Merge branch 'pm-cpufreq'
[cascardo/linux.git] / Documentation / filesystems / autofs4-mount-control.txt
1
2 Miscellaneous Device control operations for the autofs4 kernel module
3 ====================================================================
4
5 The problem
6 ===========
7
8 There is a problem with active restarts in autofs (that is to say
9 restarting autofs when there are busy mounts).
10
11 During normal operation autofs uses a file descriptor opened on the
12 directory that is being managed in order to be able to issue control
13 operations. Using a file descriptor gives ioctl operations access to
14 autofs specific information stored in the super block. The operations
15 are things such as setting an autofs mount catatonic, setting the
16 expire timeout and requesting expire checks. As is explained below,
17 certain types of autofs triggered mounts can end up covering an autofs
18 mount itself which prevents us being able to use open(2) to obtain a
19 file descriptor for these operations if we don't already have one open.
20
21 Currently autofs uses "umount -l" (lazy umount) to clear active mounts
22 at restart. While using lazy umount works for most cases, anything that
23 needs to walk back up the mount tree to construct a path, such as
24 getcwd(2) and the proc file system /proc/<pid>/cwd, no longer works
25 because the point from which the path is constructed has been detached
26 from the mount tree.
27
28 The actual problem with autofs is that it can't reconnect to existing
29 mounts. Immediately one thinks of just adding the ability to remount
30 autofs file systems would solve it, but alas, that can't work. This is
31 because autofs direct mounts and the implementation of "on demand mount
32 and expire" of nested mount trees have the file system mounted directly
33 on top of the mount trigger directory dentry.
34
35 For example, there are two types of automount maps, direct (in the kernel
36 module source you will see a third type called an offset, which is just
37 a direct mount in disguise) and indirect.
38
39 Here is a master map with direct and indirect map entries:
40
41 /-      /etc/auto.direct
42 /test   /etc/auto.indirect
43
44 and the corresponding map files:
45
46 /etc/auto.direct:
47
48 /automount/dparse/g6  budgie:/autofs/export1
49 /automount/dparse/g1  shark:/autofs/export1
50 and so on.
51
52 /etc/auto.indirect:
53
54 g1    shark:/autofs/export1
55 g6    budgie:/autofs/export1
56 and so on.
57
58 For the above indirect map an autofs file system is mounted on /test and
59 mounts are triggered for each sub-directory key by the inode lookup
60 operation. So we see a mount of shark:/autofs/export1 on /test/g1, for
61 example.
62
63 The way that direct mounts are handled is by making an autofs mount on
64 each full path, such as /automount/dparse/g1, and using it as a mount
65 trigger. So when we walk on the path we mount shark:/autofs/export1 "on
66 top of this mount point". Since these are always directories we can
67 use the follow_link inode operation to trigger the mount.
68
69 But, each entry in direct and indirect maps can have offsets (making
70 them multi-mount map entries).
71
72 For example, an indirect mount map entry could also be:
73
74 g1  \
75    /        shark:/autofs/export5/testing/test \
76    /s1      shark:/autofs/export/testing/test/s1 \
77    /s2      shark:/autofs/export5/testing/test/s2 \
78    /s1/ss1  shark:/autofs/export1 \
79    /s2/ss2  shark:/autofs/export2
80
81 and a similarly a direct mount map entry could also be:
82
83 /automount/dparse/g1 \
84     /       shark:/autofs/export5/testing/test \
85     /s1     shark:/autofs/export/testing/test/s1 \
86     /s2     shark:/autofs/export5/testing/test/s2 \
87     /s1/ss1 shark:/autofs/export2 \
88     /s2/ss2 shark:/autofs/export2
89
90 One of the issues with version 4 of autofs was that, when mounting an
91 entry with a large number of offsets, possibly with nesting, we needed
92 to mount and umount all of the offsets as a single unit. Not really a
93 problem, except for people with a large number of offsets in map entries.
94 This mechanism is used for the well known "hosts" map and we have seen
95 cases (in 2.4) where the available number of mounts are exhausted or
96 where the number of privileged ports available is exhausted.
97
98 In version 5 we mount only as we go down the tree of offsets and
99 similarly for expiring them which resolves the above problem. There is
100 somewhat more detail to the implementation but it isn't needed for the
101 sake of the problem explanation. The one important detail is that these
102 offsets are implemented using the same mechanism as the direct mounts
103 above and so the mount points can be covered by a mount.
