Merge branch 'next' of git://git.infradead.org/users/vkoul/slave-dma
[sfrench/cifs-2.6.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                                 struct file *, unsigned open_flag,
364                                 umode_t create_mode, int *opened);
365 };
366
367 Again, all methods are called without any locks being held, unless
368 otherwise noted.
369
370   create: called by the open(2) and creat(2) system calls. Only
371         required if you want to support regular files. The dentry you
372         get should not have an inode (i.e. it should be a negative
373         dentry). Here you will probably call d_instantiate() with the
374         dentry and the newly created inode
375
376   lookup: called when the VFS needs to look up an inode in a parent
377         directory. The name to look for is found in the dentry. This
378         method must call d_add() to insert the found inode into the
379         dentry. The "i_count" field in the inode structure should be
380         incremented. If the named inode does not exist a NULL inode
381         should be inserted into the dentry (this is called a negative
382         dentry). Returning an error code from this routine must only
383         be done on a real error, otherwise creating inodes with system
384         calls like create(2), mknod(2), mkdir(2) and so on will fail.
385         If you wish to overload the dentry methods then you should
386         initialise the "d_dop" field in the dentry; this is a pointer
387         to a struct "dentry_operations".
388         This method is called with the directory inode semaphore held
389
390   link: called by the link(2) system call. Only required if you want
391         to support hard links. You will probably need to call
392         d_instantiate() just as you would in the create() method
393
394   unlink: called by the unlink(2) system call. Only required if you
395         want to support deleting inodes
396
397   symlink: called by the symlink(2) system call. Only required if you
398         want to support symlinks. You will probably need to call
399         d_instantiate() just as you would in the create() method
400
401   mkdir: called by the mkdir(2) system call. Only required if you want
402         to support creating subdirectories. You will probably need to
403         call d_instantiate() just as you would in the create() method
404
405   rmdir: called by the rmdir(2) system call. Only required if you want
406         to support deleting subdirectories
407
408   mknod: called by the mknod(2) system call to create a device (char,
409         block) inode or a named pipe (FIFO) or socket. Only required
410         if you want to support creating these types of inodes. You
411         will probably need to call d_instantiate() just as you would
412         in the create() method
413
414   rename: called by the rename(2) system call to rename the object to
415         have the parent and name given by the second inode and dentry.
416
417   readlink: called by the readlink(2) system call. Only required if
418         you want to support reading symbolic links
419
420   follow_link: called by the VFS to follow a symbolic link to the
421         inode it points to.  Only required if you want to support
422         symbolic links.  This method returns a void pointer cookie
423         that is passed to put_link().
424
425   put_link: called by the VFS to release resources allocated by
426         follow_link().  The cookie returned by follow_link() is passed
427         to this method as the last parameter.  It is used by
428         filesystems such as NFS where page cache is not stable
429         (i.e. page that was installed when the symbolic link walk
430         started might not be in the page cache at the end of the
431         walk).
432
433   permission: called by the VFS to check for access rights on a POSIX-like
434         filesystem.
435
436         May be called in rcu-walk mode (mask & MAY_NOT_BLOCK). If in rcu-walk
437         mode, the filesystem must check the permission without blocking or
438         storing to the inode.
439
440         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle, return
441         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
442
443   setattr: called by the VFS to set attributes for a file. This method
444         is called by chmod(2) and related system calls.
445
446   getattr: called by the VFS to get attributes of a file. This method
447         is called by stat(2) and related system calls.
448
449   setxattr: called by the VFS to set an extended attribute for a file.
450         Extended attribute is a name:value pair associated with an
451         inode. This method is called by setxattr(2) system call.
452
453   getxattr: called by the VFS to retrieve the value of an extended
454         attribute name. This method is called by getxattr(2) function
455         call.
456
457   listxattr: called by the VFS to list all extended attributes for a
458         given file. This method is called by listxattr(2) system call.
459
460   removexattr: called by the VFS to remove an extended attribute from
461         a file. This method is called by removexattr(2) system call.
462
463   update_time: called by the VFS to update a specific time or the i_version of
464         an inode.  If this is not defined the VFS will update the inode itself
465         and call mark_inode_dirty_sync.
466
467   atomic_open: called on the last component of an open.  Using this optional
468         method the filesystem can look up, possibly create and open the file in
469         one atomic operation.  If it cannot perform this (e.g. the file type
470         turned out to be wrong) it may signal this by returning 1 instead of
471         usual 0 or -ve .  This method is only called if the last
472         component is negative or needs lookup.  Cached positive dentries are
473         still handled by f_op->open().
474
475 The Address Space Object
476 ========================
477
478 The address space object is used to group and manage pages in the page
479 cache.  It can be used to keep track of the pages in a file (or
480 anything else) and also track the mapping of sections of the file into
481 process address spaces.
