]> nv-tegra.nvidia Code Review - linux-3.10.git/blob - Documentation/filesystems/vfs.txt
Merge remote-tracking branch 'upstream' into next
[linux-3.10.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         int (*sync_fs)(struct super_block *sb, int wait);
220         int (*freeze_fs) (struct super_block *);
221         int (*unfreeze_fs) (struct super_block *);
222         int (*statfs) (struct dentry *, struct kstatfs *);
223         int (*remount_fs) (struct super_block *, int *, char *);
224         void (*clear_inode) (struct inode *);
225         void (*umount_begin) (struct super_block *);
226
227         int (*show_options)(struct seq_file *, struct dentry *);
228
229         ssize_t (*quota_read)(struct super_block *, int, char *, size_t, loff_t);
230         ssize_t (*quota_write)(struct super_block *, int, const char *, size_t, loff_t);
231         int (*nr_cached_objects)(struct super_block *);
232         void (*free_cached_objects)(struct super_block *, int);
233 };
234
235 All methods are called without any locks being held, unless otherwise
236 noted. This means that most methods can block safely. All methods are
237 only called from a process context (i.e. not from an interrupt handler
238 or bottom half).
239
240   alloc_inode: this method is called by inode_alloc() to allocate memory
241         for struct inode and initialize it.  If this function is not
242         defined, a simple 'struct inode' is allocated.  Normally
243         alloc_inode will be used to allocate a larger structure which
244         contains a 'struct inode' embedded within it.
245
246   destroy_inode: this method is called by destroy_inode() to release
247         resources allocated for struct inode.  It is only required if
248         ->alloc_inode was defined and simply undoes anything done by
249         ->alloc_inode.
250
251   dirty_inode: this method is called by the VFS to mark an inode dirty.
252
253   write_inode: this method is called when the VFS needs to write an
254         inode to disc.  The second parameter indicates whether the write
255         should be synchronous or not, not all filesystems check this flag.
256
257   drop_inode: called when the last access to the inode is dropped,
258         with the inode->i_lock spinlock held.
259
260         This method should be either NULL (normal UNIX filesystem
261         semantics) or "generic_delete_inode" (for filesystems that do not
262         want to cache inodes - causing "delete_inode" to always be
263         called regardless of the value of i_nlink)
264
265         The "generic_delete_inode()" behavior is equivalent to the
266         old practice of using "force_delete" in the put_inode() case,
267         but does not have the races that the "force_delete()" approach
268         had. 
269
270   delete_inode: called when the VFS wants to delete an inode
271
272   put_super: called when the VFS wishes to free the superblock
273         (i.e. unmount). This is called with the superblock lock held
274
275   sync_fs: called when VFS is writing out all dirty data associated with
276         a superblock. The second parameter indicates whether the method
277         should wait until the write out has been completed. Optional.
278
279   freeze_fs: called when VFS is locking a filesystem and
280         forcing it into a consistent state.  This method is currently
281         used by the Logical Volume Manager (LVM).
282
283   unfreeze_fs: called when VFS is unlocking a filesystem and making it writable
284         again.
285
286   statfs: called when the VFS needs to get filesystem statistics.
287
288   remount_fs: called when the filesystem is remounted. This is called
289         with the kernel lock held
290
291   clear_inode: called then the VFS clears the inode. Optional
292
293   umount_begin: called when the VFS is unmounting a filesystem.
294
295   show_options: called by the VFS to show mount options for
296         /proc/<pid>/mounts.  (see "Mount Options" section)
297
298   quota_read: called by the VFS to read from filesystem quota file.
299
300   quota_write: called by the VFS to write to filesystem quota file.
301
302   nr_cached_objects: called by the sb cache shrinking function for the
303         filesystem to return the number of freeable cached objects it contains.
304         Optional.
305
306   free_cache_objects: called by the sb cache shrinking function for the
307         filesystem to scan the number of objects indicated to try to free them.
308         Optional, but any filesystem implementing this method needs to also
309         implement ->nr_cached_objects for it to be called correctly.
310
311         We can't do anything with any errors that the filesystem might
312         encountered, hence the void return type. This will never be called if
313         the VM is trying to reclaim under GFP_NOFS conditions, hence this
314         method does not need to handle that situation itself.
