Merge tag 'idmapped-mounts-v5.12' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[platform/kernel/linux-rpi.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.  As of kernel 2.6.39, 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                 struct dentry *(*mount) (struct file_system_type *, int,
119                                          const char *, void *);
120                 void (*kill_sb) (struct super_block *);
121                 struct module *owner;
122                 struct file_system_type * next;
123                 struct list_head fs_supers;
124                 struct lock_class_key s_lock_key;
125                 struct lock_class_key s_umount_key;
126         };
127
128 ``name``
129         the name of the filesystem type, such as "ext2", "iso9660",
130         "msdos" and so on
131
132 ``fs_flags``
133         various flags (i.e. FS_REQUIRES_DEV, FS_NO_DCACHE, etc.)
134
135 ``mount``
136         the method to call when a new instance of this filesystem should
137         be mounted
138
139 ``kill_sb``
140         the method to call when an instance of this filesystem should be
141         shut down
142
143
144 ``owner``
145         for internal VFS use: you should initialize this to THIS_MODULE
146         in most cases.
147
148 ``next``
149         for internal VFS use: you should initialize this to NULL
150
151   s_lock_key, s_umount_key: lockdep-specific
152
153 The mount() method has the following arguments:
154
155 ``struct file_system_type *fs_type``
156         describes the filesystem, partly initialized by the specific
157         filesystem code
158
159 ``int flags``
160         mount flags
161
162 ``const char *dev_name``
163         the device name we are mounting.
164
165 ``void *data``
166         arbitrary mount options, usually comes as an ASCII string (see
167         "Mount Options" section)
168
169 The mount() method must return the root dentry of the tree requested by
170 caller.  An active reference to its superblock must be grabbed and the
171 superblock must be locked.  On failure it should return ERR_PTR(error).
172
173 The arguments match those of mount(2) and their interpretation depends
174 on filesystem type.  E.g. for block filesystems, dev_name is interpreted
175 as block device name, that device is opened and if it contains a
176 suitable filesystem image the method creates and initializes struct
177 super_block accordingly, returning its root dentry to caller.
178
179 ->mount() may choose to return a subtree of existing filesystem - it
180 doesn't have to create a new one.  The main result from the caller's
181 point of view is a reference to dentry at the root of (sub)tree to be
182 attached; creation of new superblock is a common side effect.
183
184 The most interesting member of the superblock structure that the mount()
185 method fills in is the "s_op" field.  This is a pointer to a "struct
186 super_operations" which describes the next level of the filesystem
187 implementation.
188
189 Usually, a filesystem uses one of the generic mount() implementations
190 and provides a fill_super() callback instead.  The generic variants are:
191
192 ``mount_bdev``
193         mount a filesystem residing on a block device
194
195 ``mount_nodev``
196         mount a filesystem that is not backed by a device
197
198 ``mount_single``
199         mount a filesystem which shares the instance between all mounts
200
201 A fill_super() callback implementation has the following arguments:
202
203 ``struct super_block *sb``
204         the superblock structure.  The callback must initialize this
205         properly.
206
207 ``void *data``
208         arbitrary mount options, usually comes as an ASCII string (see
209         "Mount Options" section)
210
211 ``int silent``
212         whether or not to be silent on error
213
214
215 The Superblock Object
216 =====================
217
218 A superblock object represents a mounted filesystem.
219
220
221 struct super_operations
222 -----------------------
223
224 This describes how the VFS can manipulate the superblock of your
225 filesystem.  As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
226
227 .. code-block:: c
228
229         struct super_operations {
230                 struct inode *(*alloc_inode)(struct super_block *sb);
231                 void (*destroy_inode)(struct inode *);
232
233                 void (*dirty_inode) (struct inode *, int flags);
234                 int (*write_inode) (struct inode *, int);
235                 void (*drop_inode) (struct inode *);
236                 void (*delete_inode) (struct inode *);
237                 void (*put_super) (struct super_block *);
238                 int (*sync_fs)(struct super_block *sb, int wait);
239                 int (*freeze_fs) (struct super_block *);
240                 int (*unfreeze_fs) (struct super_block *);
241                 int (*statfs) (struct dentry *, struct kstatfs *);
242                 int (*remount_fs) (struct super_block *, int *, char *);
243                 void (*clear_inode) (struct inode *);
244                 void (*umount_begin) (struct super_block *);
245
246                 int (*show_options)(struct seq_file *, struct dentry *);
247
248                 ssize_t (*quota_read)(struct super_block *, int, char *, size_t, loff_t);
249                 ssize_t (*quota_write)(struct super_block *, int, const char *, size_t, loff_t);
250                 int (*nr_cached_objects)(struct super_block *);
251                 void (*free_cached_objects)(struct super_block *, int);
252         };
253
254 All methods are called without any locks being held, unless otherwise
255 noted.  This means that most methods can block safely.  All methods are
256 only called from a process context (i.e. not from an interrupt handler
257 or bottom half).
258
259 ``alloc_inode``
260         this method is called by alloc_inode() to allocate memory for
261         struct inode and initialize it.  If this function is not
262         defined, a simple 'struct inode' is allocated.  Normally
263         alloc_inode will be used to allocate a larger structure which
264         contains a 'struct inode' embedded within it.
265
266 ``destroy_inode``
267         this method is called by destroy_inode() to release resources
268         allocated for struct inode.  It is only required if
269         ->alloc_inode was defined and simply undoes anything done by
270         ->alloc_inode.
271
272 ``dirty_inode``
273         this method is called by the VFS when an inode is marked dirty.
274         This is specifically for the inode itself being marked dirty,
275         not its data.  If the update needs to be persisted by fdatasync(),
276         then I_DIRTY_DATASYNC will be set in the flags argument.
277
278 ``write_inode``
279         this method is called when the VFS needs to write an inode to
280         disc.  The second parameter indicates whether the write should
281         be synchronous or not, not all filesystems check this flag.
282
283 ``drop_inode``
284         called when the last access to the inode is dropped, with the
285         inode->i_lock spinlock held.
286
287         This method should be either NULL (normal UNIX filesystem
288         semantics) or "generic_delete_inode" (for filesystems that do
289         not want to cache inodes - causing "delete_inode" to always be
290         called regardless of the value of i_nlink)
291
292         The "generic_delete_inode()" behavior is equivalent to the old
293         practice of using "force_delete" in the put_inode() case, but
294         does not have the races that the "force_delete()" approach had.
