Merge tag 'drm-fixes-20221109' of git://linuxtv.org/pinchartl/media into drm-fixes
[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.  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         I_DIRTY_TIME will be set in the flags in case lazytime is enabled
278         and struct inode has times updated since the last ->dirty_inode
279         call.
280
281 ``write_inode``
282         this method is called when the VFS needs to write an inode to
283         disc.  The second parameter indicates whether the write should
284         be synchronous or not, not all filesystems check this flag.
285
286 ``drop_inode``
287         called when the last access to the inode is dropped, with the
288         inode->i_lock spinlock held.
289
290         This method should be either NULL (normal UNIX filesystem
291         semantics) or "generic_delete_inode" (for filesystems that do
292         not want to cache inodes - causing "delete_inode" to always be
293         called regardless of the value of i_nlink)
294
295         The "generic_delete_inode()" behavior is equivalent to the old
296         practice of using "force_delete" in the put_inode() case, but
297         does not have the races that the "force_delete()" approach had.
298
299 ``delete_inode``
300         called when the VFS wants to delete an inode
301
302 ``put_super``
303         called when the VFS wishes to free the superblock
304         (i.e. unmount).  This is called with the superblock lock held
305
306 ``sync_fs``
307         called when VFS is writing out all dirty data associated with a
308         superblock.  The second parameter indicates whether the method
309         should wait until the write out has been completed.  Optional.
310
311 ``freeze_fs``
312         called when VFS is locking a filesystem and forcing it into a
313         consistent state.  This method is currently used by the Logical
314         Volume Manager (LVM).
315
316 ``unfreeze_fs``
317         called when VFS is unlocking a filesystem and making it writable
318         again.
319
320 ``statfs``
321         called when the VFS needs to get filesystem statistics.
322
323 ``remount_fs``
324         called when the filesystem is remounted.  This is called with
325         the kernel lock held
326
327 ``clear_inode``
328         called then the VFS clears the inode.  Optional
329
330 ``umount_begin``
331         called when the VFS is unmounting a filesystem.
332
333 ``show_options``
334         called by the VFS to show mount options for /proc/<pid>/mounts.
335         (see "Mount Options" section)
336
337 ``quota_read``
338         called by the VFS to read from filesystem quota file.
339
340 ``quota_write``
341         called by the VFS to write to filesystem quota file.
342
343 ``nr_cached_objects``
344         called by the sb cache shrinking function for the filesystem to
345         return the number of freeable cached objects it contains.
346         Optional.
347
348 ``free_cache_objects``
349         called by the sb cache shrinking function for the filesystem to
350         scan the number of objects indicated to try to free them.
351         Optional, but any filesystem implementing this method needs to
352         also implement ->nr_cached_objects for it to be called
353         correctly.
354
355         We can't do anything with any errors that the filesystem might
356         encountered, hence the void return type.  This will never be
357         called if the VM is trying to reclaim under GFP_NOFS conditions,
358         hence this method does not need to handle that situation itself.
359
360         Implementations must include conditional reschedule calls inside
361         any scanning loop that is done.  This allows the VFS to
362         determine appropriate scan batch sizes without having to worry
363         about whether implementations will cause holdoff problems due to
364         large scan batch sizes.
365
366 Whoever sets up the inode is responsible for filling in the "i_op"
367 field.  This is a pointer to a "struct inode_operations" which describes
368 the methods that can be performed on individual inodes.
369
370
371 struct xattr_handlers
372 ---------------------
373
374 On filesystems that support extended attributes (xattrs), the s_xattr
375 superblock field points to a NULL-terminated array of xattr handlers.
376 Extended attributes are name:value pairs.
377
378 ``name``
379         Indicates that the handler matches attributes with the specified
380         name (such as "system.posix_acl_access"); the prefix field must
381         be NULL.
382
383 ``prefix``
384         Indicates that the handler matches all attributes with the
385         specified name prefix (such as "user."); the name field must be
386         NULL.
387
388 ``list``
389         Determine if attributes matching this xattr handler should be
390         listed for a particular dentry.  Used by some listxattr
391         implementations like generic_listxattr.
392
393 ``get``
394         Called by the VFS to get the value of a particular extended
395         attribute.  This method is called by the getxattr(2) system
396         call.
397
398 ``set``
399         Called by the VFS to set the value of a particular extended
400         attribute.  When the new value is NULL, called to remove a
401         particular extended attribute.  This method is called by the
402         setxattr(2) and removexattr(2) system calls.
403
404 When none of the xattr handlers of a filesystem match the specified
405 attribute name or when a filesystem doesn't support extended attributes,
406 the various ``*xattr(2)`` system calls return -EOPNOTSUPP.
407
408
409 The Inode Object
410 ================
411
412 An inode object represents an object within the filesystem.
413
414
415 struct inode_operations
416 -----------------------
417
418 This describes how the VFS can manipulate an inode in your filesystem.
419 As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
420
421 .. code-block:: c
422
423         struct inode_operations {
424                 int (*create) (struct user_namespace *, struct inode *,struct dentry *, umode_t, bool);
425                 struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, unsigned int);
426                 int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);
427                 int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);
428                 int (*symlink) (struct user_namespace *, struct inode *,struct dentry *,const char *);
429                 int (*mkdir) (struct user_namespace *, struct inode *,struct dentry *,umode_t);
430                 int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);
431                 int (*mknod) (struct user_namespace *, struct inode *,struct dentry *,umode_t,dev_t);
432                 int (*rename) (struct user_namespace *, struct inode *, struct dentry *,
433                                struct inode *, struct dentry *, unsigned int);
434                 int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);
435                 const char *(*get_link) (struct dentry *, struct inode *,
436                                          struct delayed_call *);
437                 int (*permission) (struct user_namespace *, struct inode *, int);
438                 struct posix_acl * (*get_acl)(struct inode *, int, bool);
439                 int (*setattr) (struct user_namespace *, struct dentry *, struct iattr *);
440                 int (*getattr) (struct user_namespace *, const struct path *, struct kstat *, u32, unsigned int);
441                 ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
442                 void (*update_time)(struct inode *, struct timespec *, int);
443                 int (*atomic_open)(struct inode *, struct dentry *, struct file *,
444                                    unsigned open_flag, umode_t create_mode);
445                 int (*tmpfile) (struct user_namespace *, struct inode *, struct file *, umode_t);
446                 int (*set_acl)(struct user_namespace *, struct inode *, struct posix_acl *, int);
447                 int (*fileattr_set)(struct user_namespace *mnt_userns,
448                                     struct dentry *dentry, struct fileattr *fa);
449                 int (*fileattr_get)(struct dentry *dentry, struct fileattr *fa);
450         };
451
452 Again, all methods are called without any locks being held, unless
453 otherwise noted.