104
105 The current autofs implementation uses an ioctl file descriptor opened
106 on the mount point for control operations. The references held by the
107 descriptor are accounted for in checks made to determine if a mount is
108 in use and is also used to access autofs file system information held
109 in the mount super block. So the use of a file handle needs to be
110 retained.
111
112
113 The Solution
114 ============
115
116 To be able to restart autofs leaving existing direct, indirect and
117 offset mounts in place we need to be able to obtain a file handle
118 for these potentially covered autofs mount points. Rather than just
119 implement an isolated operation it was decided to re-implement the
120 existing ioctl interface and add new operations to provide this
121 functionality.
122
123 In addition, to be able to reconstruct a mount tree that has busy mounts,
124 the uid and gid of the last user that triggered the mount needs to be
125 available because these can be used as macro substitution variables in
126 autofs maps. They are recorded at mount request time and an operation
127 has been added to retrieve them.
128
129 Since we're re-implementing the control interface, a couple of other
130 problems with the existing interface have been addressed. First, when
131 a mount or expire operation completes a status is returned to the
132 kernel by either a "send ready" or a "send fail" operation. The
133 "send fail" operation of the ioctl interface could only ever send
134 ENOENT so the re-implementation allows user space to send an actual
135 status. Another expensive operation in user space, for those using
136 very large maps, is discovering if a mount is present. Usually this
137 involves scanning /proc/mounts and since it needs to be done quite
138 often it can introduce significant overhead when there are many entries
139 in the mount table. An operation to lookup the mount status of a mount
140 point dentry (covered or not) has also been added.
141
142 Current kernel development policy recommends avoiding the use of the
143 ioctl mechanism in favor of systems such as Netlink. An implementation
144 using this system was attempted to evaluate its suitability and it was
145 found to be inadequate, in this case. The Generic Netlink system was
146 used for this as raw Netlink would lead to a significant increase in
147 complexity. There's no question that the Generic Netlink system is an
148 elegant solution for common case ioctl functions but it's not a complete
149 replacement probably because its primary purpose in life is to be a
150 message bus implementation rather than specifically an ioctl replacement.
151 While it would be possible to work around this there is one concern
152 that lead to the decision to not use it. This is that the autofs
153 expire in the daemon has become far to complex because umount
154 candidates are enumerated, almost for no other reason than to "count"
155 the number of times to call the expire ioctl. This involves scanning
156 the mount table which has proved to be a big overhead for users with
157 large maps. The best way to improve this is try and get back to the
158 way the expire was done long ago. That is, when an expire request is
159 issued for a mount (file handle) we should continually call back to
160 the daemon until we can't umount any more mounts, then return the
161 appropriate status to the daemon. At the moment we just expire one
162 mount at a time. A Generic Netlink implementation would exclude this
163 possibility for future development due to the requirements of the
164 message bus architecture.
165
166
167 autofs4 Miscellaneous Device mount control interface
168 ====================================================
169
170 The control interface is opening a device node, typically /dev/autofs.
171
172 All the ioctls use a common structure to pass the needed parameter
173 information and return operation results:
174
175 struct autofs_dev_ioctl {
176         __u32 ver_major;
177         __u32 ver_minor;
178         __u32 size;             /* total size of data passed in
179                                  * including this struct */
180         __s32 ioctlfd;          /* automount command fd */
181
182         union {
183                 struct args_protover            protover;
184                 struct args_protosubver         protosubver;
185                 struct args_openmount           openmount;
186                 struct args_ready               ready;
187                 struct args_fail                fail;
188                 struct args_setpipefd           setpipefd;
189                 struct args_timeout             timeout;
190                 struct args_requester           requester;
191                 struct args_expire              expire;
192                 struct args_askumount           askumount;
193                 struct args_ismountpoint        ismountpoint;
194         };
195
196         char path[0];
197 };
198
199 The ioctlfd field is a mount point file descriptor of an autofs mount
200 point. It is returned by the open call and is used by all calls except
201 the check for whether a given path is a mount point, where it may
202 optionally be used to check a specific mount corresponding to a given
203 mount point file descriptor, and when requesting the uid and gid of the
204 last successful mount on a directory within the autofs file system.
205
206 The union is used to communicate parameters and results of calls made
207 as described below.
208
209 The path field is used to pass a path where it is needed and the size field
210 is used account for the increased structure length when translating the
211 structure sent from user space.