295
296 ``delete_inode``
297         called when the VFS wants to delete an inode
298
299 ``put_super``
300         called when the VFS wishes to free the superblock
301         (i.e. unmount).  This is called with the superblock lock held
302
303 ``sync_fs``
304         called when VFS is writing out all dirty data associated with a
305         superblock.  The second parameter indicates whether the method
306         should wait until the write out has been completed.  Optional.
307
308 ``freeze_fs``
309         called when VFS is locking a filesystem and forcing it into a
310         consistent state.  This method is currently used by the Logical
311         Volume Manager (LVM).
312
313 ``unfreeze_fs``
314         called when VFS is unlocking a filesystem and making it writable
315         again.
316
317 ``statfs``
318         called when the VFS needs to get filesystem statistics.
319
320 ``remount_fs``
321         called when the filesystem is remounted.  This is called with
322         the kernel lock held
323
324 ``clear_inode``
325         called then the VFS clears the inode.  Optional
326
327 ``umount_begin``
328         called when the VFS is unmounting a filesystem.
329
330 ``show_options``
331         called by the VFS to show mount options for /proc/<pid>/mounts.
332         (see "Mount Options" section)
333
334 ``quota_read``
335         called by the VFS to read from filesystem quota file.
336
337 ``quota_write``
338         called by the VFS to write to filesystem quota file.
339
340 ``nr_cached_objects``
341         called by the sb cache shrinking function for the filesystem to
342         return the number of freeable cached objects it contains.
343         Optional.
344
345 ``free_cache_objects``
346         called by the sb cache shrinking function for the filesystem to
347         scan the number of objects indicated to try to free them.
348         Optional, but any filesystem implementing this method needs to
349         also implement ->nr_cached_objects for it to be called
350         correctly.
351
352         We can't do anything with any errors that the filesystem might
353         encountered, hence the void return type.  This will never be
354         called if the VM is trying to reclaim under GFP_NOFS conditions,
355         hence this method does not need to handle that situation itself.
356
357         Implementations must include conditional reschedule calls inside
358         any scanning loop that is done.  This allows the VFS to
359         determine appropriate scan batch sizes without having to worry
360         about whether implementations will cause holdoff problems due to
361         large scan batch sizes.
362
363 Whoever sets up the inode is responsible for filling in the "i_op"
364 field.  This is a pointer to a "struct inode_operations" which describes
365 the methods that can be performed on individual inodes.
366
367
368 struct xattr_handlers
369 ---------------------
370
371 On filesystems that support extended attributes (xattrs), the s_xattr
372 superblock field points to a NULL-terminated array of xattr handlers.
373 Extended attributes are name:value pairs.
374
375 ``name``
376         Indicates that the handler matches attributes with the specified
377         name (such as "system.posix_acl_access"); the prefix field must
378         be NULL.
379
380 ``prefix``
381         Indicates that the handler matches all attributes with the
382         specified name prefix (such as "user."); the name field must be
383         NULL.
384
385 ``list``
386         Determine if attributes matching this xattr handler should be
387         listed for a particular dentry.  Used by some listxattr
388         implementations like generic_listxattr.
389
390 ``get``
391         Called by the VFS to get the value of a particular extended
392         attribute.  This method is called by the getxattr(2) system
393         call.
394
395 ``set``
396         Called by the VFS to set the value of a particular extended
397         attribute.  When the new value is NULL, called to remove a
398         particular extended attribute.  This method is called by the
399         setxattr(2) and removexattr(2) system calls.
400
401 When none of the xattr handlers of a filesystem match the specified
402 attribute name or when a filesystem doesn't support extended attributes,
403 the various ``*xattr(2)`` system calls return -EOPNOTSUPP.
404
405
406 The Inode Object
407 ================
408
409 An inode object represents an object within the filesystem.
410
411
412 struct inode_operations
413 -----------------------
414
415 This describes how the VFS can manipulate an inode in your filesystem.
416 As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
417
418 .. code-block:: c
419
420         struct inode_operations {
421                 int (*create) (struct user_namespace *, struct inode *,struct dentry *, umode_t, bool);
422                 struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, unsigned int);
423                 int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);
424                 int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);
425                 int (*symlink) (struct user_namespace *, struct inode *,struct dentry *,const char *);
426                 int (*mkdir) (struct user_namespace *, struct inode *,struct dentry *,umode_t);
427                 int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);
428                 int (*mknod) (struct user_namespace *, struct inode *,struct dentry *,umode_t,dev_t);
429                 int (*rename) (struct user_namespace *, struct inode *, struct dentry *,
430                                struct inode *, struct dentry *, unsigned int);
431                 int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);
432                 const char *(*get_link) (struct dentry *, struct inode *,
433                                          struct delayed_call *);
434                 int (*permission) (struct user_namespace *, struct inode *, int);
435                 int (*get_acl)(struct inode *, int);
436                 int (*setattr) (struct user_namespace *, struct dentry *, struct iattr *);
437                 int (*getattr) (struct user_namespace *, const struct path *, struct kstat *, u32, unsigned int);
438                 ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
439                 void (*update_time)(struct inode *, struct timespec *, int);
440                 int (*atomic_open)(struct inode *, struct dentry *, struct file *,
441                                    unsigned open_flag, umode_t create_mode);
442                 int (*tmpfile) (struct user_namespace *, struct inode *, struct dentry *, umode_t);
443                 int (*set_acl)(struct user_namespace *, struct inode *, struct posix_acl *, int);
444         };
445
446 Again, all methods are called without any locks being held, unless
447 otherwise noted.
448
449 ``create``
450         called by the open(2) and creat(2) system calls.  Only required
451         if you want to support regular files.  The dentry you get should
452         not have an inode (i.e. it should be a negative dentry).  Here
453         you will probably call d_instantiate() with the dentry and the
454         newly created inode
455
456 ``lookup``
457         called when the VFS needs to look up an inode in a parent
458         directory.  The name to look for is found in the dentry.  This
459         method must call d_add() to insert the found inode into the
460         dentry.  The "i_count" field in the inode structure should be
461         incremented.  If the named inode does not exist a NULL inode
462         should be inserted into the dentry (this is called a negative
463         dentry).  Returning an error code from this routine must only be
464         done on a real error, otherwise creating inodes with system
465         calls like create(2), mknod(2), mkdir(2) and so on will fail.