454
455 ``create``
456         called by the open(2) and creat(2) system calls.  Only required
457         if you want to support regular files.  The dentry you get should
458         not have an inode (i.e. it should be a negative dentry).  Here
459         you will probably call d_instantiate() with the dentry and the
460         newly created inode
461
462 ``lookup``
463         called when the VFS needs to look up an inode in a parent
464         directory.  The name to look for is found in the dentry.  This
465         method must call d_add() to insert the found inode into the
466         dentry.  The "i_count" field in the inode structure should be
467         incremented.  If the named inode does not exist a NULL inode
468         should be inserted into the dentry (this is called a negative
469         dentry).  Returning an error code from this routine must only be
470         done on a real error, otherwise creating inodes with system
471         calls like create(2), mknod(2), mkdir(2) and so on will fail.
472         If you wish to overload the dentry methods then you should
473         initialise the "d_dop" field in the dentry; this is a pointer to
474         a struct "dentry_operations".  This method is called with the
475         directory inode semaphore held
476
477 ``link``
478         called by the link(2) system call.  Only required if you want to
479         support hard links.  You will probably need to call
480         d_instantiate() just as you would in the create() method
481
482 ``unlink``
483         called by the unlink(2) system call.  Only required if you want
484         to support deleting inodes
485
486 ``symlink``
487         called by the symlink(2) system call.  Only required if you want
488         to support symlinks.  You will probably need to call
489         d_instantiate() just as you would in the create() method
490
491 ``mkdir``
492         called by the mkdir(2) system call.  Only required if you want
493         to support creating subdirectories.  You will probably need to
494         call d_instantiate() just as you would in the create() method
495
496 ``rmdir``
497         called by the rmdir(2) system call.  Only required if you want
498         to support deleting subdirectories
499
500 ``mknod``
501         called by the mknod(2) system call to create a device (char,
502         block) inode or a named pipe (FIFO) or socket.  Only required if
503         you want to support creating these types of inodes.  You will
504         probably need to call d_instantiate() just as you would in the
505         create() method
506
507 ``rename``
508         called by the rename(2) system call to rename the object to have
509         the parent and name given by the second inode and dentry.
510
511         The filesystem must return -EINVAL for any unsupported or
512         unknown flags.  Currently the following flags are implemented:
513         (1) RENAME_NOREPLACE: this flag indicates that if the target of
514         the rename exists the rename should fail with -EEXIST instead of
515         replacing the target.  The VFS already checks for existence, so
516         for local filesystems the RENAME_NOREPLACE implementation is
517         equivalent to plain rename.
518         (2) RENAME_EXCHANGE: exchange source and target.  Both must
519         exist; this is checked by the VFS.  Unlike plain rename, source
520         and target may be of different type.
521
522 ``get_link``
523         called by the VFS to follow a symbolic link to the inode it
524         points to.  Only required if you want to support symbolic links.
525         This method returns the symlink body to traverse (and possibly
526         resets the current position with nd_jump_link()).  If the body
527         won't go away until the inode is gone, nothing else is needed;
528         if it needs to be otherwise pinned, arrange for its release by
529         having get_link(..., ..., done) do set_delayed_call(done,
530         destructor, argument).  In that case destructor(argument) will
531         be called once VFS is done with the body you've returned.  May
532         be called in RCU mode; that is indicated by NULL dentry
533         argument.  If request can't be handled without leaving RCU mode,
534         have it return ERR_PTR(-ECHILD).
535
536         If the filesystem stores the symlink target in ->i_link, the
537         VFS may use it directly without calling ->get_link(); however,
538         ->get_link() must still be provided.  ->i_link must not be
539         freed until after an RCU grace period.  Writing to ->i_link
540         post-iget() time requires a 'release' memory barrier.
541
542 ``readlink``
543         this is now just an override for use by readlink(2) for the
544         cases when ->get_link uses nd_jump_link() or object is not in
545         fact a symlink.  Normally filesystems should only implement
546         ->get_link for symlinks and readlink(2) will automatically use
547         that.
548
549 ``permission``
550         called by the VFS to check for access rights on a POSIX-like
551         filesystem.
552
553         May be called in rcu-walk mode (mask & MAY_NOT_BLOCK).  If in
554         rcu-walk mode, the filesystem must check the permission without
555         blocking or storing to the inode.
556
557         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle,
558         return
559         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
560
561 ``setattr``
562         called by the VFS to set attributes for a file.  This method is
563         called by chmod(2) and related system calls.
564
565 ``getattr``
566         called by the VFS to get attributes of a file.  This method is
567         called by stat(2) and related system calls.
568
569 ``listxattr``
570         called by the VFS to list all extended attributes for a given
571         file.  This method is called by the listxattr(2) system call.
572
573 ``update_time``
574         called by the VFS to update a specific time or the i_version of
575         an inode.  If this is not defined the VFS will update the inode
576         itself and call mark_inode_dirty_sync.
