fc5d2a1d26c0e6d9c069b41ed87e25830ee8ce8d
[platform/adaptation/renesas_rcar/renesas_kernel.git] / Documentation / filesystems / vfs.txt
1
2               Overview of the Linux Virtual File System
3
4         Original author: Richard Gooch <rgooch@atnf.csiro.au>
5
6                   Last updated on June 24, 2007.
7
8   Copyright (C) 1999 Richard Gooch
9   Copyright (C) 2005 Pekka Enberg
10
11   This file is released under the GPLv2.
12
13
14 Introduction
15 ============
16
17 The Virtual File System (also known as the Virtual Filesystem Switch)
18 is the software layer in the kernel that provides the filesystem
19 interface to userspace programs. It also provides an abstraction
20 within the kernel which allows different filesystem implementations to
21 coexist.
22
23 VFS system calls open(2), stat(2), read(2), write(2), chmod(2) and so
24 on are called from a process context. Filesystem locking is described
25 in the document Documentation/filesystems/Locking.
26
27
28 Directory Entry Cache (dcache)
29 ------------------------------
30
31 The VFS implements the open(2), stat(2), chmod(2), and similar system
32 calls. The pathname argument that is passed to them is used by the VFS
33 to search through the directory entry cache (also known as the dentry
34 cache or dcache). This provides a very fast look-up mechanism to
35 translate a pathname (filename) into a specific dentry. Dentries live
36 in RAM and are never saved to disc: they exist only for performance.
37
38 The dentry cache is meant to be a view into your entire filespace. As
39 most computers cannot fit all dentries in the RAM at the same time,
40 some bits of the cache are missing. In order to resolve your pathname
41 into a dentry, the VFS may have to resort to creating dentries along
42 the way, and then loading the inode. This is done by looking up the
43 inode.
44
45
46 The Inode Object
47 ----------------
48
49 An individual dentry usually has a pointer to an inode. Inodes are
50 filesystem objects such as regular files, directories, FIFOs and other
51 beasts.  They live either on the disc (for block device filesystems)
52 or in the memory (for pseudo filesystems). Inodes that live on the
53 disc are copied into the memory when required and changes to the inode
54 are written back to disc. A single inode can be pointed to by multiple
55 dentries (hard links, for example, do this).
56
57 To look up an inode requires that the VFS calls the lookup() method of
58 the parent directory inode. This method is installed by the specific
59 filesystem implementation that the inode lives in. Once the VFS has
60 the required dentry (and hence the inode), we can do all those boring
61 things like open(2) the file, or stat(2) it to peek at the inode
62 data. The stat(2) operation is fairly simple: once the VFS has the
63 dentry, it peeks at the inode data and passes some of it back to
64 userspace.
65
66
67 The File Object
68 ---------------
69
70 Opening a file requires another operation: allocation of a file
71 structure (this is the kernel-side implementation of file
72 descriptors). The freshly allocated file structure is initialized with
73 a pointer to the dentry and a set of file operation member functions.
74 These are taken from the inode data. The open() file method is then
75 called so the specific filesystem implementation can do its work. You
76 can see that this is another switch performed by the VFS. The file
77 structure is placed into the file descriptor table for the process.
78
79 Reading, writing and closing files (and other assorted VFS operations)
80 is done by using the userspace file descriptor to grab the appropriate
81 file structure, and then calling the required file structure method to
82 do whatever is required. For as long as the file is open, it keeps the
83 dentry in use, which in turn means that the VFS inode is still in use.
84
85
86 Registering and Mounting a Filesystem
87 =====================================
88
89 To register and unregister a filesystem, use the following API
90 functions:
91
92    #include <linux/fs.h>
93
94    extern int register_filesystem(struct file_system_type *);
95    extern int unregister_filesystem(struct file_system_type *);
96
97 The passed struct file_system_type describes your filesystem. When a
98 request is made to mount a filesystem onto a directory in your namespace,
99 the VFS will call the appropriate mount() method for the specific
100 filesystem.  New vfsmount referring to the tree returned by ->mount()
101 will be attached to the mountpoint, so that when pathname resolution
102 reaches the mountpoint it will jump into the root of that vfsmount.
103
104 You can see all filesystems that are registered to the kernel in the
105 file /proc/filesystems.
106
107
108 struct file_system_type
109 -----------------------
110
111 This describes the filesystem. As of kernel 2.6.39, the following
112 members are defined:
113
114 struct file_system_type {
115         const char *name;
116         int fs_flags;
117         struct dentry *(*mount) (struct file_system_type *, int,
118                        const char *, void *);
119         void (*kill_sb) (struct super_block *);
120         struct module *owner;
121         struct file_system_type * next;
122         struct list_head fs_supers;
123         struct lock_class_key s_lock_key;
124         struct lock_class_key s_umount_key;
125 };
126
127   name: the name of the filesystem type, such as "ext2", "iso9660",
128         "msdos" and so on
129
130   fs_flags: various flags (i.e. FS_REQUIRES_DEV, FS_NO_DCACHE, etc.)
131
132   mount: the method to call when a new instance of this
133         filesystem should be mounted
134
135   kill_sb: the method to call when an instance of this filesystem
136         should be shut down
137
138   owner: for internal VFS use: you should initialize this to THIS_MODULE in
139         most cases.
140
141   next: for internal VFS use: you should initialize this to NULL
142
143   s_lock_key, s_umount_key: lockdep-specific
144
145 The mount() method has the following arguments:
146
147   struct file_system_type *fs_type: describes the filesystem, partly initialized
148         by the specific filesystem code
149
150   int flags: mount flags
151
152   const char *dev_name: the device name we are mounting.