466         If you wish to overload the dentry methods then you should
467         initialise the "d_dop" field in the dentry; this is a pointer to
468         a struct "dentry_operations".  This method is called with the
469         directory inode semaphore held
470
471 ``link``
472         called by the link(2) system call.  Only required if you want to
473         support hard links.  You will probably need to call
474         d_instantiate() just as you would in the create() method
475
476 ``unlink``
477         called by the unlink(2) system call.  Only required if you want
478         to support deleting inodes
479
480 ``symlink``
481         called by the symlink(2) system call.  Only required if you want
482         to support symlinks.  You will probably need to call
483         d_instantiate() just as you would in the create() method
484
485 ``mkdir``
486         called by the mkdir(2) system call.  Only required if you want
487         to support creating subdirectories.  You will probably need to
488         call d_instantiate() just as you would in the create() method
489
490 ``rmdir``
491         called by the rmdir(2) system call.  Only required if you want
492         to support deleting subdirectories
493
494 ``mknod``
495         called by the mknod(2) system call to create a device (char,
496         block) inode or a named pipe (FIFO) or socket.  Only required if
497         you want to support creating these types of inodes.  You will
498         probably need to call d_instantiate() just as you would in the
499         create() method
500
501 ``rename``
502         called by the rename(2) system call to rename the object to have
503         the parent and name given by the second inode and dentry.
504
505         The filesystem must return -EINVAL for any unsupported or
506         unknown flags.  Currently the following flags are implemented:
507         (1) RENAME_NOREPLACE: this flag indicates that if the target of
508         the rename exists the rename should fail with -EEXIST instead of
509         replacing the target.  The VFS already checks for existence, so
510         for local filesystems the RENAME_NOREPLACE implementation is
511         equivalent to plain rename.
512         (2) RENAME_EXCHANGE: exchange source and target.  Both must
513         exist; this is checked by the VFS.  Unlike plain rename, source
514         and target may be of different type.
515
516 ``get_link``
517         called by the VFS to follow a symbolic link to the inode it
518         points to.  Only required if you want to support symbolic links.
519         This method returns the symlink body to traverse (and possibly
520         resets the current position with nd_jump_link()).  If the body
521         won't go away until the inode is gone, nothing else is needed;
522         if it needs to be otherwise pinned, arrange for its release by
523         having get_link(..., ..., done) do set_delayed_call(done,
524         destructor, argument).  In that case destructor(argument) will
525         be called once VFS is done with the body you've returned.  May
526         be called in RCU mode; that is indicated by NULL dentry
527         argument.  If request can't be handled without leaving RCU mode,
528         have it return ERR_PTR(-ECHILD).
529
530         If the filesystem stores the symlink target in ->i_link, the
531         VFS may use it directly without calling ->get_link(); however,
532         ->get_link() must still be provided.  ->i_link must not be
533         freed until after an RCU grace period.  Writing to ->i_link
534         post-iget() time requires a 'release' memory barrier.
535
536 ``readlink``
537         this is now just an override for use by readlink(2) for the
538         cases when ->get_link uses nd_jump_link() or object is not in
539         fact a symlink.  Normally filesystems should only implement
540         ->get_link for symlinks and readlink(2) will automatically use
541         that.
542
543 ``permission``
544         called by the VFS to check for access rights on a POSIX-like
545         filesystem.
546
547         May be called in rcu-walk mode (mask & MAY_NOT_BLOCK).  If in
548         rcu-walk mode, the filesystem must check the permission without
549         blocking or storing to the inode.
550
551         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle,
552         return
553         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
554
555 ``setattr``
556         called by the VFS to set attributes for a file.  This method is
557         called by chmod(2) and related system calls.
558
559 ``getattr``
560         called by the VFS to get attributes of a file.  This method is
561         called by stat(2) and related system calls.
562
563 ``listxattr``
564         called by the VFS to list all extended attributes for a given
565         file.  This method is called by the listxattr(2) system call.
566
567 ``update_time``
568         called by the VFS to update a specific time or the i_version of
569         an inode.  If this is not defined the VFS will update the inode
570         itself and call mark_inode_dirty_sync.
571
572 ``atomic_open``
573         called on the last component of an open.  Using this optional
574         method the filesystem can look up, possibly create and open the
575         file in one atomic operation.  If it wants to leave actual
576         opening to the caller (e.g. if the file turned out to be a
577         symlink, device, or just something filesystem won't do atomic
578         open for), it may signal this by returning finish_no_open(file,
579         dentry).  This method is only called if the last component is
580         negative or needs lookup.  Cached positive dentries are still
581         handled by f_op->open().  If the file was created, FMODE_CREATED
582         flag should be set in file->f_mode.  In case of O_EXCL the
583         method must only succeed if the file didn't exist and hence
584         FMODE_CREATED shall always be set on success.
585
586 ``tmpfile``
587         called in the end of O_TMPFILE open().  Optional, equivalent to
588         atomically creating, opening and unlinking a file in given
589         directory.
590
591
592 The Address Space Object
593 ========================
594
595 The address space object is used to group and manage pages in the page
596 cache.  It can be used to keep track of the pages in a file (or anything
597 else) and also track the mapping of sections of the file into process
598 address spaces.
599
600 There are a number of distinct yet related services that an
601 address-space can provide.  These include communicating memory pressure,
602 page lookup by address, and keeping track of pages tagged as Dirty or
603 Writeback.
604
605 The first can be used independently to the others.  The VM can try to
606 either write dirty pages in order to clean them, or release clean pages
607 in order to reuse them.  To do this it can call the ->writepage method
608 on dirty pages, and ->releasepage on clean pages with PagePrivate set.
609 Clean pages without PagePrivate and with no external references will be
610 released without notice being given to the address_space.
611
612 To achieve this functionality, pages need to be placed on an LRU with
613 lru_cache_add and mark_page_active needs to be called whenever the page
614 is used.
615
616 Pages are normally kept in a radix tree index by ->index.  This tree
617 maintains information about the PG_Dirty and PG_Writeback status of each
618 page, so that pages with either of these flags can be found quickly.
619
620 The Dirty tag is primarily used by mpage_writepages - the default
621 ->writepages method.  It uses the tag to find dirty pages to call
622 ->writepage on.  If mpage_writepages is not used (i.e. the address
623 provides its own ->writepages) , the PAGECACHE_TAG_DIRTY tag is almost
624 unused.  write_inode_now and sync_inode do use it (through
625 __sync_single_inode) to check if ->writepages has been successful in
626 writing out the whole address_space.