577
578 ``atomic_open``
579         called on the last component of an open.  Using this optional
580         method the filesystem can look up, possibly create and open the
581         file in one atomic operation.  If it wants to leave actual
582         opening to the caller (e.g. if the file turned out to be a
583         symlink, device, or just something filesystem won't do atomic
584         open for), it may signal this by returning finish_no_open(file,
585         dentry).  This method is only called if the last component is
586         negative or needs lookup.  Cached positive dentries are still
587         handled by f_op->open().  If the file was created, FMODE_CREATED
588         flag should be set in file->f_mode.  In case of O_EXCL the
589         method must only succeed if the file didn't exist and hence
590         FMODE_CREATED shall always be set on success.
591
592 ``tmpfile``
593         called in the end of O_TMPFILE open().  Optional, equivalent to
594         atomically creating, opening and unlinking a file in given
595         directory.  On success needs to return with the file already
596         open; this can be done by calling finish_open_simple() right at
597         the end.
598
599 ``fileattr_get``
600         called on ioctl(FS_IOC_GETFLAGS) and ioctl(FS_IOC_FSGETXATTR) to
601         retrieve miscellaneous file flags and attributes.  Also called
602         before the relevant SET operation to check what is being changed
603         (in this case with i_rwsem locked exclusive).  If unset, then
604         fall back to f_op->ioctl().
605
606 ``fileattr_set``
607         called on ioctl(FS_IOC_SETFLAGS) and ioctl(FS_IOC_FSSETXATTR) to
608         change miscellaneous file flags and attributes.  Callers hold
609         i_rwsem exclusive.  If unset, then fall back to f_op->ioctl().
610
611
612 The Address Space Object
613 ========================
614
615 The address space object is used to group and manage pages in the page
616 cache.  It can be used to keep track of the pages in a file (or anything
617 else) and also track the mapping of sections of the file into process
618 address spaces.
619
620 There are a number of distinct yet related services that an
621 address-space can provide.  These include communicating memory pressure,
622 page lookup by address, and keeping track of pages tagged as Dirty or
623 Writeback.
624
625 The first can be used independently to the others.  The VM can try to
626 either write dirty pages in order to clean them, or release clean pages
627 in order to reuse them.  To do this it can call the ->writepage method
628 on dirty pages, and ->release_folio on clean folios with the private
629 flag set.  Clean pages without PagePrivate and with no external references
630 will be released without notice being given to the address_space.
631
632 To achieve this functionality, pages need to be placed on an LRU with
633 lru_cache_add and mark_page_active needs to be called whenever the page
634 is used.
635
636 Pages are normally kept in a radix tree index by ->index.  This tree
637 maintains information about the PG_Dirty and PG_Writeback status of each
638 page, so that pages with either of these flags can be found quickly.
639
640 The Dirty tag is primarily used by mpage_writepages - the default
641 ->writepages method.  It uses the tag to find dirty pages to call
642 ->writepage on.  If mpage_writepages is not used (i.e. the address
643 provides its own ->writepages) , the PAGECACHE_TAG_DIRTY tag is almost
644 unused.  write_inode_now and sync_inode do use it (through
645 __sync_single_inode) to check if ->writepages has been successful in
646 writing out the whole address_space.
647
648 The Writeback tag is used by filemap*wait* and sync_page* functions, via
649 filemap_fdatawait_range, to wait for all writeback to complete.
650
651 An address_space handler may attach extra information to a page,
652 typically using the 'private' field in the 'struct page'.  If such
653 information is attached, the PG_Private flag should be set.  This will
654 cause various VM routines to make extra calls into the address_space
655 handler to deal with that data.
656
657 An address space acts as an intermediate between storage and
658 application.  Data is read into the address space a whole page at a
659 time, and provided to the application either by copying of the page, or
660 by memory-mapping the page.  Data is written into the address space by
661 the application, and then written-back to storage typically in whole
662 pages, however the address_space has finer control of write sizes.
663
664 The read process essentially only requires 'read_folio'.  The write
665 process is more complicated and uses write_begin/write_end or
666 dirty_folio to write data into the address_space, and writepage and
667 writepages to writeback data to storage.
668
669 Adding and removing pages to/from an address_space is protected by the
670 inode's i_mutex.
671
672 When data is written to a page, the PG_Dirty flag should be set.  It
673 typically remains set until writepage asks for it to be written.  This
674 should clear PG_Dirty and set PG_Writeback.  It can be actually written
675 at any point after PG_Dirty is clear.  Once it is known to be safe,
676 PG_Writeback is cleared.
677
678 Writeback makes use of a writeback_control structure to direct the
679 operations.  This gives the writepage and writepages operations some
680 information about the nature of and reason for the writeback request,
681 and the constraints under which it is being done.  It is also used to
682 return information back to the caller about the result of a writepage or
683 writepages request.
684
685
686 Handling errors during writeback
687 --------------------------------
688
689 Most applications that do buffered I/O will periodically call a file
690 synchronization call (fsync, fdatasync, msync or sync_file_range) to
691 ensure that data written has made it to the backing store.  When there
692 is an error during writeback, they expect that error to be reported when
693 a file sync request is made.  After an error has been reported on one
694 request, subsequent requests on the same file descriptor should return
695 0, unless further writeback errors have occurred since the previous file
696 syncronization.
697
698 Ideally, the kernel would report errors only on file descriptions on
699 which writes were done that subsequently failed to be written back.  The
700 generic pagecache infrastructure does not track the file descriptions
701 that have dirtied each individual page however, so determining which
702 file descriptors should get back an error is not possible.
703
704 Instead, the generic writeback error tracking infrastructure in the
705 kernel settles for reporting errors to fsync on all file descriptions
706 that were open at the time that the error occurred.  In a situation with
707 multiple writers, all of them will get back an error on a subsequent
708 fsync, even if all of the writes done through that particular file
709 descriptor succeeded (or even if there were no writes on that file
710 descriptor at all).
711
712 Filesystems that wish to use this infrastructure should call
713 mapping_set_error to record the error in the address_space when it
714 occurs.  Then, after writing back data from the pagecache in their
715 file->fsync operation, they should call file_check_and_advance_wb_err to
716 ensure that the struct file's error cursor has advanced to the correct
717 point in the stream of errors emitted by the backing device(s).
