Merge tag 'squashfs-updates' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/pkl...
[sfrench/cifs-2.6.git] / Documentation / filesystems / seq_file.txt
1 The seq_file interface
2
3         Copyright 2003 Jonathan Corbet <corbet@lwn.net>
4         This file is originally from the LWN.net Driver Porting series at
5         http://lwn.net/Articles/driver-porting/
6
7
8 There are numerous ways for a device driver (or other kernel component) to
9 provide information to the user or system administrator.  One useful
10 technique is the creation of virtual files, in debugfs, /proc or elsewhere.
11 Virtual files can provide human-readable output that is easy to get at
12 without any special utility programs; they can also make life easier for
13 script writers. It is not surprising that the use of virtual files has
14 grown over the years.
15
16 Creating those files correctly has always been a bit of a challenge,
17 however. It is not that hard to make a virtual file which returns a
18 string. But life gets trickier if the output is long - anything greater
19 than an application is likely to read in a single operation.  Handling
20 multiple reads (and seeks) requires careful attention to the reader's
21 position within the virtual file - that position is, likely as not, in the
22 middle of a line of output. The kernel has traditionally had a number of
23 implementations that got this wrong.
24
25 The 2.6 kernel contains a set of functions (implemented by Alexander Viro)
26 which are designed to make it easy for virtual file creators to get it
27 right.
28
29 The seq_file interface is available via <linux/seq_file.h>. There are
30 three aspects to seq_file:
31
32      * An iterator interface which lets a virtual file implementation
33        step through the objects it is presenting.
34
35      * Some utility functions for formatting objects for output without
36        needing to worry about things like output buffers.
37
38      * A set of canned file_operations which implement most operations on
39        the virtual file.
40
41 We'll look at the seq_file interface via an extremely simple example: a
42 loadable module which creates a file called /proc/sequence. The file, when
43 read, simply produces a set of increasing integer values, one per line. The
44 sequence will continue until the user loses patience and finds something
45 better to do. The file is seekable, in that one can do something like the
46 following:
47
48     dd if=/proc/sequence of=out1 count=1
49     dd if=/proc/sequence skip=1 of=out2 count=1
50
51 Then concatenate the output files out1 and out2 and get the right
52 result. Yes, it is a thoroughly useless module, but the point is to show
53 how the mechanism works without getting lost in other details.  (Those
54 wanting to see the full source for this module can find it at
55 http://lwn.net/Articles/22359/).
56
57 Deprecated create_proc_entry
58
59 Note that the above article uses create_proc_entry which was removed in
60 kernel 3.10. Current versions require the following update
61
62 -       entry = create_proc_entry("sequence", 0, NULL);
63 -       if (entry)
64 -               entry->proc_fops = &ct_file_ops;
65 +       entry = proc_create("sequence", 0, NULL, &ct_file_ops);
66
67 The iterator interface
68
69 Modules implementing a virtual file with seq_file must implement a simple
70 iterator object that allows stepping through the data of interest.
71 Iterators must be able to move to a specific position - like the file they
72 implement - but the interpretation of that position is up to the iterator
73 itself. A seq_file implementation that is formatting firewall rules, for
74 example, could interpret position N as the Nth rule in the chain.
75 Positioning can thus be done in whatever way makes the most sense for the
76 generator of the data, which need not be aware of how a position translates
77 to an offset in the virtual file. The one obvious exception is that a
78 position of zero should indicate the beginning of the file.
79
80 The /proc/sequence iterator just uses the count of the next number it
81 will output as its position.
82
83 Four functions must be implemented to make the iterator work. The first,
84 called start() takes a position as an argument and returns an iterator
85 which will start reading at that position. For our simple sequence example,
86 the start() function looks like:
87
88         static void *ct_seq_start(struct seq_file *s, loff_t *pos)
89         {
90                 loff_t *spos = kmalloc(sizeof(loff_t), GFP_KERNEL);
91                 if (! spos)
92                         return NULL;
93                 *spos = *pos;
94                 return spos;
95         }
96
97 The entire data structure for this iterator is a single loff_t value
98 holding the current position. There is no upper bound for the sequence
99 iterator, but that will not be the case for most other seq_file
100 implementations; in most cases the start() function should check for a
101 "past end of file" condition and return NULL if need be.