315
316         Implementations must include conditional reschedule calls inside any
317         scanning loop that is done. This allows the VFS to determine
318         appropriate scan batch sizes without having to worry about whether
319         implementations will cause holdoff problems due to large scan batch
320         sizes.
321
322 Whoever sets up the inode is responsible for filling in the "i_op" field. This
323 is a pointer to a "struct inode_operations" which describes the methods that
324 can be performed on individual inodes.
325
326
327 The Inode Object
328 ================
329
330 An inode object represents an object within the filesystem.
331
332
333 struct inode_operations
334 -----------------------
335
336 This describes how the VFS can manipulate an inode in your
337 filesystem. As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
338
339 struct inode_operations {
340         int (*create) (struct inode *,struct dentry *, umode_t, bool);
341         struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, unsigned int);
342         int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);
343         int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);
344         int (*symlink) (struct inode *,struct dentry *,const char *);
345         int (*mkdir) (struct inode *,struct dentry *,umode_t);
346         int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);
347         int (*mknod) (struct inode *,struct dentry *,umode_t,dev_t);
348         int (*rename) (struct inode *, struct dentry *,
349                         struct inode *, struct dentry *);
350         int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);
351         void * (*follow_link) (struct dentry *, struct nameidata *);
352         void (*put_link) (struct dentry *, struct nameidata *, void *);
353         void (*truncate) (struct inode *);
354         int (*permission) (struct inode *, int);
355         int (*get_acl)(struct inode *, int);
356         int (*setattr) (struct dentry *, struct iattr *);
357         int (*getattr) (struct vfsmount *mnt, struct dentry *, struct kstat *);
358         int (*setxattr) (struct dentry *, const char *,const void *,size_t,int);
359         ssize_t (*getxattr) (struct dentry *, const char *, void *, size_t);
360         ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
361         int (*removexattr) (struct dentry *, const char *);
362         void (*update_time)(struct inode *, struct timespec *, int);
363         int (*atomic_open)(struct inode *, struct dentry *,
364                                 struct file *, unsigned open_flag,
365                                 umode_t create_mode, int *opened);
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   update_time: called by the VFS to update a specific time or the i_version of
475         an inode.  If this is not defined the VFS will update the inode itself
476         and call mark_inode_dirty_sync.
477
478   atomic_open: called on the last component of an open.  Using this optional
479         method the filesystem can look up, possibly create and open the file in
480         one atomic operation.  If it cannot perform this (e.g. the file type
481         turned out to be wrong) it may signal this by returning 1 instead of
482         usual 0 or -ve .  This method is only called if the last
483         component is negative or needs lookup.  Cached positive dentries are
484         still handled by f_op->open().
485
486 The Address Space Object
487 ========================
488
489 The address space object is used to group and manage pages in the page
490 cache.  It can be used to keep track of the pages in a file (or
491 anything else) and also track the mapping of sections of the file into
492 process address spaces.
493
494 There are a number of distinct yet related services that an
495 address-space can provide.  These include communicating memory
496 pressure, page lookup by address, and keeping track of pages tagged as
497 Dirty or Writeback.
498
499 The first can be used independently to the others.  The VM can try to
500 either write dirty pages in order to clean them, or release clean
501 pages in order to reuse them.  To do this it can call the ->writepage
502 method on dirty pages, and ->releasepage on clean pages with
503 PagePrivate set. Clean pages without PagePrivate and with no external
504 references will be released without notice being given to the
505 address_space.
506
507 To achieve this functionality, pages need to be placed on an LRU with
508 lru_cache_add and mark_page_active needs to be called whenever the
509 page is used.
510
511 Pages are normally kept in a radix tree index by ->index. This tree
512 maintains information about the PG_Dirty and PG_Writeback status of
513 each page, so that pages with either of these flags can be found
514 quickly.
515
516 The Dirty tag is primarily used by mpage_writepages - the default
517 ->writepages method.  It uses the tag to find dirty pages to call
518 ->writepage on.  If mpage_writepages is not used (i.e. the address
519 provides its own ->writepages) , the PAGECACHE_TAG_DIRTY tag is
520 almost unused.  write_inode_now and sync_inode do use it (through
521 __sync_single_inode) to check if ->writepages has been successful in
522 writing out the whole address_space.