718
719
720 struct address_space_operations
721 -------------------------------
722
723 This describes how the VFS can manipulate mapping of a file to page
724 cache in your filesystem.  The following members are defined:
725
726 .. code-block:: c
727
728         struct address_space_operations {
729                 int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc);
730                 int (*read_folio)(struct file *, struct folio *);
731                 int (*writepages)(struct address_space *, struct writeback_control *);
732                 bool (*dirty_folio)(struct address_space *, struct folio *);
733                 void (*readahead)(struct readahead_control *);
734                 int (*write_begin)(struct file *, struct address_space *mapping,
735                                    loff_t pos, unsigned len,
736                                 struct page **pagep, void **fsdata);
737                 int (*write_end)(struct file *, struct address_space *mapping,
738                                  loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
739                                  struct page *page, void *fsdata);
740                 sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
741                 void (*invalidate_folio) (struct folio *, size_t start, size_t len);
742                 bool (*release_folio)(struct folio *, gfp_t);
743                 void (*free_folio)(struct folio *);
744                 ssize_t (*direct_IO)(struct kiocb *, struct iov_iter *iter);
745                 int (*migrate_folio)(struct mapping *, struct folio *dst,
746                                 struct folio *src, enum migrate_mode);
747                 int (*launder_folio) (struct folio *);
748
749                 bool (*is_partially_uptodate) (struct folio *, size_t from,
750                                                size_t count);
751                 void (*is_dirty_writeback)(struct folio *, bool *, bool *);
752                 int (*error_remove_page) (struct mapping *mapping, struct page *page);
753                 int (*swap_activate)(struct swap_info_struct *sis, struct file *f, sector_t *span)
754                 int (*swap_deactivate)(struct file *);
755                 int (*swap_rw)(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter);
756         };
757
758 ``writepage``
759         called by the VM to write a dirty page to backing store.  This
760         may happen for data integrity reasons (i.e. 'sync'), or to free
761         up memory (flush).  The difference can be seen in
762         wbc->sync_mode.  The PG_Dirty flag has been cleared and
763         PageLocked is true.  writepage should start writeout, should set
764         PG_Writeback, and should make sure the page is unlocked, either
765         synchronously or asynchronously when the write operation
766         completes.
767
768         If wbc->sync_mode is WB_SYNC_NONE, ->writepage doesn't have to
769         try too hard if there are problems, and may choose to write out
770         other pages from the mapping if that is easier (e.g. due to
771         internal dependencies).  If it chooses not to start writeout, it
772         should return AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE so that the VM will not
773         keep calling ->writepage on that page.
774
775         See the file "Locking" for more details.
776
777 ``read_folio``
778         Called by the page cache to read a folio from the backing store.
779         The 'file' argument supplies authentication information to network
780         filesystems, and is generally not used by block based filesystems.
781         It may be NULL if the caller does not have an open file (eg if
782         the kernel is performing a read for itself rather than on behalf
783         of a userspace process with an open file).
784
785         If the mapping does not support large folios, the folio will
786         contain a single page.  The folio will be locked when read_folio
787         is called.  If the read completes successfully, the folio should
788         be marked uptodate.  The filesystem should unlock the folio
789         once the read has completed, whether it was successful or not.
790         The filesystem does not need to modify the refcount on the folio;
791         the page cache holds a reference count and that will not be
792         released until the folio is unlocked.
793
794         Filesystems may implement ->read_folio() synchronously.
795         In normal operation, folios are read through the ->readahead()
796         method.  Only if this fails, or if the caller needs to wait for
797         the read to complete will the page cache call ->read_folio().
798         Filesystems should not attempt to perform their own readahead
799         in the ->read_folio() operation.
800
801         If the filesystem cannot perform the read at this time, it can
802         unlock the folio, do whatever action it needs to ensure that the
803         read will succeed in the future and return AOP_TRUNCATED_PAGE.
804         In this case, the caller should look up the folio, lock it,
805         and call ->read_folio again.
806
807         Callers may invoke the ->read_folio() method directly, but using
808         read_mapping_folio() will take care of locking, waiting for the
809         read to complete and handle cases such as AOP_TRUNCATED_PAGE.
810
811 ``writepages``
812         called by the VM to write out pages associated with the
813         address_space object.  If wbc->sync_mode is WB_SYNC_ALL, then
814         the writeback_control will specify a range of pages that must be
815         written out.  If it is WB_SYNC_NONE, then a nr_to_write is
816         given and that many pages should be written if possible.  If no
817         ->writepages is given, then mpage_writepages is used instead.
818         This will choose pages from the address space that are tagged as
819         DIRTY and will pass them to ->writepage.
820
821 ``dirty_folio``
822         called by the VM to mark a folio as dirty.  This is particularly
823         needed if an address space attaches private data to a folio, and
824         that data needs to be updated when a folio is dirtied.  This is
825         called, for example, when a memory mapped page gets modified.
826         If defined, it should set the folio dirty flag, and the
827         PAGECACHE_TAG_DIRTY search mark in i_pages.
828
829 ``readahead``
830         Called by the VM to read pages associated with the address_space
831         object.  The pages are consecutive in the page cache and are
832         locked.  The implementation should decrement the page refcount
833         after starting I/O on each page.  Usually the page will be
834         unlocked by the I/O completion handler.  The set of pages are
835         divided into some sync pages followed by some async pages,
836         rac->ra->async_size gives the number of async pages.  The
837         filesystem should attempt to read all sync pages but may decide
838         to stop once it reaches the async pages.  If it does decide to
839         stop attempting I/O, it can simply return.  The caller will
840         remove the remaining pages from the address space, unlock them
841         and decrement the page refcount.  Set PageUptodate if the I/O
842         completes successfully.  Setting PageError on any page will be
843         ignored; simply unlock the page if an I/O error occurs.
844
845 ``write_begin``
846         Called by the generic buffered write code to ask the filesystem
847         to prepare to write len bytes at the given offset in the file.
