242         for struct inode and initialize it.  If this function is not
243         defined, a simple 'struct inode' is allocated.  Normally
244         alloc_inode will be used to allocate a larger structure which
245         contains a 'struct inode' embedded within it.
246
247   destroy_inode: this method is called by destroy_inode() to release
248         resources allocated for struct inode.  It is only required if
249         ->alloc_inode was defined and simply undoes anything done by
250         ->alloc_inode.
251
252   dirty_inode: this method is called by the VFS to mark an inode dirty.
253
254   write_inode: this method is called when the VFS needs to write an
255         inode to disc.  The second parameter indicates whether the write
256         should be synchronous or not, not all filesystems check this flag.
257
258   drop_inode: called when the last access to the inode is dropped,
259         with the inode->i_lock spinlock held.
260
261         This method should be either NULL (normal UNIX filesystem
262         semantics) or "generic_delete_inode" (for filesystems that do not
263         want to cache inodes - causing "delete_inode" to always be
264         called regardless of the value of i_nlink)
265
266         The "generic_delete_inode()" behavior is equivalent to the
267         old practice of using "force_delete" in the put_inode() case,
268         but does not have the races that the "force_delete()" approach
269         had. 
270
271   delete_inode: called when the VFS wants to delete an inode
272
273   put_super: called when the VFS wishes to free the superblock
274         (i.e. unmount). This is called with the superblock lock held
275
276   write_super: called when the VFS superblock needs to be written to
277         disc. This method is optional
278
279   sync_fs: called when VFS is writing out all dirty data associated with
280         a superblock. The second parameter indicates whether the method
281         should wait until the write out has been completed. Optional.
282
283   freeze_fs: called when VFS is locking a filesystem and
284         forcing it into a consistent state.  This method is currently
285         used by the Logical Volume Manager (LVM).
286
287   unfreeze_fs: called when VFS is unlocking a filesystem and making it writable
288         again.
289
290   statfs: called when the VFS needs to get filesystem statistics.
291
292   remount_fs: called when the filesystem is remounted. This is called
293         with the kernel lock held
294
295   clear_inode: called then the VFS clears the inode. Optional
296
297   umount_begin: called when the VFS is unmounting a filesystem.
298
299   show_options: called by the VFS to show mount options for
300         /proc/<pid>/mounts.  (see "Mount Options" section)
301
302   quota_read: called by the VFS to read from filesystem quota file.
303
304   quota_write: called by the VFS to write to filesystem quota file.
305
306   nr_cached_objects: called by the sb cache shrinking function for the
307         filesystem to return the number of freeable cached objects it contains.
308         Optional.
309
310   free_cache_objects: called by the sb cache shrinking function for the
311         filesystem to scan the number of objects indicated to try to free them.
312         Optional, but any filesystem implementing this method needs to also
313         implement ->nr_cached_objects for it to be called correctly.
314
315         We can't do anything with any errors that the filesystem might
316         encountered, hence the void return type. This will never be called if
317         the VM is trying to reclaim under GFP_NOFS conditions, hence this
318         method does not need to handle that situation itself.
319
320         Implementations must include conditional reschedule calls inside any
321         scanning loop that is done. This allows the VFS to determine
322         appropriate scan batch sizes without having to worry about whether
323         implementations will cause holdoff problems due to large scan batch
324         sizes.
325
326 Whoever sets up the inode is responsible for filling in the "i_op" field. This
327 is a pointer to a "struct inode_operations" which describes the methods that
328 can be performed on individual inodes.
329
330
331 The Inode Object
332 ================
333
334 An inode object represents an object within the filesystem.
335
336
337 struct inode_operations
338 -----------------------
339
340 This describes how the VFS can manipulate an inode in your
341 filesystem. As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
342
343 struct inode_operations {
344         int (*create) (struct inode *,struct dentry *, umode_t, struct nameidata *);
345         struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, struct nameidata *);
346         int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);
347         int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);
348         int (*symlink) (struct inode *,struct dentry *,const char *);
349         int (*mkdir) (struct inode *,struct dentry *,umode_t);
350         int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);
351         int (*mknod) (struct inode *,struct dentry *,umode_t,dev_t);
352         int (*rename) (struct inode *, struct dentry *,
353                         struct inode *, struct dentry *);
354         int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);
355         void * (*follow_link) (struct dentry *, struct nameidata *);
356         void (*put_link) (struct dentry *, struct nameidata *, void *);
357         void (*truncate) (struct inode *);
358         int (*permission) (struct inode *, int);
359         int (*get_acl)(struct inode *, int);
360         int (*setattr) (struct dentry *, struct iattr *);
361         int (*getattr) (struct vfsmount *mnt, struct dentry *, struct kstat *);
362         int (*setxattr) (struct dentry *, const char *,const void *,size_t,int);
363         ssize_t (*getxattr) (struct dentry *, const char *, void *, size_t);
364         ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
365         int (*removexattr) (struct dentry *, const char *);
366 };
367
368 Again, all methods are called without any locks being held, unless
369 otherwise noted.
