Remove last traces of ->sync_page
[cascardo/linux.git] / Documentation / filesystems / vfs.txt
1
2               Overview of the Linux Virtual File System
3
4         Original author: Richard Gooch <rgooch@atnf.csiro.au>
5
6                   Last updated on June 24, 2007.
7
8   Copyright (C) 1999 Richard Gooch
9   Copyright (C) 2005 Pekka Enberg
10
11   This file is released under the GPLv2.
12
13
14 Introduction
15 ============
16
17 The Virtual File System (also known as the Virtual Filesystem Switch)
18 is the software layer in the kernel that provides the filesystem
19 interface to userspace programs. It also provides an abstraction
20 within the kernel which allows different filesystem implementations to
21 coexist.
22
23 VFS system calls open(2), stat(2), read(2), write(2), chmod(2) and so
24 on are called from a process context. Filesystem locking is described
25 in the document Documentation/filesystems/Locking.
26
27
28 Directory Entry Cache (dcache)
29 ------------------------------
30
31 The VFS implements the open(2), stat(2), chmod(2), and similar system
32 calls. The pathname argument that is passed to them is used by the VFS
33 to search through the directory entry cache (also known as the dentry
34 cache or dcache). This provides a very fast look-up mechanism to
35 translate a pathname (filename) into a specific dentry. Dentries live
36 in RAM and are never saved to disc: they exist only for performance.
37
38 The dentry cache is meant to be a view into your entire filespace. As
39 most computers cannot fit all dentries in the RAM at the same time,
40 some bits of the cache are missing. In order to resolve your pathname
41 into a dentry, the VFS may have to resort to creating dentries along
42 the way, and then loading the inode. This is done by looking up the
43 inode.
44
45
46 The Inode Object
47 ----------------
48
49 An individual dentry usually has a pointer to an inode. Inodes are
50 filesystem objects such as regular files, directories, FIFOs and other
51 beasts.  They live either on the disc (for block device filesystems)
52 or in the memory (for pseudo filesystems). Inodes that live on the
53 disc are copied into the memory when required and changes to the inode
54 are written back to disc. A single inode can be pointed to by multiple
55 dentries (hard links, for example, do this).
56
57 To look up an inode requires that the VFS calls the lookup() method of
58 the parent directory inode. This method is installed by the specific
59 filesystem implementation that the inode lives in. Once the VFS has
60 the required dentry (and hence the inode), we can do all those boring
61 things like open(2) the file, or stat(2) it to peek at the inode
62 data. The stat(2) operation is fairly simple: once the VFS has the
63 dentry, it peeks at the inode data and passes some of it back to
64 userspace.
65
66
67 The File Object
68 ---------------
69
70 Opening a file requires another operation: allocation of a file
71 structure (this is the kernel-side implementation of file
72 descriptors). The freshly allocated file structure is initialized with
73 a pointer to the dentry and a set of file operation member functions.
74 These are taken from the inode data. The open() file method is then
75 called so the specific filesystem implementation can do its work. You
76 can see that this is another switch performed by the VFS. The file
77 structure is placed into the file descriptor table for the process.
78
79 Reading, writing and closing files (and other assorted VFS operations)
80 is done by using the userspace file descriptor to grab the appropriate
81 file structure, and then calling the required file structure method to
82 do whatever is required. For as long as the file is open, it keeps the
83 dentry in use, which in turn means that the VFS inode is still in use.
84
85
86 Registering and Mounting a Filesystem
87 =====================================
88
89 To register and unregister a filesystem, use the following API
90 functions:
91
92    #include <linux/fs.h>
93
94    extern int register_filesystem(struct file_system_type *);
95    extern int unregister_filesystem(struct file_system_type *);
96
97 The passed struct file_system_type describes your filesystem. When a
98 request is made to mount a filesystem onto a directory in your namespace,
99 the VFS will call the appropriate mount() method for the specific
100 filesystem.  New vfsmount referring to the tree returned by ->mount()
101 will be attached to the mountpoint, so that when pathname resolution
102 reaches the mountpoint it will jump into the root of that vfsmount.
103
104 You can see all filesystems that are registered to the kernel in the
105 file /proc/filesystems.
106
107
108 struct file_system_type
109 -----------------------
110
111 This describes the filesystem. As of kernel 2.6.39, the following
112 members are defined:
113
114 struct file_system_type {
115         const char *name;
116         int fs_flags;
117         struct dentry *(*mount) (struct file_system_type *, int,
118                        const char *, void *);
119         void (*kill_sb) (struct super_block *);
120         struct module *owner;
121         struct file_system_type * next;
122         struct list_head fs_supers;
123         struct lock_class_key s_lock_key;
124         struct lock_class_key s_umount_key;
125 };
126
127   name: the name of the filesystem type, such as "ext2", "iso9660",
128         "msdos" and so on
129
130   fs_flags: various flags (i.e. FS_REQUIRES_DEV, FS_NO_DCACHE, etc.)
131
132   mount: the method to call when a new instance of this
133         filesystem should be mounted
134
135   kill_sb: the method to call when an instance of this filesystem
136         should be shut down
137
138   owner: for internal VFS use: you should initialize this to THIS_MODULE in
139         most cases.
