fs: distinguish between user initiated freeze and kernel initiated freeze
[platform/kernel/linux-starfive.git] / Documentation / filesystems / vfs.rst
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2
3 =========================================
4 Overview of the Linux Virtual File System
5 =========================================
6
7 Original author: Richard Gooch <rgooch@atnf.csiro.au>
8
9 - Copyright (C) 1999 Richard Gooch
10 - Copyright (C) 2005 Pekka Enberg
11
12
13 Introduction
14 ============
15
16 The Virtual File System (also known as the Virtual Filesystem Switch) is
17 the software layer in the kernel that provides the filesystem interface
18 to userspace programs.  It also provides an abstraction within the
19 kernel which allows different filesystem implementations to coexist.
20
21 VFS system calls open(2), stat(2), read(2), write(2), chmod(2) and so on
22 are called from a process context.  Filesystem locking is described in
23 the document Documentation/filesystems/locking.rst.
24
25
26 Directory Entry Cache (dcache)
27 ------------------------------
28
29 The VFS implements the open(2), stat(2), chmod(2), and similar system
30 calls.  The pathname argument that is passed to them is used by the VFS
31 to search through the directory entry cache (also known as the dentry
32 cache or dcache).  This provides a very fast look-up mechanism to
33 translate a pathname (filename) into a specific dentry.  Dentries live
34 in RAM and are never saved to disc: they exist only for performance.
35
36 The dentry cache is meant to be a view into your entire filespace.  As
37 most computers cannot fit all dentries in the RAM at the same time, some
38 bits of the cache are missing.  In order to resolve your pathname into a
39 dentry, the VFS may have to resort to creating dentries along the way,
40 and then loading the inode.  This is done by looking up the inode.
41
42
43 The Inode Object
44 ----------------
45
46 An individual dentry usually has a pointer to an inode.  Inodes are
47 filesystem objects such as regular files, directories, FIFOs and other
48 beasts.  They live either on the disc (for block device filesystems) or
49 in the memory (for pseudo filesystems).  Inodes that live on the disc
50 are copied into the memory when required and changes to the inode are
51 written back to disc.  A single inode can be pointed to by multiple
52 dentries (hard links, for example, do this).
53
54 To look up an inode requires that the VFS calls the lookup() method of
55 the parent directory inode.  This method is installed by the specific
56 filesystem implementation that the inode lives in.  Once the VFS has the
57 required dentry (and hence the inode), we can do all those boring things
58 like open(2) the file, or stat(2) it to peek at the inode data.  The
59 stat(2) operation is fairly simple: once the VFS has the dentry, it
60 peeks at the inode data and passes some of it back to userspace.
61
62
63 The File Object
64 ---------------
65
66 Opening a file requires another operation: allocation of a file
67 structure (this is the kernel-side implementation of file descriptors).
68 The freshly allocated file structure is initialized with a pointer to
69 the dentry and a set of file operation member functions.  These are
70 taken from the inode data.  The open() file method is then called so the
71 specific filesystem implementation can do its work.  You can see that
72 this is another switch performed by the VFS.  The file structure is
73 placed into the file descriptor table for the process.
74
75 Reading, writing and closing files (and other assorted VFS operations)
76 is done by using the userspace file descriptor to grab the appropriate
77 file structure, and then calling the required file structure method to
78 do whatever is required.  For as long as the file is open, it keeps the
79 dentry in use, which in turn means that the VFS inode is still in use.
80
81
82 Registering and Mounting a Filesystem
83 =====================================
84
85 To register and unregister a filesystem, use the following API
86 functions:
87
88 .. code-block:: c
89
90         #include <linux/fs.h>
91
92         extern int register_filesystem(struct file_system_type *);
93         extern int unregister_filesystem(struct file_system_type *);
94
95 The passed struct file_system_type describes your filesystem.  When a
96 request is made to mount a filesystem onto a directory in your
97 namespace, the VFS will call the appropriate mount() method for the
98 specific filesystem.  New vfsmount referring to the tree returned by
99 ->mount() will be attached to the mountpoint, so that when pathname
100 resolution reaches the mountpoint it will jump into the root of that
101 vfsmount.
102
103 You can see all filesystems that are registered to the kernel in the
104 file /proc/filesystems.
105
106
107 struct file_system_type
108 -----------------------
109
110 This describes the filesystem.  The following
111 members are defined:
112
113 .. code-block:: c
114
115         struct file_system_type {
116                 const char *name;
117                 int fs_flags;
118                 int (*init_fs_context)(struct fs_context *);
119                 const struct fs_parameter_spec *parameters;
120                 struct dentry *(*mount) (struct file_system_type *, int,
121                         const char *, void *);
122                 void (*kill_sb) (struct super_block *);
123                 struct module *owner;
124                 struct file_system_type * next;
125                 struct hlist_head fs_supers;
126
127                 struct lock_class_key s_lock_key;
128                 struct lock_class_key s_umount_key;
129                 struct lock_class_key s_vfs_rename_key;
130                 struct lock_class_key s_writers_key[SB_FREEZE_LEVELS];
131
132                 struct lock_class_key i_lock_key;
133                 struct lock_class_key i_mutex_key;
134                 struct lock_class_key invalidate_lock_key;
135                 struct lock_class_key i_mutex_dir_key;
136         };
137
138 ``name``
139         the name of the filesystem type, such as "ext2", "iso9660",
140         "msdos" and so on
141
142 ``fs_flags``
143         various flags (i.e. FS_REQUIRES_DEV, FS_NO_DCACHE, etc.)
144
145 ``init_fs_context``
146         Initializes 'struct fs_context' ->ops and ->fs_private fields with
147         filesystem-specific data.
148
149 ``parameters``
150         Pointer to the array of filesystem parameters descriptors
151         'struct fs_parameter_spec'.
152         More info in Documentation/filesystems/mount_api.rst.
153
154 ``mount``
155         the method to call when a new instance of this filesystem should
156         be mounted
157
158 ``kill_sb``
159         the method to call when an instance of this filesystem should be
160         shut down
161
162
163 ``owner``
164         for internal VFS use: you should initialize this to THIS_MODULE
165         in most cases.
166
167 ``next``
168         for internal VFS use: you should initialize this to NULL
169
170 ``fs_supers``
171         for internal VFS use: hlist of filesystem instances (superblocks)
172
173   s_lock_key, s_umount_key, s_vfs_rename_key, s_writers_key,
174   i_lock_key, i_mutex_key, invalidate_lock_key, i_mutex_dir_key: lockdep-specific
175
176 The mount() method has the following arguments:
177
178 ``struct file_system_type *fs_type``
179         describes the filesystem, partly initialized by the specific
180         filesystem code
181
182 ``int flags``
183         mount flags
184
185 ``const char *dev_name``
186         the device name we are mounting.
187
188 ``void *data``
189         arbitrary mount options, usually comes as an ASCII string (see
190         "Mount Options" section)
191
192 The mount() method must return the root dentry of the tree requested by
193 caller.  An active reference to its superblock must be grabbed and the
194 superblock must be locked.  On failure it should return ERR_PTR(error).
195
196 The arguments match those of mount(2) and their interpretation depends
197 on filesystem type.  E.g. for block filesystems, dev_name is interpreted
198 as block device name, that device is opened and if it contains a
199 suitable filesystem image the method creates and initializes struct
200 super_block accordingly, returning its root dentry to caller.
201
202 ->mount() may choose to return a subtree of existing filesystem - it
203 doesn't have to create a new one.  The main result from the caller's
204 point of view is a reference to dentry at the root of (sub)tree to be
205 attached; creation of new superblock is a common side effect.