523
524 The Writeback tag is used by filemap*wait* and sync_page* functions,
525 via filemap_fdatawait_range, to wait for all writeback to
526 complete.  While waiting ->sync_page (if defined) will be called on
527 each page that is found to require writeback.
528
529 An address_space handler may attach extra information to a page,
530 typically using the 'private' field in the 'struct page'.  If such
531 information is attached, the PG_Private flag should be set.  This will
532 cause various VM routines to make extra calls into the address_space
533 handler to deal with that data.
534
535 An address space acts as an intermediate between storage and
536 application.  Data is read into the address space a whole page at a
537 time, and provided to the application either by copying of the page,
538 or by memory-mapping the page.
539 Data is written into the address space by the application, and then
540 written-back to storage typically in whole pages, however the
541 address_space has finer control of write sizes.
542
543 The read process essentially only requires 'readpage'.  The write
544 process is more complicated and uses write_begin/write_end or
545 set_page_dirty to write data into the address_space, and writepage,
546 sync_page, and writepages to writeback data to storage.
547
548 Adding and removing pages to/from an address_space is protected by the
549 inode's i_mutex.
550
551 When data is written to a page, the PG_Dirty flag should be set.  It
552 typically remains set until writepage asks for it to be written.  This
553 should clear PG_Dirty and set PG_Writeback.  It can be actually
554 written at any point after PG_Dirty is clear.  Once it is known to be
555 safe, PG_Writeback is cleared.
556
557 Writeback makes use of a writeback_control structure...
558
559 struct address_space_operations
560 -------------------------------
561
562 This describes how the VFS can manipulate mapping of a file to page cache in
563 your filesystem. As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
564
565 struct address_space_operations {
566         int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc);
567         int (*readpage)(struct file *, struct page *);
568         int (*sync_page)(struct page *);
569         int (*writepages)(struct address_space *, struct writeback_control *);
570         int (*set_page_dirty)(struct page *page);
571         int (*readpages)(struct file *filp, struct address_space *mapping,
572                         struct list_head *pages, unsigned nr_pages);
573         int (*write_begin)(struct file *, struct address_space *mapping,
574                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned flags,
575                                 struct page **pagep, void **fsdata);
576         int (*write_end)(struct file *, struct address_space *mapping,
577                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
578                                 struct page *page, void *fsdata);
579         sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
580         int (*invalidatepage) (struct page *, unsigned long);
581         int (*releasepage) (struct page *, int);
582         void (*freepage)(struct page *);
583         ssize_t (*direct_IO)(int, struct kiocb *, const struct iovec *iov,
584                         loff_t offset, unsigned long nr_segs);
585         struct page* (*get_xip_page)(struct address_space *, sector_t,
586                         int);
587         /* migrate the contents of a page to the specified target */
588         int (*migratepage) (struct page *, struct page *);
589         int (*launder_page) (struct page *);
590         int (*error_remove_page) (struct mapping *mapping, struct page *page);
591         int (*swap_activate)(struct file *);
592         int (*swap_deactivate)(struct file *);
593 };
594
595   writepage: called by the VM to write a dirty page to backing store.
596       This may happen for data integrity reasons (i.e. 'sync'), or
597       to free up memory (flush).  The difference can be seen in
598       wbc->sync_mode.
599       The PG_Dirty flag has been cleared and PageLocked is true.
600       writepage should start writeout, should set PG_Writeback,
601       and should make sure the page is unlocked, either synchronously
602       or asynchronously when the write operation completes.
603
604       If wbc->sync_mode is WB_SYNC_NONE, ->writepage doesn't have to
605       try too hard if there are problems, and may choose to write out
606       other pages from the mapping if that is easier (e.g. due to
607       internal dependencies).  If it chooses not to start writeout, it
608       should return AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE so that the VM will not keep
609       calling ->writepage on that page.
610
611       See the file "Locking" for more details.
612
613   readpage: called by the VM to read a page from backing store.
614        The page will be Locked when readpage is called, and should be
615        unlocked and marked uptodate once the read completes.