212
213 This structure can be initialized before setting specific fields by using
214 the void function call init_autofs_dev_ioctl(struct autofs_dev_ioctl *).
215
216 All of the ioctls perform a copy of this structure from user space to
217 kernel space and return -EINVAL if the size parameter is smaller than
218 the structure size itself, -ENOMEM if the kernel memory allocation fails
219 or -EFAULT if the copy itself fails. Other checks include a version check
220 of the compiled in user space version against the module version and a
221 mismatch results in a -EINVAL return. If the size field is greater than
222 the structure size then a path is assumed to be present and is checked to
223 ensure it begins with a "/" and is NULL terminated, otherwise -EINVAL is
224 returned. Following these checks, for all ioctl commands except
225 AUTOFS_DEV_IOCTL_VERSION_CMD, AUTOFS_DEV_IOCTL_OPENMOUNT_CMD and
226 AUTOFS_DEV_IOCTL_CLOSEMOUNT_CMD the ioctlfd is validated and if it is
227 not a valid descriptor or doesn't correspond to an autofs mount point
228 an error of -EBADF, -ENOTTY or -EINVAL (not an autofs descriptor) is
229 returned.
230
231
232 The ioctls
233 ==========
234
235 An example of an implementation which uses this interface can be seen
236 in autofs version 5.0.4 and later in file lib/dev-ioctl-lib.c of the
237 distribution tar available for download from kernel.org in directory
238 /pub/linux/daemons/autofs/v5.
239
240 The device node ioctl operations implemented by this interface are:
241
242
243 AUTOFS_DEV_IOCTL_VERSION
244 ------------------------
245
246 Get the major and minor version of the autofs4 device ioctl kernel module
247 implementation. It requires an initialized struct autofs_dev_ioctl as an
248 input parameter and sets the version information in the passed in structure.
249 It returns 0 on success or the error -EINVAL if a version mismatch is
250 detected.
251
252
253 AUTOFS_DEV_IOCTL_PROTOVER_CMD and AUTOFS_DEV_IOCTL_PROTOSUBVER_CMD
254 ------------------------------------------------------------------
255
256 Get the major and minor version of the autofs4 protocol version understood
257 by loaded module. This call requires an initialized struct autofs_dev_ioctl
258 with the ioctlfd field set to a valid autofs mount point descriptor
259 and sets the requested version number in version field of struct args_protover
260 or sub_version field of struct args_protosubver. These commands return
261 0 on success or one of the negative error codes if validation fails.
262
263
264 AUTOFS_DEV_IOCTL_OPENMOUNT and AUTOFS_DEV_IOCTL_CLOSEMOUNT
265 ----------------------------------------------------------
266
267 Obtain and release a file descriptor for an autofs managed mount point
268 path. The open call requires an initialized struct autofs_dev_ioctl with
269 the path field set and the size field adjusted appropriately as well
270 as the devid field of struct args_openmount set to the device number of
271 the autofs mount. The device number can be obtained from the mount options
272 shown in /proc/mounts. The close call requires an initialized struct
273 autofs_dev_ioct with the ioctlfd field set to the descriptor obtained
274 from the open call. The release of the file descriptor can also be done
275 with close(2) so any open descriptors will also be closed at process exit.
276 The close call is included in the implemented operations largely for
277 completeness and to provide for a consistent user space implementation.
278
279
280 AUTOFS_DEV_IOCTL_READY_CMD and AUTOFS_DEV_IOCTL_FAIL_CMD
281 --------------------------------------------------------
282
283 Return mount and expire result status from user space to the kernel.
284 Both of these calls require an initialized struct autofs_dev_ioctl
285 with the ioctlfd field set to the descriptor obtained from the open
286 call and the token field of struct args_ready or struct args_fail set
287 to the wait queue token number, received by user space in the foregoing
288 mount or expire request. The status field of struct args_fail is set to
289 the errno of the operation. It is set to 0 on success.
290
291
292 AUTOFS_DEV_IOCTL_SETPIPEFD_CMD
293 ------------------------------
294
295 Set the pipe file descriptor used for kernel communication to the daemon.
296 Normally this is set at mount time using an option but when reconnecting
297 to a existing mount we need to use this to tell the autofs mount about
298 the new kernel pipe descriptor. In order to protect mounts against
299 incorrectly setting the pipe descriptor we also require that the autofs
300 mount be catatonic (see next call).