206
207 The most interesting member of the superblock structure that the mount()
208 method fills in is the "s_op" field.  This is a pointer to a "struct
209 super_operations" which describes the next level of the filesystem
210 implementation.
211
212 Usually, a filesystem uses one of the generic mount() implementations
213 and provides a fill_super() callback instead.  The generic variants are:
214
215 ``mount_bdev``
216         mount a filesystem residing on a block device
217
218 ``mount_nodev``
219         mount a filesystem that is not backed by a device
220
221 ``mount_single``
222         mount a filesystem which shares the instance between all mounts
223
224 A fill_super() callback implementation has the following arguments:
225
226 ``struct super_block *sb``
227         the superblock structure.  The callback must initialize this
228         properly.
229
230 ``void *data``
231         arbitrary mount options, usually comes as an ASCII string (see
232         "Mount Options" section)
233
234 ``int silent``
235         whether or not to be silent on error
236
237
238 The Superblock Object
239 =====================
240
241 A superblock object represents a mounted filesystem.
242
243
244 struct super_operations
245 -----------------------
246
247 This describes how the VFS can manipulate the superblock of your
248 filesystem.  The following members are defined:
249
250 .. code-block:: c
251
252         struct super_operations {
253                 struct inode *(*alloc_inode)(struct super_block *sb);
254                 void (*destroy_inode)(struct inode *);
255                 void (*free_inode)(struct inode *);
256
257                 void (*dirty_inode) (struct inode *, int flags);
258                 int (*write_inode) (struct inode *, struct writeback_control *wbc);
259                 int (*drop_inode) (struct inode *);
260                 void (*evict_inode) (struct inode *);
261                 void (*put_super) (struct super_block *);
262                 int (*sync_fs)(struct super_block *sb, int wait);
263                 int (*freeze_super) (struct super_block *sb,
264                                         enum freeze_holder who);
265                 int (*freeze_fs) (struct super_block *);
266                 int (*thaw_super) (struct super_block *sb,
267                                         enum freeze_wholder who);
268                 int (*unfreeze_fs) (struct super_block *);
269                 int (*statfs) (struct dentry *, struct kstatfs *);
270                 int (*remount_fs) (struct super_block *, int *, char *);
271                 void (*umount_begin) (struct super_block *);
272
273                 int (*show_options)(struct seq_file *, struct dentry *);
274                 int (*show_devname)(struct seq_file *, struct dentry *);
275                 int (*show_path)(struct seq_file *, struct dentry *);
276                 int (*show_stats)(struct seq_file *, struct dentry *);
277
278                 ssize_t (*quota_read)(struct super_block *, int, char *, size_t, loff_t);
279                 ssize_t (*quota_write)(struct super_block *, int, const char *, size_t, loff_t);
280                 struct dquot **(*get_dquots)(struct inode *);
281
282                 long (*nr_cached_objects)(struct super_block *,
283                                         struct shrink_control *);
284                 long (*free_cached_objects)(struct super_block *,
285                                         struct shrink_control *);
286         };
287
288 All methods are called without any locks being held, unless otherwise
289 noted.  This means that most methods can block safely.  All methods are
290 only called from a process context (i.e. not from an interrupt handler
291 or bottom half).
292
293 ``alloc_inode``
294         this method is called by alloc_inode() to allocate memory for
295         struct inode and initialize it.  If this function is not
296         defined, a simple 'struct inode' is allocated.  Normally
297         alloc_inode will be used to allocate a larger structure which
298         contains a 'struct inode' embedded within it.
299
300 ``destroy_inode``
301         this method is called by destroy_inode() to release resources
302         allocated for struct inode.  It is only required if
303         ->alloc_inode was defined and simply undoes anything done by
304         ->alloc_inode.
305
306 ``free_inode``
307         this method is called from RCU callback. If you use call_rcu()
308         in ->destroy_inode to free 'struct inode' memory, then it's
309         better to release memory in this method.
310
311 ``dirty_inode``
312         this method is called by the VFS when an inode is marked dirty.
313         This is specifically for the inode itself being marked dirty,
314         not its data.  If the update needs to be persisted by fdatasync(),
315         then I_DIRTY_DATASYNC will be set in the flags argument.
316         I_DIRTY_TIME will be set in the flags in case lazytime is enabled
317         and struct inode has times updated since the last ->dirty_inode
318         call.
319
320 ``write_inode``
321         this method is called when the VFS needs to write an inode to
322         disc.  The second parameter indicates whether the write should
323         be synchronous or not, not all filesystems check this flag.
324
325 ``drop_inode``
326         called when the last access to the inode is dropped, with the
327         inode->i_lock spinlock held.
328
329         This method should be either NULL (normal UNIX filesystem
330         semantics) or "generic_delete_inode" (for filesystems that do
331         not want to cache inodes - causing "delete_inode" to always be
332         called regardless of the value of i_nlink)
333
334         The "generic_delete_inode()" behavior is equivalent to the old
335         practice of using "force_delete" in the put_inode() case, but
336         does not have the races that the "force_delete()" approach had.
337
338 ``evict_inode``
339         called when the VFS wants to evict an inode. Caller does
340         *not* evict the pagecache or inode-associated metadata buffers;
341         the method has to use truncate_inode_pages_final() to get rid
342         of those. Caller makes sure async writeback cannot be running for
343         the inode while (or after) ->evict_inode() is called. Optional.
344
345 ``put_super``
346         called when the VFS wishes to free the superblock
347         (i.e. unmount).  This is called with the superblock lock held
348
349 ``sync_fs``
350         called when VFS is writing out all dirty data associated with a
351         superblock.  The second parameter indicates whether the method
352         should wait until the write out has been completed.  Optional.
353
354 ``freeze_super``
355         Called instead of ->freeze_fs callback if provided.
356         Main difference is that ->freeze_super is called without taking
357         down_write(&sb->s_umount). If filesystem implements it and wants
358         ->freeze_fs to be called too, then it has to call ->freeze_fs
359         explicitly from this callback. Optional.
360
361 ``freeze_fs``
362         called when VFS is locking a filesystem and forcing it into a
363         consistent state.  This method is currently used by the Logical
364         Volume Manager (LVM) and ioctl(FIFREEZE). Optional.
365
366 ``thaw_super``
367         called when VFS is unlocking a filesystem and making it writable
368         again after ->freeze_super. Optional.
369
370 ``unfreeze_fs``
371         called when VFS is unlocking a filesystem and making it writable
372         again after ->freeze_fs. Optional.
373
374 ``statfs``
375         called when the VFS needs to get filesystem statistics.
376
377 ``remount_fs``
378         called when the filesystem is remounted.  This is called with
379         the kernel lock held
380
381 ``umount_begin``
382         called when the VFS is unmounting a filesystem.
383
384 ``show_options``
385         called by the VFS to show mount options for /proc/<pid>/mounts
386         and /proc/<pid>/mountinfo.
387         (see "Mount Options" section)
388
389 ``show_devname``
390         Optional. Called by the VFS to show device name for
391         /proc/<pid>/{mounts,mountinfo,mountstats}. If not provided then
392         '(struct mount).mnt_devname' will be used.
393
394 ``show_path``
395         Optional. Called by the VFS (for /proc/<pid>/mountinfo) to show
396         the mount root dentry path relative to the filesystem root.
397
398 ``show_stats``
399         Optional. Called by the VFS (for /proc/<pid>/mountstats) to show
400         filesystem-specific mount statistics.
401
402 ``quota_read``
403         called by the VFS to read from filesystem quota file.
404
405 ``quota_write``
406         called by the VFS to write to filesystem quota file.