627
628 The Writeback tag is used by filemap*wait* and sync_page* functions, via
629 filemap_fdatawait_range, to wait for all writeback to complete.
630
631 An address_space handler may attach extra information to a page,
632 typically using the 'private' field in the 'struct page'.  If such
633 information is attached, the PG_Private flag should be set.  This will
634 cause various VM routines to make extra calls into the address_space
635 handler to deal with that data.
636
637 An address space acts as an intermediate between storage and
638 application.  Data is read into the address space a whole page at a
639 time, and provided to the application either by copying of the page, or
640 by memory-mapping the page.  Data is written into the address space by
641 the application, and then written-back to storage typically in whole
642 pages, however the address_space has finer control of write sizes.
643
644 The read process essentially only requires 'readpage'.  The write
645 process is more complicated and uses write_begin/write_end or
646 set_page_dirty to write data into the address_space, and writepage and
647 writepages to writeback data to storage.
648
649 Adding and removing pages to/from an address_space is protected by the
650 inode's i_mutex.
651
652 When data is written to a page, the PG_Dirty flag should be set.  It
653 typically remains set until writepage asks for it to be written.  This
654 should clear PG_Dirty and set PG_Writeback.  It can be actually written
655 at any point after PG_Dirty is clear.  Once it is known to be safe,
656 PG_Writeback is cleared.
657
658 Writeback makes use of a writeback_control structure to direct the
659 operations.  This gives the writepage and writepages operations some
660 information about the nature of and reason for the writeback request,
661 and the constraints under which it is being done.  It is also used to
662 return information back to the caller about the result of a writepage or
663 writepages request.
664
665
666 Handling errors during writeback
667 --------------------------------
668
669 Most applications that do buffered I/O will periodically call a file
670 synchronization call (fsync, fdatasync, msync or sync_file_range) to
671 ensure that data written has made it to the backing store.  When there
672 is an error during writeback, they expect that error to be reported when
673 a file sync request is made.  After an error has been reported on one
674 request, subsequent requests on the same file descriptor should return
675 0, unless further writeback errors have occurred since the previous file
676 syncronization.
677
678 Ideally, the kernel would report errors only on file descriptions on
679 which writes were done that subsequently failed to be written back.  The
680 generic pagecache infrastructure does not track the file descriptions
681 that have dirtied each individual page however, so determining which
682 file descriptors should get back an error is not possible.
683
684 Instead, the generic writeback error tracking infrastructure in the
685 kernel settles for reporting errors to fsync on all file descriptions
686 that were open at the time that the error occurred.  In a situation with
687 multiple writers, all of them will get back an error on a subsequent
688 fsync, even if all of the writes done through that particular file
689 descriptor succeeded (or even if there were no writes on that file
690 descriptor at all).
691
692 Filesystems that wish to use this infrastructure should call
693 mapping_set_error to record the error in the address_space when it
694 occurs.  Then, after writing back data from the pagecache in their
695 file->fsync operation, they should call file_check_and_advance_wb_err to
696 ensure that the struct file's error cursor has advanced to the correct
697 point in the stream of errors emitted by the backing device(s).
698
699
700 struct address_space_operations
701 -------------------------------
702
703 This describes how the VFS can manipulate mapping of a file to page
704 cache in your filesystem.  The following members are defined:
705
706 .. code-block:: c
707
708         struct address_space_operations {
709                 int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc);
710                 int (*readpage)(struct file *, struct page *);
711                 int (*writepages)(struct address_space *, struct writeback_control *);
712                 int (*set_page_dirty)(struct page *page);
713                 void (*readahead)(struct readahead_control *);
714                 int (*readpages)(struct file *filp, struct address_space *mapping,
715                                  struct list_head *pages, unsigned nr_pages);
716                 int (*write_begin)(struct file *, struct address_space *mapping,
717                                    loff_t pos, unsigned len, unsigned flags,
718                                 struct page **pagep, void **fsdata);
719                 int (*write_end)(struct file *, struct address_space *mapping,
720                                  loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
721                                  struct page *page, void *fsdata);
722                 sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
723                 void (*invalidatepage) (struct page *, unsigned int, unsigned int);
724                 int (*releasepage) (struct page *, int);
725                 void (*freepage)(struct page *);
726                 ssize_t (*direct_IO)(struct kiocb *, struct iov_iter *iter);
727                 /* isolate a page for migration */
728                 bool (*isolate_page) (struct page *, isolate_mode_t);
729                 /* migrate the contents of a page to the specified target */
730                 int (*migratepage) (struct page *, struct page *);
731                 /* put migration-failed page back to right list */
732                 void (*putback_page) (struct page *);
733                 int (*launder_page) (struct page *);
734
735                 int (*is_partially_uptodate) (struct page *, unsigned long,
736                                               unsigned long);
737                 void (*is_dirty_writeback) (struct page *, bool *, bool *);
738                 int (*error_remove_page) (struct mapping *mapping, struct page *page);
739                 int (*swap_activate)(struct file *);
740                 int (*swap_deactivate)(struct file *);
741         };
742
743 ``writepage``
744         called by the VM to write a dirty page to backing store.  This
745         may happen for data integrity reasons (i.e. 'sync'), or to free
746         up memory (flush).  The difference can be seen in
747         wbc->sync_mode.  The PG_Dirty flag has been cleared and
748         PageLocked is true.  writepage should start writeout, should set
749         PG_Writeback, and should make sure the page is unlocked, either
750         synchronously or asynchronously when the write operation
751         completes.
752
753         If wbc->sync_mode is WB_SYNC_NONE, ->writepage doesn't have to
754         try too hard if there are problems, and may choose to write out
755         other pages from the mapping if that is easier (e.g. due to
756         internal dependencies).  If it chooses not to start writeout, it
757         should return AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE so that the VM will not
758         keep calling ->writepage on that page.
759
760         See the file "Locking" for more details.
761
762 ``readpage``
763         called by the VM to read a page from backing store.  The page
764         will be Locked when readpage is called, and should be unlocked
765         and marked uptodate once the read completes.  If ->readpage
766         discovers that it needs to unlock the page for some reason, it
767         can do so, and then return AOP_TRUNCATED_PAGE.  In this case,
768         the page will be relocated, relocked and if that all succeeds,
769         ->readpage will be called again.