301
302 The call requires an initialized struct autofs_dev_ioctl with the
303 ioctlfd field set to the descriptor obtained from the open call and
304 the pipefd field of struct args_setpipefd set to descriptor of the pipe.
305 On success the call also sets the process group id used to identify the
306 controlling process (eg. the owning automount(8) daemon) to the process
307 group of the caller.
308
309
310 AUTOFS_DEV_IOCTL_CATATONIC_CMD
311 ------------------------------
312
313 Make the autofs mount point catatonic. The autofs mount will no longer
314 issue mount requests, the kernel communication pipe descriptor is released
315 and any remaining waits in the queue released.
316
317 The call requires an initialized struct autofs_dev_ioctl with the
318 ioctlfd field set to the descriptor obtained from the open call.
319
320
321 AUTOFS_DEV_IOCTL_TIMEOUT_CMD
322 ----------------------------
323
324 Set the expire timeout for mounts within an autofs mount point.
325
326 The call requires an initialized struct autofs_dev_ioctl with the
327 ioctlfd field set to the descriptor obtained from the open call.
328
329
330 AUTOFS_DEV_IOCTL_REQUESTER_CMD
331 ------------------------------
332
333 Return the uid and gid of the last process to successfully trigger a the
334 mount on the given path dentry.
335
336 The call requires an initialized struct autofs_dev_ioctl with the path
337 field set to the mount point in question and the size field adjusted
338 appropriately. Upon return the uid field of struct args_requester contains
339 the uid and gid field the gid.
340
341 When reconstructing an autofs mount tree with active mounts we need to
342 re-connect to mounts that may have used the original process uid and
343 gid (or string variations of them) for mount lookups within the map entry.
344 This call provides the ability to obtain this uid and gid so they may be
345 used by user space for the mount map lookups.
346
347
348 AUTOFS_DEV_IOCTL_EXPIRE_CMD
349 ---------------------------
350
351 Issue an expire request to the kernel for an autofs mount. Typically
352 this ioctl is called until no further expire candidates are found.
353
354 The call requires an initialized struct autofs_dev_ioctl with the
355 ioctlfd field set to the descriptor obtained from the open call. In
356 addition an immediate expire, independent of the mount timeout, can be
357 requested by setting the how field of struct args_expire to 1. If no
358 expire candidates can be found the ioctl returns -1 with errno set to
359 EAGAIN.
360
361 This call causes the kernel module to check the mount corresponding
362 to the given ioctlfd for mounts that can be expired, issues an expire
363 request back to the daemon and waits for completion.
364
365 AUTOFS_DEV_IOCTL_ASKUMOUNT_CMD
366 ------------------------------
367
368 Checks if an autofs mount point is in use.
369
370 The call requires an initialized struct autofs_dev_ioctl with the
371 ioctlfd field set to the descriptor obtained from the open call and
372 it returns the result in the may_umount field of struct args_askumount,
373 1 for busy and 0 otherwise.
374
375
376 AUTOFS_DEV_IOCTL_ISMOUNTPOINT_CMD
377 ---------------------------------
378
379 Check if the given path is a mountpoint.
380
381 The call requires an initialized struct autofs_dev_ioctl. There are two
382 possible variations. Both use the path field set to the path of the mount
383 point to check and the size field adjusted appropriately. One uses the
384 ioctlfd field to identify a specific mount point to check while the other
385 variation uses the path and optionally in.type field of struct args_ismountpoint
386 set to an autofs mount type. The call returns 1 if this is a mount point
387 and sets out.devid field to the device number of the mount and out.magic
388 field to the relevant super block magic number (described below) or 0 if
389 it isn't a mountpoint. In both cases the the device number (as returned
390 by new_encode_dev()) is returned in out.devid field.
391
392 If supplied with a file descriptor we're looking for a specific mount,
393 not necessarily at the top of the mounted stack. In this case the path
394 the descriptor corresponds to is considered a mountpoint if it is itself
395 a mountpoint or contains a mount, such as a multi-mount without a root
396 mount. In this case we return 1 if the descriptor corresponds to a mount
397 point and and also returns the super magic of the covering mount if there
398 is one or 0 if it isn't a mountpoint.
399
400 If a path is supplied (and the ioctlfd field is set to -1) then the path
401 is looked up and is checked to see if it is the root of a mount. If a
402 type is also given we are looking for a particular autofs mount and if
403 a match isn't found a fail is returned. If the the located path is the
404 root of a mount 1 is returned along with the super magic of the mount
405 or 0 otherwise.
406