407
408 ``get_dquots``
409         called by quota to get 'struct dquot' array for a particular inode.
410         Optional.
411
412 ``nr_cached_objects``
413         called by the sb cache shrinking function for the filesystem to
414         return the number of freeable cached objects it contains.
415         Optional.
416
417 ``free_cache_objects``
418         called by the sb cache shrinking function for the filesystem to
419         scan the number of objects indicated to try to free them.
420         Optional, but any filesystem implementing this method needs to
421         also implement ->nr_cached_objects for it to be called
422         correctly.
423
424         We can't do anything with any errors that the filesystem might
425         encountered, hence the void return type.  This will never be
426         called if the VM is trying to reclaim under GFP_NOFS conditions,
427         hence this method does not need to handle that situation itself.
428
429         Implementations must include conditional reschedule calls inside
430         any scanning loop that is done.  This allows the VFS to
431         determine appropriate scan batch sizes without having to worry
432         about whether implementations will cause holdoff problems due to
433         large scan batch sizes.
434
435 Whoever sets up the inode is responsible for filling in the "i_op"
436 field.  This is a pointer to a "struct inode_operations" which describes
437 the methods that can be performed on individual inodes.
438
439
440 struct xattr_handlers
441 ---------------------
442
443 On filesystems that support extended attributes (xattrs), the s_xattr
444 superblock field points to a NULL-terminated array of xattr handlers.
445 Extended attributes are name:value pairs.
446
447 ``name``
448         Indicates that the handler matches attributes with the specified
449         name (such as "system.posix_acl_access"); the prefix field must
450         be NULL.
451
452 ``prefix``
453         Indicates that the handler matches all attributes with the
454         specified name prefix (such as "user."); the name field must be
455         NULL.
456
457 ``list``
458         Determine if attributes matching this xattr handler should be
459         listed for a particular dentry.  Used by some listxattr
460         implementations like generic_listxattr.
461
462 ``get``
463         Called by the VFS to get the value of a particular extended
464         attribute.  This method is called by the getxattr(2) system
465         call.
466
467 ``set``
468         Called by the VFS to set the value of a particular extended
469         attribute.  When the new value is NULL, called to remove a
470         particular extended attribute.  This method is called by the
471         setxattr(2) and removexattr(2) system calls.
472
473 When none of the xattr handlers of a filesystem match the specified
474 attribute name or when a filesystem doesn't support extended attributes,
475 the various ``*xattr(2)`` system calls return -EOPNOTSUPP.
476
477
478 The Inode Object
479 ================
480
481 An inode object represents an object within the filesystem.
482
483
484 struct inode_operations
485 -----------------------
486
487 This describes how the VFS can manipulate an inode in your filesystem.
488 As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
489
490 .. code-block:: c
491
492         struct inode_operations {
493                 int (*create) (struct mnt_idmap *, struct inode *,struct dentry *, umode_t, bool);
494                 struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, unsigned int);
495                 int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);
496                 int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);
497                 int (*symlink) (struct mnt_idmap *, struct inode *,struct dentry *,const char *);
498                 int (*mkdir) (struct mnt_idmap *, struct inode *,struct dentry *,umode_t);
499                 int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);
500                 int (*mknod) (struct mnt_idmap *, struct inode *,struct dentry *,umode_t,dev_t);
501                 int (*rename) (struct mnt_idmap *, struct inode *, struct dentry *,
502                                struct inode *, struct dentry *, unsigned int);
503                 int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);
504                 const char *(*get_link) (struct dentry *, struct inode *,
505                                          struct delayed_call *);
506                 int (*permission) (struct mnt_idmap *, struct inode *, int);
507                 struct posix_acl * (*get_inode_acl)(struct inode *, int, bool);
508                 int (*setattr) (struct mnt_idmap *, struct dentry *, struct iattr *);
509                 int (*getattr) (struct mnt_idmap *, const struct path *, struct kstat *, u32, unsigned int);
510                 ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
511                 void (*update_time)(struct inode *, struct timespec *, int);
512                 int (*atomic_open)(struct inode *, struct dentry *, struct file *,
513                                    unsigned open_flag, umode_t create_mode);
514                 int (*tmpfile) (struct mnt_idmap *, struct inode *, struct file *, umode_t);
515                 struct posix_acl * (*get_acl)(struct mnt_idmap *, struct dentry *, int);
516                 int (*set_acl)(struct mnt_idmap *, struct dentry *, struct posix_acl *, int);
517                 int (*fileattr_set)(struct mnt_idmap *idmap,
518                                     struct dentry *dentry, struct fileattr *fa);
519                 int (*fileattr_get)(struct dentry *dentry, struct fileattr *fa);
520         };
521
522 Again, all methods are called without any locks being held, unless
523 otherwise noted.
524
525 ``create``
526         called by the open(2) and creat(2) system calls.  Only required
527         if you want to support regular files.  The dentry you get should
528         not have an inode (i.e. it should be a negative dentry).  Here
529         you will probably call d_instantiate() with the dentry and the
530         newly created inode
531
532 ``lookup``
533         called when the VFS needs to look up an inode in a parent
534         directory.  The name to look for is found in the dentry.  This
535         method must call d_add() to insert the found inode into the
536         dentry.  The "i_count" field in the inode structure should be
537         incremented.  If the named inode does not exist a NULL inode
538         should be inserted into the dentry (this is called a negative
539         dentry).  Returning an error code from this routine must only be
540         done on a real error, otherwise creating inodes with system
541         calls like create(2), mknod(2), mkdir(2) and so on will fail.
542         If you wish to overload the dentry methods then you should
543         initialise the "d_dop" field in the dentry; this is a pointer to
544         a struct "dentry_operations".  This method is called with the
545         directory inode semaphore held
546
547 ``link``
548         called by the link(2) system call.  Only required if you want to
549         support hard links.  You will probably need to call
550         d_instantiate() just as you would in the create() method
551
552 ``unlink``
553         called by the unlink(2) system call.  Only required if you want
554         to support deleting inodes
555
556 ``symlink``
557         called by the symlink(2) system call.  Only required if you want
558         to support symlinks.  You will probably need to call
559         d_instantiate() just as you would in the create() method
560
561 ``mkdir``
562         called by the mkdir(2) system call.  Only required if you want
563         to support creating subdirectories.  You will probably need to
564         call d_instantiate() just as you would in the create() method
565
566 ``rmdir``
567         called by the rmdir(2) system call.  Only required if you want
568         to support deleting subdirectories
569
570 ``mknod``
571         called by the mknod(2) system call to create a device (char,
572         block) inode or a named pipe (FIFO) or socket.  Only required if
573         you want to support creating these types of inodes.  You will
574         probably need to call d_instantiate() just as you would in the
575         create() method
576
577 ``rename``
578         called by the rename(2) system call to rename the object to have
579         the parent and name given by the second inode and dentry.
580
581         The filesystem must return -EINVAL for any unsupported or
582         unknown flags.  Currently the following flags are implemented:
583         (1) RENAME_NOREPLACE: this flag indicates that if the target of
584         the rename exists the rename should fail with -EEXIST instead of
585         replacing the target.  The VFS already checks for existence, so
586         for local filesystems the RENAME_NOREPLACE implementation is
587         equivalent to plain rename.
588         (2) RENAME_EXCHANGE: exchange source and target.  Both must
589         exist; this is checked by the VFS.  Unlike plain rename, source
590         and target may be of different type.
591
592 ``get_link``
593         called by the VFS to follow a symbolic link to the inode it
594         points to.  Only required if you want to support symbolic links.
