Merge git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/pkl/squashfs-linus
[linux-3.10.git] / Documentation / filesystems / Locking
1         The text below describes the locking rules for VFS-related methods.
2 It is (believed to be) up-to-date. *Please*, if you change anything in
3 prototypes or locking protocols - update this file. And update the relevant
4 instances in the tree, don't leave that to maintainers of filesystems/devices/
5 etc. At the very least, put the list of dubious cases in the end of this file.
6 Don't turn it into log - maintainers of out-of-the-tree code are supposed to
7 be able to use diff(1).
8         Thing currently missing here: socket operations. Alexey?
9
10 --------------------------- dentry_operations --------------------------
11 prototypes:
12         int (*d_revalidate)(struct dentry *, int);
13         int (*d_hash) (struct dentry *, struct qstr *);
14         int (*d_compare) (struct dentry *, struct qstr *, struct qstr *);
15         int (*d_delete)(struct dentry *);
16         void (*d_release)(struct dentry *);
17         void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
18         char *(*d_dname)((struct dentry *dentry, char *buffer, int buflen);
19
20 locking rules:
21         none have BKL
22                 dcache_lock     rename_lock     ->d_lock        may block
23 d_revalidate:   no              no              no              yes
24 d_hash          no              no              no              yes
25 d_compare:      no              yes             no              no 
26 d_delete:       yes             no              yes             no
27 d_release:      no              no              no              yes
28 d_iput:         no              no              no              yes
29 d_dname:        no              no              no              no
30
31 --------------------------- inode_operations --------------------------- 
32 prototypes:
33         int (*create) (struct inode *,struct dentry *,int, struct nameidata *);
34         struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, struct nameid
35 ata *);
36         int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);
37         int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);
38         int (*symlink) (struct inode *,struct dentry *,const char *);
39         int (*mkdir) (struct inode *,struct dentry *,int);
40         int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);
41         int (*mknod) (struct inode *,struct dentry *,int,dev_t);
42         int (*rename) (struct inode *, struct dentry *,
43                         struct inode *, struct dentry *);
44         int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);
45         int (*follow_link) (struct dentry *, struct nameidata *);
46         void (*truncate) (struct inode *);
47         int (*permission) (struct inode *, int, struct nameidata *);
48         int (*setattr) (struct dentry *, struct iattr *);
49         int (*getattr) (struct vfsmount *, struct dentry *, struct kstat *);
50         int (*setxattr) (struct dentry *, const char *,const void *,size_t,int);
51         ssize_t (*getxattr) (struct dentry *, const char *, void *, size_t);
52         ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
53         int (*removexattr) (struct dentry *, const char *);
54
55 locking rules:
56         all may block, none have BKL
57                 i_mutex(inode)
58 lookup:         yes
59 create:         yes
60 link:           yes (both)
61 mknod:          yes
62 symlink:        yes
63 mkdir:          yes
64 unlink:         yes (both)
65 rmdir:          yes (both)      (see below)
66 rename:         yes (all)       (see below)
67 readlink:       no
68 follow_link:    no
69 truncate:       yes             (see below)
70 setattr:        yes
71 permission:     no
72 getattr:        no
73 setxattr:       yes
74 getxattr:       no
75 listxattr:      no
76 removexattr:    yes
77         Additionally, ->rmdir(), ->unlink() and ->rename() have ->i_mutex on
78 victim.
79         cross-directory ->rename() has (per-superblock) ->s_vfs_rename_sem.
80         ->truncate() is never called directly - it's a callback, not a
81 method. It's called by vmtruncate() - library function normally used by
82 ->setattr(). Locking information above applies to that call (i.e. is
83 inherited from ->setattr() - vmtruncate() is used when ATTR_SIZE had been
84 passed).
85
86 See Documentation/filesystems/directory-locking for more detailed discussion
87 of the locking scheme for directory operations.