482
483 There are a number of distinct yet related services that an
484 address-space can provide.  These include communicating memory
485 pressure, page lookup by address, and keeping track of pages tagged as
486 Dirty or Writeback.
487
488 The first can be used independently to the others.  The VM can try to
489 either write dirty pages in order to clean them, or release clean
490 pages in order to reuse them.  To do this it can call the ->writepage
491 method on dirty pages, and ->releasepage on clean pages with
492 PagePrivate set. Clean pages without PagePrivate and with no external
493 references will be released without notice being given to the
494 address_space.
495
496 To achieve this functionality, pages need to be placed on an LRU with
497 lru_cache_add and mark_page_active needs to be called whenever the
498 page is used.
499
500 Pages are normally kept in a radix tree index by ->index. This tree
501 maintains information about the PG_Dirty and PG_Writeback status of
502 each page, so that pages with either of these flags can be found
503 quickly.
504
505 The Dirty tag is primarily used by mpage_writepages - the default
506 ->writepages method.  It uses the tag to find dirty pages to call
507 ->writepage on.  If mpage_writepages is not used (i.e. the address
508 provides its own ->writepages) , the PAGECACHE_TAG_DIRTY tag is
509 almost unused.  write_inode_now and sync_inode do use it (through
510 __sync_single_inode) to check if ->writepages has been successful in
511 writing out the whole address_space.
512
513 The Writeback tag is used by filemap*wait* and sync_page* functions,
514 via filemap_fdatawait_range, to wait for all writeback to
515 complete.  While waiting ->sync_page (if defined) will be called on
516 each page that is found to require writeback.
517
518 An address_space handler may attach extra information to a page,
519 typically using the 'private' field in the 'struct page'.  If such
520 information is attached, the PG_Private flag should be set.  This will
521 cause various VM routines to make extra calls into the address_space
522 handler to deal with that data.
523
524 An address space acts as an intermediate between storage and
525 application.  Data is read into the address space a whole page at a
526 time, and provided to the application either by copying of the page,
527 or by memory-mapping the page.
528 Data is written into the address space by the application, and then
529 written-back to storage typically in whole pages, however the
530 address_space has finer control of write sizes.
531
532 The read process essentially only requires 'readpage'.  The write
533 process is more complicated and uses write_begin/write_end or
534 set_page_dirty to write data into the address_space, and writepage,
535 sync_page, and writepages to writeback data to storage.
536
537 Adding and removing pages to/from an address_space is protected by the
538 inode's i_mutex.
539
540 When data is written to a page, the PG_Dirty flag should be set.  It
541 typically remains set until writepage asks for it to be written.  This
542 should clear PG_Dirty and set PG_Writeback.  It can be actually
543 written at any point after PG_Dirty is clear.  Once it is known to be
544 safe, PG_Writeback is cleared.
545
546 Writeback makes use of a writeback_control structure...
547
548 struct address_space_operations
549 -------------------------------
550
551 This describes how the VFS can manipulate mapping of a file to page cache in
552 your filesystem. As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
553
554 struct address_space_operations {
555         int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc);
556         int (*readpage)(struct file *, struct page *);
557         int (*sync_page)(struct page *);
558         int (*writepages)(struct address_space *, struct writeback_control *);
559         int (*set_page_dirty)(struct page *page);
560         int (*readpages)(struct file *filp, struct address_space *mapping,
561                         struct list_head *pages, unsigned nr_pages);
562         int (*write_begin)(struct file *, struct address_space *mapping,
563                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned flags,
564                                 struct page **pagep, void **fsdata);
565         int (*write_end)(struct file *, struct address_space *mapping,
566                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
567                                 struct page *page, void *fsdata);
568         sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
569         int (*invalidatepage) (struct page *, unsigned long);
570         int (*releasepage) (struct page *, int);
571         void (*freepage)(struct page *);
572         ssize_t (*direct_IO)(int, struct kiocb *, const struct iovec *iov,
573                         loff_t offset, unsigned long nr_segs);
574         struct page* (*get_xip_page)(struct address_space *, sector_t,
575                         int);
576         /* migrate the contents of a page to the specified target */
577         int (*migratepage) (struct page *, struct page *);
578         int (*launder_page) (struct page *);
579         int (*error_remove_page) (struct mapping *mapping, struct page *page);
580         int (*swap_activate)(struct file *);
581         int (*swap_deactivate)(struct file *);
582 };
583
584   writepage: called by the VM to write a dirty page to backing store.
585       This may happen for data integrity reasons (i.e. 'sync'), or
586       to free up memory (flush).  The difference can be seen in
587       wbc->sync_mode.
588       The PG_Dirty flag has been cleared and PageLocked is true.
589       writepage should start writeout, should set PG_Writeback,
590       and should make sure the page is unlocked, either synchronously
591       or asynchronously when the write operation completes.