595         This method returns the symlink body to traverse (and possibly
596         resets the current position with nd_jump_link()).  If the body
597         won't go away until the inode is gone, nothing else is needed;
598         if it needs to be otherwise pinned, arrange for its release by
599         having get_link(..., ..., done) do set_delayed_call(done,
600         destructor, argument).  In that case destructor(argument) will
601         be called once VFS is done with the body you've returned.  May
602         be called in RCU mode; that is indicated by NULL dentry
603         argument.  If request can't be handled without leaving RCU mode,
604         have it return ERR_PTR(-ECHILD).
605
606         If the filesystem stores the symlink target in ->i_link, the
607         VFS may use it directly without calling ->get_link(); however,
608         ->get_link() must still be provided.  ->i_link must not be
609         freed until after an RCU grace period.  Writing to ->i_link
610         post-iget() time requires a 'release' memory barrier.
611
612 ``readlink``
613         this is now just an override for use by readlink(2) for the
614         cases when ->get_link uses nd_jump_link() or object is not in
615         fact a symlink.  Normally filesystems should only implement
616         ->get_link for symlinks and readlink(2) will automatically use
617         that.
618
619 ``permission``
620         called by the VFS to check for access rights on a POSIX-like
621         filesystem.
622
623         May be called in rcu-walk mode (mask & MAY_NOT_BLOCK).  If in
624         rcu-walk mode, the filesystem must check the permission without
625         blocking or storing to the inode.
626
627         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle,
628         return
629         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
630
631 ``setattr``
632         called by the VFS to set attributes for a file.  This method is
633         called by chmod(2) and related system calls.
634
635 ``getattr``
636         called by the VFS to get attributes of a file.  This method is
637         called by stat(2) and related system calls.
638
639 ``listxattr``
640         called by the VFS to list all extended attributes for a given
641         file.  This method is called by the listxattr(2) system call.
642
643 ``update_time``
644         called by the VFS to update a specific time or the i_version of
645         an inode.  If this is not defined the VFS will update the inode
646         itself and call mark_inode_dirty_sync.
647
648 ``atomic_open``
649         called on the last component of an open.  Using this optional
650         method the filesystem can look up, possibly create and open the
651         file in one atomic operation.  If it wants to leave actual
652         opening to the caller (e.g. if the file turned out to be a
653         symlink, device, or just something filesystem won't do atomic
654         open for), it may signal this by returning finish_no_open(file,
655         dentry).  This method is only called if the last component is
656         negative or needs lookup.  Cached positive dentries are still
657         handled by f_op->open().  If the file was created, FMODE_CREATED
658         flag should be set in file->f_mode.  In case of O_EXCL the
659         method must only succeed if the file didn't exist and hence
660         FMODE_CREATED shall always be set on success.
661
662 ``tmpfile``
663         called in the end of O_TMPFILE open().  Optional, equivalent to
664         atomically creating, opening and unlinking a file in given
665         directory.  On success needs to return with the file already
666         open; this can be done by calling finish_open_simple() right at
667         the end.
668
669 ``fileattr_get``
670         called on ioctl(FS_IOC_GETFLAGS) and ioctl(FS_IOC_FSGETXATTR) to
671         retrieve miscellaneous file flags and attributes.  Also called
672         before the relevant SET operation to check what is being changed
673         (in this case with i_rwsem locked exclusive).  If unset, then
674         fall back to f_op->ioctl().
675
676 ``fileattr_set``
677         called on ioctl(FS_IOC_SETFLAGS) and ioctl(FS_IOC_FSSETXATTR) to
678         change miscellaneous file flags and attributes.  Callers hold
679         i_rwsem exclusive.  If unset, then fall back to f_op->ioctl().
680
681
682 The Address Space Object
683 ========================
684
685 The address space object is used to group and manage pages in the page
686 cache.  It can be used to keep track of the pages in a file (or anything
687 else) and also track the mapping of sections of the file into process
688 address spaces.
689
690 There are a number of distinct yet related services that an
691 address-space can provide.  These include communicating memory pressure,
692 page lookup by address, and keeping track of pages tagged as Dirty or
693 Writeback.
694
695 The first can be used independently to the others.  The VM can try to
696 either write dirty pages in order to clean them, or release clean pages
697 in order to reuse them.  To do this it can call the ->writepage method
698 on dirty pages, and ->release_folio on clean folios with the private
699 flag set.  Clean pages without PagePrivate and with no external references
700 will be released without notice being given to the address_space.
701
702 To achieve this functionality, pages need to be placed on an LRU with
703 lru_cache_add and mark_page_active needs to be called whenever the page
704 is used.
705
706 Pages are normally kept in a radix tree index by ->index.  This tree
707 maintains information about the PG_Dirty and PG_Writeback status of each
708 page, so that pages with either of these flags can be found quickly.
709
710 The Dirty tag is primarily used by mpage_writepages - the default
711 ->writepages method.  It uses the tag to find dirty pages to call
712 ->writepage on.  If mpage_writepages is not used (i.e. the address
713 provides its own ->writepages) , the PAGECACHE_TAG_DIRTY tag is almost
714 unused.  write_inode_now and sync_inode do use it (through
715 __sync_single_inode) to check if ->writepages has been successful in
716 writing out the whole address_space.
717
718 The Writeback tag is used by filemap*wait* and sync_page* functions, via
719 filemap_fdatawait_range, to wait for all writeback to complete.
720
721 An address_space handler may attach extra information to a page,
722 typically using the 'private' field in the 'struct page'.  If such
723 information is attached, the PG_Private flag should be set.  This will
724 cause various VM routines to make extra calls into the address_space
725 handler to deal with that data.
726
727 An address space acts as an intermediate between storage and
728 application.  Data is read into the address space a whole page at a
729 time, and provided to the application either by copying of the page, or
730 by memory-mapping the page.  Data is written into the address space by
731 the application, and then written-back to storage typically in whole
732 pages, however the address_space has finer control of write sizes.
733
734 The read process essentially only requires 'read_folio'.  The write
735 process is more complicated and uses write_begin/write_end or
736 dirty_folio to write data into the address_space, and writepage and
737 writepages to writeback data to storage.
738
739 Adding and removing pages to/from an address_space is protected by the
740 inode's i_mutex.
741
742 When data is written to a page, the PG_Dirty flag should be set.  It
743 typically remains set until writepage asks for it to be written.  This
744 should clear PG_Dirty and set PG_Writeback.  It can be actually written
745 at any point after PG_Dirty is clear.  Once it is known to be safe,
746 PG_Writeback is cleared.
747
748 Writeback makes use of a writeback_control structure to direct the
749 operations.  This gives the writepage and writepages operations some
750 information about the nature of and reason for the writeback request,
751 and the constraints under which it is being done.  It is also used to
752 return information back to the caller about the result of a writepage or
753 writepages request.
754
755
756 Handling errors during writeback
757 --------------------------------
758
759 Most applications that do buffered I/O will periodically call a file
760 synchronization call (fsync, fdatasync, msync or sync_file_range) to
761 ensure that data written has made it to the backing store.  When there
762 is an error during writeback, they expect that error to be reported when
763 a file sync request is made.  After an error has been reported on one
764 request, subsequent requests on the same file descriptor should return
765 0, unless further writeback errors have occurred since the previous file
766 syncronization.
767
768 Ideally, the kernel would report errors only on file descriptions on
769 which writes were done that subsequently failed to be written back.  The
770 generic pagecache infrastructure does not track the file descriptions
771 that have dirtied each individual page however, so determining which
772 file descriptors should get back an error is not possible.
773
774 Instead, the generic writeback error tracking infrastructure in the
775 kernel settles for reporting errors to fsync on all file descriptions
776 that were open at the time that the error occurred.  In a situation with
777 multiple writers, all of them will get back an error on a subsequent
778 fsync, even if all of the writes done through that particular file
779 descriptor succeeded (or even if there were no writes on that file
780 descriptor at all).