140
141   next: for internal VFS use: you should initialize this to NULL
142
143   s_lock_key, s_umount_key: lockdep-specific
144
145 The mount() method has the following arguments:
146
147   struct file_system_type *fs_type: describes the filesystem, partly initialized
148         by the specific filesystem code
149
150   int flags: mount flags
151
152   const char *dev_name: the device name we are mounting.
153
154   void *data: arbitrary mount options, usually comes as an ASCII
155         string (see "Mount Options" section)
156
157 The mount() method must return the root dentry of the tree requested by
158 caller.  An active reference to its superblock must be grabbed and the
159 superblock must be locked.  On failure it should return ERR_PTR(error).
160
161 The arguments match those of mount(2) and their interpretation
162 depends on filesystem type.  E.g. for block filesystems, dev_name is
163 interpreted as block device name, that device is opened and if it
164 contains a suitable filesystem image the method creates and initializes
165 struct super_block accordingly, returning its root dentry to caller.
166
167 ->mount() may choose to return a subtree of existing filesystem - it
168 doesn't have to create a new one.  The main result from the caller's
169 point of view is a reference to dentry at the root of (sub)tree to
170 be attached; creation of new superblock is a common side effect.
171
172 The most interesting member of the superblock structure that the
173 mount() method fills in is the "s_op" field. This is a pointer to
174 a "struct super_operations" which describes the next level of the
175 filesystem implementation.
176
177 Usually, a filesystem uses one of the generic mount() implementations
178 and provides a fill_super() callback instead. The generic variants are:
179
180   mount_bdev: mount a filesystem residing on a block device
181
182   mount_nodev: mount a filesystem that is not backed by a device
183
184   mount_single: mount a filesystem which shares the instance between
185         all mounts
186
187 A fill_super() callback implementation has the following arguments:
188
189   struct super_block *sb: the superblock structure. The callback
190         must initialize this properly.
191
192   void *data: arbitrary mount options, usually comes as an ASCII
193         string (see "Mount Options" section)
194
195   int silent: whether or not to be silent on error
196
197
198 The Superblock Object
199 =====================
200
201 A superblock object represents a mounted filesystem.
202
203
204 struct super_operations
205 -----------------------
206
207 This describes how the VFS can manipulate the superblock of your
208 filesystem. As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
209
210 struct super_operations {
211         struct inode *(*alloc_inode)(struct super_block *sb);
212         void (*destroy_inode)(struct inode *);
213
214         void (*dirty_inode) (struct inode *, int flags);
215         int (*write_inode) (struct inode *, int);
216         void (*drop_inode) (struct inode *);
217         void (*delete_inode) (struct inode *);
218         void (*put_super) (struct super_block *);
219         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 alloc_inode() 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 (*rename2) (struct inode *, struct dentry *,
351                         struct inode *, struct dentry *, unsigned int);
352         int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);
353         const char *(*get_link) (struct dentry *, struct inode *,
354                                  struct delayed_call *);
355         int (*permission) (struct inode *, int);
356         int (*get_acl)(struct inode *, int);
357         int (*setattr) (struct dentry *, struct iattr *);
358         int (*getattr) (struct vfsmount *mnt, struct dentry *, struct kstat *);
359         int (*setxattr) (struct dentry *, const char *,const void *,size_t,int);
360         ssize_t (*getxattr) (struct dentry *, const char *, void *, size_t);
361         ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
362         int (*removexattr) (struct dentry *, const char *);
363         void (*update_time)(struct inode *, struct timespec *, int);
364         int (*atomic_open)(struct inode *, struct dentry *, struct file *,
365                         unsigned open_flag, umode_t create_mode, int *opened);
366         int (*tmpfile) (struct inode *, struct dentry *, umode_t);
367         int (*dentry_open)(struct dentry *, struct file *, const struct cred *);
368 };
369
370 Again, all methods are called without any locks being held, unless
371 otherwise noted.
372
373   create: called by the open(2) and creat(2) system calls. Only
374         required if you want to support regular files. The dentry you
375         get should not have an inode (i.e. it should be a negative
376         dentry). Here you will probably call d_instantiate() with the
377         dentry and the newly created inode
378
379   lookup: called when the VFS needs to look up an inode in a parent
380         directory. The name to look for is found in the dentry. This
381         method must call d_add() to insert the found inode into the
382         dentry. The "i_count" field in the inode structure should be
383         incremented. If the named inode does not exist a NULL inode
384         should be inserted into the dentry (this is called a negative
385         dentry). Returning an error code from this routine must only
386         be done on a real error, otherwise creating inodes with system
387         calls like create(2), mknod(2), mkdir(2) and so on will fail.
388         If you wish to overload the dentry methods then you should
389         initialise the "d_dop" field in the dentry; this is a pointer
390         to a struct "dentry_operations".