770
771 ``writepages``
772         called by the VM to write out pages associated with the
773         address_space object.  If wbc->sync_mode is WB_SYNC_ALL, then
774         the writeback_control will specify a range of pages that must be
775         written out.  If it is WB_SYNC_NONE, then a nr_to_write is
776         given and that many pages should be written if possible.  If no
777         ->writepages is given, then mpage_writepages is used instead.
778         This will choose pages from the address space that are tagged as
779         DIRTY and will pass them to ->writepage.
780
781 ``set_page_dirty``
782         called by the VM to set a page dirty.  This is particularly
783         needed if an address space attaches private data to a page, and
784         that data needs to be updated when a page is dirtied.  This is
785         called, for example, when a memory mapped page gets modified.
786         If defined, it should set the PageDirty flag, and the
787         PAGECACHE_TAG_DIRTY tag in the radix tree.
788
789 ``readahead``
790         Called by the VM to read pages associated with the address_space
791         object.  The pages are consecutive in the page cache and are
792         locked.  The implementation should decrement the page refcount
793         after starting I/O on each page.  Usually the page will be
794         unlocked by the I/O completion handler.  If the filesystem decides
795         to stop attempting I/O before reaching the end of the readahead
796         window, it can simply return.  The caller will decrement the page
797         refcount and unlock the remaining pages for you.  Set PageUptodate
798         if the I/O completes successfully.  Setting PageError on any page
799         will be ignored; simply unlock the page if an I/O error occurs.
800
801 ``readpages``
802         called by the VM to read pages associated with the address_space
803         object.  This is essentially just a vector version of readpage.
804         Instead of just one page, several pages are requested.
805         readpages is only used for read-ahead, so read errors are
806         ignored.  If anything goes wrong, feel free to give up.
807         This interface is deprecated and will be removed by the end of
808         2020; implement readahead instead.
809
810 ``write_begin``
811         Called by the generic buffered write code to ask the filesystem
812         to prepare to write len bytes at the given offset in the file.
813         The address_space should check that the write will be able to
814         complete, by allocating space if necessary and doing any other
815         internal housekeeping.  If the write will update parts of any
816         basic-blocks on storage, then those blocks should be pre-read
817         (if they haven't been read already) so that the updated blocks
818         can be written out properly.
819
820         The filesystem must return the locked pagecache page for the
821         specified offset, in ``*pagep``, for the caller to write into.
822
823         It must be able to cope with short writes (where the length
824         passed to write_begin is greater than the number of bytes copied
825         into the page).
826
827         flags is a field for AOP_FLAG_xxx flags, described in
828         include/linux/fs.h.
829
830         A void * may be returned in fsdata, which then gets passed into
831         write_end.
832
833         Returns 0 on success; < 0 on failure (which is the error code),
834         in which case write_end is not called.
835
836 ``write_end``
837         After a successful write_begin, and data copy, write_end must be
838         called.  len is the original len passed to write_begin, and
839         copied is the amount that was able to be copied.
840
841         The filesystem must take care of unlocking the page and
842         releasing it refcount, and updating i_size.
843
844         Returns < 0 on failure, otherwise the number of bytes (<=
845         'copied') that were able to be copied into pagecache.
846
847 ``bmap``
848         called by the VFS to map a logical block offset within object to
849         physical block number.  This method is used by the FIBMAP ioctl
850         and for working with swap-files.  To be able to swap to a file,
851         the file must have a stable mapping to a block device.  The swap
852         system does not go through the filesystem but instead uses bmap
853         to find out where the blocks in the file are and uses those
854         addresses directly.
855
856 ``invalidatepage``
857         If a page has PagePrivate set, then invalidatepage will be
858         called when part or all of the page is to be removed from the
859         address space.  This generally corresponds to either a
860         truncation, punch hole or a complete invalidation of the address
861         space (in the latter case 'offset' will always be 0 and 'length'
862         will be PAGE_SIZE).  Any private data associated with the page
863         should be updated to reflect this truncation.  If offset is 0
864         and length is PAGE_SIZE, then the private data should be
865         released, because the page must be able to be completely
866         discarded.  This may be done by calling the ->releasepage
867         function, but in this case the release MUST succeed.
868
869 ``releasepage``
870         releasepage is called on PagePrivate pages to indicate that the
871         page should be freed if possible.  ->releasepage should remove
872         any private data from the page and clear the PagePrivate flag.
873         If releasepage() fails for some reason, it must indicate failure
874         with a 0 return value.  releasepage() is used in two distinct
875         though related cases.  The first is when the VM finds a clean
876         page with no active users and wants to make it a free page.  If
877         ->releasepage succeeds, the page will be removed from the
878         address_space and become free.
879
880         The second case is when a request has been made to invalidate
881         some or all pages in an address_space.  This can happen through
882         the fadvise(POSIX_FADV_DONTNEED) system call or by the
883         filesystem explicitly requesting it as nfs and 9fs do (when they
884         believe the cache may be out of date with storage) by calling
885         invalidate_inode_pages2().  If the filesystem makes such a call,
886         and needs to be certain that all pages are invalidated, then its
887         releasepage will need to ensure this.  Possibly it can clear the
888         PageUptodate bit if it cannot free private data yet.
889
890 ``freepage``
891         freepage is called once the page is no longer visible in the
892         page cache in order to allow the cleanup of any private data.
893         Since it may be called by the memory reclaimer, it should not
894         assume that the original address_space mapping still exists, and
895         it should not block.
896
897 ``direct_IO``
898         called by the generic read/write routines to perform direct_IO -
899         that is IO requests which bypass the page cache and transfer
900         data directly between the storage and the application's address
901         space.
902
903 ``isolate_page``
904         Called by the VM when isolating a movable non-lru page.  If page
905         is successfully isolated, VM marks the page as PG_isolated via
906         __SetPageIsolated.
907
908 ``migrate_page``
909         This is used to compact the physical memory usage.  If the VM
910         wants to relocate a page (maybe off a memory card that is
911         signalling imminent failure) it will pass a new page and an old
912         page to this function.  migrate_page should transfer any private
913         data across and update any references that it has to the page.
914
915 ``putback_page``
916         Called by the VM when isolated page's migration fails.
917
918 ``launder_page``
919         Called before freeing a page - it writes back the dirty page.
920         To prevent redirtying the page, it is kept locked during the
921         whole operation.
922
923 ``is_partially_uptodate``
924         Called by the VM when reading a file through the pagecache when
925         the underlying blocksize != pagesize.  If the required block is
926         up to date then the read can complete without needing the IO to
927         bring the whole page up to date.