153
154   void *data: arbitrary mount options, usually comes as an ASCII
155         string (see "Mount Options" section)
156
157 The mount() method must return the root dentry of the tree requested by
158 caller.  An active reference to its superblock must be grabbed and the
159 superblock must be locked.  On failure it should return ERR_PTR(error).
160
161 The arguments match those of mount(2) and their interpretation
162 depends on filesystem type.  E.g. for block filesystems, dev_name is
163 interpreted as block device name, that device is opened and if it
164 contains a suitable filesystem image the method creates and initializes
165 struct super_block accordingly, returning its root dentry to caller.
166
167 ->mount() may choose to return a subtree of existing filesystem - it
168 doesn't have to create a new one.  The main result from the caller's
169 point of view is a reference to dentry at the root of (sub)tree to
170 be attached; creation of new superblock is a common side effect.
171
172 The most interesting member of the superblock structure that the
173 mount() method fills in is the "s_op" field. This is a pointer to
174 a "struct super_operations" which describes the next level of the
175 filesystem implementation.
176
177 Usually, a filesystem uses one of the generic mount() implementations
178 and provides a fill_super() callback instead. The generic variants are:
179
180   mount_bdev: mount a filesystem residing on a block device
181
182   mount_nodev: mount a filesystem that is not backed by a device
183
184   mount_single: mount a filesystem which shares the instance between
185         all mounts
186
187 A fill_super() callback implementation has the following arguments:
188
189   struct super_block *sb: the superblock structure. The callback
190         must initialize this properly.
191
192   void *data: arbitrary mount options, usually comes as an ASCII
193         string (see "Mount Options" section)
194
195   int silent: whether or not to be silent on error
196
197
198 The Superblock Object
199 =====================
200
201 A superblock object represents a mounted filesystem.
202
203
204 struct super_operations
205 -----------------------
206
207 This describes how the VFS can manipulate the superblock of your
208 filesystem. As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
209
210 struct super_operations {
211         struct inode *(*alloc_inode)(struct super_block *sb);
212         void (*destroy_inode)(struct inode *);
213
214         void (*dirty_inode) (struct inode *, int flags);
215         int (*write_inode) (struct inode *, int);
216         void (*drop_inode) (struct inode *);
217         void (*delete_inode) (struct inode *);
218         void (*put_super) (struct super_block *);
219         int (*sync_fs)(struct super_block *sb, int wait);
220         int (*freeze_fs) (struct super_block *);
221         int (*unfreeze_fs) (struct super_block *);
222         int (*statfs) (struct dentry *, struct kstatfs *);
223         int (*remount_fs) (struct super_block *, int *, char *);
224         void (*clear_inode) (struct inode *);
225         void (*umount_begin) (struct super_block *);
226
227         int (*show_options)(struct seq_file *, struct dentry *);
228
229         ssize_t (*quota_read)(struct super_block *, int, char *, size_t, loff_t);
230         ssize_t (*quota_write)(struct super_block *, int, const char *, size_t, loff_t);
231         int (*nr_cached_objects)(struct super_block *);
232         void (*free_cached_objects)(struct super_block *, int);
233 };
234
235 All methods are called without any locks being held, unless otherwise
236 noted. This means that most methods can block safely. All methods are
237 only called from a process context (i.e. not from an interrupt handler
238 or bottom half).
239
240   alloc_inode: this method is called by inode_alloc() to allocate memory
241         for struct inode and initialize it.  If this function is not
242         defined, a simple 'struct inode' is allocated.  Normally
243         alloc_inode will be used to allocate a larger structure which
244         contains a 'struct inode' embedded within it.
245
246   destroy_inode: this method is called by destroy_inode() to release
247         resources allocated for struct inode.  It is only required if
248         ->alloc_inode was defined and simply undoes anything done by
249         ->alloc_inode.
250
251   dirty_inode: this method is called by the VFS to mark an inode dirty.
252
253   write_inode: this method is called when the VFS needs to write an
254         inode to disc.  The second parameter indicates whether the write
255         should be synchronous or not, not all filesystems check this flag.
256
257   drop_inode: called when the last access to the inode is dropped,
258         with the inode->i_lock spinlock held.
259
260         This method should be either NULL (normal UNIX filesystem
261         semantics) or "generic_delete_inode" (for filesystems that do not
262         want to cache inodes - causing "delete_inode" to always be
263         called regardless of the value of i_nlink)
264
265         The "generic_delete_inode()" behavior is equivalent to the
266         old practice of using "force_delete" in the put_inode() case,
267         but does not have the races that the "force_delete()" approach
268         had. 
269
270   delete_inode: called when the VFS wants to delete an inode
271
272   put_super: called when the VFS wishes to free the superblock
273         (i.e. unmount). This is called with the superblock lock held
274
275   sync_fs: called when VFS is writing out all dirty data associated with
276         a superblock. The second parameter indicates whether the method
277         should wait until the write out has been completed. Optional.
278
279   freeze_fs: called when VFS is locking a filesystem and
280         forcing it into a consistent state.  This method is currently
281         used by the Logical Volume Manager (LVM).
282
283   unfreeze_fs: called when VFS is unlocking a filesystem and making it writable
284         again.
285
286   statfs: called when the VFS needs to get filesystem statistics.
287
288   remount_fs: called when the filesystem is remounted. This is called
289         with the kernel lock held
290
291   clear_inode: called then the VFS clears the inode. Optional
292
293   umount_begin: called when the VFS is unmounting a filesystem.
294
295   show_options: called by the VFS to show mount options for
296         /proc/<pid>/mounts.  (see "Mount Options" section)
297
298   quota_read: called by the VFS to read from filesystem quota file.
299
300   quota_write: called by the VFS to write to filesystem quota file.