370
371   create: called by the open(2) and creat(2) system calls. Only
372         required if you want to support regular files. The dentry you
373         get should not have an inode (i.e. it should be a negative
374         dentry). Here you will probably call d_instantiate() with the
375         dentry and the newly created inode
376
377   lookup: called when the VFS needs to look up an inode in a parent
378         directory. The name to look for is found in the dentry. This
379         method must call d_add() to insert the found inode into the
380         dentry. The "i_count" field in the inode structure should be
381         incremented. If the named inode does not exist a NULL inode
382         should be inserted into the dentry (this is called a negative
383         dentry). Returning an error code from this routine must only
384         be done on a real error, otherwise creating inodes with system
385         calls like create(2), mknod(2), mkdir(2) and so on will fail.
386         If you wish to overload the dentry methods then you should
387         initialise the "d_dop" field in the dentry; this is a pointer
388         to a struct "dentry_operations".
389         This method is called with the directory inode semaphore held
390
391   link: called by the link(2) system call. Only required if you want
392         to support hard links. You will probably need to call
393         d_instantiate() just as you would in the create() method
394
395   unlink: called by the unlink(2) system call. Only required if you
396         want to support deleting inodes
397
398   symlink: called by the symlink(2) system call. Only required if you
399         want to support symlinks. You will probably need to call
400         d_instantiate() just as you would in the create() method
401
402   mkdir: called by the mkdir(2) system call. Only required if you want
403         to support creating subdirectories. You will probably need to
404         call d_instantiate() just as you would in the create() method
405
406   rmdir: called by the rmdir(2) system call. Only required if you want
407         to support deleting subdirectories
408
409   mknod: called by the mknod(2) system call to create a device (char,
410         block) inode or a named pipe (FIFO) or socket. Only required
411         if you want to support creating these types of inodes. You
412         will probably need to call d_instantiate() just as you would
413         in the create() method
414
415   rename: called by the rename(2) system call to rename the object to
416         have the parent and name given by the second inode and dentry.
417
418   readlink: called by the readlink(2) system call. Only required if
419         you want to support reading symbolic links
420
421   follow_link: called by the VFS to follow a symbolic link to the
422         inode it points to.  Only required if you want to support
423         symbolic links.  This method returns a void pointer cookie
424         that is passed to put_link().
425
426   put_link: called by the VFS to release resources allocated by
427         follow_link().  The cookie returned by follow_link() is passed
428         to this method as the last parameter.  It is used by
429         filesystems such as NFS where page cache is not stable
430         (i.e. page that was installed when the symbolic link walk
431         started might not be in the page cache at the end of the
432         walk).
433
434   truncate: Deprecated. This will not be called if ->setsize is defined.
435         Called by the VFS to change the size of a file.  The
436         i_size field of the inode is set to the desired size by the
437         VFS before this method is called.  This method is called by
438         the truncate(2) system call and related functionality.
439
440         Note: ->truncate and vmtruncate are deprecated. Do not add new
441         instances/calls of these. Filesystems should be converted to do their
442         truncate sequence via ->setattr().
443
444   permission: called by the VFS to check for access rights on a POSIX-like
445         filesystem.
446
447         May be called in rcu-walk mode (mask & MAY_NOT_BLOCK). If in rcu-walk
448         mode, the filesystem must check the permission without blocking or
449         storing to the inode.
450
451         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle, return
452         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
453
454   setattr: called by the VFS to set attributes for a file. This method
455         is called by chmod(2) and related system calls.
456
457   getattr: called by the VFS to get attributes of a file. This method
458         is called by stat(2) and related system calls.
459
460   setxattr: called by the VFS to set an extended attribute for a file.
461         Extended attribute is a name:value pair associated with an
462         inode. This method is called by setxattr(2) system call.