928
929 ``is_dirty_writeback``
930         Called by the VM when attempting to reclaim a page.  The VM uses
931         dirty and writeback information to determine if it needs to
932         stall to allow flushers a chance to complete some IO.
933         Ordinarily it can use PageDirty and PageWriteback but some
934         filesystems have more complex state (unstable pages in NFS
935         prevent reclaim) or do not set those flags due to locking
936         problems.  This callback allows a filesystem to indicate to the
937         VM if a page should be treated as dirty or writeback for the
938         purposes of stalling.
939
940 ``error_remove_page``
941         normally set to generic_error_remove_page if truncation is ok
942         for this address space.  Used for memory failure handling.
943         Setting this implies you deal with pages going away under you,
944         unless you have them locked or reference counts increased.
945
946 ``swap_activate``
947         Called when swapon is used on a file to allocate space if
948         necessary and pin the block lookup information in memory.  A
949         return value of zero indicates success, in which case this file
950         can be used to back swapspace.
951
952 ``swap_deactivate``
953         Called during swapoff on files where swap_activate was
954         successful.
955
956
957 The File Object
958 ===============
959
960 A file object represents a file opened by a process.  This is also known
961 as an "open file description" in POSIX parlance.
962
963
964 struct file_operations
965 ----------------------
966
967 This describes how the VFS can manipulate an open file.  As of kernel
968 4.18, the following members are defined:
969
970 .. code-block:: c
971
972         struct file_operations {
973                 struct module *owner;
974                 loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
975                 ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
976                 ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
977                 ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
978                 ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
979                 int (*iopoll)(struct kiocb *kiocb, bool spin);
980                 int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
981                 int (*iterate_shared) (struct file *, struct dir_context *);
982                 __poll_t (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
983                 long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
984                 long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
985                 int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
986                 int (*open) (struct inode *, struct file *);
987                 int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
988                 int (*release) (struct inode *, struct file *);
989                 int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
990                 int (*fasync) (int, struct file *, int);
991                 int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
992                 ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
993                 unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
994                 int (*check_flags)(int);
995                 int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
996                 ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
997                 ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
998                 int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **, void **);
999                 long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,
1000                                   loff_t len);
1001                 void (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f);
1002         #ifndef CONFIG_MMU
1003                 unsigned (*mmap_capabilities)(struct file *);
1004         #endif
1005                 ssize_t (*copy_file_range)(struct file *, loff_t, struct file *, loff_t, size_t, unsigned int);
1006                 loff_t (*remap_file_range)(struct file *file_in, loff_t pos_in,
1007                                            struct file *file_out, loff_t pos_out,
1008                                            loff_t len, unsigned int remap_flags);
1009                 int (*fadvise)(struct file *, loff_t, loff_t, int);
1010         };
1011
1012 Again, all methods are called without any locks being held, unless
1013 otherwise noted.
1014
1015 ``llseek``
1016         called when the VFS needs to move the file position index
1017
1018 ``read``
1019         called by read(2) and related system calls
1020
1021 ``read_iter``
1022         possibly asynchronous read with iov_iter as destination
1023
1024 ``write``
1025         called by write(2) and related system calls
1026
1027 ``write_iter``
1028         possibly asynchronous write with iov_iter as source
1029
1030 ``iopoll``
1031         called when aio wants to poll for completions on HIPRI iocbs
1032
1033 ``iterate``
1034         called when the VFS needs to read the directory contents
1035
1036 ``iterate_shared``
1037         called when the VFS needs to read the directory contents when
1038         filesystem supports concurrent dir iterators
1039
1040 ``poll``
1041         called by the VFS when a process wants to check if there is
1042         activity on this file and (optionally) go to sleep until there
1043         is activity.  Called by the select(2) and poll(2) system calls
1044
1045 ``unlocked_ioctl``
1046         called by the ioctl(2) system call.
1047
1048 ``compat_ioctl``
1049         called by the ioctl(2) system call when 32 bit system calls are
1050          used on 64 bit kernels.
1051
1052 ``mmap``
1053         called by the mmap(2) system call
1054
1055 ``open``
1056         called by the VFS when an inode should be opened.  When the VFS
1057         opens a file, it creates a new "struct file".  It then calls the
1058         open method for the newly allocated file structure.  You might
1059         think that the open method really belongs in "struct
1060         inode_operations", and you may be right.  I think it's done the
1061         way it is because it makes filesystems simpler to implement.
1062         The open() method is a good place to initialize the
1063         "private_data" member in the file structure if you want to point
1064         to a device structure
1065
1066 ``flush``
1067         called by the close(2) system call to flush a file
1068
1069 ``release``
1070         called when the last reference to an open file is closed
1071
1072 ``fsync``
1073         called by the fsync(2) system call.  Also see the section above
1074         entitled "Handling errors during writeback".
1075
1076 ``fasync``
1077         called by the fcntl(2) system call when asynchronous
1078         (non-blocking) mode is enabled for a file
1079
1080 ``lock``
1081         called by the fcntl(2) system call for F_GETLK, F_SETLK, and
1082         F_SETLKW commands
1083
1084 ``get_unmapped_area``
1085         called by the mmap(2) system call
1086
1087 ``check_flags``
1088         called by the fcntl(2) system call for F_SETFL command
1089
1090 ``flock``
1091         called by the flock(2) system call
1092
1093 ``splice_write``
1094         called by the VFS to splice data from a pipe to a file.  This
1095         method is used by the splice(2) system call
1096
1097 ``splice_read``
1098         called by the VFS to splice data from file to a pipe.  This
1099         method is used by the splice(2) system call
1100
1101 ``setlease``
1102         called by the VFS to set or release a file lock lease.  setlease
1103         implementations should call generic_setlease to record or remove
1104         the lease in the inode after setting it.
1105
1106 ``fallocate``
1107         called by the VFS to preallocate blocks or punch a hole.
1108
1109 ``copy_file_range``
1110         called by the copy_file_range(2) system call.
1111
1112 ``remap_file_range``
1113         called by the ioctl(2) system call for FICLONERANGE and FICLONE
1114         and FIDEDUPERANGE commands to remap file ranges.  An
1115         implementation should remap len bytes at pos_in of the source
1116         file into the dest file at pos_out.  Implementations must handle
1117         callers passing in len == 0; this means "remap to the end of the
1118         source file".  The return value should the number of bytes
1119         remapped, or the usual negative error code if errors occurred
1120         before any bytes were remapped.  The remap_flags parameter
1121         accepts REMAP_FILE_* flags.  If REMAP_FILE_DEDUP is set then the
1122         implementation must only remap if the requested file ranges have
1123         identical contents.  If REMAP_FILE_CAN_SHORTEN is set, the caller is
1124         ok with the implementation shortening the request length to
1125         satisfy alignment or EOF requirements (or any other reason).