781
782 Filesystems that wish to use this infrastructure should call
783 mapping_set_error to record the error in the address_space when it
784 occurs.  Then, after writing back data from the pagecache in their
785 file->fsync operation, they should call file_check_and_advance_wb_err to
786 ensure that the struct file's error cursor has advanced to the correct
787 point in the stream of errors emitted by the backing device(s).
788
789
790 struct address_space_operations
791 -------------------------------
792
793 This describes how the VFS can manipulate mapping of a file to page
794 cache in your filesystem.  The following members are defined:
795
796 .. code-block:: c
797
798         struct address_space_operations {
799                 int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc);
800                 int (*read_folio)(struct file *, struct folio *);
801                 int (*writepages)(struct address_space *, struct writeback_control *);
802                 bool (*dirty_folio)(struct address_space *, struct folio *);
803                 void (*readahead)(struct readahead_control *);
804                 int (*write_begin)(struct file *, struct address_space *mapping,
805                                    loff_t pos, unsigned len,
806                                 struct page **pagep, void **fsdata);
807                 int (*write_end)(struct file *, struct address_space *mapping,
808                                  loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
809                                  struct page *page, void *fsdata);
810                 sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
811                 void (*invalidate_folio) (struct folio *, size_t start, size_t len);
812                 bool (*release_folio)(struct folio *, gfp_t);
813                 void (*free_folio)(struct folio *);
814                 ssize_t (*direct_IO)(struct kiocb *, struct iov_iter *iter);
815                 int (*migrate_folio)(struct mapping *, struct folio *dst,
816                                 struct folio *src, enum migrate_mode);
817                 int (*launder_folio) (struct folio *);
818
819                 bool (*is_partially_uptodate) (struct folio *, size_t from,
820                                                size_t count);
821                 void (*is_dirty_writeback)(struct folio *, bool *, bool *);
822                 int (*error_remove_page) (struct mapping *mapping, struct page *page);
823                 int (*swap_activate)(struct swap_info_struct *sis, struct file *f, sector_t *span)
824                 int (*swap_deactivate)(struct file *);
825                 int (*swap_rw)(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter);
826         };
827
828 ``writepage``
829         called by the VM to write a dirty page to backing store.  This
830         may happen for data integrity reasons (i.e. 'sync'), or to free
831         up memory (flush).  The difference can be seen in
832         wbc->sync_mode.  The PG_Dirty flag has been cleared and
833         PageLocked is true.  writepage should start writeout, should set
834         PG_Writeback, and should make sure the page is unlocked, either
835         synchronously or asynchronously when the write operation
836         completes.
837
838         If wbc->sync_mode is WB_SYNC_NONE, ->writepage doesn't have to
839         try too hard if there are problems, and may choose to write out
840         other pages from the mapping if that is easier (e.g. due to
841         internal dependencies).  If it chooses not to start writeout, it
842         should return AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE so that the VM will not
843         keep calling ->writepage on that page.
844
845         See the file "Locking" for more details.
846
847 ``read_folio``
848         Called by the page cache to read a folio from the backing store.
849         The 'file' argument supplies authentication information to network
850         filesystems, and is generally not used by block based filesystems.
851         It may be NULL if the caller does not have an open file (eg if
852         the kernel is performing a read for itself rather than on behalf
853         of a userspace process with an open file).
854
855         If the mapping does not support large folios, the folio will
856         contain a single page.  The folio will be locked when read_folio
857         is called.  If the read completes successfully, the folio should
858         be marked uptodate.  The filesystem should unlock the folio
859         once the read has completed, whether it was successful or not.
860         The filesystem does not need to modify the refcount on the folio;
861         the page cache holds a reference count and that will not be
862         released until the folio is unlocked.
863
864         Filesystems may implement ->read_folio() synchronously.
865         In normal operation, folios are read through the ->readahead()
866         method.  Only if this fails, or if the caller needs to wait for
867         the read to complete will the page cache call ->read_folio().
868         Filesystems should not attempt to perform their own readahead
869         in the ->read_folio() operation.
870
871         If the filesystem cannot perform the read at this time, it can
872         unlock the folio, do whatever action it needs to ensure that the
873         read will succeed in the future and return AOP_TRUNCATED_PAGE.
874         In this case, the caller should look up the folio, lock it,
875         and call ->read_folio again.
876
877         Callers may invoke the ->read_folio() method directly, but using
878         read_mapping_folio() will take care of locking, waiting for the
879         read to complete and handle cases such as AOP_TRUNCATED_PAGE.
880
881 ``writepages``
882         called by the VM to write out pages associated with the
883         address_space object.  If wbc->sync_mode is WB_SYNC_ALL, then
884         the writeback_control will specify a range of pages that must be
885         written out.  If it is WB_SYNC_NONE, then a nr_to_write is
886         given and that many pages should be written if possible.  If no
887         ->writepages is given, then mpage_writepages is used instead.
888         This will choose pages from the address space that are tagged as
889         DIRTY and will pass them to ->writepage.
890
891 ``dirty_folio``
892         called by the VM to mark a folio as dirty.  This is particularly
893         needed if an address space attaches private data to a folio, and
894         that data needs to be updated when a folio is dirtied.  This is
895         called, for example, when a memory mapped page gets modified.
896         If defined, it should set the folio dirty flag, and the
897         PAGECACHE_TAG_DIRTY search mark in i_pages.
898
899 ``readahead``
900         Called by the VM to read pages associated with the address_space
901         object.  The pages are consecutive in the page cache and are
902         locked.  The implementation should decrement the page refcount
903         after starting I/O on each page.  Usually the page will be
904         unlocked by the I/O completion handler.  The set of pages are
905         divided into some sync pages followed by some async pages,
906         rac->ra->async_size gives the number of async pages.  The
907         filesystem should attempt to read all sync pages but may decide
908         to stop once it reaches the async pages.  If it does decide to
909         stop attempting I/O, it can simply return.  The caller will
910         remove the remaining pages from the address space, unlock them
911         and decrement the page refcount.  Set PageUptodate if the I/O
912         completes successfully.  Setting PageError on any page will be
913         ignored; simply unlock the page if an I/O error occurs.
914
915 ``write_begin``
916         Called by the generic buffered write code to ask the filesystem
917         to prepare to write len bytes at the given offset in the file.
918         The address_space should check that the write will be able to
919         complete, by allocating space if necessary and doing any other
920         internal housekeeping.  If the write will update parts of any
921         basic-blocks on storage, then those blocks should be pre-read
922         (if they haven't been read already) so that the updated blocks
923         can be written out properly.
924
925         The filesystem must return the locked pagecache page for the
926         specified offset, in ``*pagep``, for the caller to write into.
927
928         It must be able to cope with short writes (where the length
929         passed to write_begin is greater than the number of bytes copied
930         into the page).
931
932         A void * may be returned in fsdata, which then gets passed into
933         write_end.
934
935         Returns 0 on success; < 0 on failure (which is the error code),
936         in which case write_end is not called.
937
938 ``write_end``
939         After a successful write_begin, and data copy, write_end must be
940         called.  len is the original len passed to write_begin, and
941         copied is the amount that was able to be copied.
942
943         The filesystem must take care of unlocking the page and
944         releasing it refcount, and updating i_size.
945
946         Returns < 0 on failure, otherwise the number of bytes (<=
947         'copied') that were able to be copied into pagecache.