616        If ->readpage discovers that it needs to unlock the page for
617        some reason, it can do so, and then return AOP_TRUNCATED_PAGE.
618        In this case, the page will be relocated, relocked and if
619        that all succeeds, ->readpage will be called again.
620
621   sync_page: called by the VM to notify the backing store to perform all
622         queued I/O operations for a page. I/O operations for other pages
623         associated with this address_space object may also be performed.
624
625         This function is optional and is called only for pages with
626         PG_Writeback set while waiting for the writeback to complete.
627
628   writepages: called by the VM to write out pages associated with the
629         address_space object.  If wbc->sync_mode is WBC_SYNC_ALL, then
630         the writeback_control will specify a range of pages that must be
631         written out.  If it is WBC_SYNC_NONE, then a nr_to_write is given
632         and that many pages should be written if possible.
633         If no ->writepages is given, then mpage_writepages is used
634         instead.  This will choose pages from the address space that are
635         tagged as DIRTY and will pass them to ->writepage.
636
637   set_page_dirty: called by the VM to set a page dirty.
638         This is particularly needed if an address space attaches
639         private data to a page, and that data needs to be updated when
640         a page is dirtied.  This is called, for example, when a memory
641         mapped page gets modified.
642         If defined, it should set the PageDirty flag, and the
643         PAGECACHE_TAG_DIRTY tag in the radix tree.
644
645   readpages: called by the VM to read pages associated with the address_space
646         object. This is essentially just a vector version of
647         readpage.  Instead of just one page, several pages are
648         requested.
649         readpages is only used for read-ahead, so read errors are
650         ignored.  If anything goes wrong, feel free to give up.
651
652   write_begin:
653         Called by the generic buffered write code to ask the filesystem to
654         prepare to write len bytes at the given offset in the file. The
655         address_space should check that the write will be able to complete,
656         by allocating space if necessary and doing any other internal
657         housekeeping.  If the write will update parts of any basic-blocks on
658         storage, then those blocks should be pre-read (if they haven't been
659         read already) so that the updated blocks can be written out properly.
660
661         The filesystem must return the locked pagecache page for the specified
662         offset, in *pagep, for the caller to write into.
663
664         It must be able to cope with short writes (where the length passed to
665         write_begin is greater than the number of bytes copied into the page).
666
667         flags is a field for AOP_FLAG_xxx flags, described in
668         include/linux/fs.h.
669
670         A void * may be returned in fsdata, which then gets passed into
671         write_end.
672
673         Returns 0 on success; < 0 on failure (which is the error code), in
674         which case write_end is not called.
675
676   write_end: After a successful write_begin, and data copy, write_end must
677         be called. len is the original len passed to write_begin, and copied
678         is the amount that was able to be copied (copied == len is always true
679         if write_begin was called with the AOP_FLAG_UNINTERRUPTIBLE flag).
680
681         The filesystem must take care of unlocking the page and releasing it
682         refcount, and updating i_size.
683
684         Returns < 0 on failure, otherwise the number of bytes (<= 'copied')
685         that were able to be copied into pagecache.
686
687   bmap: called by the VFS to map a logical block offset within object to
688         physical block number. This method is used by the FIBMAP
689         ioctl and for working with swap-files.  To be able to swap to
690         a file, the file must have a stable mapping to a block
691         device.  The swap system does not go through the filesystem
692         but instead uses bmap to find out where the blocks in the file
693         are and uses those addresses directly.
694
695
696   invalidatepage: If a page has PagePrivate set, then invalidatepage
697         will be called when part or all of the page is to be removed
698         from the address space.  This generally corresponds to either a
699         truncation or a complete invalidation of the address space
700         (in the latter case 'offset' will always be 0).
701         Any private data associated with the page should be updated
702         to reflect this truncation.  If offset is 0, then
703         the private data should be released, because the page
704         must be able to be completely discarded.  This may be done by
705         calling the ->releasepage function, but in this case the
706         release MUST succeed.
707
708   releasepage: releasepage is called on PagePrivate pages to indicate
709         that the page should be freed if possible.  ->releasepage
710         should remove any private data from the page and clear the
711         PagePrivate flag. If releasepage() fails for some reason, it must
712         indicate failure with a 0 return value.