391         This method is called with the directory inode semaphore held
392
393   link: called by the link(2) system call. Only required if you want
394         to support hard links. You will probably need to call
395         d_instantiate() just as you would in the create() method
396
397   unlink: called by the unlink(2) system call. Only required if you
398         want to support deleting inodes
399
400   symlink: called by the symlink(2) system call. Only required if you
401         want to support symlinks. You will probably need to call
402         d_instantiate() just as you would in the create() method
403
404   mkdir: called by the mkdir(2) system call. Only required if you want
405         to support creating subdirectories. You will probably need to
406         call d_instantiate() just as you would in the create() method
407
408   rmdir: called by the rmdir(2) system call. Only required if you want
409         to support deleting subdirectories
410
411   mknod: called by the mknod(2) system call to create a device (char,
412         block) inode or a named pipe (FIFO) or socket. Only required
413         if you want to support creating these types of inodes. You
414         will probably need to call d_instantiate() just as you would
415         in the create() method
416
417   rename: called by the rename(2) system call to rename the object to
418         have the parent and name given by the second inode and dentry.
419
420   rename2: this has an additional flags argument compared to rename.
421         If no flags are supported by the filesystem then this method
422         need not be implemented.  If some flags are supported then the
423         filesystem must return -EINVAL for any unsupported or unknown
424         flags.  Currently the following flags are implemented:
425         (1) RENAME_NOREPLACE: this flag indicates that if the target
426         of the rename exists the rename should fail with -EEXIST
427         instead of replacing the target.  The VFS already checks for
428         existence, so for local filesystems the RENAME_NOREPLACE
429         implementation is equivalent to plain rename.
430         (2) RENAME_EXCHANGE: exchange source and target.  Both must
431         exist; this is checked by the VFS.  Unlike plain rename,
432         source and target may be of different type.
433
434   readlink: called by the readlink(2) system call. Only required if
435         you want to support reading symbolic links
436
437   get_link: called by the VFS to follow a symbolic link to the
438         inode it points to.  Only required if you want to support
439         symbolic links.  This method returns the symlink body
440         to traverse (and possibly resets the current position with
441         nd_jump_link()).  If the body won't go away until the inode
442         is gone, nothing else is needed; if it needs to be otherwise
443         pinned, arrange for its release by having get_link(..., ..., done)
444         do set_delayed_call(done, destructor, argument).
445         In that case destructor(argument) will be called once VFS is
446         done with the body you've returned.
447         May be called in RCU mode; that is indicated by NULL dentry
448         argument.  If request can't be handled without leaving RCU mode,
449         have it return ERR_PTR(-ECHILD).
450
451   permission: called by the VFS to check for access rights on a POSIX-like
452         filesystem.
453
454         May be called in rcu-walk mode (mask & MAY_NOT_BLOCK). If in rcu-walk
455         mode, the filesystem must check the permission without blocking or
456         storing to the inode.
457
458         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle, return
459         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
460
461   setattr: called by the VFS to set attributes for a file. This method
462         is called by chmod(2) and related system calls.
463
464   getattr: called by the VFS to get attributes of a file. This method
465         is called by stat(2) and related system calls.
466
467   setxattr: called by the VFS to set an extended attribute for a file.
468         Extended attribute is a name:value pair associated with an
469         inode. This method is called by setxattr(2) system call.
470
471   getxattr: called by the VFS to retrieve the value of an extended
472         attribute name. This method is called by getxattr(2) function
473         call.
474
475   listxattr: called by the VFS to list all extended attributes for a
476         given file. This method is called by listxattr(2) system call.
477
478   removexattr: called by the VFS to remove an extended attribute from
479         a file. This method is called by removexattr(2) system call.
480
481   update_time: called by the VFS to update a specific time or the i_version of
482         an inode.  If this is not defined the VFS will update the inode itself
483         and call mark_inode_dirty_sync.
484
485   atomic_open: called on the last component of an open.  Using this optional
486         method the filesystem can look up, possibly create and open the file in
487         one atomic operation.  If it cannot perform this (e.g. the file type
488         turned out to be wrong) it may signal this by returning 1 instead of
489         usual 0 or -ve .  This method is only called if the last component is
490         negative or needs lookup.  Cached positive dentries are still handled by
491         f_op->open().  If the file was created, the FILE_CREATED flag should be
492         set in "opened".  In case of O_EXCL the method must only succeed if the
493         file didn't exist and hence FILE_CREATED shall always be set on success.
494
495   tmpfile: called in the end of O_TMPFILE open().  Optional, equivalent to
496         atomically creating, opening and unlinking a file in given directory.
497
498 The Address Space Object
499 ========================
500
501 The address space object is used to group and manage pages in the page
502 cache.  It can be used to keep track of the pages in a file (or
503 anything else) and also track the mapping of sections of the file into
504 process address spaces.
505
506 There are a number of distinct yet related services that an
507 address-space can provide.  These include communicating memory
508 pressure, page lookup by address, and keeping track of pages tagged as
509 Dirty or Writeback.
510
511 The first can be used independently to the others.  The VM can try to
512 either write dirty pages in order to clean them, or release clean
513 pages in order to reuse them.  To do this it can call the ->writepage
514 method on dirty pages, and ->releasepage on clean pages with
515 PagePrivate set. Clean pages without PagePrivate and with no external
516 references will be released without notice being given to the
517 address_space.
518
519 To achieve this functionality, pages need to be placed on an LRU with
520 lru_cache_add and mark_page_active needs to be called whenever the
521 page is used.
522
523 Pages are normally kept in a radix tree index by ->index. This tree
524 maintains information about the PG_Dirty and PG_Writeback status of
525 each page, so that pages with either of these flags can be found
526 quickly.