463
464   getxattr: called by the VFS to retrieve the value of an extended
465         attribute name. This method is called by getxattr(2) function
466         call.
467
468   listxattr: called by the VFS to list all extended attributes for a
469         given file. This method is called by listxattr(2) system call.
470
471   removexattr: called by the VFS to remove an extended attribute from
472         a file. This method is called by removexattr(2) system call.
473
474
475 The Address Space Object
476 ========================
477
478 The address space object is used to group and manage pages in the page
479 cache.  It can be used to keep track of the pages in a file (or
480 anything else) and also track the mapping of sections of the file into
481 process address spaces.
482
483 There are a number of distinct yet related services that an
484 address-space can provide.  These include communicating memory
485 pressure, page lookup by address, and keeping track of pages tagged as
486 Dirty or Writeback.
487
488 The first can be used independently to the others.  The VM can try to
489 either write dirty pages in order to clean them, or release clean
490 pages in order to reuse them.  To do this it can call the ->writepage
491 method on dirty pages, and ->releasepage on clean pages with
492 PagePrivate set. Clean pages without PagePrivate and with no external
493 references will be released without notice being given to the
494 address_space.
495
496 To achieve this functionality, pages need to be placed on an LRU with
497 lru_cache_add and mark_page_active needs to be called whenever the
498 page is used.
499
500 Pages are normally kept in a radix tree index by ->index. This tree
501 maintains information about the PG_Dirty and PG_Writeback status of
502 each page, so that pages with either of these flags can be found
503 quickly.
504
505 The Dirty tag is primarily used by mpage_writepages - the default
506 ->writepages method.  It uses the tag to find dirty pages to call
507 ->writepage on.  If mpage_writepages is not used (i.e. the address
508 provides its own ->writepages) , the PAGECACHE_TAG_DIRTY tag is
509 almost unused.  write_inode_now and sync_inode do use it (through
510 __sync_single_inode) to check if ->writepages has been successful in
511 writing out the whole address_space.
512
513 The Writeback tag is used by filemap*wait* and sync_page* functions,
514 via filemap_fdatawait_range, to wait for all writeback to
515 complete.  While waiting ->sync_page (if defined) will be called on
516 each page that is found to require writeback.
517
518 An address_space handler may attach extra information to a page,
519 typically using the 'private' field in the 'struct page'.  If such
520 information is attached, the PG_Private flag should be set.  This will
521 cause various VM routines to make extra calls into the address_space
522 handler to deal with that data.
523
524 An address space acts as an intermediate between storage and
525 application.  Data is read into the address space a whole page at a
526 time, and provided to the application either by copying of the page,
527 or by memory-mapping the page.
528 Data is written into the address space by the application, and then
529 written-back to storage typically in whole pages, however the
530 address_space has finer control of write sizes.
531
532 The read process essentially only requires 'readpage'.  The write
533 process is more complicated and uses write_begin/write_end or
534 set_page_dirty to write data into the address_space, and writepage,
535 sync_page, and writepages to writeback data to storage.
536
537 Adding and removing pages to/from an address_space is protected by the
538 inode's i_mutex.
539
540 When data is written to a page, the PG_Dirty flag should be set.  It
541 typically remains set until writepage asks for it to be written.  This
542 should clear PG_Dirty and set PG_Writeback.  It can be actually
543 written at any point after PG_Dirty is clear.  Once it is known to be
544 safe, PG_Writeback is cleared.
545
546 Writeback makes use of a writeback_control structure...
547
548 struct address_space_operations
549 -------------------------------
550
551 This describes how the VFS can manipulate mapping of a file to page cache in
552 your filesystem. As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
553
554 struct address_space_operations {
555         int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc);
556         int (*readpage)(struct file *, struct page *);
557         int (*sync_page)(struct page *);
558         int (*writepages)(struct address_space *, struct writeback_control *);
559         int (*set_page_dirty)(struct page *page);
560         int (*readpages)(struct file *filp, struct address_space *mapping,
561                         struct list_head *pages, unsigned nr_pages);
562         int (*write_begin)(struct file *, struct address_space *mapping,
563                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned flags,
564                                 struct page **pagep, void **fsdata);
565         int (*write_end)(struct file *, struct address_space *mapping,
566                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
567                                 struct page *page, void *fsdata);
568         sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
569         int (*invalidatepage) (struct page *, unsigned long);
570         int (*releasepage) (struct page *, int);
571         void (*freepage)(struct page *);
572         ssize_t (*direct_IO)(int, struct kiocb *, const struct iovec *iov,
573                         loff_t offset, unsigned long nr_segs);
574         struct page* (*get_xip_page)(struct address_space *, sector_t,
575                         int);
576         /* migrate the contents of a page to the specified target */
577         int (*migratepage) (struct page *, struct page *);
578         int (*launder_page) (struct page *);
579         int (*error_remove_page) (struct mapping *mapping, struct page *page);
580 };
581
582   writepage: called by the VM to write a dirty page to backing store.