713         releasepage() is used in two distinct though related cases.  The
714         first is when the VM finds a clean page with no active users and
715         wants to make it a free page.  If ->releasepage succeeds, the
716         page will be removed from the address_space and become free.
717
718         The second case is when a request has been made to invalidate
719         some or all pages in an address_space.  This can happen
720         through the fadvice(POSIX_FADV_DONTNEED) system call or by the
721         filesystem explicitly requesting it as nfs and 9fs do (when
722         they believe the cache may be out of date with storage) by
723         calling invalidate_inode_pages2().
724         If the filesystem makes such a call, and needs to be certain
725         that all pages are invalidated, then its releasepage will
726         need to ensure this.  Possibly it can clear the PageUptodate
727         bit if it cannot free private data yet.
728
729   freepage: freepage is called once the page is no longer visible in
730         the page cache in order to allow the cleanup of any private
731         data. Since it may be called by the memory reclaimer, it
732         should not assume that the original address_space mapping still
733         exists, and it should not block.
734
735   direct_IO: called by the generic read/write routines to perform
736         direct_IO - that is IO requests which bypass the page cache
737         and transfer data directly between the storage and the
738         application's address space.
739
740   get_xip_page: called by the VM to translate a block number to a page.
741         The page is valid until the corresponding filesystem is unmounted.
742         Filesystems that want to use execute-in-place (XIP) need to implement
743         it.  An example implementation can be found in fs/ext2/xip.c.
744
745   migrate_page:  This is used to compact the physical memory usage.
746         If the VM wants to relocate a page (maybe off a memory card
747         that is signalling imminent failure) it will pass a new page
748         and an old page to this function.  migrate_page should
749         transfer any private data across and update any references
750         that it has to the page.
751
752   launder_page: Called before freeing a page - it writes back the dirty page. To
753         prevent redirtying the page, it is kept locked during the whole
754         operation.
755
756   error_remove_page: normally set to generic_error_remove_page if truncation
757         is ok for this address space. Used for memory failure handling.
758         Setting this implies you deal with pages going away under you,
759         unless you have them locked or reference counts increased.
760
761   swap_activate: Called when swapon is used on a file to allocate
762         space if necessary and pin the block lookup information in
763         memory. A return value of zero indicates success,
764         in which case this file can be used to back swapspace. The
765         swapspace operations will be proxied to this address space's
766         ->swap_{out,in} methods.
767
768   swap_deactivate: Called during swapoff on files where swap_activate
769         was successful.
770
771
772 The File Object
773 ===============
774
775 A file object represents a file opened by a process.
776
777
778 struct file_operations
779 ----------------------
780
781 This describes how the VFS can manipulate an open file. As of kernel
782 3.5, the following members are defined:
783
784 struct file_operations {
785         struct module *owner;
786         loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
787         ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
788         ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
789         ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
790         ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
791         int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
792         unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
793         long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
794         long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
795         int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
796         int (*open) (struct inode *, struct file *);
797         int (*flush) (struct file *);
798         int (*release) (struct inode *, struct file *);
799         int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
800         int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
801         int (*fasync) (int, struct file *, int);
802         int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
803         ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
804         ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
805         ssize_t (*sendfile) (struct file *, loff_t *, size_t, read_actor_t, void *);
806         ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
807         unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
808         int (*check_flags)(int);
809         int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
810         ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, size_t, unsigned int);
811         ssize_t (*splice_read)(struct file *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
812         int (*setlease)(struct file *, long arg, struct file_lock **);
813         long (*fallocate)(struct file *, int mode, loff_t offset, loff_t len);
814 };
815
816 Again, all methods are called without any locks being held, unless
817 otherwise noted.
818
819   llseek: called when the VFS needs to move the file position index
820
821   read: called by read(2) and related system calls
822
823   aio_read: called by io_submit(2) and other asynchronous I/O operations
824
825   write: called by write(2) and related system calls
826
827   aio_write: called by io_submit(2) and other asynchronous I/O operations
828
829   readdir: called when the VFS needs to read the directory contents
830
831   poll: called by the VFS when a process wants to check if there is
832         activity on this file and (optionally) go to sleep until there
833         is activity. Called by the select(2) and poll(2) system calls
834
835   unlocked_ioctl: called by the ioctl(2) system call.