848         The address_space should check that the write will be able to
849         complete, by allocating space if necessary and doing any other
850         internal housekeeping.  If the write will update parts of any
851         basic-blocks on storage, then those blocks should be pre-read
852         (if they haven't been read already) so that the updated blocks
853         can be written out properly.
854
855         The filesystem must return the locked pagecache page for the
856         specified offset, in ``*pagep``, for the caller to write into.
857
858         It must be able to cope with short writes (where the length
859         passed to write_begin is greater than the number of bytes copied
860         into the page).
861
862         A void * may be returned in fsdata, which then gets passed into
863         write_end.
864
865         Returns 0 on success; < 0 on failure (which is the error code),
866         in which case write_end is not called.
867
868 ``write_end``
869         After a successful write_begin, and data copy, write_end must be
870         called.  len is the original len passed to write_begin, and
871         copied is the amount that was able to be copied.
872
873         The filesystem must take care of unlocking the page and
874         releasing it refcount, and updating i_size.
875
876         Returns < 0 on failure, otherwise the number of bytes (<=
877         'copied') that were able to be copied into pagecache.
878
879 ``bmap``
880         called by the VFS to map a logical block offset within object to
881         physical block number.  This method is used by the FIBMAP ioctl
882         and for working with swap-files.  To be able to swap to a file,
883         the file must have a stable mapping to a block device.  The swap
884         system does not go through the filesystem but instead uses bmap
885         to find out where the blocks in the file are and uses those
886         addresses directly.
887
888 ``invalidate_folio``
889         If a folio has private data, then invalidate_folio will be
890         called when part or all of the folio is to be removed from the
891         address space.  This generally corresponds to either a
892         truncation, punch hole or a complete invalidation of the address
893         space (in the latter case 'offset' will always be 0 and 'length'
894         will be folio_size()).  Any private data associated with the folio
895         should be updated to reflect this truncation.  If offset is 0
896         and length is folio_size(), then the private data should be
897         released, because the folio must be able to be completely
898         discarded.  This may be done by calling the ->release_folio
899         function, but in this case the release MUST succeed.
900
901 ``release_folio``
902         release_folio is called on folios with private data to tell the
903         filesystem that the folio is about to be freed.  ->release_folio
904         should remove any private data from the folio and clear the
905         private flag.  If release_folio() fails, it should return false.
906         release_folio() is used in two distinct though related cases.
907         The first is when the VM wants to free a clean folio with no
908         active users.  If ->release_folio succeeds, the folio will be
909         removed from the address_space and be freed.
910
911         The second case is when a request has been made to invalidate
912         some or all folios in an address_space.  This can happen
913         through the fadvise(POSIX_FADV_DONTNEED) system call or by the
914         filesystem explicitly requesting it as nfs and 9p do (when they
915         believe the cache may be out of date with storage) by calling
916         invalidate_inode_pages2().  If the filesystem makes such a call,
917         and needs to be certain that all folios are invalidated, then
918         its release_folio will need to ensure this.  Possibly it can
919         clear the uptodate flag if it cannot free private data yet.
920
921 ``free_folio``
922         free_folio is called once the folio is no longer visible in the
923         page cache in order to allow the cleanup of any private data.
924         Since it may be called by the memory reclaimer, it should not
925         assume that the original address_space mapping still exists, and
926         it should not block.
927
928 ``direct_IO``
929         called by the generic read/write routines to perform direct_IO -
930         that is IO requests which bypass the page cache and transfer
931         data directly between the storage and the application's address
932         space.
933
934 ``migrate_folio``
935         This is used to compact the physical memory usage.  If the VM
936         wants to relocate a folio (maybe from a memory device that is
937         signalling imminent failure) it will pass a new folio and an old
938         folio to this function.  migrate_folio should transfer any private
939         data across and update any references that it has to the folio.
940
941 ``launder_folio``
942         Called before freeing a folio - it writes back the dirty folio.
943         To prevent redirtying the folio, it is kept locked during the
944         whole operation.
945
946 ``is_partially_uptodate``
947         Called by the VM when reading a file through the pagecache when
948         the underlying blocksize is smaller than the size of the folio.
949         If the required block is up to date then the read can complete
950         without needing I/O to bring the whole page up to date.
951
952 ``is_dirty_writeback``
953         Called by the VM when attempting to reclaim a folio.  The VM uses
954         dirty and writeback information to determine if it needs to
955         stall to allow flushers a chance to complete some IO.
956         Ordinarily it can use folio_test_dirty and folio_test_writeback but
957         some filesystems have more complex state (unstable folios in NFS
958         prevent reclaim) or do not set those flags due to locking
959         problems.  This callback allows a filesystem to indicate to the
960         VM if a folio should be treated as dirty or writeback for the
961         purposes of stalling.
962
963 ``error_remove_page``
964         normally set to generic_error_remove_page if truncation is ok
965         for this address space.  Used for memory failure handling.
966         Setting this implies you deal with pages going away under you,
967         unless you have them locked or reference counts increased.
968
969 ``swap_activate``
970
971         Called to prepare the given file for swap.  It should perform
972         any validation and preparation necessary to ensure that writes
973         can be performed with minimal memory allocation.  It should call
974         add_swap_extent(), or the helper iomap_swapfile_activate(), and
975         return the number of extents added.  If IO should be submitted
976         through ->swap_rw(), it should set SWP_FS_OPS, otherwise IO will
977         be submitted directly to the block device ``sis->bdev``.
978
979 ``swap_deactivate``
980         Called during swapoff on files where swap_activate was
981         successful.
982
983 ``swap_rw``
984         Called to read or write swap pages when SWP_FS_OPS is set.
985
986 The File Object
987 ===============
988
989 A file object represents a file opened by a process.  This is also known
990 as an "open file description" in POSIX parlance.