301
302   nr_cached_objects: called by the sb cache shrinking function for the
303         filesystem to return the number of freeable cached objects it contains.
304         Optional.
305
306   free_cache_objects: called by the sb cache shrinking function for the
307         filesystem to scan the number of objects indicated to try to free them.
308         Optional, but any filesystem implementing this method needs to also
309         implement ->nr_cached_objects for it to be called correctly.
310
311         We can't do anything with any errors that the filesystem might
312         encountered, hence the void return type. This will never be called if
313         the VM is trying to reclaim under GFP_NOFS conditions, hence this
314         method does not need to handle that situation itself.
315
316         Implementations must include conditional reschedule calls inside any
317         scanning loop that is done. This allows the VFS to determine
318         appropriate scan batch sizes without having to worry about whether
319         implementations will cause holdoff problems due to large scan batch
320         sizes.
321
322 Whoever sets up the inode is responsible for filling in the "i_op" field. This
323 is a pointer to a "struct inode_operations" which describes the methods that
324 can be performed on individual inodes.
325
326
327 The Inode Object
328 ================
329
330 An inode object represents an object within the filesystem.
331
332
333 struct inode_operations
334 -----------------------
335
336 This describes how the VFS can manipulate an inode in your
337 filesystem. As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
338
339 struct inode_operations {
340         int (*create) (struct inode *,struct dentry *, umode_t, bool);
341         struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, unsigned int);
342         int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);
343         int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);
344         int (*symlink) (struct inode *,struct dentry *,const char *);
345         int (*mkdir) (struct inode *,struct dentry *,umode_t);
346         int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);
347         int (*mknod) (struct inode *,struct dentry *,umode_t,dev_t);
348         int (*rename) (struct inode *, struct dentry *,
349                         struct inode *, struct dentry *);
350         int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);
351         void * (*follow_link) (struct dentry *, struct nameidata *);
352         void (*put_link) (struct dentry *, struct nameidata *, void *);
353         int (*permission) (struct inode *, int);
354         int (*get_acl)(struct inode *, int);
355         int (*setattr) (struct dentry *, struct iattr *);
356         int (*getattr) (struct vfsmount *mnt, struct dentry *, struct kstat *);
357         int (*setxattr) (struct dentry *, const char *,const void *,size_t,int);
358         ssize_t (*getxattr) (struct dentry *, const char *, void *, size_t);
359         ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
360         int (*removexattr) (struct dentry *, const char *);
361         void (*update_time)(struct inode *, struct timespec *, int);
362         int (*atomic_open)(struct inode *, struct dentry *,
363         int (*tmpfile) (struct inode *, struct dentry *, umode_t);
364 } ____cacheline_aligned;
365                                 struct file *, unsigned open_flag,
366                                 umode_t create_mode, int *opened);
367 };
368
369 Again, all methods are called without any locks being held, unless
370 otherwise noted.
371
372   create: called by the open(2) and creat(2) system calls. Only
373         required if you want to support regular files. The dentry you
374         get should not have an inode (i.e. it should be a negative
375         dentry). Here you will probably call d_instantiate() with the
376         dentry and the newly created inode
377
378   lookup: called when the VFS needs to look up an inode in a parent
379         directory. The name to look for is found in the dentry. This
380         method must call d_add() to insert the found inode into the
381         dentry. The "i_count" field in the inode structure should be
382         incremented. If the named inode does not exist a NULL inode
383         should be inserted into the dentry (this is called a negative
384         dentry). Returning an error code from this routine must only
385         be done on a real error, otherwise creating inodes with system
386         calls like create(2), mknod(2), mkdir(2) and so on will fail.
387         If you wish to overload the dentry methods then you should
388         initialise the "d_dop" field in the dentry; this is a pointer
389         to a struct "dentry_operations".
390         This method is called with the directory inode semaphore held
391
392   link: called by the link(2) system call. Only required if you want
393         to support hard links. You will probably need to call
394         d_instantiate() just as you would in the create() method
395
396   unlink: called by the unlink(2) system call. Only required if you
397         want to support deleting inodes
398
399   symlink: called by the symlink(2) system call. Only required if you
400         want to support symlinks. You will probably need to call
401         d_instantiate() just as you would in the create() method
402
403   mkdir: called by the mkdir(2) system call. Only required if you want
404         to support creating subdirectories. You will probably need to
405         call d_instantiate() just as you would in the create() method
406
407   rmdir: called by the rmdir(2) system call. Only required if you want
408         to support deleting subdirectories
409
410   mknod: called by the mknod(2) system call to create a device (char,
411         block) inode or a named pipe (FIFO) or socket. Only required
412         if you want to support creating these types of inodes. You
413         will probably need to call d_instantiate() just as you would
414         in the create() method
415
416   rename: called by the rename(2) system call to rename the object to
417         have the parent and name given by the second inode and dentry.
418
419   readlink: called by the readlink(2) system call. Only required if
420         you want to support reading symbolic links
421
422   follow_link: called by the VFS to follow a symbolic link to the
423         inode it points to.  Only required if you want to support
424         symbolic links.  This method returns a void pointer cookie
425         that is passed to put_link().
426
427   put_link: called by the VFS to release resources allocated by
428         follow_link().  The cookie returned by follow_link() is passed
429         to this method as the last parameter.  It is used by
430         filesystems such as NFS where page cache is not stable
431         (i.e. page that was installed when the symbolic link walk
432         started might not be in the page cache at the end of the
433         walk).
434
435   permission: called by the VFS to check for access rights on a POSIX-like
436         filesystem.
437
438         May be called in rcu-walk mode (mask & MAY_NOT_BLOCK). If in rcu-walk
439         mode, the filesystem must check the permission without blocking or
440         storing to the inode.