836
837   compat_ioctl: called by the ioctl(2) system call when 32 bit system calls
838          are used on 64 bit kernels.
839
840   mmap: called by the mmap(2) system call
841
842   open: called by the VFS when an inode should be opened. When the VFS
843         opens a file, it creates a new "struct file". It then calls the
844         open method for the newly allocated file structure. You might
845         think that the open method really belongs in
846         "struct inode_operations", and you may be right. I think it's
847         done the way it is because it makes filesystems simpler to
848         implement. The open() method is a good place to initialize the
849         "private_data" member in the file structure if you want to point
850         to a device structure
851
852   flush: called by the close(2) system call to flush a file
853
854   release: called when the last reference to an open file is closed
855
856   fsync: called by the fsync(2) system call
857
858   fasync: called by the fcntl(2) system call when asynchronous
859         (non-blocking) mode is enabled for a file
860
861   lock: called by the fcntl(2) system call for F_GETLK, F_SETLK, and F_SETLKW
862         commands
863
864   readv: called by the readv(2) system call
865
866   writev: called by the writev(2) system call
867
868   sendfile: called by the sendfile(2) system call
869
870   get_unmapped_area: called by the mmap(2) system call
871
872   check_flags: called by the fcntl(2) system call for F_SETFL command
873
874   flock: called by the flock(2) system call
875
876   splice_write: called by the VFS to splice data from a pipe to a file. This
877                 method is used by the splice(2) system call
878
879   splice_read: called by the VFS to splice data from file to a pipe. This
880                method is used by the splice(2) system call
881
882   setlease: called by the VFS to set or release a file lock lease.
883             setlease has the file_lock_lock held and must not sleep.
884
885   fallocate: called by the VFS to preallocate blocks or punch a hole.
886
887 Note that the file operations are implemented by the specific
888 filesystem in which the inode resides. When opening a device node
889 (character or block special) most filesystems will call special
890 support routines in the VFS which will locate the required device
891 driver information. These support routines replace the filesystem file
892 operations with those for the device driver, and then proceed to call
893 the new open() method for the file. This is how opening a device file
894 in the filesystem eventually ends up calling the device driver open()
895 method.
896
897
898 Directory Entry Cache (dcache)
899 ==============================
900
901
902 struct dentry_operations
903 ------------------------
904
905 This describes how a filesystem can overload the standard dentry
906 operations. Dentries and the dcache are the domain of the VFS and the
907 individual filesystem implementations. Device drivers have no business
908 here. These methods may be set to NULL, as they are either optional or
909 the VFS uses a default. As of kernel 2.6.22, the following members are
910 defined:
911
912 struct dentry_operations {
913         int (*d_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
914         int (*d_hash)(const struct dentry *, const struct inode *,
915                         struct qstr *);
916         int (*d_compare)(const struct dentry *, const struct inode *,
917                         const struct dentry *, const struct inode *,
918                         unsigned int, const char *, const struct qstr *);
919         int (*d_delete)(const struct dentry *);
920         void (*d_release)(struct dentry *);
921         void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
922         char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
923         struct vfsmount *(*d_automount)(struct path *);
924         int (*d_manage)(struct dentry *, bool);
925 };
926
927   d_revalidate: called when the VFS needs to revalidate a dentry. This
928         is called whenever a name look-up finds a dentry in the
929         dcache. Most filesystems leave this as NULL, because all their
930         dentries in the dcache are valid
931
932         d_revalidate may be called in rcu-walk mode (flags & LOOKUP_RCU).
933         If in rcu-walk mode, the filesystem must revalidate the dentry without
934         blocking or storing to the dentry, d_parent and d_inode should not be
935         used without care (because they can change and, in d_inode case, even
936         become NULL under us).
937
938         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle, return
939         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
940
941   d_hash: called when the VFS adds a dentry to the hash table. The first
942         dentry passed to d_hash is the parent directory that the name is
943         to be hashed into. The inode is the dentry's inode.