527
528 The Dirty tag is primarily used by mpage_writepages - the default
529 ->writepages method.  It uses the tag to find dirty pages to call
530 ->writepage on.  If mpage_writepages is not used (i.e. the address
531 provides its own ->writepages) , the PAGECACHE_TAG_DIRTY tag is
532 almost unused.  write_inode_now and sync_inode do use it (through
533 __sync_single_inode) to check if ->writepages has been successful in
534 writing out the whole address_space.
535
536 The Writeback tag is used by filemap*wait* and sync_page* functions,
537 via filemap_fdatawait_range, to wait for all writeback to complete.
538
539 An address_space handler may attach extra information to a page,
540 typically using the 'private' field in the 'struct page'.  If such
541 information is attached, the PG_Private flag should be set.  This will
542 cause various VM routines to make extra calls into the address_space
543 handler to deal with that data.
544
545 An address space acts as an intermediate between storage and
546 application.  Data is read into the address space a whole page at a
547 time, and provided to the application either by copying of the page,
548 or by memory-mapping the page.
549 Data is written into the address space by the application, and then
550 written-back to storage typically in whole pages, however the
551 address_space has finer control of write sizes.
552
553 The read process essentially only requires 'readpage'.  The write
554 process is more complicated and uses write_begin/write_end or
555 set_page_dirty to write data into the address_space, and writepage
556 and writepages to writeback data to storage.
557
558 Adding and removing pages to/from an address_space is protected by the
559 inode's i_mutex.
560
561 When data is written to a page, the PG_Dirty flag should be set.  It
562 typically remains set until writepage asks for it to be written.  This
563 should clear PG_Dirty and set PG_Writeback.  It can be actually
564 written at any point after PG_Dirty is clear.  Once it is known to be
565 safe, PG_Writeback is cleared.
566
567 Writeback makes use of a writeback_control structure...
568
569 struct address_space_operations
570 -------------------------------
571
572 This describes how the VFS can manipulate mapping of a file to page cache in
573 your filesystem. The following members are defined:
574
575 struct address_space_operations {
576         int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc);
577         int (*readpage)(struct file *, struct page *);
578         int (*writepages)(struct address_space *, struct writeback_control *);
579         int (*set_page_dirty)(struct page *page);
580         int (*readpages)(struct file *filp, struct address_space *mapping,
581                         struct list_head *pages, unsigned nr_pages);
582         int (*write_begin)(struct file *, struct address_space *mapping,
583                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned flags,
584                                 struct page **pagep, void **fsdata);
585         int (*write_end)(struct file *, struct address_space *mapping,
586                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
587                                 struct page *page, void *fsdata);
588         sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
589         void (*invalidatepage) (struct page *, unsigned int, unsigned int);
590         int (*releasepage) (struct page *, int);
591         void (*freepage)(struct page *);
592         ssize_t (*direct_IO)(struct kiocb *, struct iov_iter *iter);
593         /* migrate the contents of a page to the specified target */
594         int (*migratepage) (struct page *, struct page *);
595         int (*launder_page) (struct page *);
596         int (*is_partially_uptodate) (struct page *, unsigned long,
597                                         unsigned long);
598         void (*is_dirty_writeback) (struct page *, bool *, bool *);
599         int (*error_remove_page) (struct mapping *mapping, struct page *page);
600         int (*swap_activate)(struct file *);
601         int (*swap_deactivate)(struct file *);
602 };
603
604   writepage: called by the VM to write a dirty page to backing store.
605       This may happen for data integrity reasons (i.e. 'sync'), or
606       to free up memory (flush).  The difference can be seen in
607       wbc->sync_mode.
608       The PG_Dirty flag has been cleared and PageLocked is true.
609       writepage should start writeout, should set PG_Writeback,
610       and should make sure the page is unlocked, either synchronously
611       or asynchronously when the write operation completes.
612
613       If wbc->sync_mode is WB_SYNC_NONE, ->writepage doesn't have to
614       try too hard if there are problems, and may choose to write out
615       other pages from the mapping if that is easier (e.g. due to
616       internal dependencies).  If it chooses not to start writeout, it
617       should return AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE so that the VM will not keep
618       calling ->writepage on that page.
619
620       See the file "Locking" for more details.
621
622   readpage: called by the VM to read a page from backing store.
623        The page will be Locked when readpage is called, and should be
624        unlocked and marked uptodate once the read completes.
625        If ->readpage discovers that it needs to unlock the page for
626        some reason, it can do so, and then return AOP_TRUNCATED_PAGE.
627        In this case, the page will be relocated, relocked and if
628        that all succeeds, ->readpage will be called again.
629
630   writepages: called by the VM to write out pages associated with the
631         address_space object.  If wbc->sync_mode is WBC_SYNC_ALL, then
632         the writeback_control will specify a range of pages that must be
633         written out.  If it is WBC_SYNC_NONE, then a nr_to_write is given
634         and that many pages should be written if possible.
635         If no ->writepages is given, then mpage_writepages is used
636         instead.  This will choose pages from the address space that are
637         tagged as DIRTY and will pass them to ->writepage.
638
639   set_page_dirty: called by the VM to set a page dirty.
640         This is particularly needed if an address space attaches
641         private data to a page, and that data needs to be updated when
642         a page is dirtied.  This is called, for example, when a memory
643         mapped page gets modified.