102
103 For more complicated applications, the private field of the seq_file
104 structure can be used. There is also a special value which can be returned
105 by the start() function called SEQ_START_TOKEN; it can be used if you wish
106 to instruct your show() function (described below) to print a header at the
107 top of the output. SEQ_START_TOKEN should only be used if the offset is
108 zero, however.
109
110 The next function to implement is called, amazingly, next(); its job is to
111 move the iterator forward to the next position in the sequence.  The
112 example module can simply increment the position by one; more useful
113 modules will do what is needed to step through some data structure. The
114 next() function returns a new iterator, or NULL if the sequence is
115 complete. Here's the example version:
116
117         static void *ct_seq_next(struct seq_file *s, void *v, loff_t *pos)
118         {
119                 loff_t *spos = v;
120                 *pos = ++*spos;
121                 return spos;
122         }
123
124 The stop() function is called when iteration is complete; its job, of
125 course, is to clean up. If dynamic memory is allocated for the iterator,
126 stop() is the place to free it.
127
128         static void ct_seq_stop(struct seq_file *s, void *v)
129         {
130                 kfree(v);
131         }
132
133 Finally, the show() function should format the object currently pointed to
134 by the iterator for output.  The example module's show() function is:
135
136         static int ct_seq_show(struct seq_file *s, void *v)
137         {
138                 loff_t *spos = v;
139                 seq_printf(s, "%lld\n", (long long)*spos);
140                 return 0;
141         }
142
143 If all is well, the show() function should return zero.  A negative error
144 code in the usual manner indicates that something went wrong; it will be
145 passed back to user space.  This function can also return SEQ_SKIP, which
146 causes the current item to be skipped; if the show() function has already
147 generated output before returning SEQ_SKIP, that output will be dropped.
148
149 We will look at seq_printf() in a moment. But first, the definition of the
150 seq_file iterator is finished by creating a seq_operations structure with
151 the four functions we have just defined:
152
153         static const struct seq_operations ct_seq_ops = {
154                 .start = ct_seq_start,
155                 .next  = ct_seq_next,
156                 .stop  = ct_seq_stop,
157                 .show  = ct_seq_show
158         };
159
160 This structure will be needed to tie our iterator to the /proc file in
161 a little bit.
162
163 It's worth noting that the iterator value returned by start() and
164 manipulated by the other functions is considered to be completely opaque by
165 the seq_file code. It can thus be anything that is useful in stepping
166 through the data to be output. Counters can be useful, but it could also be
167 a direct pointer into an array or linked list. Anything goes, as long as
168 the programmer is aware that things can happen between calls to the
169 iterator function. However, the seq_file code (by design) will not sleep
170 between the calls to start() and stop(), so holding a lock during that time
171 is a reasonable thing to do. The seq_file code will also avoid taking any
172 other locks while the iterator is active.
173
174
175 Formatted output
176
177 The seq_file code manages positioning within the output created by the
178 iterator and getting it into the user's buffer. But, for that to work, that
179 output must be passed to the seq_file code. Some utility functions have
180 been defined which make this task easy.
181
182 Most code will simply use seq_printf(), which works pretty much like
183 printk(), but which requires the seq_file pointer as an argument.
184
185 For straight character output, the following functions may be used:
186
187         seq_putc(struct seq_file *m, char c);
188         seq_puts(struct seq_file *m, const char *s);
189         seq_escape(struct seq_file *m, const char *s, const char *esc);
190
191 The first two output a single character and a string, just like one would
192 expect. seq_escape() is like seq_puts(), except that any character in s
193 which is in the string esc will be represented in octal form in the output.
194
195 There are also a pair of functions for printing filenames:
196
197         int seq_path(struct seq_file *m, struct path *path, char *esc);
198         int seq_path_root(struct seq_file *m, struct path *path,
199                           struct path *root, char *esc)
200
201 Here, path indicates the file of interest, and esc is a set of characters
202 which should be escaped in the output.  A call to seq_path() will output
203 the path relative to the current process's filesystem root.  If a different
204 root is desired, it can be used with seq_path_root().  Note that, if it
205 turns out that path cannot be reached from root, the value of root will be
206 changed in seq_file_root() to a root which *does* work.
207
208 A function producing complicated output may want to check
209         bool seq_has_overflowed(struct seq_file *m);
210 and avoid further seq_<output> calls if true is returned.