944
945         Same locking and synchronisation rules as d_compare regarding
946         what is safe to dereference etc.
947
948   d_compare: called to compare a dentry name with a given name. The first
949         dentry is the parent of the dentry to be compared, the second is
950         the parent's inode, then the dentry and inode (may be NULL) of the
951         child dentry. len and name string are properties of the dentry to be
952         compared. qstr is the name to compare it with.
953
954         Must be constant and idempotent, and should not take locks if
955         possible, and should not or store into the dentry or inodes.
956         Should not dereference pointers outside the dentry or inodes without
957         lots of care (eg.  d_parent, d_inode, d_name should not be used).
958
959         However, our vfsmount is pinned, and RCU held, so the dentries and
960         inodes won't disappear, neither will our sb or filesystem module.
961         ->i_sb and ->d_sb may be used.
962
963         It is a tricky calling convention because it needs to be called under
964         "rcu-walk", ie. without any locks or references on things.
965
966   d_delete: called when the last reference to a dentry is dropped and the
967         dcache is deciding whether or not to cache it. Return 1 to delete
968         immediately, or 0 to cache the dentry. Default is NULL which means to
969         always cache a reachable dentry. d_delete must be constant and
970         idempotent.
971
972   d_release: called when a dentry is really deallocated
973
974   d_iput: called when a dentry loses its inode (just prior to its
975         being deallocated). The default when this is NULL is that the
976         VFS calls iput(). If you define this method, you must call
977         iput() yourself
978
979   d_dname: called when the pathname of a dentry should be generated.
980         Useful for some pseudo filesystems (sockfs, pipefs, ...) to delay
981         pathname generation. (Instead of doing it when dentry is created,
982         it's done only when the path is needed.). Real filesystems probably
983         dont want to use it, because their dentries are present in global
984         dcache hash, so their hash should be an invariant. As no lock is
985         held, d_dname() should not try to modify the dentry itself, unless
986         appropriate SMP safety is used. CAUTION : d_path() logic is quite
987         tricky. The correct way to return for example "Hello" is to put it
988         at the end of the buffer, and returns a pointer to the first char.
989         dynamic_dname() helper function is provided to take care of this.
990
991   d_automount: called when an automount dentry is to be traversed (optional).
992         This should create a new VFS mount record and return the record to the
993         caller.  The caller is supplied with a path parameter giving the
994         automount directory to describe the automount target and the parent
995         VFS mount record to provide inheritable mount parameters.  NULL should
996         be returned if someone else managed to make the automount first.  If
997         the vfsmount creation failed, then an error code should be returned.
998         If -EISDIR is returned, then the directory will be treated as an
999         ordinary directory and returned to pathwalk to continue walking.
1000
1001         If a vfsmount is returned, the caller will attempt to mount it on the
1002         mountpoint and will remove the vfsmount from its expiration list in
1003         the case of failure.  The vfsmount should be returned with 2 refs on
1004         it to prevent automatic expiration - the caller will clean up the
1005         additional ref.
1006
1007         This function is only used if DCACHE_NEED_AUTOMOUNT is set on the
1008         dentry.  This is set by __d_instantiate() if S_AUTOMOUNT is set on the
1009         inode being added.
1010
1011   d_manage: called to allow the filesystem to manage the transition from a
1012         dentry (optional).  This allows autofs, for example, to hold up clients
1013         waiting to explore behind a 'mountpoint' whilst letting the daemon go
1014         past and construct the subtree there.  0 should be returned to let the
1015         calling process continue.  -EISDIR can be returned to tell pathwalk to
1016         use this directory as an ordinary directory and to ignore anything
1017         mounted on it and not to check the automount flag.  Any other error
1018         code will abort pathwalk completely.
1019
1020         If the 'rcu_walk' parameter is true, then the caller is doing a
1021         pathwalk in RCU-walk mode.  Sleeping is not permitted in this mode,
1022         and the caller can be asked to leave it and call again by returning
1023         -ECHILD.
1024
1025         This function is only used if DCACHE_MANAGE_TRANSIT is set on the
1026         dentry being transited from.