948
949 ``bmap``
950         called by the VFS to map a logical block offset within object to
951         physical block number.  This method is used by the FIBMAP ioctl
952         and for working with swap-files.  To be able to swap to a file,
953         the file must have a stable mapping to a block device.  The swap
954         system does not go through the filesystem but instead uses bmap
955         to find out where the blocks in the file are and uses those
956         addresses directly.
957
958 ``invalidate_folio``
959         If a folio has private data, then invalidate_folio will be
960         called when part or all of the folio is to be removed from the
961         address space.  This generally corresponds to either a
962         truncation, punch hole or a complete invalidation of the address
963         space (in the latter case 'offset' will always be 0 and 'length'
964         will be folio_size()).  Any private data associated with the folio
965         should be updated to reflect this truncation.  If offset is 0
966         and length is folio_size(), then the private data should be
967         released, because the folio must be able to be completely
968         discarded.  This may be done by calling the ->release_folio
969         function, but in this case the release MUST succeed.
970
971 ``release_folio``
972         release_folio is called on folios with private data to tell the
973         filesystem that the folio is about to be freed.  ->release_folio
974         should remove any private data from the folio and clear the
975         private flag.  If release_folio() fails, it should return false.
976         release_folio() is used in two distinct though related cases.
977         The first is when the VM wants to free a clean folio with no
978         active users.  If ->release_folio succeeds, the folio will be
979         removed from the address_space and be freed.
980
981         The second case is when a request has been made to invalidate
982         some or all folios in an address_space.  This can happen
983         through the fadvise(POSIX_FADV_DONTNEED) system call or by the
984         filesystem explicitly requesting it as nfs and 9p do (when they
985         believe the cache may be out of date with storage) by calling
986         invalidate_inode_pages2().  If the filesystem makes such a call,
987         and needs to be certain that all folios are invalidated, then
988         its release_folio will need to ensure this.  Possibly it can
989         clear the uptodate flag if it cannot free private data yet.
990
991 ``free_folio``
992         free_folio is called once the folio is no longer visible in the
993         page cache in order to allow the cleanup of any private data.
994         Since it may be called by the memory reclaimer, it should not
995         assume that the original address_space mapping still exists, and
996         it should not block.
997
998 ``direct_IO``
999         called by the generic read/write routines to perform direct_IO -
1000         that is IO requests which bypass the page cache and transfer
1001         data directly between the storage and the application's address
1002         space.
1003
1004 ``migrate_folio``
1005         This is used to compact the physical memory usage.  If the VM
1006         wants to relocate a folio (maybe from a memory device that is
1007         signalling imminent failure) it will pass a new folio and an old
1008         folio to this function.  migrate_folio should transfer any private
1009         data across and update any references that it has to the folio.
1010
1011 ``launder_folio``
1012         Called before freeing a folio - it writes back the dirty folio.
1013         To prevent redirtying the folio, it is kept locked during the
1014         whole operation.
1015
1016 ``is_partially_uptodate``
1017         Called by the VM when reading a file through the pagecache when
1018         the underlying blocksize is smaller than the size of the folio.
1019         If the required block is up to date then the read can complete
1020         without needing I/O to bring the whole page up to date.
1021
1022 ``is_dirty_writeback``
1023         Called by the VM when attempting to reclaim a folio.  The VM uses
1024         dirty and writeback information to determine if it needs to
1025         stall to allow flushers a chance to complete some IO.
1026         Ordinarily it can use folio_test_dirty and folio_test_writeback but
1027         some filesystems have more complex state (unstable folios in NFS
1028         prevent reclaim) or do not set those flags due to locking
1029         problems.  This callback allows a filesystem to indicate to the
1030         VM if a folio should be treated as dirty or writeback for the
1031         purposes of stalling.
1032
1033 ``error_remove_page``
1034         normally set to generic_error_remove_page if truncation is ok
1035         for this address space.  Used for memory failure handling.
1036         Setting this implies you deal with pages going away under you,
1037         unless you have them locked or reference counts increased.
1038
1039 ``swap_activate``
1040
1041         Called to prepare the given file for swap.  It should perform
1042         any validation and preparation necessary to ensure that writes
1043         can be performed with minimal memory allocation.  It should call
1044         add_swap_extent(), or the helper iomap_swapfile_activate(), and
1045         return the number of extents added.  If IO should be submitted
1046         through ->swap_rw(), it should set SWP_FS_OPS, otherwise IO will
1047         be submitted directly to the block device ``sis->bdev``.
1048
1049 ``swap_deactivate``
1050         Called during swapoff on files where swap_activate was
1051         successful.
1052
1053 ``swap_rw``
1054         Called to read or write swap pages when SWP_FS_OPS is set.
1055
1056 The File Object
1057 ===============
1058
1059 A file object represents a file opened by a process.  This is also known
1060 as an "open file description" in POSIX parlance.
1061
1062
1063 struct file_operations
1064 ----------------------
1065
1066 This describes how the VFS can manipulate an open file.  As of kernel
1067 4.18, the following members are defined:
1068
1069 .. code-block:: c
1070
1071         struct file_operations {
1072                 struct module *owner;
1073                 loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
1074                 ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
1075                 ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
1076                 ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
1077                 ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
1078                 int (*iopoll)(struct kiocb *kiocb, bool spin);
1079                 int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
1080                 int (*iterate_shared) (struct file *, struct dir_context *);
1081                 __poll_t (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
1082                 long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
1083                 long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
1084                 int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
1085                 int (*open) (struct inode *, struct file *);
1086                 int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
1087                 int (*release) (struct inode *, struct file *);
1088                 int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
1089                 int (*fasync) (int, struct file *, int);
1090                 int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
1091                 unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
1092                 int (*check_flags)(int);
1093                 int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
1094                 ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
1095                 ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
1096                 int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **, void **);
1097                 long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,
1098                                   loff_t len);
1099                 void (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f);
1100         #ifndef CONFIG_MMU
1101                 unsigned (*mmap_capabilities)(struct file *);
1102         #endif
1103                 ssize_t (*copy_file_range)(struct file *, loff_t, struct file *, loff_t, size_t, unsigned int);
1104                 loff_t (*remap_file_range)(struct file *file_in, loff_t pos_in,
1105                                            struct file *file_out, loff_t pos_out,
1106                                            loff_t len, unsigned int remap_flags);
1107                 int (*fadvise)(struct file *, loff_t, loff_t, int);
1108         };
1109
1110 Again, all methods are called without any locks being held, unless
1111 otherwise noted.
1112
1113 ``llseek``
1114         called when the VFS needs to move the file position index
1115
1116 ``read``
1117         called by read(2) and related system calls
1118
1119 ``read_iter``
1120         possibly asynchronous read with iov_iter as destination
1121
1122 ``write``
1123         called by write(2) and related system calls
1124
1125 ``write_iter``
1126         possibly asynchronous write with iov_iter as source
1127
1128 ``iopoll``
1129         called when aio wants to poll for completions on HIPRI iocbs
1130
1131 ``iterate``
1132         called when the VFS needs to read the directory contents
1133
1134 ``iterate_shared``
1135         called when the VFS needs to read the directory contents when
1136         filesystem supports concurrent dir iterators
1137
1138 ``poll``
1139         called by the VFS when a process wants to check if there is
1140         activity on this file and (optionally) go to sleep until there
1141         is activity.  Called by the select(2) and poll(2) system calls
1142
1143 ``unlocked_ioctl``
1144         called by the ioctl(2) system call.
1145
1146 ``compat_ioctl``
1147         called by the ioctl(2) system call when 32 bit system calls are
1148          used on 64 bit kernels.