441
442         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle, return
443         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
444
445   setattr: called by the VFS to set attributes for a file. This method
446         is called by chmod(2) and related system calls.
447
448   getattr: called by the VFS to get attributes of a file. This method
449         is called by stat(2) and related system calls.
450
451   setxattr: called by the VFS to set an extended attribute for a file.
452         Extended attribute is a name:value pair associated with an
453         inode. This method is called by setxattr(2) system call.
454
455   getxattr: called by the VFS to retrieve the value of an extended
456         attribute name. This method is called by getxattr(2) function
457         call.
458
459   listxattr: called by the VFS to list all extended attributes for a
460         given file. This method is called by listxattr(2) system call.
461
462   removexattr: called by the VFS to remove an extended attribute from
463         a file. This method is called by removexattr(2) system call.
464
465   update_time: called by the VFS to update a specific time or the i_version of
466         an inode.  If this is not defined the VFS will update the inode itself
467         and call mark_inode_dirty_sync.
468
469   atomic_open: called on the last component of an open.  Using this optional
470         method the filesystem can look up, possibly create and open the file in
471         one atomic operation.  If it cannot perform this (e.g. the file type
472         turned out to be wrong) it may signal this by returning 1 instead of
473         usual 0 or -ve .  This method is only called if the last
474         component is negative or needs lookup.  Cached positive dentries are
475         still handled by f_op->open().
476
477   tmpfile: called in the end of O_TMPFILE open().  Optional, equivalent to
478         atomically creating, opening and unlinking a file in given directory.
479
480 The Address Space Object
481 ========================
482
483 The address space object is used to group and manage pages in the page
484 cache.  It can be used to keep track of the pages in a file (or
485 anything else) and also track the mapping of sections of the file into
486 process address spaces.
487
488 There are a number of distinct yet related services that an
489 address-space can provide.  These include communicating memory
490 pressure, page lookup by address, and keeping track of pages tagged as
491 Dirty or Writeback.
492
493 The first can be used independently to the others.  The VM can try to
494 either write dirty pages in order to clean them, or release clean
495 pages in order to reuse them.  To do this it can call the ->writepage
496 method on dirty pages, and ->releasepage on clean pages with
497 PagePrivate set. Clean pages without PagePrivate and with no external
498 references will be released without notice being given to the
499 address_space.
500
501 To achieve this functionality, pages need to be placed on an LRU with
502 lru_cache_add and mark_page_active needs to be called whenever the
503 page is used.
504
505 Pages are normally kept in a radix tree index by ->index. This tree
506 maintains information about the PG_Dirty and PG_Writeback status of
507 each page, so that pages with either of these flags can be found
508 quickly.
509
510 The Dirty tag is primarily used by mpage_writepages - the default
511 ->writepages method.  It uses the tag to find dirty pages to call
512 ->writepage on.  If mpage_writepages is not used (i.e. the address
513 provides its own ->writepages) , the PAGECACHE_TAG_DIRTY tag is
514 almost unused.  write_inode_now and sync_inode do use it (through
515 __sync_single_inode) to check if ->writepages has been successful in
516 writing out the whole address_space.
517
518 The Writeback tag is used by filemap*wait* and sync_page* functions,
519 via filemap_fdatawait_range, to wait for all writeback to
520 complete.  While waiting ->sync_page (if defined) will be called on
521 each page that is found to require writeback.
522
523 An address_space handler may attach extra information to a page,
524 typically using the 'private' field in the 'struct page'.  If such
525 information is attached, the PG_Private flag should be set.  This will
526 cause various VM routines to make extra calls into the address_space
527 handler to deal with that data.
528
529 An address space acts as an intermediate between storage and
530 application.  Data is read into the address space a whole page at a
531 time, and provided to the application either by copying of the page,
532 or by memory-mapping the page.
533 Data is written into the address space by the application, and then
534 written-back to storage typically in whole pages, however the
535 address_space has finer control of write sizes.
536
537 The read process essentially only requires 'readpage'.  The write
538 process is more complicated and uses write_begin/write_end or
539 set_page_dirty to write data into the address_space, and writepage,
540 sync_page, and writepages to writeback data to storage.
541
542 Adding and removing pages to/from an address_space is protected by the
543 inode's i_mutex.
544
545 When data is written to a page, the PG_Dirty flag should be set.  It
546 typically remains set until writepage asks for it to be written.  This
547 should clear PG_Dirty and set PG_Writeback.  It can be actually
548 written at any point after PG_Dirty is clear.  Once it is known to be
549 safe, PG_Writeback is cleared.
550
551 Writeback makes use of a writeback_control structure...
552
553 struct address_space_operations
554 -------------------------------
555
556 This describes how the VFS can manipulate mapping of a file to page cache in
557 your filesystem. The following members are defined:
558
559 struct address_space_operations {
560         int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc);
561         int (*readpage)(struct file *, struct page *);
562         int (*writepages)(struct address_space *, struct writeback_control *);
563         int (*set_page_dirty)(struct page *page);
564         int (*readpages)(struct file *filp, struct address_space *mapping,
565                         struct list_head *pages, unsigned nr_pages);
566         int (*write_begin)(struct file *, struct address_space *mapping,
567                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned flags,
568                                 struct page **pagep, void **fsdata);
569         int (*write_end)(struct file *, struct address_space *mapping,
570                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
571                                 struct page *page, void *fsdata);
572         sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
573         void (*invalidatepage) (struct page *, unsigned int, unsigned int);
574         int (*releasepage) (struct page *, int);
575         void (*freepage)(struct page *);
576         ssize_t (*direct_IO)(int, struct kiocb *, const struct iovec *iov,
577                         loff_t offset, unsigned long nr_segs);
578         struct page* (*get_xip_page)(struct address_space *, sector_t,
579                         int);
580         /* migrate the contents of a page to the specified target */
581         int (*migratepage) (struct page *, struct page *);
582         int (*launder_page) (struct page *);
583         int (*is_partially_uptodate) (struct page *, read_descriptor_t *,
584                                         unsigned long);
585         int (*error_remove_page) (struct mapping *mapping, struct page *page);
586         int (*swap_activate)(struct file *);
587         int (*swap_deactivate)(struct file *);
588 };
589
590   writepage: called by the VM to write a dirty page to backing store.