583       This may happen for data integrity reasons (i.e. 'sync'), or
584       to free up memory (flush).  The difference can be seen in
585       wbc->sync_mode.
586       The PG_Dirty flag has been cleared and PageLocked is true.
587       writepage should start writeout, should set PG_Writeback,
588       and should make sure the page is unlocked, either synchronously
589       or asynchronously when the write operation completes.
590
591       If wbc->sync_mode is WB_SYNC_NONE, ->writepage doesn't have to
592       try too hard if there are problems, and may choose to write out
593       other pages from the mapping if that is easier (e.g. due to
594       internal dependencies).  If it chooses not to start writeout, it
595       should return AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE so that the VM will not keep
596       calling ->writepage on that page.
597
598       See the file "Locking" for more details.
599
600   readpage: called by the VM to read a page from backing store.
601        The page will be Locked when readpage is called, and should be
602        unlocked and marked uptodate once the read completes.
603        If ->readpage discovers that it needs to unlock the page for
604        some reason, it can do so, and then return AOP_TRUNCATED_PAGE.
605        In this case, the page will be relocated, relocked and if
606        that all succeeds, ->readpage will be called again.
607
608   sync_page: called by the VM to notify the backing store to perform all
609         queued I/O operations for a page. I/O operations for other pages
610         associated with this address_space object may also be performed.
611
612         This function is optional and is called only for pages with
613         PG_Writeback set while waiting for the writeback to complete.
614
615   writepages: called by the VM to write out pages associated with the
616         address_space object.  If wbc->sync_mode is WBC_SYNC_ALL, then
617         the writeback_control will specify a range of pages that must be
618         written out.  If it is WBC_SYNC_NONE, then a nr_to_write is given
619         and that many pages should be written if possible.
620         If no ->writepages is given, then mpage_writepages is used
621         instead.  This will choose pages from the address space that are
622         tagged as DIRTY and will pass them to ->writepage.
623
624   set_page_dirty: called by the VM to set a page dirty.
625         This is particularly needed if an address space attaches
626         private data to a page, and that data needs to be updated when
627         a page is dirtied.  This is called, for example, when a memory
628         mapped page gets modified.
629         If defined, it should set the PageDirty flag, and the
630         PAGECACHE_TAG_DIRTY tag in the radix tree.
631
632   readpages: called by the VM to read pages associated with the address_space
633         object. This is essentially just a vector version of
634         readpage.  Instead of just one page, several pages are
635         requested.
636         readpages is only used for read-ahead, so read errors are
637         ignored.  If anything goes wrong, feel free to give up.
638
639   write_begin:
640         Called by the generic buffered write code to ask the filesystem to
641         prepare to write len bytes at the given offset in the file. The
642         address_space should check that the write will be able to complete,
643         by allocating space if necessary and doing any other internal
644         housekeeping.  If the write will update parts of any basic-blocks on
645         storage, then those blocks should be pre-read (if they haven't been
646         read already) so that the updated blocks can be written out properly.
647
648         The filesystem must return the locked pagecache page for the specified
649         offset, in *pagep, for the caller to write into.
650
651         It must be able to cope with short writes (where the length passed to
652         write_begin is greater than the number of bytes copied into the page).
653
654         flags is a field for AOP_FLAG_xxx flags, described in
655         include/linux/fs.h.
656
657         A void * may be returned in fsdata, which then gets passed into
658         write_end.
659
660         Returns 0 on success; < 0 on failure (which is the error code), in
661         which case write_end is not called.
662
663   write_end: After a successful write_begin, and data copy, write_end must
664         be called. len is the original len passed to write_begin, and copied
665         is the amount that was able to be copied (copied == len is always true
666         if write_begin was called with the AOP_FLAG_UNINTERRUPTIBLE flag).