1126
1127 ``fadvise``
1128         possibly called by the fadvise64() system call.
1129
1130 Note that the file operations are implemented by the specific
1131 filesystem in which the inode resides.  When opening a device node
1132 (character or block special) most filesystems will call special
1133 support routines in the VFS which will locate the required device
1134 driver information.  These support routines replace the filesystem file
1135 operations with those for the device driver, and then proceed to call
1136 the new open() method for the file.  This is how opening a device file
1137 in the filesystem eventually ends up calling the device driver open()
1138 method.
1139
1140
1141 Directory Entry Cache (dcache)
1142 ==============================
1143
1144
1145 struct dentry_operations
1146 ------------------------
1147
1148 This describes how a filesystem can overload the standard dentry
1149 operations.  Dentries and the dcache are the domain of the VFS and the
1150 individual filesystem implementations.  Device drivers have no business
1151 here.  These methods may be set to NULL, as they are either optional or
1152 the VFS uses a default.  As of kernel 2.6.22, the following members are
1153 defined:
1154
1155 .. code-block:: c
1156
1157         struct dentry_operations {
1158                 int (*d_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
1159                 int (*d_weak_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
1160                 int (*d_hash)(const struct dentry *, struct qstr *);
1161                 int (*d_compare)(const struct dentry *,
1162                                  unsigned int, const char *, const struct qstr *);
1163                 int (*d_delete)(const struct dentry *);
1164                 int (*d_init)(struct dentry *);
1165                 void (*d_release)(struct dentry *);
1166                 void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
1167                 char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
1168                 struct vfsmount *(*d_automount)(struct path *);
1169                 int (*d_manage)(const struct path *, bool);
1170                 struct dentry *(*d_real)(struct dentry *, const struct inode *);
1171         };
1172
1173 ``d_revalidate``
1174         called when the VFS needs to revalidate a dentry.  This is
1175         called whenever a name look-up finds a dentry in the dcache.
1176         Most local filesystems leave this as NULL, because all their
1177         dentries in the dcache are valid.  Network filesystems are
1178         different since things can change on the server without the
1179         client necessarily being aware of it.
1180
1181         This function should return a positive value if the dentry is
1182         still valid, and zero or a negative error code if it isn't.
1183
1184         d_revalidate may be called in rcu-walk mode (flags &
1185         LOOKUP_RCU).  If in rcu-walk mode, the filesystem must
1186         revalidate the dentry without blocking or storing to the dentry,
1187         d_parent and d_inode should not be used without care (because
1188         they can change and, in d_inode case, even become NULL under
1189         us).
1190
1191         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle,
1192         return
1193         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
1194
1195 ``_weak_revalidate``
1196         called when the VFS needs to revalidate a "jumped" dentry.  This
1197         is called when a path-walk ends at dentry that was not acquired
1198         by doing a lookup in the parent directory.  This includes "/",
1199         "." and "..", as well as procfs-style symlinks and mountpoint
1200         traversal.
1201
1202         In this case, we are less concerned with whether the dentry is
1203         still fully correct, but rather that the inode is still valid.
1204         As with d_revalidate, most local filesystems will set this to
1205         NULL since their dcache entries are always valid.
1206
1207         This function has the same return code semantics as
1208         d_revalidate.
1209
1210         d_weak_revalidate is only called after leaving rcu-walk mode.
1211
1212 ``d_hash``
1213         called when the VFS adds a dentry to the hash table.  The first
1214         dentry passed to d_hash is the parent directory that the name is
1215         to be hashed into.
1216
1217         Same locking and synchronisation rules as d_compare regarding
1218         what is safe to dereference etc.
1219
1220 ``d_compare``
1221         called to compare a dentry name with a given name.  The first
1222         dentry is the parent of the dentry to be compared, the second is
1223         the child dentry.  len and name string are properties of the
1224         dentry to be compared.  qstr is the name to compare it with.
1225
1226         Must be constant and idempotent, and should not take locks if
1227         possible, and should not or store into the dentry.  Should not
1228         dereference pointers outside the dentry without lots of care
1229         (eg.  d_parent, d_inode, d_name should not be used).
1230
1231         However, our vfsmount is pinned, and RCU held, so the dentries
1232         and inodes won't disappear, neither will our sb or filesystem
1233         module.  ->d_sb may be used.
1234
1235         It is a tricky calling convention because it needs to be called
1236         under "rcu-walk", ie. without any locks or references on things.
1237
1238 ``d_delete``
1239         called when the last reference to a dentry is dropped and the
1240         dcache is deciding whether or not to cache it.  Return 1 to
1241         delete immediately, or 0 to cache the dentry.  Default is NULL
1242         which means to always cache a reachable dentry.  d_delete must
1243         be constant and idempotent.
1244
1245 ``d_init``
1246         called when a dentry is allocated
1247
1248 ``d_release``
1249         called when a dentry is really deallocated
1250
1251 ``d_iput``
1252         called when a dentry loses its inode (just prior to its being
1253         deallocated).  The default when this is NULL is that the VFS
1254         calls iput().  If you define this method, you must call iput()
1255         yourself
1256
1257 ``d_dname``
1258         called when the pathname of a dentry should be generated.
1259         Useful for some pseudo filesystems (sockfs, pipefs, ...) to
1260         delay pathname generation.  (Instead of doing it when dentry is
1261         created, it's done only when the path is needed.).  Real
1262         filesystems probably dont want to use it, because their dentries
1263         are present in global dcache hash, so their hash should be an
1264         invariant.  As no lock is held, d_dname() should not try to
1265         modify the dentry itself, unless appropriate SMP safety is used.
1266         CAUTION : d_path() logic is quite tricky.  The correct way to
1267         return for example "Hello" is to put it at the end of the
1268         buffer, and returns a pointer to the first char.
1269         dynamic_dname() helper function is provided to take care of
1270         this.
1271
1272         Example :
1273
1274 .. code-block:: c
1275
1276         static char *pipefs_dname(struct dentry *dent, char *buffer, int buflen)
1277         {
1278                 return dynamic_dname(dentry, buffer, buflen, "pipe:[%lu]",
1279                                 dentry->d_inode->i_ino);
1280         }
1281
1282 ``d_automount``
1283         called when an automount dentry is to be traversed (optional).