591       This may happen for data integrity reasons (i.e. 'sync'), or
592       to free up memory (flush).  The difference can be seen in
593       wbc->sync_mode.
594       The PG_Dirty flag has been cleared and PageLocked is true.
595       writepage should start writeout, should set PG_Writeback,
596       and should make sure the page is unlocked, either synchronously
597       or asynchronously when the write operation completes.
598
599       If wbc->sync_mode is WB_SYNC_NONE, ->writepage doesn't have to
600       try too hard if there are problems, and may choose to write out
601       other pages from the mapping if that is easier (e.g. due to
602       internal dependencies).  If it chooses not to start writeout, it
603       should return AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE so that the VM will not keep
604       calling ->writepage on that page.
605
606       See the file "Locking" for more details.
607
608   readpage: called by the VM to read a page from backing store.
609        The page will be Locked when readpage is called, and should be
610        unlocked and marked uptodate once the read completes.
611        If ->readpage discovers that it needs to unlock the page for
612        some reason, it can do so, and then return AOP_TRUNCATED_PAGE.
613        In this case, the page will be relocated, relocked and if
614        that all succeeds, ->readpage will be called again.
615
616   writepages: called by the VM to write out pages associated with the
617         address_space object.  If wbc->sync_mode is WBC_SYNC_ALL, then
618         the writeback_control will specify a range of pages that must be
619         written out.  If it is WBC_SYNC_NONE, then a nr_to_write is given
620         and that many pages should be written if possible.
621         If no ->writepages is given, then mpage_writepages is used
622         instead.  This will choose pages from the address space that are
623         tagged as DIRTY and will pass them to ->writepage.
624
625   set_page_dirty: called by the VM to set a page dirty.
626         This is particularly needed if an address space attaches
627         private data to a page, and that data needs to be updated when
628         a page is dirtied.  This is called, for example, when a memory
629         mapped page gets modified.
630         If defined, it should set the PageDirty flag, and the
631         PAGECACHE_TAG_DIRTY tag in the radix tree.
632
633   readpages: called by the VM to read pages associated with the address_space
634         object. This is essentially just a vector version of
635         readpage.  Instead of just one page, several pages are
636         requested.
637         readpages is only used for read-ahead, so read errors are
638         ignored.  If anything goes wrong, feel free to give up.
639
640   write_begin:
641         Called by the generic buffered write code to ask the filesystem to
642         prepare to write len bytes at the given offset in the file. The
643         address_space should check that the write will be able to complete,
644         by allocating space if necessary and doing any other internal
645         housekeeping.  If the write will update parts of any basic-blocks on
646         storage, then those blocks should be pre-read (if they haven't been
647         read already) so that the updated blocks can be written out properly.
648
649         The filesystem must return the locked pagecache page for the specified
650         offset, in *pagep, for the caller to write into.
651
652         It must be able to cope with short writes (where the length passed to
653         write_begin is greater than the number of bytes copied into the page).
654
655         flags is a field for AOP_FLAG_xxx flags, described in
656         include/linux/fs.h.
657
658         A void * may be returned in fsdata, which then gets passed into
659         write_end.
660
661         Returns 0 on success; < 0 on failure (which is the error code), in
662         which case write_end is not called.
663
664   write_end: After a successful write_begin, and data copy, write_end must
665         be called. len is the original len passed to write_begin, and copied
666         is the amount that was able to be copied (copied == len is always true
667         if write_begin was called with the AOP_FLAG_UNINTERRUPTIBLE flag).
668
669         The filesystem must take care of unlocking the page and releasing it
670         refcount, and updating i_size.
671
672         Returns < 0 on failure, otherwise the number of bytes (<= 'copied')
673         that were able to be copied into pagecache.
674
675   bmap: called by the VFS to map a logical block offset within object to
676         physical block number. This method is used by the FIBMAP
677         ioctl and for working with swap-files.  To be able to swap to
678         a file, the file must have a stable mapping to a block
679         device.  The swap system does not go through the filesystem
680         but instead uses bmap to find out where the blocks in the file
681         are and uses those addresses directly.
682
683
684   invalidatepage: If a page has PagePrivate set, then invalidatepage
685         will be called when part or all of the page is to be removed
686         from the address space.  This generally corresponds to either a
687         truncation, punch hole  or a complete invalidation of the address
688         space (in the latter case 'offset' will always be 0 and 'length'
689         will be PAGE_CACHE_SIZE). Any private data associated with the page
690         should be updated to reflect this truncation.  If offset is 0 and
691         length is PAGE_CACHE_SIZE, then the private data should be released,
692         because the page must be able to be completely discarded.  This may
693         be done by calling the ->releasepage function, but in this case the
694         release MUST succeed.
695
696   releasepage: releasepage is called on PagePrivate pages to indicate
697         that the page should be freed if possible.  ->releasepage
698         should remove any private data from the page and clear the
699         PagePrivate flag. If releasepage() fails for some reason, it must
700         indicate failure with a 0 return value.
701         releasepage() is used in two distinct though related cases.  The
702         first is when the VM finds a clean page with no active users and
703         wants to make it a free page.  If ->releasepage succeeds, the
704         page will be removed from the address_space and become free.