667
668         The filesystem must take care of unlocking the page and releasing it
669         refcount, and updating i_size.
670
671         Returns < 0 on failure, otherwise the number of bytes (<= 'copied')
672         that were able to be copied into pagecache.
673
674   bmap: called by the VFS to map a logical block offset within object to
675         physical block number. This method is used by the FIBMAP
676         ioctl and for working with swap-files.  To be able to swap to
677         a file, the file must have a stable mapping to a block
678         device.  The swap system does not go through the filesystem
679         but instead uses bmap to find out where the blocks in the file
680         are and uses those addresses directly.
681
682
683   invalidatepage: If a page has PagePrivate set, then invalidatepage
684         will be called when part or all of the page is to be removed
685         from the address space.  This generally corresponds to either a
686         truncation or a complete invalidation of the address space
687         (in the latter case 'offset' will always be 0).
688         Any private data associated with the page should be updated
689         to reflect this truncation.  If offset is 0, then
690         the private data should be released, because the page
691         must be able to be completely discarded.  This may be done by
692         calling the ->releasepage function, but in this case the
693         release MUST succeed.
694
695   releasepage: releasepage is called on PagePrivate pages to indicate
696         that the page should be freed if possible.  ->releasepage
697         should remove any private data from the page and clear the
698         PagePrivate flag. If releasepage() fails for some reason, it must
699         indicate failure with a 0 return value.
700         releasepage() is used in two distinct though related cases.  The
701         first is when the VM finds a clean page with no active users and
702         wants to make it a free page.  If ->releasepage succeeds, the
703         page will be removed from the address_space and become free.
704
705         The second case is when a request has been made to invalidate
706         some or all pages in an address_space.  This can happen
707         through the fadvice(POSIX_FADV_DONTNEED) system call or by the
708         filesystem explicitly requesting it as nfs and 9fs do (when
709         they believe the cache may be out of date with storage) by
710         calling invalidate_inode_pages2().
711         If the filesystem makes such a call, and needs to be certain
712         that all pages are invalidated, then its releasepage will
713         need to ensure this.  Possibly it can clear the PageUptodate
714         bit if it cannot free private data yet.
715
716   freepage: freepage is called once the page is no longer visible in
717         the page cache in order to allow the cleanup of any private
718         data. Since it may be called by the memory reclaimer, it
719         should not assume that the original address_space mapping still
720         exists, and it should not block.
721
722   direct_IO: called by the generic read/write routines to perform
723         direct_IO - that is IO requests which bypass the page cache
724         and transfer data directly between the storage and the
725         application's address space.
726
727   get_xip_page: called by the VM to translate a block number to a page.
728         The page is valid until the corresponding filesystem is unmounted.
729         Filesystems that want to use execute-in-place (XIP) need to implement
730         it.  An example implementation can be found in fs/ext2/xip.c.
731
732   migrate_page:  This is used to compact the physical memory usage.
733         If the VM wants to relocate a page (maybe off a memory card
734         that is signalling imminent failure) it will pass a new page
735         and an old page to this function.  migrate_page should
736         transfer any private data across and update any references
737         that it has to the page.
738
739   launder_page: Called before freeing a page - it writes back the dirty page. To
740         prevent redirtying the page, it is kept locked during the whole
741         operation.
742
743   error_remove_page: normally set to generic_error_remove_page if truncation
744         is ok for this address space. Used for memory failure handling.
745         Setting this implies you deal with pages going away under you,
746         unless you have them locked or reference counts increased.
747
748
749 The File Object
750 ===============
751
752 A file object represents a file opened by a process.
753
754
755 struct file_operations
756 ----------------------
757
758 This describes how the VFS can manipulate an open file. As of kernel
759 3.5, the following members are defined:
760
761 struct file_operations {
762         struct module *owner;
763         loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
764         ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
765         ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
766         ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
767         ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
768         int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
769         unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
770         long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
771         long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
772         int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
773         int (*open) (struct inode *, struct file *);
774         int (*flush) (struct file *);
775         int (*release) (struct inode *, struct file *);
776         int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
777         int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
778         int (*fasync) (int, struct file *, int);
779         int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
780         ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
781         ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
782         ssize_t (*sendfile) (struct file *, loff_t *, size_t, read_actor_t, void *);
783         ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
784         unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
785         int (*check_flags)(int);
786         int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
787         ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, size_t, unsigned int);
788         ssize_t (*splice_read)(struct file *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
789         int (*setlease)(struct file *, long arg, struct file_lock **);
790         long (*fallocate)(struct file *, int mode, loff_t offset, loff_t len);
791 };
792
793 Again, all methods are called without any locks being held, unless
794 otherwise noted.