88
89 --------------------------- super_operations ---------------------------
90 prototypes:
91         struct inode *(*alloc_inode)(struct super_block *sb);
92         void (*destroy_inode)(struct inode *);
93         void (*dirty_inode) (struct inode *);
94         int (*write_inode) (struct inode *, int);
95         void (*drop_inode) (struct inode *);
96         void (*delete_inode) (struct inode *);
97         void (*put_super) (struct super_block *);
98         void (*write_super) (struct super_block *);
99         int (*sync_fs)(struct super_block *sb, int wait);
100         int (*freeze_fs) (struct super_block *);
101         int (*unfreeze_fs) (struct super_block *);
102         int (*statfs) (struct dentry *, struct kstatfs *);
103         int (*remount_fs) (struct super_block *, int *, char *);
104         void (*clear_inode) (struct inode *);
105         void (*umount_begin) (struct super_block *);
106         int (*show_options)(struct seq_file *, struct vfsmount *);
107         ssize_t (*quota_read)(struct super_block *, int, char *, size_t, loff_t);
108         ssize_t (*quota_write)(struct super_block *, int, const char *, size_t, loff_t);
109
110 locking rules:
111         All may block.
112         None have BKL
113                         s_umount
114 alloc_inode:
115 destroy_inode:
116 dirty_inode:                            (must not sleep)
117 write_inode:
118 drop_inode:                             !!!inode_lock!!!
119 delete_inode:
120 put_super:              write
121 write_super:            read
122 sync_fs:                read
123 freeze_fs:              read
124 unfreeze_fs:            read
125 statfs:                 no
126 remount_fs:             maybe           (see below)
127 clear_inode:
128 umount_begin:           no
129 show_options:           no              (namespace_sem)
130 quota_read:             no              (see below)
131 quota_write:            no              (see below)
132
133 ->remount_fs() will have the s_umount exclusive lock if it's already mounted.
134 When called from get_sb_single, it does NOT have the s_umount lock.
135 ->quota_read() and ->quota_write() functions are both guaranteed to
136 be the only ones operating on the quota file by the quota code (via
137 dqio_sem) (unless an admin really wants to screw up something and
138 writes to quota files with quotas on). For other details about locking
139 see also dquot_operations section.
140
141 --------------------------- file_system_type ---------------------------
142 prototypes:
143         int (*get_sb) (struct file_system_type *, int,
144                        const char *, void *, struct vfsmount *);
145         void (*kill_sb) (struct super_block *);
146 locking rules:
147                 may block       BKL
148 get_sb          yes             no
149 kill_sb         yes             no
150
151 ->get_sb() returns error or 0 with locked superblock attached to the vfsmount
152 (exclusive on ->s_umount).
153 ->kill_sb() takes a write-locked superblock, does all shutdown work on it,
154 unlocks and drops the reference.
155
156 --------------------------- address_space_operations --------------------------
157 prototypes:
158         int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc);
159         int (*readpage)(struct file *, struct page *);
160         int (*sync_page)(struct page *);
161         int (*writepages)(struct address_space *, struct writeback_control *);
162         int (*set_page_dirty)(struct page *page);
163         int (*readpages)(struct file *filp, struct address_space *mapping,
164                         struct list_head *pages, unsigned nr_pages);
165         int (*write_begin)(struct file *, struct address_space *mapping,
166                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned flags,
167                                 struct page **pagep, void **fsdata);
168         int (*write_end)(struct file *, struct address_space *mapping,
169                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
170                                 struct page *page, void *fsdata);
171         sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
172         int (*invalidatepage) (struct page *, unsigned long);
173         int (*releasepage) (struct page *, int);
174         int (*direct_IO)(int, struct kiocb *, const struct iovec *iov,
175                         loff_t offset, unsigned long nr_segs);
176         int (*launder_page) (struct page *);
177
178 locking rules:
179         All except set_page_dirty may block
180
181                         BKL     PageLocked(page)        i_mutex
182 writepage:              no      yes, unlocks (see below)
183 readpage:               no      yes, unlocks
184 sync_page:              no      maybe
185 writepages:             no
186 set_page_dirty          no      no
187 readpages:              no
188 write_begin:            no      locks the page          yes
189 write_end:              no      yes, unlocks            yes
190 perform_write:          no      n/a                     yes
191 bmap:                   no
192 invalidatepage:         no      yes
193 releasepage:            no      yes
194 direct_IO:              no
195 launder_page:           no      yes
196
197         ->write_begin(), ->write_end(), ->sync_page() and ->readpage()
198 may be called from the request handler (/dev/loop).
199
200         ->readpage() unlocks the page, either synchronously or via I/O
201 completion.
202
203         ->readpages() populates the pagecache with the passed pages and starts
204 I/O against them.  They come unlocked upon I/O completion.
205
206         ->writepage() is used for two purposes: for "memory cleansing" and for
207 "sync".  These are quite different operations and the behaviour may differ
208 depending upon the mode.