991
992
993 struct file_operations
994 ----------------------
995
996 This describes how the VFS can manipulate an open file.  As of kernel
997 4.18, the following members are defined:
998
999 .. code-block:: c
1000
1001         struct file_operations {
1002                 struct module *owner;
1003                 loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
1004                 ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
1005                 ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
1006                 ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
1007                 ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
1008                 int (*iopoll)(struct kiocb *kiocb, bool spin);
1009                 int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
1010                 int (*iterate_shared) (struct file *, struct dir_context *);
1011                 __poll_t (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
1012                 long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
1013                 long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
1014                 int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
1015                 int (*open) (struct inode *, struct file *);
1016                 int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
1017                 int (*release) (struct inode *, struct file *);
1018                 int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
1019                 int (*fasync) (int, struct file *, int);
1020                 int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
1021                 ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
1022                 unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
1023                 int (*check_flags)(int);
1024                 int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
1025                 ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
1026                 ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
1027                 int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **, void **);
1028                 long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,
1029                                   loff_t len);
1030                 void (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f);
1031         #ifndef CONFIG_MMU
1032                 unsigned (*mmap_capabilities)(struct file *);
1033         #endif
1034                 ssize_t (*copy_file_range)(struct file *, loff_t, struct file *, loff_t, size_t, unsigned int);
1035                 loff_t (*remap_file_range)(struct file *file_in, loff_t pos_in,
1036                                            struct file *file_out, loff_t pos_out,
1037                                            loff_t len, unsigned int remap_flags);
1038                 int (*fadvise)(struct file *, loff_t, loff_t, int);
1039         };
1040
1041 Again, all methods are called without any locks being held, unless
1042 otherwise noted.
1043
1044 ``llseek``
1045         called when the VFS needs to move the file position index
1046
1047 ``read``
1048         called by read(2) and related system calls
1049
1050 ``read_iter``
1051         possibly asynchronous read with iov_iter as destination
1052
1053 ``write``
1054         called by write(2) and related system calls
1055
1056 ``write_iter``
1057         possibly asynchronous write with iov_iter as source
1058
1059 ``iopoll``
1060         called when aio wants to poll for completions on HIPRI iocbs
1061
1062 ``iterate``
1063         called when the VFS needs to read the directory contents
1064
1065 ``iterate_shared``
1066         called when the VFS needs to read the directory contents when
1067         filesystem supports concurrent dir iterators
1068
1069 ``poll``
1070         called by the VFS when a process wants to check if there is
1071         activity on this file and (optionally) go to sleep until there
1072         is activity.  Called by the select(2) and poll(2) system calls
1073
1074 ``unlocked_ioctl``
1075         called by the ioctl(2) system call.
1076
1077 ``compat_ioctl``
1078         called by the ioctl(2) system call when 32 bit system calls are
1079          used on 64 bit kernels.
1080
1081 ``mmap``
1082         called by the mmap(2) system call
1083
1084 ``open``
1085         called by the VFS when an inode should be opened.  When the VFS
1086         opens a file, it creates a new "struct file".  It then calls the
1087         open method for the newly allocated file structure.  You might
1088         think that the open method really belongs in "struct
1089         inode_operations", and you may be right.  I think it's done the
1090         way it is because it makes filesystems simpler to implement.
1091         The open() method is a good place to initialize the
1092         "private_data" member in the file structure if you want to point
1093         to a device structure
1094
1095 ``flush``
1096         called by the close(2) system call to flush a file
1097
1098 ``release``
1099         called when the last reference to an open file is closed
1100
1101 ``fsync``
1102         called by the fsync(2) system call.  Also see the section above
1103         entitled "Handling errors during writeback".
1104
1105 ``fasync``
1106         called by the fcntl(2) system call when asynchronous
1107         (non-blocking) mode is enabled for a file
1108
1109 ``lock``
1110         called by the fcntl(2) system call for F_GETLK, F_SETLK, and
1111         F_SETLKW commands
1112
1113 ``get_unmapped_area``
1114         called by the mmap(2) system call
1115
1116 ``check_flags``
1117         called by the fcntl(2) system call for F_SETFL command
1118
1119 ``flock``
1120         called by the flock(2) system call
1121
1122 ``splice_write``
1123         called by the VFS to splice data from a pipe to a file.  This
1124         method is used by the splice(2) system call
1125
1126 ``splice_read``
1127         called by the VFS to splice data from file to a pipe.  This
1128         method is used by the splice(2) system call
1129
1130 ``setlease``
1131         called by the VFS to set or release a file lock lease.  setlease
1132         implementations should call generic_setlease to record or remove
1133         the lease in the inode after setting it.
1134
1135 ``fallocate``
1136         called by the VFS to preallocate blocks or punch a hole.
1137
1138 ``copy_file_range``
1139         called by the copy_file_range(2) system call.
1140
1141 ``remap_file_range``
1142         called by the ioctl(2) system call for FICLONERANGE and FICLONE
1143         and FIDEDUPERANGE commands to remap file ranges.  An
1144         implementation should remap len bytes at pos_in of the source
1145         file into the dest file at pos_out.  Implementations must handle
1146         callers passing in len == 0; this means "remap to the end of the
1147         source file".  The return value should the number of bytes
1148         remapped, or the usual negative error code if errors occurred
1149         before any bytes were remapped.  The remap_flags parameter
1150         accepts REMAP_FILE_* flags.  If REMAP_FILE_DEDUP is set then the
1151         implementation must only remap if the requested file ranges have
1152         identical contents.  If REMAP_FILE_CAN_SHORTEN is set, the caller is
1153         ok with the implementation shortening the request length to
1154         satisfy alignment or EOF requirements (or any other reason).
1155
1156 ``fadvise``
1157         possibly called by the fadvise64() system call.
1158
1159 Note that the file operations are implemented by the specific
1160 filesystem in which the inode resides.  When opening a device node
1161 (character or block special) most filesystems will call special
1162 support routines in the VFS which will locate the required device
1163 driver information.  These support routines replace the filesystem file
1164 operations with those for the device driver, and then proceed to call
1165 the new open() method for the file.  This is how opening a device file
1166 in the filesystem eventually ends up calling the device driver open()
1167 method.