211
212 A true return from seq_has_overflowed means that the seq_file buffer will
213 be discarded and the seq_show function will attempt to allocate a larger
214 buffer and retry printing.
215
216
217 Making it all work
218
219 So far, we have a nice set of functions which can produce output within the
220 seq_file system, but we have not yet turned them into a file that a user
221 can see. Creating a file within the kernel requires, of course, the
222 creation of a set of file_operations which implement the operations on that
223 file. The seq_file interface provides a set of canned operations which do
224 most of the work. The virtual file author still must implement the open()
225 method, however, to hook everything up. The open function is often a single
226 line, as in the example module:
227
228         static int ct_open(struct inode *inode, struct file *file)
229         {
230                 return seq_open(file, &ct_seq_ops);
231         }
232
233 Here, the call to seq_open() takes the seq_operations structure we created
234 before, and gets set up to iterate through the virtual file.
235
236 On a successful open, seq_open() stores the struct seq_file pointer in
237 file->private_data. If you have an application where the same iterator can
238 be used for more than one file, you can store an arbitrary pointer in the
239 private field of the seq_file structure; that value can then be retrieved
240 by the iterator functions.
241
242 There is also a wrapper function to seq_open() called seq_open_private(). It
243 kmallocs a zero filled block of memory and stores a pointer to it in the
244 private field of the seq_file structure, returning 0 on success. The
245 block size is specified in a third parameter to the function, e.g.:
246
247         static int ct_open(struct inode *inode, struct file *file)
248         {
249                 return seq_open_private(file, &ct_seq_ops,
250                                         sizeof(struct mystruct));
251         }
252
253 There is also a variant function, __seq_open_private(), which is functionally
254 identical except that, if successful, it returns the pointer to the allocated
255 memory block, allowing further initialisation e.g.:
256
257         static int ct_open(struct inode *inode, struct file *file)
258         {
259                 struct mystruct *p =
260                         __seq_open_private(file, &ct_seq_ops, sizeof(*p));
261
262                 if (!p)
263                         return -ENOMEM;
264
265                 p->foo = bar; /* initialize my stuff */
266                         ...
267                 p->baz = true;
268
269                 return 0;
270         }
271
272 A corresponding close function, seq_release_private() is available which
273 frees the memory allocated in the corresponding open.
274
275 The other operations of interest - read(), llseek(), and release() - are
276 all implemented by the seq_file code itself. So a virtual file's
277 file_operations structure will look like:
278
279         static const struct file_operations ct_file_ops = {
280                 .owner   = THIS_MODULE,
281                 .open    = ct_open,
282                 .read    = seq_read,
283                 .llseek  = seq_lseek,
284                 .release = seq_release
285         };
286
287 There is also a seq_release_private() which passes the contents of the
288 seq_file private field to kfree() before releasing the structure.
289
290 The final step is the creation of the /proc file itself. In the example
291 code, that is done in the initialization code in the usual way:
292
293         static int ct_init(void)
294         {
295                 struct proc_dir_entry *entry;
296
297                 proc_create("sequence", 0, NULL, &ct_file_ops);
298                 return 0;
299         }
300
301         module_init(ct_init);
302
303 And that is pretty much it.
304
305
306 seq_list
307
308 If your file will be iterating through a linked list, you may find these
309 routines useful:
310
311         struct list_head *seq_list_start(struct list_head *head,
312                                          loff_t pos);
313         struct list_head *seq_list_start_head(struct list_head *head,
314                                               loff_t pos);
315         struct list_head *seq_list_next(void *v, struct list_head *head,
316                                         loff_t *ppos);
317
318 These helpers will interpret pos as a position within the list and iterate
319 accordingly.  Your start() and next() functions need only invoke the
320 seq_list_* helpers with a pointer to the appropriate list_head structure.
321
322
323 The extra-simple version
324
325 For extremely simple virtual files, there is an even easier interface.  A
326 module can define only the show() function, which should create all the
327 output that the virtual file will contain. The file's open() method then
328 calls:
329
330         int single_open(struct file *file,
331                         int (*show)(struct seq_file *m, void *p),
332                         void *data);
333
334 When output time comes, the show() function will be called once. The data
335 value given to single_open() can be found in the private field of the
336 seq_file structure. When using single_open(), the programmer should use
337 single_release() instead of seq_release() in the file_operations structure
338 to avoid a memory leak.