592
593       If wbc->sync_mode is WB_SYNC_NONE, ->writepage doesn't have to
594       try too hard if there are problems, and may choose to write out
595       other pages from the mapping if that is easier (e.g. due to
596       internal dependencies).  If it chooses not to start writeout, it
597       should return AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE so that the VM will not keep
598       calling ->writepage on that page.
599
600       See the file "Locking" for more details.
601
602   readpage: called by the VM to read a page from backing store.
603        The page will be Locked when readpage is called, and should be
604        unlocked and marked uptodate once the read completes.
605        If ->readpage discovers that it needs to unlock the page for
606        some reason, it can do so, and then return AOP_TRUNCATED_PAGE.
607        In this case, the page will be relocated, relocked and if
608        that all succeeds, ->readpage will be called again.
609
610   sync_page: called by the VM to notify the backing store to perform all
611         queued I/O operations for a page. I/O operations for other pages
612         associated with this address_space object may also be performed.
613
614         This function is optional and is called only for pages with
615         PG_Writeback set while waiting for the writeback to complete.
616
617   writepages: called by the VM to write out pages associated with the
618         address_space object.  If wbc->sync_mode is WBC_SYNC_ALL, then
619         the writeback_control will specify a range of pages that must be
620         written out.  If it is WBC_SYNC_NONE, then a nr_to_write is given
621         and that many pages should be written if possible.
622         If no ->writepages is given, then mpage_writepages is used
623         instead.  This will choose pages from the address space that are
624         tagged as DIRTY and will pass them to ->writepage.
625
626   set_page_dirty: called by the VM to set a page dirty.
627         This is particularly needed if an address space attaches
628         private data to a page, and that data needs to be updated when
629         a page is dirtied.  This is called, for example, when a memory
630         mapped page gets modified.
631         If defined, it should set the PageDirty flag, and the
632         PAGECACHE_TAG_DIRTY tag in the radix tree.
633
634   readpages: called by the VM to read pages associated with the address_space
635         object. This is essentially just a vector version of
636         readpage.  Instead of just one page, several pages are
637         requested.
638         readpages is only used for read-ahead, so read errors are
639         ignored.  If anything goes wrong, feel free to give up.
640
641   write_begin:
642         Called by the generic buffered write code to ask the filesystem to
643         prepare to write len bytes at the given offset in the file. The
644         address_space should check that the write will be able to complete,
645         by allocating space if necessary and doing any other internal
646         housekeeping.  If the write will update parts of any basic-blocks on
647         storage, then those blocks should be pre-read (if they haven't been
648         read already) so that the updated blocks can be written out properly.
649
650         The filesystem must return the locked pagecache page for the specified
651         offset, in *pagep, for the caller to write into.
652
653         It must be able to cope with short writes (where the length passed to
654         write_begin is greater than the number of bytes copied into the page).
655
656         flags is a field for AOP_FLAG_xxx flags, described in
657         include/linux/fs.h.
658
659         A void * may be returned in fsdata, which then gets passed into
660         write_end.
661
662         Returns 0 on success; < 0 on failure (which is the error code), in
663         which case write_end is not called.
664
665   write_end: After a successful write_begin, and data copy, write_end must
666         be called. len is the original len passed to write_begin, and copied
667         is the amount that was able to be copied (copied == len is always true
668         if write_begin was called with the AOP_FLAG_UNINTERRUPTIBLE flag).
669
670         The filesystem must take care of unlocking the page and releasing it
671         refcount, and updating i_size.
672
673         Returns < 0 on failure, otherwise the number of bytes (<= 'copied')
674         that were able to be copied into pagecache.
675
676   bmap: called by the VFS to map a logical block offset within object to
677         physical block number. This method is used by the FIBMAP
678         ioctl and for working with swap-files.  To be able to swap to
679         a file, the file must have a stable mapping to a block
680         device.  The swap system does not go through the filesystem
681         but instead uses bmap to find out where the blocks in the file
682         are and uses those addresses directly.
683
684
685   invalidatepage: If a page has PagePrivate set, then invalidatepage
686         will be called when part or all of the page is to be removed
687         from the address space.  This generally corresponds to either a
688         truncation or a complete invalidation of the address space
689         (in the latter case 'offset' will always be 0).
690         Any private data associated with the page should be updated
691         to reflect this truncation.  If offset is 0, then
692         the private data should be released, because the page
693         must be able to be completely discarded.  This may be done by
694         calling the ->releasepage function, but in this case the
695         release MUST succeed.
696
697   releasepage: releasepage is called on PagePrivate pages to indicate
698         that the page should be freed if possible.  ->releasepage
699         should remove any private data from the page and clear the
700         PagePrivate flag. If releasepage() fails for some reason, it must
701         indicate failure with a 0 return value.