1168
1169
1170 Directory Entry Cache (dcache)
1171 ==============================
1172
1173
1174 struct dentry_operations
1175 ------------------------
1176
1177 This describes how a filesystem can overload the standard dentry
1178 operations.  Dentries and the dcache are the domain of the VFS and the
1179 individual filesystem implementations.  Device drivers have no business
1180 here.  These methods may be set to NULL, as they are either optional or
1181 the VFS uses a default.  As of kernel 2.6.22, the following members are
1182 defined:
1183
1184 .. code-block:: c
1185
1186         struct dentry_operations {
1187                 int (*d_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
1188                 int (*d_weak_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
1189                 int (*d_hash)(const struct dentry *, struct qstr *);
1190                 int (*d_compare)(const struct dentry *,
1191                                  unsigned int, const char *, const struct qstr *);
1192                 int (*d_delete)(const struct dentry *);
1193                 int (*d_init)(struct dentry *);
1194                 void (*d_release)(struct dentry *);
1195                 void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
1196                 char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
1197                 struct vfsmount *(*d_automount)(struct path *);
1198                 int (*d_manage)(const struct path *, bool);
1199                 struct dentry *(*d_real)(struct dentry *, const struct inode *);
1200         };
1201
1202 ``d_revalidate``
1203         called when the VFS needs to revalidate a dentry.  This is
1204         called whenever a name look-up finds a dentry in the dcache.
1205         Most local filesystems leave this as NULL, because all their
1206         dentries in the dcache are valid.  Network filesystems are
1207         different since things can change on the server without the
1208         client necessarily being aware of it.
1209
1210         This function should return a positive value if the dentry is
1211         still valid, and zero or a negative error code if it isn't.
1212
1213         d_revalidate may be called in rcu-walk mode (flags &
1214         LOOKUP_RCU).  If in rcu-walk mode, the filesystem must
1215         revalidate the dentry without blocking or storing to the dentry,
1216         d_parent and d_inode should not be used without care (because
1217         they can change and, in d_inode case, even become NULL under
1218         us).
1219
1220         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle,
1221         return
1222         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
1223
1224 ``_weak_revalidate``
1225         called when the VFS needs to revalidate a "jumped" dentry.  This
1226         is called when a path-walk ends at dentry that was not acquired
1227         by doing a lookup in the parent directory.  This includes "/",
1228         "." and "..", as well as procfs-style symlinks and mountpoint
1229         traversal.
1230
1231         In this case, we are less concerned with whether the dentry is
1232         still fully correct, but rather that the inode is still valid.
1233         As with d_revalidate, most local filesystems will set this to
1234         NULL since their dcache entries are always valid.
1235
1236         This function has the same return code semantics as
1237         d_revalidate.
1238
1239         d_weak_revalidate is only called after leaving rcu-walk mode.
1240
1241 ``d_hash``
1242         called when the VFS adds a dentry to the hash table.  The first
1243         dentry passed to d_hash is the parent directory that the name is
1244         to be hashed into.
1245
1246         Same locking and synchronisation rules as d_compare regarding
1247         what is safe to dereference etc.
1248
1249 ``d_compare``
1250         called to compare a dentry name with a given name.  The first
1251         dentry is the parent of the dentry to be compared, the second is
1252         the child dentry.  len and name string are properties of the
1253         dentry to be compared.  qstr is the name to compare it with.
1254
1255         Must be constant and idempotent, and should not take locks if
1256         possible, and should not or store into the dentry.  Should not
1257         dereference pointers outside the dentry without lots of care
1258         (eg.  d_parent, d_inode, d_name should not be used).
1259
1260         However, our vfsmount is pinned, and RCU held, so the dentries
1261         and inodes won't disappear, neither will our sb or filesystem
1262         module.  ->d_sb may be used.
1263
1264         It is a tricky calling convention because it needs to be called
1265         under "rcu-walk", ie. without any locks or references on things.
1266
1267 ``d_delete``
1268         called when the last reference to a dentry is dropped and the
1269         dcache is deciding whether or not to cache it.  Return 1 to
1270         delete immediately, or 0 to cache the dentry.  Default is NULL
1271         which means to always cache a reachable dentry.  d_delete must
1272         be constant and idempotent.
1273
1274 ``d_init``
1275         called when a dentry is allocated
1276
1277 ``d_release``
1278         called when a dentry is really deallocated
1279
1280 ``d_iput``
1281         called when a dentry loses its inode (just prior to its being
1282         deallocated).  The default when this is NULL is that the VFS
1283         calls iput().  If you define this method, you must call iput()
1284         yourself
1285
1286 ``d_dname``
1287         called when the pathname of a dentry should be generated.
1288         Useful for some pseudo filesystems (sockfs, pipefs, ...) to
1289         delay pathname generation.  (Instead of doing it when dentry is
1290         created, it's done only when the path is needed.).  Real
1291         filesystems probably dont want to use it, because their dentries
1292         are present in global dcache hash, so their hash should be an
1293         invariant.  As no lock is held, d_dname() should not try to
1294         modify the dentry itself, unless appropriate SMP safety is used.
1295         CAUTION : d_path() logic is quite tricky.  The correct way to
1296         return for example "Hello" is to put it at the end of the
1297         buffer, and returns a pointer to the first char.
1298         dynamic_dname() helper function is provided to take care of
1299         this.
1300
1301         Example :
1302
1303 .. code-block:: c
1304
1305         static char *pipefs_dname(struct dentry *dent, char *buffer, int buflen)
1306         {
1307                 return dynamic_dname(dentry, buffer, buflen, "pipe:[%lu]",
1308                                 dentry->d_inode->i_ino);
1309         }
1310
1311 ``d_automount``
1312         called when an automount dentry is to be traversed (optional).
1313         This should create a new VFS mount record and return the record
1314         to the caller.  The caller is supplied with a path parameter
1315         giving the automount directory to describe the automount target
1316         and the parent VFS mount record to provide inheritable mount
1317         parameters.  NULL should be returned if someone else managed to
1318         make the automount first.  If the vfsmount creation failed, then
1319         an error code should be returned.  If -EISDIR is returned, then
1320         the directory will be treated as an ordinary directory and
1321         returned to pathwalk to continue walking.