1027
1028 Example :
1029
1030 static char *pipefs_dname(struct dentry *dent, char *buffer, int buflen)
1031 {
1032         return dynamic_dname(dentry, buffer, buflen, "pipe:[%lu]",
1033                                 dentry->d_inode->i_ino);
1034 }
1035
1036 Each dentry has a pointer to its parent dentry, as well as a hash list
1037 of child dentries. Child dentries are basically like files in a
1038 directory.
1039
1040
1041 Directory Entry Cache API
1042 --------------------------
1043
1044 There are a number of functions defined which permit a filesystem to
1045 manipulate dentries:
1046
1047   dget: open a new handle for an existing dentry (this just increments
1048         the usage count)
1049
1050   dput: close a handle for a dentry (decrements the usage count). If
1051         the usage count drops to 0, and the dentry is still in its
1052         parent's hash, the "d_delete" method is called to check whether
1053         it should be cached. If it should not be cached, or if the dentry
1054         is not hashed, it is deleted. Otherwise cached dentries are put
1055         into an LRU list to be reclaimed on memory shortage.
1056
1057   d_drop: this unhashes a dentry from its parents hash list. A
1058         subsequent call to dput() will deallocate the dentry if its
1059         usage count drops to 0
1060
1061   d_delete: delete a dentry. If there are no other open references to
1062         the dentry then the dentry is turned into a negative dentry
1063         (the d_iput() method is called). If there are other
1064         references, then d_drop() is called instead
1065
1066   d_add: add a dentry to its parents hash list and then calls
1067         d_instantiate()
1068
1069   d_instantiate: add a dentry to the alias hash list for the inode and
1070         updates the "d_inode" member. The "i_count" member in the
1071         inode structure should be set/incremented. If the inode
1072         pointer is NULL, the dentry is called a "negative
1073         dentry". This function is commonly called when an inode is
1074         created for an existing negative dentry
1075
1076   d_lookup: look up a dentry given its parent and path name component
1077         It looks up the child of that given name from the dcache
1078         hash table. If it is found, the reference count is incremented
1079         and the dentry is returned. The caller must use dput()
1080         to free the dentry when it finishes using it.
1081
1082 Mount Options
1083 =============
1084
1085 Parsing options
1086 ---------------
1087
1088 On mount and remount the filesystem is passed a string containing a
1089 comma separated list of mount options.  The options can have either of
1090 these forms:
1091
1092   option
1093   option=value
1094
1095 The <linux/parser.h> header defines an API that helps parse these
1096 options.  There are plenty of examples on how to use it in existing
1097 filesystems.
1098
1099 Showing options
1100 ---------------
1101
1102 If a filesystem accepts mount options, it must define show_options()
1103 to show all the currently active options.  The rules are:
1104
1105   - options MUST be shown which are not default or their values differ
1106     from the default
1107
1108   - options MAY be shown which are enabled by default or have their
1109     default value
1110
1111 Options used only internally between a mount helper and the kernel
1112 (such as file descriptors), or which only have an effect during the
1113 mounting (such as ones controlling the creation of a journal) are exempt
1114 from the above rules.
1115
1116 The underlying reason for the above rules is to make sure, that a
1117 mount can be accurately replicated (e.g. umounting and mounting again)
1118 based on the information found in /proc/mounts.
1119
1120 A simple method of saving options at mount/remount time and showing
1121 them is provided with the save_mount_options() and
1122 generic_show_options() helper functions.  Please note, that using
1123 these may have drawbacks.  For more info see header comments for these
1124 functions in fs/namespace.c.
1125
1126 Resources
1127 =========
1128
1129 (Note some of these resources are not up-to-date with the latest kernel
1130  version.)
1131
1132 Creating Linux virtual filesystems. 2002
1133     <http://lwn.net/Articles/13325/>
1134
1135 The Linux Virtual File-system Layer by Neil Brown. 1999
1136     <http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/oss/linux-commentary/vfs.html>
1137
1138 A tour of the Linux VFS by Michael K. Johnson. 1996
1139     <http://www.tldp.org/LDP/khg/HyperNews/get/fs/vfstour.html>
1140
1141 A small trail through the Linux kernel by Andries Brouwer. 2001
1142     <http://www.win.tue.nl/~aeb/linux/vfs/trail.html>