644         If defined, it should set the PageDirty flag, and the
645         PAGECACHE_TAG_DIRTY tag in the radix tree.
646
647   readpages: called by the VM to read pages associated with the address_space
648         object. This is essentially just a vector version of
649         readpage.  Instead of just one page, several pages are
650         requested.
651         readpages is only used for read-ahead, so read errors are
652         ignored.  If anything goes wrong, feel free to give up.
653
654   write_begin:
655         Called by the generic buffered write code to ask the filesystem to
656         prepare to write len bytes at the given offset in the file. The
657         address_space should check that the write will be able to complete,
658         by allocating space if necessary and doing any other internal
659         housekeeping.  If the write will update parts of any basic-blocks on
660         storage, then those blocks should be pre-read (if they haven't been
661         read already) so that the updated blocks can be written out properly.
662
663         The filesystem must return the locked pagecache page for the specified
664         offset, in *pagep, for the caller to write into.
665
666         It must be able to cope with short writes (where the length passed to
667         write_begin is greater than the number of bytes copied into the page).
668
669         flags is a field for AOP_FLAG_xxx flags, described in
670         include/linux/fs.h.
671
672         A void * may be returned in fsdata, which then gets passed into
673         write_end.
674
675         Returns 0 on success; < 0 on failure (which is the error code), in
676         which case write_end is not called.
677
678   write_end: After a successful write_begin, and data copy, write_end must
679         be called. len is the original len passed to write_begin, and copied
680         is the amount that was able to be copied (copied == len is always true
681         if write_begin was called with the AOP_FLAG_UNINTERRUPTIBLE flag).
682
683         The filesystem must take care of unlocking the page and releasing it
684         refcount, and updating i_size.
685
686         Returns < 0 on failure, otherwise the number of bytes (<= 'copied')
687         that were able to be copied into pagecache.
688
689   bmap: called by the VFS to map a logical block offset within object to
690         physical block number. This method is used by the FIBMAP
691         ioctl and for working with swap-files.  To be able to swap to
692         a file, the file must have a stable mapping to a block
693         device.  The swap system does not go through the filesystem
694         but instead uses bmap to find out where the blocks in the file
695         are and uses those addresses directly.
696
697   dentry_open: *WARNING: probably going away soon, do not use!* This is an
698         alternative to f_op->open(), the difference is that this method may open
699         a file not necessarily originating from the same filesystem as the one
700         i_op->open() was called on.  It may be useful for stacking filesystems
701         which want to allow native I/O directly on underlying files.
702
703
704   invalidatepage: If a page has PagePrivate set, then invalidatepage
705         will be called when part or all of the page is to be removed
706         from the address space.  This generally corresponds to either a
707         truncation, punch hole  or a complete invalidation of the address
708         space (in the latter case 'offset' will always be 0 and 'length'
709         will be PAGE_SIZE). Any private data associated with the page
710         should be updated to reflect this truncation.  If offset is 0 and
711         length is PAGE_SIZE, then the private data should be released,
712         because the page must be able to be completely discarded.  This may
713         be done by calling the ->releasepage function, but in this case the
714         release MUST succeed.
715
716   releasepage: releasepage is called on PagePrivate pages to indicate
717         that the page should be freed if possible.  ->releasepage
718         should remove any private data from the page and clear the
719         PagePrivate flag. If releasepage() fails for some reason, it must
720         indicate failure with a 0 return value.
721         releasepage() is used in two distinct though related cases.  The
722         first is when the VM finds a clean page with no active users and
723         wants to make it a free page.  If ->releasepage succeeds, the
724         page will be removed from the address_space and become free.
725
726         The second case is when a request has been made to invalidate
727         some or all pages in an address_space.  This can happen
728         through the fadvice(POSIX_FADV_DONTNEED) system call or by the
729         filesystem explicitly requesting it as nfs and 9fs do (when
730         they believe the cache may be out of date with storage) by
731         calling invalidate_inode_pages2().
732         If the filesystem makes such a call, and needs to be certain
733         that all pages are invalidated, then its releasepage will
734         need to ensure this.  Possibly it can clear the PageUptodate
735         bit if it cannot free private data yet.
736
737   freepage: freepage is called once the page is no longer visible in
738         the page cache in order to allow the cleanup of any private
739         data. Since it may be called by the memory reclaimer, it
740         should not assume that the original address_space mapping still
741         exists, and it should not block.
742
743   direct_IO: called by the generic read/write routines to perform
744         direct_IO - that is IO requests which bypass the page cache
745         and transfer data directly between the storage and the
746         application's address space.
747
748   migrate_page:  This is used to compact the physical memory usage.
749         If the VM wants to relocate a page (maybe off a memory card
750         that is signalling imminent failure) it will pass a new page
751         and an old page to this function.  migrate_page should
752         transfer any private data across and update any references
753         that it has to the page.
754
755   launder_page: Called before freeing a page - it writes back the dirty page. To
756         prevent redirtying the page, it is kept locked during the whole
757         operation.
758
759   is_partially_uptodate: Called by the VM when reading a file through the
760         pagecache when the underlying blocksize != pagesize. If the required
761         block is up to date then the read can complete without needing the IO
762         to bring the whole page up to date.