705
706         The second case is when a request has been made to invalidate
707         some or all pages in an address_space.  This can happen
708         through the fadvice(POSIX_FADV_DONTNEED) system call or by the
709         filesystem explicitly requesting it as nfs and 9fs do (when
710         they believe the cache may be out of date with storage) by
711         calling invalidate_inode_pages2().
712         If the filesystem makes such a call, and needs to be certain
713         that all pages are invalidated, then its releasepage will
714         need to ensure this.  Possibly it can clear the PageUptodate
715         bit if it cannot free private data yet.
716
717   freepage: freepage is called once the page is no longer visible in
718         the page cache in order to allow the cleanup of any private
719         data. Since it may be called by the memory reclaimer, it
720         should not assume that the original address_space mapping still
721         exists, and it should not block.
722
723   direct_IO: called by the generic read/write routines to perform
724         direct_IO - that is IO requests which bypass the page cache
725         and transfer data directly between the storage and the
726         application's address space.
727
728   get_xip_page: called by the VM to translate a block number to a page.
729         The page is valid until the corresponding filesystem is unmounted.
730         Filesystems that want to use execute-in-place (XIP) need to implement
731         it.  An example implementation can be found in fs/ext2/xip.c.
732
733   migrate_page:  This is used to compact the physical memory usage.
734         If the VM wants to relocate a page (maybe off a memory card
735         that is signalling imminent failure) it will pass a new page
736         and an old page to this function.  migrate_page should
737         transfer any private data across and update any references
738         that it has to the page.
739
740   launder_page: Called before freeing a page - it writes back the dirty page. To
741         prevent redirtying the page, it is kept locked during the whole
742         operation.
743
744   is_partially_uptodate: Called by the VM when reading a file through the
745         pagecache when the underlying blocksize != pagesize. If the required
746         block is up to date then the read can complete without needing the IO
747         to bring the whole page up to date.
748
749   error_remove_page: normally set to generic_error_remove_page if truncation
750         is ok for this address space. Used for memory failure handling.
751         Setting this implies you deal with pages going away under you,
752         unless you have them locked or reference counts increased.
753
754   swap_activate: Called when swapon is used on a file to allocate
755         space if necessary and pin the block lookup information in
756         memory. A return value of zero indicates success,
757         in which case this file can be used to back swapspace. The
758         swapspace operations will be proxied to this address space's
759         ->swap_{out,in} methods.
760
761   swap_deactivate: Called during swapoff on files where swap_activate
762         was successful.
763
764
765 The File Object
766 ===============
767
768 A file object represents a file opened by a process.
769
770
771 struct file_operations
772 ----------------------
773
774 This describes how the VFS can manipulate an open file. As of kernel
775 3.5, the following members are defined:
776
777 struct file_operations {
778         struct module *owner;
779         loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
780         ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
781         ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
782         ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
783         ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
784         int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
785         unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
786         long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
787         long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
788         int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
789         int (*open) (struct inode *, struct file *);
790         int (*flush) (struct file *);
791         int (*release) (struct inode *, struct file *);
792         int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
793         int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
794         int (*fasync) (int, struct file *, int);
795         int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
796         ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
797         ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
798         ssize_t (*sendfile) (struct file *, loff_t *, size_t, read_actor_t, void *);
799         ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
800         unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
801         int (*check_flags)(int);
802         int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
803         ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, size_t, unsigned int);
804         ssize_t (*splice_read)(struct file *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
805         int (*setlease)(struct file *, long arg, struct file_lock **);
806         long (*fallocate)(struct file *, int mode, loff_t offset, loff_t len);
807 };
808
809 Again, all methods are called without any locks being held, unless
810 otherwise noted.
811
812   llseek: called when the VFS needs to move the file position index
813
814   read: called by read(2) and related system calls
815
816   aio_read: called by io_submit(2) and other asynchronous I/O operations
817
818   write: called by write(2) and related system calls
819
820   aio_write: called by io_submit(2) and other asynchronous I/O operations
821
822   iterate: called when the VFS needs to read the directory contents
823
824   poll: called by the VFS when a process wants to check if there is
825         activity on this file and (optionally) go to sleep until there
826         is activity. Called by the select(2) and poll(2) system calls
827
828   unlocked_ioctl: called by the ioctl(2) system call.
829
830   compat_ioctl: called by the ioctl(2) system call when 32 bit system calls
831          are used on 64 bit kernels.
832
833   mmap: called by the mmap(2) system call
834
835   open: called by the VFS when an inode should be opened. When the VFS
836         opens a file, it creates a new "struct file". It then calls the
837         open method for the newly allocated file structure. You might
838         think that the open method really belongs in
839         "struct inode_operations", and you may be right. I think it's
840         done the way it is because it makes filesystems simpler to
841         implement. The open() method is a good place to initialize the
842         "private_data" member in the file structure if you want to point
843         to a device structure
844
845   flush: called by the close(2) system call to flush a file
846
847   release: called when the last reference to an open file is closed
848
849   fsync: called by the fsync(2) system call
850
851   fasync: called by the fcntl(2) system call when asynchronous
852         (non-blocking) mode is enabled for a file
853
854   lock: called by the fcntl(2) system call for F_GETLK, F_SETLK, and F_SETLKW
855         commands
856
857   readv: called by the readv(2) system call
858
859   writev: called by the writev(2) system call
860
861   sendfile: called by the sendfile(2) system call
862
863   get_unmapped_area: called by the mmap(2) system call
864
865   check_flags: called by the fcntl(2) system call for F_SETFL command
866
867   flock: called by the flock(2) system call
868
869   splice_write: called by the VFS to splice data from a pipe to a file. This
870                 method is used by the splice(2) system call
871
872   splice_read: called by the VFS to splice data from file to a pipe. This
873                method is used by the splice(2) system call
874
875   setlease: called by the VFS to set or release a file lock lease.