1322
1323         If a vfsmount is returned, the caller will attempt to mount it
1324         on the mountpoint and will remove the vfsmount from its
1325         expiration list in the case of failure.  The vfsmount should be
1326         returned with 2 refs on it to prevent automatic expiration - the
1327         caller will clean up the additional ref.
1328
1329         This function is only used if DCACHE_NEED_AUTOMOUNT is set on
1330         the dentry.  This is set by __d_instantiate() if S_AUTOMOUNT is
1331         set on the inode being added.
1332
1333 ``d_manage``
1334         called to allow the filesystem to manage the transition from a
1335         dentry (optional).  This allows autofs, for example, to hold up
1336         clients waiting to explore behind a 'mountpoint' while letting
1337         the daemon go past and construct the subtree there.  0 should be
1338         returned to let the calling process continue.  -EISDIR can be
1339         returned to tell pathwalk to use this directory as an ordinary
1340         directory and to ignore anything mounted on it and not to check
1341         the automount flag.  Any other error code will abort pathwalk
1342         completely.
1343
1344         If the 'rcu_walk' parameter is true, then the caller is doing a
1345         pathwalk in RCU-walk mode.  Sleeping is not permitted in this
1346         mode, and the caller can be asked to leave it and call again by
1347         returning -ECHILD.  -EISDIR may also be returned to tell
1348         pathwalk to ignore d_automount or any mounts.
1349
1350         This function is only used if DCACHE_MANAGE_TRANSIT is set on
1351         the dentry being transited from.
1352
1353 ``d_real``
1354         overlay/union type filesystems implement this method to return
1355         one of the underlying dentries hidden by the overlay.  It is
1356         used in two different modes:
1357
1358         Called from file_dentry() it returns the real dentry matching
1359         the inode argument.  The real dentry may be from a lower layer
1360         already copied up, but still referenced from the file.  This
1361         mode is selected with a non-NULL inode argument.
1362
1363         With NULL inode the topmost real underlying dentry is returned.
1364
1365 Each dentry has a pointer to its parent dentry, as well as a hash list
1366 of child dentries.  Child dentries are basically like files in a
1367 directory.
1368
1369
1370 Directory Entry Cache API
1371 --------------------------
1372
1373 There are a number of functions defined which permit a filesystem to
1374 manipulate dentries:
1375
1376 ``dget``
1377         open a new handle for an existing dentry (this just increments
1378         the usage count)
1379
1380 ``dput``
1381         close a handle for a dentry (decrements the usage count).  If
1382         the usage count drops to 0, and the dentry is still in its
1383         parent's hash, the "d_delete" method is called to check whether
1384         it should be cached.  If it should not be cached, or if the
1385         dentry is not hashed, it is deleted.  Otherwise cached dentries
1386         are put into an LRU list to be reclaimed on memory shortage.
1387
1388 ``d_drop``
1389         this unhashes a dentry from its parents hash list.  A subsequent
1390         call to dput() will deallocate the dentry if its usage count
1391         drops to 0
1392
1393 ``d_delete``
1394         delete a dentry.  If there are no other open references to the
1395         dentry then the dentry is turned into a negative dentry (the
1396         d_iput() method is called).  If there are other references, then
1397         d_drop() is called instead
1398
1399 ``d_add``
1400         add a dentry to its parents hash list and then calls
1401         d_instantiate()
1402
1403 ``d_instantiate``
1404         add a dentry to the alias hash list for the inode and updates
1405         the "d_inode" member.  The "i_count" member in the inode
1406         structure should be set/incremented.  If the inode pointer is
1407         NULL, the dentry is called a "negative dentry".  This function
1408         is commonly called when an inode is created for an existing
1409         negative dentry
1410
1411 ``d_lookup``
1412         look up a dentry given its parent and path name component It
1413         looks up the child of that given name from the dcache hash
1414         table.  If it is found, the reference count is incremented and
1415         the dentry is returned.  The caller must use dput() to free the
1416         dentry when it finishes using it.
1417
1418
1419 Mount Options
1420 =============
1421
1422
1423 Parsing options
1424 ---------------
1425
1426 On mount and remount the filesystem is passed a string containing a
1427 comma separated list of mount options.  The options can have either of
1428 these forms:
1429
1430   option
1431   option=value
1432
1433 The <linux/parser.h> header defines an API that helps parse these
1434 options.  There are plenty of examples on how to use it in existing
1435 filesystems.
1436
1437
1438 Showing options
1439 ---------------
1440
1441 If a filesystem accepts mount options, it must define show_options() to
1442 show all the currently active options.  The rules are:
1443
1444   - options MUST be shown which are not default or their values differ
1445     from the default
1446
1447   - options MAY be shown which are enabled by default or have their
1448     default value
1449
1450 Options used only internally between a mount helper and the kernel (such
1451 as file descriptors), or which only have an effect during the mounting
1452 (such as ones controlling the creation of a journal) are exempt from the
1453 above rules.
1454
1455 The underlying reason for the above rules is to make sure, that a mount
1456 can be accurately replicated (e.g. umounting and mounting again) based
1457 on the information found in /proc/mounts.
1458
1459
1460 Resources
1461 =========
1462
1463 (Note some of these resources are not up-to-date with the latest kernel
1464  version.)
1465
1466 Creating Linux virtual filesystems. 2002
1467     <https://lwn.net/Articles/13325/>
1468
1469 The Linux Virtual File-system Layer by Neil Brown. 1999
1470     <http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/oss/linux-commentary/vfs.html>
1471
1472 A tour of the Linux VFS by Michael K. Johnson. 1996
1473     <https://www.tldp.org/LDP/khg/HyperNews/get/fs/vfstour.html>
1474
1475 A small trail through the Linux kernel by Andries Brouwer. 2001
1476     <https://www.win.tue.nl/~aeb/linux/vfs/trail.html>