795
796   llseek: called when the VFS needs to move the file position index
797
798   read: called by read(2) and related system calls
799
800   aio_read: called by io_submit(2) and other asynchronous I/O operations
801
802   write: called by write(2) and related system calls
803
804   aio_write: called by io_submit(2) and other asynchronous I/O operations
805
806   readdir: called when the VFS needs to read the directory contents
807
808   poll: called by the VFS when a process wants to check if there is
809         activity on this file and (optionally) go to sleep until there
810         is activity. Called by the select(2) and poll(2) system calls
811
812   unlocked_ioctl: called by the ioctl(2) system call.
813
814   compat_ioctl: called by the ioctl(2) system call when 32 bit system calls
815          are used on 64 bit kernels.
816
817   mmap: called by the mmap(2) system call
818
819   open: called by the VFS when an inode should be opened. When the VFS
820         opens a file, it creates a new "struct file". It then calls the
821         open method for the newly allocated file structure. You might
822         think that the open method really belongs in
823         "struct inode_operations", and you may be right. I think it's
824         done the way it is because it makes filesystems simpler to
825         implement. The open() method is a good place to initialize the
826         "private_data" member in the file structure if you want to point
827         to a device structure
828
829   flush: called by the close(2) system call to flush a file
830
831   release: called when the last reference to an open file is closed
832
833   fsync: called by the fsync(2) system call
834
835   fasync: called by the fcntl(2) system call when asynchronous
836         (non-blocking) mode is enabled for a file
837
838   lock: called by the fcntl(2) system call for F_GETLK, F_SETLK, and F_SETLKW
839         commands
840
841   readv: called by the readv(2) system call
842
843   writev: called by the writev(2) system call
844
845   sendfile: called by the sendfile(2) system call
846
847   get_unmapped_area: called by the mmap(2) system call
848
849   check_flags: called by the fcntl(2) system call for F_SETFL command
850
851   flock: called by the flock(2) system call
852
853   splice_write: called by the VFS to splice data from a pipe to a file. This
854                 method is used by the splice(2) system call
855
856   splice_read: called by the VFS to splice data from file to a pipe. This
857                method is used by the splice(2) system call
858
859   setlease: called by the VFS to set or release a file lock lease.
860             setlease has the file_lock_lock held and must not sleep.
861
862   fallocate: called by the VFS to preallocate blocks or punch a hole.
863
864 Note that the file operations are implemented by the specific
865 filesystem in which the inode resides. When opening a device node
866 (character or block special) most filesystems will call special
867 support routines in the VFS which will locate the required device
868 driver information. These support routines replace the filesystem file
869 operations with those for the device driver, and then proceed to call
870 the new open() method for the file. This is how opening a device file
871 in the filesystem eventually ends up calling the device driver open()
872 method.
873
874
875 Directory Entry Cache (dcache)
876 ==============================
877
878
879 struct dentry_operations
880 ------------------------
881
882 This describes how a filesystem can overload the standard dentry
883 operations. Dentries and the dcache are the domain of the VFS and the
884 individual filesystem implementations. Device drivers have no business
885 here. These methods may be set to NULL, as they are either optional or
886 the VFS uses a default. As of kernel 2.6.22, the following members are
887 defined:
888
889 struct dentry_operations {
890         int (*d_revalidate)(struct dentry *, struct nameidata *);
891         int (*d_hash)(const struct dentry *, const struct inode *,
892                         struct qstr *);
893         int (*d_compare)(const struct dentry *, const struct inode *,
894                         const struct dentry *, const struct inode *,
895                         unsigned int, const char *, const struct qstr *);
896         int (*d_delete)(const struct dentry *);
897         void (*d_release)(struct dentry *);
898         void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
899         char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
900         struct vfsmount *(*d_automount)(struct path *);
901         int (*d_manage)(struct dentry *, bool);
902 };
903
904   d_revalidate: called when the VFS needs to revalidate a dentry. This
905         is called whenever a name look-up finds a dentry in the
906         dcache. Most filesystems leave this as NULL, because all their
907         dentries in the dcache are valid
908
909         d_revalidate may be called in rcu-walk mode (nd->flags & LOOKUP_RCU).