763
764   is_dirty_writeback: Called by the VM when attempting to reclaim a page.
765         The VM uses dirty and writeback information to determine if it needs
766         to stall to allow flushers a chance to complete some IO. Ordinarily
767         it can use PageDirty and PageWriteback but some filesystems have
768         more complex state (unstable pages in NFS prevent reclaim) or
769         do not set those flags due to locking problems. This callback
770         allows a filesystem to indicate to the VM if a page should be
771         treated as dirty or writeback for the purposes of stalling.
772
773   error_remove_page: normally set to generic_error_remove_page if truncation
774         is ok for this address space. Used for memory failure handling.
775         Setting this implies you deal with pages going away under you,
776         unless you have them locked or reference counts increased.
777
778   swap_activate: Called when swapon is used on a file to allocate
779         space if necessary and pin the block lookup information in
780         memory. A return value of zero indicates success,
781         in which case this file can be used to back swapspace. The
782         swapspace operations will be proxied to this address space's
783         ->swap_{out,in} methods.
784
785   swap_deactivate: Called during swapoff on files where swap_activate
786         was successful.
787
788
789 The File Object
790 ===============
791
792 A file object represents a file opened by a process.
793
794
795 struct file_operations
796 ----------------------
797
798 This describes how the VFS can manipulate an open file. As of kernel
799 4.1, the following members are defined:
800
801 struct file_operations {
802         struct module *owner;
803         loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
804         ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
805         ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
806         ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
807         ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
808         int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
809         unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
810         long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
811         long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
812         int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
813         int (*mremap)(struct file *, struct vm_area_struct *);
814         int (*open) (struct inode *, struct file *);
815         int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
816         int (*release) (struct inode *, struct file *);
817         int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
818         int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
819         int (*fasync) (int, struct file *, int);
820         int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
821         ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
822         unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
823         int (*check_flags)(int);
824         int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
825         ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
826         ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
827         int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **, void **);
828         long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,
829                           loff_t len);
830         void (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f);
831 #ifndef CONFIG_MMU
832         unsigned (*mmap_capabilities)(struct file *);
833 #endif
834 };
835
836 Again, all methods are called without any locks being held, unless
837 otherwise noted.
838
839   llseek: called when the VFS needs to move the file position index
840
841   read: called by read(2) and related system calls
842
843   read_iter: possibly asynchronous read with iov_iter as destination
844
845   write: called by write(2) and related system calls
846
847   write_iter: possibly asynchronous write with iov_iter as source
848
849   iterate: called when the VFS needs to read the directory contents
850
851   poll: called by the VFS when a process wants to check if there is
852         activity on this file and (optionally) go to sleep until there
853         is activity. Called by the select(2) and poll(2) system calls
854
855   unlocked_ioctl: called by the ioctl(2) system call.
856
857   compat_ioctl: called by the ioctl(2) system call when 32 bit system calls
858          are used on 64 bit kernels.
859
860   mmap: called by the mmap(2) system call
861
862   open: called by the VFS when an inode should be opened. When the VFS
863         opens a file, it creates a new "struct file". It then calls the
864         open method for the newly allocated file structure. You might
865         think that the open method really belongs in
866         "struct inode_operations", and you may be right. I think it's
867         done the way it is because it makes filesystems simpler to
868         implement. The open() method is a good place to initialize the
869         "private_data" member in the file structure if you want to point
870         to a device structure
871
872   flush: called by the close(2) system call to flush a file
873
874   release: called when the last reference to an open file is closed
875
876   fsync: called by the fsync(2) system call
877
878   fasync: called by the fcntl(2) system call when asynchronous
879         (non-blocking) mode is enabled for a file
880
881   lock: called by the fcntl(2) system call for F_GETLK, F_SETLK, and F_SETLKW
882         commands
883
884   get_unmapped_area: called by the mmap(2) system call
885
886   check_flags: called by the fcntl(2) system call for F_SETFL command
887
888   flock: called by the flock(2) system call
889
890   splice_write: called by the VFS to splice data from a pipe to a file. This
891                 method is used by the splice(2) system call
892
893   splice_read: called by the VFS to splice data from file to a pipe. This
894                method is used by the splice(2) system call
895
896   setlease: called by the VFS to set or release a file lock lease. setlease
897             implementations should call generic_setlease to record or remove
898             the lease in the inode after setting it.
899
900   fallocate: called by the VFS to preallocate blocks or punch a hole.
901
902 Note that the file operations are implemented by the specific
903 filesystem in which the inode resides. When opening a device node
904 (character or block special) most filesystems will call special
905 support routines in the VFS which will locate the required device
906 driver information. These support routines replace the filesystem file
907 operations with those for the device driver, and then proceed to call
908 the new open() method for the file. This is how opening a device file
909 in the filesystem eventually ends up calling the device driver open()
910 method.