209
210 If writepage is called for sync (wbc->sync_mode != WBC_SYNC_NONE) then
211 it *must* start I/O against the page, even if that would involve
212 blocking on in-progress I/O.
213
214 If writepage is called for memory cleansing (sync_mode ==
215 WBC_SYNC_NONE) then its role is to get as much writeout underway as
216 possible.  So writepage should try to avoid blocking against
217 currently-in-progress I/O.
218
219 If the filesystem is not called for "sync" and it determines that it
220 would need to block against in-progress I/O to be able to start new I/O
221 against the page the filesystem should redirty the page with
222 redirty_page_for_writepage(), then unlock the page and return zero.
223 This may also be done to avoid internal deadlocks, but rarely.
224
225 If the filesystem is called for sync then it must wait on any
226 in-progress I/O and then start new I/O.
227
228 The filesystem should unlock the page synchronously, before returning to the
229 caller, unless ->writepage() returns special WRITEPAGE_ACTIVATE
230 value. WRITEPAGE_ACTIVATE means that page cannot really be written out
231 currently, and VM should stop calling ->writepage() on this page for some
232 time. VM does this by moving page to the head of the active list, hence the
233 name.
234
235 Unless the filesystem is going to redirty_page_for_writepage(), unlock the page
236 and return zero, writepage *must* run set_page_writeback() against the page,
237 followed by unlocking it.  Once set_page_writeback() has been run against the
238 page, write I/O can be submitted and the write I/O completion handler must run
239 end_page_writeback() once the I/O is complete.  If no I/O is submitted, the
240 filesystem must run end_page_writeback() against the page before returning from
241 writepage.
242
243 That is: after 2.5.12, pages which are under writeout are *not* locked.  Note,
244 if the filesystem needs the page to be locked during writeout, that is ok, too,
245 the page is allowed to be unlocked at any point in time between the calls to
246 set_page_writeback() and end_page_writeback().
247
248 Note, failure to run either redirty_page_for_writepage() or the combination of
249 set_page_writeback()/end_page_writeback() on a page submitted to writepage
250 will leave the page itself marked clean but it will be tagged as dirty in the
251 radix tree.  This incoherency can lead to all sorts of hard-to-debug problems
252 in the filesystem like having dirty inodes at umount and losing written data.
253
254         ->sync_page() locking rules are not well-defined - usually it is called
255 with lock on page, but that is not guaranteed. Considering the currently
256 existing instances of this method ->sync_page() itself doesn't look
257 well-defined...
258
259         ->writepages() is used for periodic writeback and for syscall-initiated
260 sync operations.  The address_space should start I/O against at least
261 *nr_to_write pages.  *nr_to_write must be decremented for each page which is
262 written.  The address_space implementation may write more (or less) pages
263 than *nr_to_write asks for, but it should try to be reasonably close.  If
264 nr_to_write is NULL, all dirty pages must be written.
265
266 writepages should _only_ write pages which are present on
267 mapping->io_pages.
268
269         ->set_page_dirty() is called from various places in the kernel
270 when the target page is marked as needing writeback.  It may be called
271 under spinlock (it cannot block) and is sometimes called with the page
272 not locked.
273
274         ->bmap() is currently used by legacy ioctl() (FIBMAP) provided by some
275 filesystems and by the swapper. The latter will eventually go away. All
276 instances do not actually need the BKL. Please, keep it that way and don't
277 breed new callers.
278
279         ->invalidatepage() is called when the filesystem must attempt to drop
280 some or all of the buffers from the page when it is being truncated.  It
281 returns zero on success.  If ->invalidatepage is zero, the kernel uses
282 block_invalidatepage() instead.
283
284         ->releasepage() is called when the kernel is about to try to drop the
285 buffers from the page in preparation for freeing it.  It returns zero to
286 indicate that the buffers are (or may be) freeable.  If ->releasepage is zero,
287 the kernel assumes that the fs has no private interest in the buffers.
288
289         ->launder_page() may be called prior to releasing a page if
290 it is still found to be dirty. It returns zero if the page was successfully
291 cleaned, or an error value if not. Note that in order to prevent the page
292 getting mapped back in and redirtied, it needs to be kept locked
293 across the entire operation.
294
295         Note: currently almost all instances of address_space methods are
296 using BKL for internal serialization and that's one of the worst sources
297 of contention. Normally they are calling library functions (in fs/buffer.c)
298 and pass foo_get_block() as a callback (on local block-based filesystems,
299 indeed). BKL is not needed for library stuff and is usually taken by
300 foo_get_block(). It's an overkill, since block bitmaps can be protected by
301 internal fs locking and real critical areas are much smaller than the areas
302 filesystems protect now.