910         If in rcu-walk mode, the filesystem must revalidate the dentry without
911         blocking or storing to the dentry, d_parent and d_inode should not be
912         used without care (because they can go NULL), instead nd->inode should
913         be used.
914
915         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle, return
916         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
917
918   d_hash: called when the VFS adds a dentry to the hash table. The first
919         dentry passed to d_hash is the parent directory that the name is
920         to be hashed into. The inode is the dentry's inode.
921
922         Same locking and synchronisation rules as d_compare regarding
923         what is safe to dereference etc.
924
925   d_compare: called to compare a dentry name with a given name. The first
926         dentry is the parent of the dentry to be compared, the second is
927         the parent's inode, then the dentry and inode (may be NULL) of the
928         child dentry. len and name string are properties of the dentry to be
929         compared. qstr is the name to compare it with.
930
931         Must be constant and idempotent, and should not take locks if
932         possible, and should not or store into the dentry or inodes.
933         Should not dereference pointers outside the dentry or inodes without
934         lots of care (eg.  d_parent, d_inode, d_name should not be used).
935
936         However, our vfsmount is pinned, and RCU held, so the dentries and
937         inodes won't disappear, neither will our sb or filesystem module.
938         ->i_sb and ->d_sb may be used.
939
940         It is a tricky calling convention because it needs to be called under
941         "rcu-walk", ie. without any locks or references on things.
942
943   d_delete: called when the last reference to a dentry is dropped and the
944         dcache is deciding whether or not to cache it. Return 1 to delete
945         immediately, or 0 to cache the dentry. Default is NULL which means to
946         always cache a reachable dentry. d_delete must be constant and
947         idempotent.
948
949   d_release: called when a dentry is really deallocated
950
951   d_iput: called when a dentry loses its inode (just prior to its
952         being deallocated). The default when this is NULL is that the
953         VFS calls iput(). If you define this method, you must call
954         iput() yourself
955
956   d_dname: called when the pathname of a dentry should be generated.
957         Useful for some pseudo filesystems (sockfs, pipefs, ...) to delay
958         pathname generation. (Instead of doing it when dentry is created,
959         it's done only when the path is needed.). Real filesystems probably
960         dont want to use it, because their dentries are present in global
961         dcache hash, so their hash should be an invariant. As no lock is
962         held, d_dname() should not try to modify the dentry itself, unless
963         appropriate SMP safety is used. CAUTION : d_path() logic is quite
964         tricky. The correct way to return for example "Hello" is to put it
965         at the end of the buffer, and returns a pointer to the first char.
966         dynamic_dname() helper function is provided to take care of this.
967
968   d_automount: called when an automount dentry is to be traversed (optional).
969         This should create a new VFS mount record and return the record to the
970         caller.  The caller is supplied with a path parameter giving the
971         automount directory to describe the automount target and the parent
972         VFS mount record to provide inheritable mount parameters.  NULL should
973         be returned if someone else managed to make the automount first.  If
974         the vfsmount creation failed, then an error code should be returned.
975         If -EISDIR is returned, then the directory will be treated as an
976         ordinary directory and returned to pathwalk to continue walking.
977
978         If a vfsmount is returned, the caller will attempt to mount it on the
979         mountpoint and will remove the vfsmount from its expiration list in
980         the case of failure.  The vfsmount should be returned with 2 refs on
981         it to prevent automatic expiration - the caller will clean up the
982         additional ref.
983
984         This function is only used if DCACHE_NEED_AUTOMOUNT is set on the
985         dentry.  This is set by __d_instantiate() if S_AUTOMOUNT is set on the
986         inode being added.
987
988   d_manage: called to allow the filesystem to manage the transition from a
989         dentry (optional).  This allows autofs, for example, to hold up clients
990         waiting to explore behind a 'mountpoint' whilst letting the daemon go
991         past and construct the subtree there.  0 should be returned to let the
992         calling process continue.  -EISDIR can be returned to tell pathwalk to
993         use this directory as an ordinary directory and to ignore anything
994         mounted on it and not to check the automount flag.  Any other error
995         code will abort pathwalk completely.
996
997         If the 'rcu_walk' parameter is true, then the caller is doing a
998         pathwalk in RCU-walk mode.  Sleeping is not permitted in this mode,
999         and the caller can be asked to leave it and call again by returning
1000         -ECHILD.