911
912
913 Directory Entry Cache (dcache)
914 ==============================
915
916
917 struct dentry_operations
918 ------------------------
919
920 This describes how a filesystem can overload the standard dentry
921 operations. Dentries and the dcache are the domain of the VFS and the
922 individual filesystem implementations. Device drivers have no business
923 here. These methods may be set to NULL, as they are either optional or
924 the VFS uses a default. As of kernel 2.6.22, the following members are
925 defined:
926
927 struct dentry_operations {
928         int (*d_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
929         int (*d_weak_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
930         int (*d_hash)(const struct dentry *, struct qstr *);
931         int (*d_compare)(const struct dentry *, const struct dentry *,
932                         unsigned int, const char *, const struct qstr *);
933         int (*d_delete)(const struct dentry *);
934         void (*d_release)(struct dentry *);
935         void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
936         char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
937         struct vfsmount *(*d_automount)(struct path *);
938         int (*d_manage)(struct dentry *, bool);
939 };
940
941   d_revalidate: called when the VFS needs to revalidate a dentry. This
942         is called whenever a name look-up finds a dentry in the
943         dcache. Most local filesystems leave this as NULL, because all their
944         dentries in the dcache are valid. Network filesystems are different
945         since things can change on the server without the client necessarily
946         being aware of it.
947
948         This function should return a positive value if the dentry is still
949         valid, and zero or a negative error code if it isn't.
950
951         d_revalidate may be called in rcu-walk mode (flags & LOOKUP_RCU).
952         If in rcu-walk mode, the filesystem must revalidate the dentry without
953         blocking or storing to the dentry, d_parent and d_inode should not be
954         used without care (because they can change and, in d_inode case, even
955         become NULL under us).
956
957         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle, return
958         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
959
960  d_weak_revalidate: called when the VFS needs to revalidate a "jumped" dentry.
961         This is called when a path-walk ends at dentry that was not acquired by
962         doing a lookup in the parent directory. This includes "/", "." and "..",
963         as well as procfs-style symlinks and mountpoint traversal.
964
965         In this case, we are less concerned with whether the dentry is still
966         fully correct, but rather that the inode is still valid. As with
967         d_revalidate, most local filesystems will set this to NULL since their
968         dcache entries are always valid.
969
970         This function has the same return code semantics as d_revalidate.
971
972         d_weak_revalidate is only called after leaving rcu-walk mode.
973
974   d_hash: called when the VFS adds a dentry to the hash table. The first
975         dentry passed to d_hash is the parent directory that the name is
976         to be hashed into.
977
978         Same locking and synchronisation rules as d_compare regarding
979         what is safe to dereference etc.
980
981   d_compare: called to compare a dentry name with a given name. The first
982         dentry is the parent of the dentry to be compared, the second is
983         the child dentry. len and name string are properties of the dentry
984         to be compared. qstr is the name to compare it with.
985
986         Must be constant and idempotent, and should not take locks if
987         possible, and should not or store into the dentry.
988         Should not dereference pointers outside the dentry without
989         lots of care (eg.  d_parent, d_inode, d_name should not be used).
990
991         However, our vfsmount is pinned, and RCU held, so the dentries and
992         inodes won't disappear, neither will our sb or filesystem module.
993         ->d_sb may be used.
994
995         It is a tricky calling convention because it needs to be called under
996         "rcu-walk", ie. without any locks or references on things.
997
998   d_delete: called when the last reference to a dentry is dropped and the
999         dcache is deciding whether or not to cache it. Return 1 to delete
1000         immediately, or 0 to cache the dentry. Default is NULL which means to
1001         always cache a reachable dentry. d_delete must be constant and
1002         idempotent.
1003
1004   d_release: called when a dentry is really deallocated
1005
1006   d_iput: called when a dentry loses its inode (just prior to its
1007         being deallocated). The default when this is NULL is that the
1008         VFS calls iput(). If you define this method, you must call
1009         iput() yourself
1010
1011   d_dname: called when the pathname of a dentry should be generated.
1012         Useful for some pseudo filesystems (sockfs, pipefs, ...) to delay
1013         pathname generation. (Instead of doing it when dentry is created,
1014         it's done only when the path is needed.). Real filesystems probably
1015         dont want to use it, because their dentries are present in global
1016         dcache hash, so their hash should be an invariant. As no lock is
1017         held, d_dname() should not try to modify the dentry itself, unless
1018         appropriate SMP safety is used. CAUTION : d_path() logic is quite
1019         tricky. The correct way to return for example "Hello" is to put it
1020         at the end of the buffer, and returns a pointer to the first char.
1021         dynamic_dname() helper function is provided to take care of this.
1022
1023   d_automount: called when an automount dentry is to be traversed (optional).
1024         This should create a new VFS mount record and return the record to the
1025         caller.  The caller is supplied with a path parameter giving the
1026         automount directory to describe the automount target and the parent
1027         VFS mount record to provide inheritable mount parameters.  NULL should
1028         be returned if someone else managed to make the automount first.  If
1029         the vfsmount creation failed, then an error code should be returned.
1030         If -EISDIR is returned, then the directory will be treated as an
1031         ordinary directory and returned to pathwalk to continue walking.
1032
1033         If a vfsmount is returned, the caller will attempt to mount it on the
1034         mountpoint and will remove the vfsmount from its expiration list in
1035         the case of failure.  The vfsmount should be returned with 2 refs on
1036         it to prevent automatic expiration - the caller will clean up the
1037         additional ref.
1038
1039         This function is only used if DCACHE_NEED_AUTOMOUNT is set on the
1040         dentry.  This is set by __d_instantiate() if S_AUTOMOUNT is set on the
1041         inode being added.