1149
1150 ``mmap``
1151         called by the mmap(2) system call
1152
1153 ``open``
1154         called by the VFS when an inode should be opened.  When the VFS
1155         opens a file, it creates a new "struct file".  It then calls the
1156         open method for the newly allocated file structure.  You might
1157         think that the open method really belongs in "struct
1158         inode_operations", and you may be right.  I think it's done the
1159         way it is because it makes filesystems simpler to implement.
1160         The open() method is a good place to initialize the
1161         "private_data" member in the file structure if you want to point
1162         to a device structure
1163
1164 ``flush``
1165         called by the close(2) system call to flush a file
1166
1167 ``release``
1168         called when the last reference to an open file is closed
1169
1170 ``fsync``
1171         called by the fsync(2) system call.  Also see the section above
1172         entitled "Handling errors during writeback".
1173
1174 ``fasync``
1175         called by the fcntl(2) system call when asynchronous
1176         (non-blocking) mode is enabled for a file
1177
1178 ``lock``
1179         called by the fcntl(2) system call for F_GETLK, F_SETLK, and
1180         F_SETLKW commands
1181
1182 ``get_unmapped_area``
1183         called by the mmap(2) system call
1184
1185 ``check_flags``
1186         called by the fcntl(2) system call for F_SETFL command
1187
1188 ``flock``
1189         called by the flock(2) system call
1190
1191 ``splice_write``
1192         called by the VFS to splice data from a pipe to a file.  This
1193         method is used by the splice(2) system call
1194
1195 ``splice_read``
1196         called by the VFS to splice data from file to a pipe.  This
1197         method is used by the splice(2) system call
1198
1199 ``setlease``
1200         called by the VFS to set or release a file lock lease.  setlease
1201         implementations should call generic_setlease to record or remove
1202         the lease in the inode after setting it.
1203
1204 ``fallocate``
1205         called by the VFS to preallocate blocks or punch a hole.
1206
1207 ``copy_file_range``
1208         called by the copy_file_range(2) system call.
1209
1210 ``remap_file_range``
1211         called by the ioctl(2) system call for FICLONERANGE and FICLONE
1212         and FIDEDUPERANGE commands to remap file ranges.  An
1213         implementation should remap len bytes at pos_in of the source
1214         file into the dest file at pos_out.  Implementations must handle
1215         callers passing in len == 0; this means "remap to the end of the
1216         source file".  The return value should the number of bytes
1217         remapped, or the usual negative error code if errors occurred
1218         before any bytes were remapped.  The remap_flags parameter
1219         accepts REMAP_FILE_* flags.  If REMAP_FILE_DEDUP is set then the
1220         implementation must only remap if the requested file ranges have
1221         identical contents.  If REMAP_FILE_CAN_SHORTEN is set, the caller is
1222         ok with the implementation shortening the request length to
1223         satisfy alignment or EOF requirements (or any other reason).
1224
1225 ``fadvise``
1226         possibly called by the fadvise64() system call.
1227
1228 Note that the file operations are implemented by the specific
1229 filesystem in which the inode resides.  When opening a device node
1230 (character or block special) most filesystems will call special
1231 support routines in the VFS which will locate the required device
1232 driver information.  These support routines replace the filesystem file
1233 operations with those for the device driver, and then proceed to call
1234 the new open() method for the file.  This is how opening a device file
1235 in the filesystem eventually ends up calling the device driver open()
1236 method.
1237
1238
1239 Directory Entry Cache (dcache)
1240 ==============================
1241
1242
1243 struct dentry_operations
1244 ------------------------
1245
1246 This describes how a filesystem can overload the standard dentry
1247 operations.  Dentries and the dcache are the domain of the VFS and the
1248 individual filesystem implementations.  Device drivers have no business
1249 here.  These methods may be set to NULL, as they are either optional or
1250 the VFS uses a default.  As of kernel 2.6.22, the following members are
1251 defined:
1252
1253 .. code-block:: c
1254
1255         struct dentry_operations {
1256                 int (*d_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
1257                 int (*d_weak_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
1258                 int (*d_hash)(const struct dentry *, struct qstr *);
1259                 int (*d_compare)(const struct dentry *,
1260                                  unsigned int, const char *, const struct qstr *);
1261                 int (*d_delete)(const struct dentry *);
1262                 int (*d_init)(struct dentry *);
1263                 void (*d_release)(struct dentry *);
1264                 void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
1265                 char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
1266                 struct vfsmount *(*d_automount)(struct path *);
1267                 int (*d_manage)(const struct path *, bool);
1268                 struct dentry *(*d_real)(struct dentry *, const struct inode *);
1269         };
1270
1271 ``d_revalidate``
1272         called when the VFS needs to revalidate a dentry.  This is
1273         called whenever a name look-up finds a dentry in the dcache.
1274         Most local filesystems leave this as NULL, because all their
1275         dentries in the dcache are valid.  Network filesystems are
1276         different since things can change on the server without the
1277         client necessarily being aware of it.
1278
1279         This function should return a positive value if the dentry is
1280         still valid, and zero or a negative error code if it isn't.
1281
1282         d_revalidate may be called in rcu-walk mode (flags &
1283         LOOKUP_RCU).  If in rcu-walk mode, the filesystem must
1284         revalidate the dentry without blocking or storing to the dentry,
1285         d_parent and d_inode should not be used without care (because
1286         they can change and, in d_inode case, even become NULL under
1287         us).
1288
1289         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle,
1290         return
1291         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
1292
1293 ``d_weak_revalidate``
1294         called when the VFS needs to revalidate a "jumped" dentry.  This
1295         is called when a path-walk ends at dentry that was not acquired
1296         by doing a lookup in the parent directory.  This includes "/",
1297         "." and "..", as well as procfs-style symlinks and mountpoint
1298         traversal.
1299
1300         In this case, we are less concerned with whether the dentry is
1301         still fully correct, but rather that the inode is still valid.
1302         As with d_revalidate, most local filesystems will set this to
1303         NULL since their dcache entries are always valid.
1304
1305         This function has the same return code semantics as
1306         d_revalidate.
1307
1308         d_weak_revalidate is only called after leaving rcu-walk mode.
1309
1310 ``d_hash``
1311         called when the VFS adds a dentry to the hash table.  The first
1312         dentry passed to d_hash is the parent directory that the name is
1313         to be hashed into.
1314
1315         Same locking and synchronisation rules as d_compare regarding
1316         what is safe to dereference etc.
1317
1318 ``d_compare``
1319         called to compare a dentry name with a given name.  The first
1320         dentry is the parent of the dentry to be compared, the second is
1321         the child dentry.  len and name string are properties of the
1322         dentry to be compared.  qstr is the name to compare it with.
1323
1324         Must be constant and idempotent, and should not take locks if
1325         possible, and should not or store into the dentry.  Should not
1326         dereference pointers outside the dentry without lots of care
1327         (eg.  d_parent, d_inode, d_name should not be used).
1328
1329         However, our vfsmount is pinned, and RCU held, so the dentries
1330         and inodes won't disappear, neither will our sb or filesystem
1331         module.  ->d_sb may be used.
1332
1333         It is a tricky calling convention because it needs to be called
1334         under "rcu-walk", ie. without any locks or references on things.
1335
1336 ``d_delete``
1337         called when the last reference to a dentry is dropped and the
1338         dcache is deciding whether or not to cache it.  Return 1 to
1339         delete immediately, or 0 to cache the dentry.  Default is NULL
1340         which means to always cache a reachable dentry.  d_delete must
1341         be constant and idempotent.