303
304 ----------------------- file_lock_operations ------------------------------
305 prototypes:
306         void (*fl_insert)(struct file_lock *);  /* lock insertion callback */
307         void (*fl_remove)(struct file_lock *);  /* lock removal callback */
308         void (*fl_copy_lock)(struct file_lock *, struct file_lock *);
309         void (*fl_release_private)(struct file_lock *);
310
311
312 locking rules:
313                         BKL     may block
314 fl_insert:              yes     no
315 fl_remove:              yes     no
316 fl_copy_lock:           yes     no
317 fl_release_private:     yes     yes
318
319 ----------------------- lock_manager_operations ---------------------------
320 prototypes:
321         int (*fl_compare_owner)(struct file_lock *, struct file_lock *);
322         void (*fl_notify)(struct file_lock *);  /* unblock callback */
323         void (*fl_copy_lock)(struct file_lock *, struct file_lock *);
324         void (*fl_release_private)(struct file_lock *);
325         void (*fl_break)(struct file_lock *); /* break_lease callback */
326
327 locking rules:
328                         BKL     may block
329 fl_compare_owner:       yes     no
330 fl_notify:              yes     no
331 fl_copy_lock:           yes     no
332 fl_release_private:     yes     yes
333 fl_break:               yes     no
334
335         Currently only NFSD and NLM provide instances of this class. None of the
336 them block. If you have out-of-tree instances - please, show up. Locking
337 in that area will change.
338 --------------------------- buffer_head -----------------------------------
339 prototypes:
340         void (*b_end_io)(struct buffer_head *bh, int uptodate);
341
342 locking rules:
343         called from interrupts. In other words, extreme care is needed here.
344 bh is locked, but that's all warranties we have here. Currently only RAID1,
345 highmem, fs/buffer.c, and fs/ntfs/aops.c are providing these. Block devices
346 call this method upon the IO completion.
347
348 --------------------------- block_device_operations -----------------------
349 prototypes:
350         int (*open) (struct inode *, struct file *);
351         int (*release) (struct inode *, struct file *);
352         int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned, unsigned long);
353         int (*media_changed) (struct gendisk *);
354         int (*revalidate_disk) (struct gendisk *);
355
356 locking rules:
357                         BKL     bd_sem
358 open:                   yes     yes
359 release:                yes     yes
360 ioctl:                  yes     no
361 media_changed:          no      no
362 revalidate_disk:        no      no
363
364 The last two are called only from check_disk_change().
365
366 --------------------------- file_operations -------------------------------
367 prototypes:
368         loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
369         ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
370         ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
371         ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
372         ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
373         int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
374         unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
375         int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int,
376                         unsigned long);
377         long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
378         long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
379         int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
380         int (*open) (struct inode *, struct file *);
381         int (*flush) (struct file *);
382         int (*release) (struct inode *, struct file *);
383         int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync);
384         int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
385         int (*fasync) (int, struct file *, int);
386         int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
387         ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long,
388                         loff_t *);
389         ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long,
390                         loff_t *);
391         ssize_t (*sendfile) (struct file *, loff_t *, size_t, read_actor_t,
392                         void __user *);
393         ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t,
394                         loff_t *, int);
395         unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long,
396                         unsigned long, unsigned long, unsigned long);
397         int (*check_flags)(int);
398 };
399
400 locking rules:
401         All may block.
402                         BKL
403 llseek:                 no      (see below)
404 read:                   no
405 aio_read:               no
406 write:                  no
407 aio_write:              no
408 readdir:                no
409 poll:                   no
410 ioctl:                  yes     (see below)
411 unlocked_ioctl:         no      (see below)
412 compat_ioctl:           no
413 mmap:                   no
414 open:                   no
415 flush:                  no
416 release:                no
417 fsync:                  no      (see below)
418 aio_fsync:              no
419 fasync:                 no
420 lock:                   yes
421 readv:                  no
422 writev:                 no
423 sendfile:               no
424 sendpage:               no
425 get_unmapped_area:      no
426 check_flags:            no
427
428 ->llseek() locking has moved from llseek to the individual llseek
429 implementations.  If your fs is not using generic_file_llseek, you
430 need to acquire and release the appropriate locks in your ->llseek().