1042
1043   d_manage: called to allow the filesystem to manage the transition from a
1044         dentry (optional).  This allows autofs, for example, to hold up clients
1045         waiting to explore behind a 'mountpoint' whilst letting the daemon go
1046         past and construct the subtree there.  0 should be returned to let the
1047         calling process continue.  -EISDIR can be returned to tell pathwalk to
1048         use this directory as an ordinary directory and to ignore anything
1049         mounted on it and not to check the automount flag.  Any other error
1050         code will abort pathwalk completely.
1051
1052         If the 'rcu_walk' parameter is true, then the caller is doing a
1053         pathwalk in RCU-walk mode.  Sleeping is not permitted in this mode,
1054         and the caller can be asked to leave it and call again by returning
1055         -ECHILD.  -EISDIR may also be returned to tell pathwalk to
1056         ignore d_automount or any mounts.
1057
1058         This function is only used if DCACHE_MANAGE_TRANSIT is set on the
1059         dentry being transited from.
1060
1061 Example :
1062
1063 static char *pipefs_dname(struct dentry *dent, char *buffer, int buflen)
1064 {
1065         return dynamic_dname(dentry, buffer, buflen, "pipe:[%lu]",
1066                                 dentry->d_inode->i_ino);
1067 }
1068
1069 Each dentry has a pointer to its parent dentry, as well as a hash list
1070 of child dentries. Child dentries are basically like files in a
1071 directory.
1072
1073
1074 Directory Entry Cache API
1075 --------------------------
1076
1077 There are a number of functions defined which permit a filesystem to
1078 manipulate dentries:
1079
1080   dget: open a new handle for an existing dentry (this just increments
1081         the usage count)
1082
1083   dput: close a handle for a dentry (decrements the usage count). If
1084         the usage count drops to 0, and the dentry is still in its
1085         parent's hash, the "d_delete" method is called to check whether
1086         it should be cached. If it should not be cached, or if the dentry
1087         is not hashed, it is deleted. Otherwise cached dentries are put
1088         into an LRU list to be reclaimed on memory shortage.
1089
1090   d_drop: this unhashes a dentry from its parents hash list. A
1091         subsequent call to dput() will deallocate the dentry if its
1092         usage count drops to 0
1093
1094   d_delete: delete a dentry. If there are no other open references to
1095         the dentry then the dentry is turned into a negative dentry
1096         (the d_iput() method is called). If there are other
1097         references, then d_drop() is called instead
1098
1099   d_add: add a dentry to its parents hash list and then calls
1100         d_instantiate()
1101
1102   d_instantiate: add a dentry to the alias hash list for the inode and
1103         updates the "d_inode" member. The "i_count" member in the
1104         inode structure should be set/incremented. If the inode
1105         pointer is NULL, the dentry is called a "negative
1106         dentry". This function is commonly called when an inode is
1107         created for an existing negative dentry
1108
1109   d_lookup: look up a dentry given its parent and path name component
1110         It looks up the child of that given name from the dcache
1111         hash table. If it is found, the reference count is incremented
1112         and the dentry is returned. The caller must use dput()
1113         to free the dentry when it finishes using it.
1114
1115 Mount Options
1116 =============
1117
1118 Parsing options
1119 ---------------
1120
1121 On mount and remount the filesystem is passed a string containing a
1122 comma separated list of mount options.  The options can have either of
1123 these forms:
1124
1125   option
1126   option=value
1127
1128 The <linux/parser.h> header defines an API that helps parse these
1129 options.  There are plenty of examples on how to use it in existing
1130 filesystems.
1131
1132 Showing options
1133 ---------------
1134
1135 If a filesystem accepts mount options, it must define show_options()
1136 to show all the currently active options.  The rules are:
1137
1138   - options MUST be shown which are not default or their values differ
1139     from the default
1140
1141   - options MAY be shown which are enabled by default or have their
1142     default value
1143
1144 Options used only internally between a mount helper and the kernel
1145 (such as file descriptors), or which only have an effect during the
1146 mounting (such as ones controlling the creation of a journal) are exempt
1147 from the above rules.
1148
1149 The underlying reason for the above rules is to make sure, that a
1150 mount can be accurately replicated (e.g. umounting and mounting again)
1151 based on the information found in /proc/mounts.
1152
1153 A simple method of saving options at mount/remount time and showing
1154 them is provided with the save_mount_options() and
1155 generic_show_options() helper functions.  Please note, that using
1156 these may have drawbacks.  For more info see header comments for these
1157 functions in fs/namespace.c.
1158
1159 Resources
1160 =========
1161
1162 (Note some of these resources are not up-to-date with the latest kernel
1163  version.)
1164
1165 Creating Linux virtual filesystems. 2002
1166     <http://lwn.net/Articles/13325/>
1167
1168 The Linux Virtual File-system Layer by Neil Brown. 1999
1169     <http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/oss/linux-commentary/vfs.html>
1170
1171 A tour of the Linux VFS by Michael K. Johnson. 1996
1172     <http://www.tldp.org/LDP/khg/HyperNews/get/fs/vfstour.html>
1173
1174 A small trail through the Linux kernel by Andries Brouwer. 2001
1175     <http://www.win.tue.nl/~aeb/linux/vfs/trail.html>