1001
1002         This function is only used if DCACHE_MANAGE_TRANSIT is set on the
1003         dentry being transited from.
1004
1005 Example :
1006
1007 static char *pipefs_dname(struct dentry *dent, char *buffer, int buflen)
1008 {
1009         return dynamic_dname(dentry, buffer, buflen, "pipe:[%lu]",
1010                                 dentry->d_inode->i_ino);
1011 }
1012
1013 Each dentry has a pointer to its parent dentry, as well as a hash list
1014 of child dentries. Child dentries are basically like files in a
1015 directory.
1016
1017
1018 Directory Entry Cache API
1019 --------------------------
1020
1021 There are a number of functions defined which permit a filesystem to
1022 manipulate dentries:
1023
1024   dget: open a new handle for an existing dentry (this just increments
1025         the usage count)
1026
1027   dput: close a handle for a dentry (decrements the usage count). If
1028         the usage count drops to 0, and the dentry is still in its
1029         parent's hash, the "d_delete" method is called to check whether
1030         it should be cached. If it should not be cached, or if the dentry
1031         is not hashed, it is deleted. Otherwise cached dentries are put
1032         into an LRU list to be reclaimed on memory shortage.
1033
1034   d_drop: this unhashes a dentry from its parents hash list. A
1035         subsequent call to dput() will deallocate the dentry if its
1036         usage count drops to 0
1037
1038   d_delete: delete a dentry. If there are no other open references to
1039         the dentry then the dentry is turned into a negative dentry
1040         (the d_iput() method is called). If there are other
1041         references, then d_drop() is called instead
1042
1043   d_add: add a dentry to its parents hash list and then calls
1044         d_instantiate()
1045
1046   d_instantiate: add a dentry to the alias hash list for the inode and
1047         updates the "d_inode" member. The "i_count" member in the
1048         inode structure should be set/incremented. If the inode
1049         pointer is NULL, the dentry is called a "negative
1050         dentry". This function is commonly called when an inode is
1051         created for an existing negative dentry
1052
1053   d_lookup: look up a dentry given its parent and path name component
1054         It looks up the child of that given name from the dcache
1055         hash table. If it is found, the reference count is incremented
1056         and the dentry is returned. The caller must use dput()
1057         to free the dentry when it finishes using it.
1058
1059 Mount Options
1060 =============
1061
1062 Parsing options
1063 ---------------
1064
1065 On mount and remount the filesystem is passed a string containing a
1066 comma separated list of mount options.  The options can have either of
1067 these forms:
1068
1069   option
1070   option=value
1071
1072 The <linux/parser.h> header defines an API that helps parse these
1073 options.  There are plenty of examples on how to use it in existing
1074 filesystems.
1075
1076 Showing options
1077 ---------------
1078
1079 If a filesystem accepts mount options, it must define show_options()
1080 to show all the currently active options.  The rules are:
1081
1082   - options MUST be shown which are not default or their values differ
1083     from the default
1084
1085   - options MAY be shown which are enabled by default or have their
1086     default value
1087
1088 Options used only internally between a mount helper and the kernel
1089 (such as file descriptors), or which only have an effect during the
1090 mounting (such as ones controlling the creation of a journal) are exempt
1091 from the above rules.
1092
1093 The underlying reason for the above rules is to make sure, that a
1094 mount can be accurately replicated (e.g. umounting and mounting again)
1095 based on the information found in /proc/mounts.
1096
1097 A simple method of saving options at mount/remount time and showing
1098 them is provided with the save_mount_options() and
1099 generic_show_options() helper functions.  Please note, that using
1100 these may have drawbacks.  For more info see header comments for these
1101 functions in fs/namespace.c.
1102
1103 Resources
1104 =========
1105
1106 (Note some of these resources are not up-to-date with the latest kernel
1107  version.)
1108
1109 Creating Linux virtual filesystems. 2002
1110     <http://lwn.net/Articles/13325/>
1111
1112 The Linux Virtual File-system Layer by Neil Brown. 1999
1113     <http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/oss/linux-commentary/vfs.html>
1114
1115 A tour of the Linux VFS by Michael K. Johnson. 1996
1116     <http://www.tldp.org/LDP/khg/HyperNews/get/fs/vfstour.html>
1117
1118 A small trail through the Linux kernel by Andries Brouwer. 2001
1119     <http://www.win.tue.nl/~aeb/linux/vfs/trail.html>