1284         This should create a new VFS mount record and return the record
1285         to the caller.  The caller is supplied with a path parameter
1286         giving the automount directory to describe the automount target
1287         and the parent VFS mount record to provide inheritable mount
1288         parameters.  NULL should be returned if someone else managed to
1289         make the automount first.  If the vfsmount creation failed, then
1290         an error code should be returned.  If -EISDIR is returned, then
1291         the directory will be treated as an ordinary directory and
1292         returned to pathwalk to continue walking.
1293
1294         If a vfsmount is returned, the caller will attempt to mount it
1295         on the mountpoint and will remove the vfsmount from its
1296         expiration list in the case of failure.  The vfsmount should be
1297         returned with 2 refs on it to prevent automatic expiration - the
1298         caller will clean up the additional ref.
1299
1300         This function is only used if DCACHE_NEED_AUTOMOUNT is set on
1301         the dentry.  This is set by __d_instantiate() if S_AUTOMOUNT is
1302         set on the inode being added.
1303
1304 ``d_manage``
1305         called to allow the filesystem to manage the transition from a
1306         dentry (optional).  This allows autofs, for example, to hold up
1307         clients waiting to explore behind a 'mountpoint' while letting
1308         the daemon go past and construct the subtree there.  0 should be
1309         returned to let the calling process continue.  -EISDIR can be
1310         returned to tell pathwalk to use this directory as an ordinary
1311         directory and to ignore anything mounted on it and not to check
1312         the automount flag.  Any other error code will abort pathwalk
1313         completely.
1314
1315         If the 'rcu_walk' parameter is true, then the caller is doing a
1316         pathwalk in RCU-walk mode.  Sleeping is not permitted in this
1317         mode, and the caller can be asked to leave it and call again by
1318         returning -ECHILD.  -EISDIR may also be returned to tell
1319         pathwalk to ignore d_automount or any mounts.
1320
1321         This function is only used if DCACHE_MANAGE_TRANSIT is set on
1322         the dentry being transited from.
1323
1324 ``d_real``
1325         overlay/union type filesystems implement this method to return
1326         one of the underlying dentries hidden by the overlay.  It is
1327         used in two different modes:
1328
1329         Called from file_dentry() it returns the real dentry matching
1330         the inode argument.  The real dentry may be from a lower layer
1331         already copied up, but still referenced from the file.  This
1332         mode is selected with a non-NULL inode argument.
1333
1334         With NULL inode the topmost real underlying dentry is returned.
1335
1336 Each dentry has a pointer to its parent dentry, as well as a hash list
1337 of child dentries.  Child dentries are basically like files in a
1338 directory.
1339
1340
1341 Directory Entry Cache API
1342 --------------------------
1343
1344 There are a number of functions defined which permit a filesystem to
1345 manipulate dentries:
1346
1347 ``dget``
1348         open a new handle for an existing dentry (this just increments
1349         the usage count)
1350
1351 ``dput``
1352         close a handle for a dentry (decrements the usage count).  If
1353         the usage count drops to 0, and the dentry is still in its
1354         parent's hash, the "d_delete" method is called to check whether
1355         it should be cached.  If it should not be cached, or if the
1356         dentry is not hashed, it is deleted.  Otherwise cached dentries
1357         are put into an LRU list to be reclaimed on memory shortage.
1358
1359 ``d_drop``
1360         this unhashes a dentry from its parents hash list.  A subsequent
1361         call to dput() will deallocate the dentry if its usage count
1362         drops to 0
1363
1364 ``d_delete``
1365         delete a dentry.  If there are no other open references to the
1366         dentry then the dentry is turned into a negative dentry (the
1367         d_iput() method is called).  If there are other references, then
1368         d_drop() is called instead
1369
1370 ``d_add``
1371         add a dentry to its parents hash list and then calls
1372         d_instantiate()
1373
1374 ``d_instantiate``
1375         add a dentry to the alias hash list for the inode and updates
1376         the "d_inode" member.  The "i_count" member in the inode
1377         structure should be set/incremented.  If the inode pointer is
1378         NULL, the dentry is called a "negative dentry".  This function
1379         is commonly called when an inode is created for an existing
1380         negative dentry
1381
1382 ``d_lookup``
1383         look up a dentry given its parent and path name component It
1384         looks up the child of that given name from the dcache hash
1385         table.  If it is found, the reference count is incremented and
1386         the dentry is returned.  The caller must use dput() to free the
1387         dentry when it finishes using it.
1388
1389
1390 Mount Options
1391 =============
1392
1393
1394 Parsing options
1395 ---------------
1396
1397 On mount and remount the filesystem is passed a string containing a
1398 comma separated list of mount options.  The options can have either of
1399 these forms:
1400
1401   option
1402   option=value
1403
1404 The <linux/parser.h> header defines an API that helps parse these
1405 options.  There are plenty of examples on how to use it in existing
1406 filesystems.
1407
1408
1409 Showing options
1410 ---------------
1411
1412 If a filesystem accepts mount options, it must define show_options() to
1413 show all the currently active options.  The rules are:
1414
1415   - options MUST be shown which are not default or their values differ
1416     from the default
1417
1418   - options MAY be shown which are enabled by default or have their
1419     default value
1420
1421 Options used only internally between a mount helper and the kernel (such
1422 as file descriptors), or which only have an effect during the mounting
1423 (such as ones controlling the creation of a journal) are exempt from the
1424 above rules.
1425
1426 The underlying reason for the above rules is to make sure, that a mount
1427 can be accurately replicated (e.g. umounting and mounting again) based
1428 on the information found in /proc/mounts.
1429
1430
1431 Resources
1432 =========
1433
1434 (Note some of these resources are not up-to-date with the latest kernel
1435  version.)
1436
1437 Creating Linux virtual filesystems. 2002
1438     <https://lwn.net/Articles/13325/>
1439
1440 The Linux Virtual File-system Layer by Neil Brown. 1999
1441     <http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/oss/linux-commentary/vfs.html>
1442
1443 A tour of the Linux VFS by Michael K. Johnson. 1996
1444     <https://www.tldp.org/LDP/khg/HyperNews/get/fs/vfstour.html>
1445
1446 A small trail through the Linux kernel by Andries Brouwer. 2001
1447     <https://www.win.tue.nl/~aeb/linux/vfs/trail.html>