876             setlease has the file_lock_lock held and must not sleep.
877
878   fallocate: called by the VFS to preallocate blocks or punch a hole.
879
880 Note that the file operations are implemented by the specific
881 filesystem in which the inode resides. When opening a device node
882 (character or block special) most filesystems will call special
883 support routines in the VFS which will locate the required device
884 driver information. These support routines replace the filesystem file
885 operations with those for the device driver, and then proceed to call
886 the new open() method for the file. This is how opening a device file
887 in the filesystem eventually ends up calling the device driver open()
888 method.
889
890
891 Directory Entry Cache (dcache)
892 ==============================
893
894
895 struct dentry_operations
896 ------------------------
897
898 This describes how a filesystem can overload the standard dentry
899 operations. Dentries and the dcache are the domain of the VFS and the
900 individual filesystem implementations. Device drivers have no business
901 here. These methods may be set to NULL, as they are either optional or
902 the VFS uses a default. As of kernel 2.6.22, the following members are
903 defined:
904
905 struct dentry_operations {
906         int (*d_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
907         int (*d_weak_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
908         int (*d_hash)(const struct dentry *, struct qstr *);
909         int (*d_compare)(const struct dentry *, const struct dentry *,
910                         unsigned int, const char *, const struct qstr *);
911         int (*d_delete)(const struct dentry *);
912         void (*d_release)(struct dentry *);
913         void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
914         char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
915         struct vfsmount *(*d_automount)(struct path *);
916         int (*d_manage)(struct dentry *, bool);
917 };
918
919   d_revalidate: called when the VFS needs to revalidate a dentry. This
920         is called whenever a name look-up finds a dentry in the
921         dcache. Most local filesystems leave this as NULL, because all their
922         dentries in the dcache are valid. Network filesystems are different
923         since things can change on the server without the client necessarily
924         being aware of it.
925
926         This function should return a positive value if the dentry is still
927         valid, and zero or a negative error code if it isn't.
928
929         d_revalidate may be called in rcu-walk mode (flags & LOOKUP_RCU).
930         If in rcu-walk mode, the filesystem must revalidate the dentry without
931         blocking or storing to the dentry, d_parent and d_inode should not be
932         used without care (because they can change and, in d_inode case, even
933         become NULL under us).
934
935         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle, return
936         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
937
938  d_weak_revalidate: called when the VFS needs to revalidate a "jumped" dentry.
939         This is called when a path-walk ends at dentry that was not acquired by
940         doing a lookup in the parent directory. This includes "/", "." and "..",
941         as well as procfs-style symlinks and mountpoint traversal.
942
943         In this case, we are less concerned with whether the dentry is still
944         fully correct, but rather that the inode is still valid. As with
945         d_revalidate, most local filesystems will set this to NULL since their
946         dcache entries are always valid.
947
948         This function has the same return code semantics as d_revalidate.
949
950         d_weak_revalidate is only called after leaving rcu-walk mode.
951
952   d_hash: called when the VFS adds a dentry to the hash table. The first
953         dentry passed to d_hash is the parent directory that the name is
954         to be hashed into.
955
956         Same locking and synchronisation rules as d_compare regarding
957         what is safe to dereference etc.
958
959   d_compare: called to compare a dentry name with a given name. The first
960         dentry is the parent of the dentry to be compared, the second is
961         the child dentry. len and name string are properties of the dentry
962         to be compared. qstr is the name to compare it with.
963
964         Must be constant and idempotent, and should not take locks if
965         possible, and should not or store into the dentry.
966         Should not dereference pointers outside the dentry without
967         lots of care (eg.  d_parent, d_inode, d_name should not be used).
968
969         However, our vfsmount is pinned, and RCU held, so the dentries and
970         inodes won't disappear, neither will our sb or filesystem module.
971         ->d_sb may be used.
972
973         It is a tricky calling convention because it needs to be called under
974         "rcu-walk", ie. without any locks or references on things.
975
976   d_delete: called when the last reference to a dentry is dropped and the
977         dcache is deciding whether or not to cache it. Return 1 to delete
978         immediately, or 0 to cache the dentry. Default is NULL which means to
979         always cache a reachable dentry. d_delete must be constant and
980         idempotent.
981
982   d_release: called when a dentry is really deallocated
983
984   d_iput: called when a dentry loses its inode (just prior to its
985         being deallocated). The default when this is NULL is that the
986         VFS calls iput(). If you define this method, you must call
987         iput() yourself
988
989   d_dname: called when the pathname of a dentry should be generated.
990         Useful for some pseudo filesystems (sockfs, pipefs, ...) to delay
991         pathname generation. (Instead of doing it when dentry is created,
992         it's done only when the path is needed.). Real filesystems probably
993         dont want to use it, because their dentries are present in global
994         dcache hash, so their hash should be an invariant. As no lock is
995         held, d_dname() should not try to modify the dentry itself, unless
996         appropriate SMP safety is used. CAUTION : d_path() logic is quite
997         tricky. The correct way to return for example "Hello" is to put it
998         at the end of the buffer, and returns a pointer to the first char.
999         dynamic_dname() helper function is provided to take care of this.
1000
1001   d_automount: called when an automount dentry is to be traversed (optional).
1002         This should create a new VFS mount record and return the record to the
1003         caller.  The caller is supplied with a path parameter giving the
1004         automount directory to describe the automount target and the parent
1005         VFS mount record to provide inheritable mount parameters.  NULL should
1006         be returned if someone else managed to make the automount first.  If
1007         the vfsmount creation failed, then an error code should be returned.