1342
1343 ``d_init``
1344         called when a dentry is allocated
1345
1346 ``d_release``
1347         called when a dentry is really deallocated
1348
1349 ``d_iput``
1350         called when a dentry loses its inode (just prior to its being
1351         deallocated).  The default when this is NULL is that the VFS
1352         calls iput().  If you define this method, you must call iput()
1353         yourself
1354
1355 ``d_dname``
1356         called when the pathname of a dentry should be generated.
1357         Useful for some pseudo filesystems (sockfs, pipefs, ...) to
1358         delay pathname generation.  (Instead of doing it when dentry is
1359         created, it's done only when the path is needed.).  Real
1360         filesystems probably dont want to use it, because their dentries
1361         are present in global dcache hash, so their hash should be an
1362         invariant.  As no lock is held, d_dname() should not try to
1363         modify the dentry itself, unless appropriate SMP safety is used.
1364         CAUTION : d_path() logic is quite tricky.  The correct way to
1365         return for example "Hello" is to put it at the end of the
1366         buffer, and returns a pointer to the first char.
1367         dynamic_dname() helper function is provided to take care of
1368         this.
1369
1370         Example :
1371
1372 .. code-block:: c
1373
1374         static char *pipefs_dname(struct dentry *dent, char *buffer, int buflen)
1375         {
1376                 return dynamic_dname(dentry, buffer, buflen, "pipe:[%lu]",
1377                                 dentry->d_inode->i_ino);
1378         }
1379
1380 ``d_automount``
1381         called when an automount dentry is to be traversed (optional).
1382         This should create a new VFS mount record and return the record
1383         to the caller.  The caller is supplied with a path parameter
1384         giving the automount directory to describe the automount target
1385         and the parent VFS mount record to provide inheritable mount
1386         parameters.  NULL should be returned if someone else managed to
1387         make the automount first.  If the vfsmount creation failed, then
1388         an error code should be returned.  If -EISDIR is returned, then
1389         the directory will be treated as an ordinary directory and
1390         returned to pathwalk to continue walking.
1391
1392         If a vfsmount is returned, the caller will attempt to mount it
1393         on the mountpoint and will remove the vfsmount from its
1394         expiration list in the case of failure.  The vfsmount should be
1395         returned with 2 refs on it to prevent automatic expiration - the
1396         caller will clean up the additional ref.
1397
1398         This function is only used if DCACHE_NEED_AUTOMOUNT is set on
1399         the dentry.  This is set by __d_instantiate() if S_AUTOMOUNT is
1400         set on the inode being added.
1401
1402 ``d_manage``
1403         called to allow the filesystem to manage the transition from a
1404         dentry (optional).  This allows autofs, for example, to hold up
1405         clients waiting to explore behind a 'mountpoint' while letting
1406         the daemon go past and construct the subtree there.  0 should be
1407         returned to let the calling process continue.  -EISDIR can be
1408         returned to tell pathwalk to use this directory as an ordinary
1409         directory and to ignore anything mounted on it and not to check
1410         the automount flag.  Any other error code will abort pathwalk
1411         completely.
1412
1413         If the 'rcu_walk' parameter is true, then the caller is doing a
1414         pathwalk in RCU-walk mode.  Sleeping is not permitted in this
1415         mode, and the caller can be asked to leave it and call again by
1416         returning -ECHILD.  -EISDIR may also be returned to tell
1417         pathwalk to ignore d_automount or any mounts.
1418
1419         This function is only used if DCACHE_MANAGE_TRANSIT is set on
1420         the dentry being transited from.
1421
1422 ``d_real``
1423         overlay/union type filesystems implement this method to return
1424         one of the underlying dentries hidden by the overlay.  It is
1425         used in two different modes:
1426
1427         Called from file_dentry() it returns the real dentry matching
1428         the inode argument.  The real dentry may be from a lower layer
1429         already copied up, but still referenced from the file.  This
1430         mode is selected with a non-NULL inode argument.
1431
1432         With NULL inode the topmost real underlying dentry is returned.
1433
1434 Each dentry has a pointer to its parent dentry, as well as a hash list
1435 of child dentries.  Child dentries are basically like files in a
1436 directory.
1437
1438
1439 Directory Entry Cache API
1440 --------------------------
1441
1442 There are a number of functions defined which permit a filesystem to
1443 manipulate dentries:
1444
1445 ``dget``
1446         open a new handle for an existing dentry (this just increments
1447         the usage count)
1448
1449 ``dput``
1450         close a handle for a dentry (decrements the usage count).  If
1451         the usage count drops to 0, and the dentry is still in its
1452         parent's hash, the "d_delete" method is called to check whether
1453         it should be cached.  If it should not be cached, or if the
1454         dentry is not hashed, it is deleted.  Otherwise cached dentries
1455         are put into an LRU list to be reclaimed on memory shortage.
1456
1457 ``d_drop``
1458         this unhashes a dentry from its parents hash list.  A subsequent
1459         call to dput() will deallocate the dentry if its usage count
1460         drops to 0
1461
1462 ``d_delete``
1463         delete a dentry.  If there are no other open references to the
1464         dentry then the dentry is turned into a negative dentry (the
1465         d_iput() method is called).  If there are other references, then
1466         d_drop() is called instead
1467
1468 ``d_add``
1469         add a dentry to its parents hash list and then calls
1470         d_instantiate()
1471
1472 ``d_instantiate``
1473         add a dentry to the alias hash list for the inode and updates
1474         the "d_inode" member.  The "i_count" member in the inode
1475         structure should be set/incremented.  If the inode pointer is
1476         NULL, the dentry is called a "negative dentry".  This function
1477         is commonly called when an inode is created for an existing
1478         negative dentry
1479
1480 ``d_lookup``
1481         look up a dentry given its parent and path name component It
1482         looks up the child of that given name from the dcache hash
1483         table.  If it is found, the reference count is incremented and
1484         the dentry is returned.  The caller must use dput() to free the
1485         dentry when it finishes using it.
1486
1487
1488 Mount Options
1489 =============
1490
1491
1492 Parsing options
1493 ---------------
1494
1495 On mount and remount the filesystem is passed a string containing a
1496 comma separated list of mount options.  The options can have either of
1497 these forms:
1498
1499   option
1500   option=value
1501
1502 The <linux/parser.h> header defines an API that helps parse these
1503 options.  There are plenty of examples on how to use it in existing
1504 filesystems.
1505
1506
1507 Showing options
1508 ---------------
1509
1510 If a filesystem accepts mount options, it must define show_options() to
1511 show all the currently active options.  The rules are:
1512
1513   - options MUST be shown which are not default or their values differ
1514     from the default
1515
1516   - options MAY be shown which are enabled by default or have their
1517     default value
1518
1519 Options used only internally between a mount helper and the kernel (such
1520 as file descriptors), or which only have an effect during the mounting
1521 (such as ones controlling the creation of a journal) are exempt from the
1522 above rules.
1523
1524 The underlying reason for the above rules is to make sure, that a mount
1525 can be accurately replicated (e.g. umounting and mounting again) based
1526 on the information found in /proc/mounts.
1527
1528
1529 Resources
1530 =========
1531
1532 (Note some of these resources are not up-to-date with the latest kernel
1533  version.)
1534
1535 Creating Linux virtual filesystems. 2002
1536     <https://lwn.net/Articles/13325/>
1537
1538 The Linux Virtual File-system Layer by Neil Brown. 1999
1539     <http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/oss/linux-commentary/vfs.html>
1540
1541 A tour of the Linux VFS by Michael K. Johnson. 1996
1542     <https://www.tldp.org/LDP/khg/HyperNews/get/fs/vfstour.html>
1543
1544 A small trail through the Linux kernel by Andries Brouwer. 2001
1545     <https://www.win.tue.nl/~aeb/linux/vfs/trail.html>