431 For many filesystems, it is probably safe to acquire the inode
432 mutex.  Note some filesystems (i.e. remote ones) provide no
433 protection for i_size so you will need to use the BKL.
434
435 Note: ext2_release() was *the* source of contention on fs-intensive
436 loads and dropping BKL on ->release() helps to get rid of that (we still
437 grab BKL for cases when we close a file that had been opened r/w, but that
438 can and should be done using the internal locking with smaller critical areas).
439 Current worst offender is ext2_get_block()...
440
441 ->fasync() is called without BKL protection, and is responsible for
442 maintaining the FASYNC bit in filp->f_flags.  Most instances call
443 fasync_helper(), which does that maintenance, so it's not normally
444 something one needs to worry about.  Return values > 0 will be mapped to
445 zero in the VFS layer.
446
447 ->readdir() and ->ioctl() on directories must be changed. Ideally we would
448 move ->readdir() to inode_operations and use a separate method for directory
449 ->ioctl() or kill the latter completely. One of the problems is that for
450 anything that resembles union-mount we won't have a struct file for all
451 components. And there are other reasons why the current interface is a mess...
452
453 ->ioctl() on regular files is superceded by the ->unlocked_ioctl() that
454 doesn't take the BKL.
455
456 ->read on directories probably must go away - we should just enforce -EISDIR
457 in sys_read() and friends.
458
459 ->fsync() has i_mutex on inode.
460
461 --------------------------- dquot_operations -------------------------------
462 prototypes:
463         int (*write_dquot) (struct dquot *);
464         int (*acquire_dquot) (struct dquot *);
465         int (*release_dquot) (struct dquot *);
466         int (*mark_dirty) (struct dquot *);
467         int (*write_info) (struct super_block *, int);
468
469 These operations are intended to be more or less wrapping functions that ensure
470 a proper locking wrt the filesystem and call the generic quota operations.
471
472 What filesystem should expect from the generic quota functions:
473
474                 FS recursion    Held locks when called
475 write_dquot:    yes             dqonoff_sem or dqptr_sem
476 acquire_dquot:  yes             dqonoff_sem or dqptr_sem
477 release_dquot:  yes             dqonoff_sem or dqptr_sem
478 mark_dirty:     no              -
479 write_info:     yes             dqonoff_sem
480
481 FS recursion means calling ->quota_read() and ->quota_write() from superblock
482 operations.
483
484 More details about quota locking can be found in fs/dquot.c.
485
486 --------------------------- vm_operations_struct -----------------------------
487 prototypes:
488         void (*open)(struct vm_area_struct*);
489         void (*close)(struct vm_area_struct*);
490         int (*fault)(struct vm_area_struct*, struct vm_fault *);
491         int (*page_mkwrite)(struct vm_area_struct *, struct vm_fault *);
492         int (*access)(struct vm_area_struct *, unsigned long, void*, int, int);
493
494 locking rules:
495                 BKL     mmap_sem        PageLocked(page)
496 open:           no      yes
497 close:          no      yes
498 fault:          no      yes             can return with page locked
499 page_mkwrite:   no      yes             can return with page locked
500 access:         no      yes
501
502         ->fault() is called when a previously not present pte is about
503 to be faulted in. The filesystem must find and return the page associated
504 with the passed in "pgoff" in the vm_fault structure. If it is possible that
505 the page may be truncated and/or invalidated, then the filesystem must lock
506 the page, then ensure it is not already truncated (the page lock will block
507 subsequent truncate), and then return with VM_FAULT_LOCKED, and the page
508 locked. The VM will unlock the page.
509
510         ->page_mkwrite() is called when a previously read-only pte is
511 about to become writeable. The filesystem again must ensure that there are
512 no truncate/invalidate races, and then return with the page locked. If
513 the page has been truncated, the filesystem should not look up a new page
514 like the ->fault() handler, but simply return with VM_FAULT_NOPAGE, which
515 will cause the VM to retry the fault.
516
517         ->access() is called when get_user_pages() fails in
518 acces_process_vm(), typically used to debug a process through
519 /proc/pid/mem or ptrace.  This function is needed only for
520 VM_IO | VM_PFNMAP VMAs.
521
522 ================================================================================
523                         Dubious stuff
524
525 (if you break something or notice that it is broken and do not fix it yourself
526 - at least put it here)
527
528 ipc/shm.c::shm_delete() - may need BKL.
529 ->read() and ->write() in many drivers are (probably) missing BKL.