1008         If -EISDIR is returned, then the directory will be treated as an
1009         ordinary directory and returned to pathwalk to continue walking.
1010
1011         If a vfsmount is returned, the caller will attempt to mount it on the
1012         mountpoint and will remove the vfsmount from its expiration list in
1013         the case of failure.  The vfsmount should be returned with 2 refs on
1014         it to prevent automatic expiration - the caller will clean up the
1015         additional ref.
1016
1017         This function is only used if DCACHE_NEED_AUTOMOUNT is set on the
1018         dentry.  This is set by __d_instantiate() if S_AUTOMOUNT is set on the
1019         inode being added.
1020
1021   d_manage: called to allow the filesystem to manage the transition from a
1022         dentry (optional).  This allows autofs, for example, to hold up clients
1023         waiting to explore behind a 'mountpoint' whilst letting the daemon go
1024         past and construct the subtree there.  0 should be returned to let the
1025         calling process continue.  -EISDIR can be returned to tell pathwalk to
1026         use this directory as an ordinary directory and to ignore anything
1027         mounted on it and not to check the automount flag.  Any other error
1028         code will abort pathwalk completely.
1029
1030         If the 'rcu_walk' parameter is true, then the caller is doing a
1031         pathwalk in RCU-walk mode.  Sleeping is not permitted in this mode,
1032         and the caller can be asked to leave it and call again by returning
1033         -ECHILD.
1034
1035         This function is only used if DCACHE_MANAGE_TRANSIT is set on the
1036         dentry being transited from.
1037
1038 Example :
1039
1040 static char *pipefs_dname(struct dentry *dent, char *buffer, int buflen)
1041 {
1042         return dynamic_dname(dentry, buffer, buflen, "pipe:[%lu]",
1043                                 dentry->d_inode->i_ino);
1044 }
1045
1046 Each dentry has a pointer to its parent dentry, as well as a hash list
1047 of child dentries. Child dentries are basically like files in a
1048 directory.
1049
1050
1051 Directory Entry Cache API
1052 --------------------------
1053
1054 There are a number of functions defined which permit a filesystem to
1055 manipulate dentries:
1056
1057   dget: open a new handle for an existing dentry (this just increments
1058         the usage count)
1059
1060   dput: close a handle for a dentry (decrements the usage count). If
1061         the usage count drops to 0, and the dentry is still in its
1062         parent's hash, the "d_delete" method is called to check whether
1063         it should be cached. If it should not be cached, or if the dentry
1064         is not hashed, it is deleted. Otherwise cached dentries are put
1065         into an LRU list to be reclaimed on memory shortage.
1066
1067   d_drop: this unhashes a dentry from its parents hash list. A
1068         subsequent call to dput() will deallocate the dentry if its
1069         usage count drops to 0
1070
1071   d_delete: delete a dentry. If there are no other open references to
1072         the dentry then the dentry is turned into a negative dentry
1073         (the d_iput() method is called). If there are other
1074         references, then d_drop() is called instead
1075
1076   d_add: add a dentry to its parents hash list and then calls
1077         d_instantiate()
1078
1079   d_instantiate: add a dentry to the alias hash list for the inode and
1080         updates the "d_inode" member. The "i_count" member in the
1081         inode structure should be set/incremented. If the inode
1082         pointer is NULL, the dentry is called a "negative
1083         dentry". This function is commonly called when an inode is
1084         created for an existing negative dentry
1085
1086   d_lookup: look up a dentry given its parent and path name component
1087         It looks up the child of that given name from the dcache
1088         hash table. If it is found, the reference count is incremented
1089         and the dentry is returned. The caller must use dput()
1090         to free the dentry when it finishes using it.
1091
1092 Mount Options
1093 =============
1094
1095 Parsing options
1096 ---------------
1097
1098 On mount and remount the filesystem is passed a string containing a
1099 comma separated list of mount options.  The options can have either of
1100 these forms:
1101
1102   option
1103   option=value
1104
1105 The <linux/parser.h> header defines an API that helps parse these
1106 options.  There are plenty of examples on how to use it in existing
1107 filesystems.
1108
1109 Showing options
1110 ---------------
1111
1112 If a filesystem accepts mount options, it must define show_options()
1113 to show all the currently active options.  The rules are:
1114
1115   - options MUST be shown which are not default or their values differ
1116     from the default
1117
1118   - options MAY be shown which are enabled by default or have their
1119     default value
1120
1121 Options used only internally between a mount helper and the kernel
1122 (such as file descriptors), or which only have an effect during the
1123 mounting (such as ones controlling the creation of a journal) are exempt
1124 from the above rules.
1125
1126 The underlying reason for the above rules is to make sure, that a
1127 mount can be accurately replicated (e.g. umounting and mounting again)
1128 based on the information found in /proc/mounts.
1129
1130 A simple method of saving options at mount/remount time and showing
1131 them is provided with the save_mount_options() and
1132 generic_show_options() helper functions.  Please note, that using
1133 these may have drawbacks.  For more info see header comments for these
1134 functions in fs/namespace.c.
1135
1136 Resources
1137 =========
1138
1139 (Note some of these resources are not up-to-date with the latest kernel
1140  version.)
1141
1142 Creating Linux virtual filesystems. 2002
1143     <http://lwn.net/Articles/13325/>
1144
1145 The Linux Virtual File-system Layer by Neil Brown. 1999
1146     <http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/oss/linux-commentary/vfs.html>
1147
1148 A tour of the Linux VFS by Michael K. Johnson. 1996
1149     <http://www.tldp.org/LDP/khg/HyperNews/get/fs/vfstour.html>
1150
1151 A small trail through the Linux kernel by Andries Brouwer. 2001
1152     <http://www.win.tue.nl/~aeb/linux/vfs/trail.html>