702         releasepage() is used in two distinct though related cases.  The
703         first is when the VM finds a clean page with no active users and
704         wants to make it a free page.  If ->releasepage succeeds, the
705         page will be removed from the address_space and become free.
706
707         The second case is when a request has been made to invalidate
708         some or all pages in an address_space.  This can happen
709         through the fadvice(POSIX_FADV_DONTNEED) system call or by the
710         filesystem explicitly requesting it as nfs and 9fs do (when
711         they believe the cache may be out of date with storage) by
712         calling invalidate_inode_pages2().
713         If the filesystem makes such a call, and needs to be certain
714         that all pages are invalidated, then its releasepage will
715         need to ensure this.  Possibly it can clear the PageUptodate
716         bit if it cannot free private data yet.
717
718   freepage: freepage is called once the page is no longer visible in
719         the page cache in order to allow the cleanup of any private
720         data. Since it may be called by the memory reclaimer, it
721         should not assume that the original address_space mapping still
722         exists, and it should not block.
723
724   direct_IO: called by the generic read/write routines to perform
725         direct_IO - that is IO requests which bypass the page cache
726         and transfer data directly between the storage and the
727         application's address space.
728
729   get_xip_page: called by the VM to translate a block number to a page.
730         The page is valid until the corresponding filesystem is unmounted.
731         Filesystems that want to use execute-in-place (XIP) need to implement
732         it.  An example implementation can be found in fs/ext2/xip.c.
733
734   migrate_page:  This is used to compact the physical memory usage.
735         If the VM wants to relocate a page (maybe off a memory card
736         that is signalling imminent failure) it will pass a new page
737         and an old page to this function.  migrate_page should
738         transfer any private data across and update any references
739         that it has to the page.
740
741   launder_page: Called before freeing a page - it writes back the dirty page. To
742         prevent redirtying the page, it is kept locked during the whole
743         operation.
744
745   error_remove_page: normally set to generic_error_remove_page if truncation
746         is ok for this address space. Used for memory failure handling.
747         Setting this implies you deal with pages going away under you,
748         unless you have them locked or reference counts increased.
749
750   swap_activate: Called when swapon is used on a file to allocate
751         space if necessary and pin the block lookup information in
752         memory. A return value of zero indicates success,
753         in which case this file can be used to back swapspace. The
754         swapspace operations will be proxied to this address space's
755         ->swap_{out,in} methods.
756
757   swap_deactivate: Called during swapoff on files where swap_activate
758         was successful.
759
760
761 The File Object
762 ===============
763
764 A file object represents a file opened by a process.
765
766
767 struct file_operations
768 ----------------------
769
770 This describes how the VFS can manipulate an open file. As of kernel
771 3.5, the following members are defined:
772
773 struct file_operations {
774         struct module *owner;
775         loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
776         ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
777         ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
778         ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
779         ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
780         int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
781         unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
782         long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
783         long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
784         int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
785         int (*open) (struct inode *, struct file *);
786         int (*flush) (struct file *);
787         int (*release) (struct inode *, struct file *);
788         int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
789         int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
790         int (*fasync) (int, struct file *, int);
791         int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
792         ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
793         ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
794         ssize_t (*sendfile) (struct file *, loff_t *, size_t, read_actor_t, void *);
795         ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
796         unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
797         int (*check_flags)(int);
798         int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
799         ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, size_t, unsigned int);
800         ssize_t (*splice_read)(struct file *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
801         int (*setlease)(struct file *, long arg, struct file_lock **);
802         long (*fallocate)(struct file *, int mode, loff_t offset, loff_t len);
803 };
804
805 Again, all methods are called without any locks being held, unless
806 otherwise noted.
807
808   llseek: called when the VFS needs to move the file position index
809
810   read: called by read(2) and related system calls
811
812   aio_read: called by io_submit(2) and other asynchronous I/O operations
813
814   write: called by write(2) and related system calls
815
816   aio_write: called by io_submit(2) and other asynchronous I/O operations
817
818   readdir: called when the VFS needs to read the directory contents
819
820   poll: called by the VFS when a process wants to check if there is
821         activity on this file and (optionally) go to sleep until there
822         is activity. Called by the select(2) and poll(2) system calls
823
824   unlocked_ioctl: called by the ioctl(2) system call.
825
826   compat_ioctl: called by the ioctl(2) system call when 32 bit system calls
827          are used on 64 bit kernels.
828
829   mmap: called by the mmap(2) system call
830
831   open: called by the VFS when an inode should be opened. When the VFS
832         opens a file, it creates a new "struct file". It then calls the
833         open method for the newly allocated file structure. You might
834         think that the open method really belongs in
835         "struct inode_operations", and you may be right. I think it's
836         done the way it is because it makes filesystems simpler to
837         implement. The open() method is a good place to initialize the
838         "private_data" member in the file structure if you want to point
839         to a device structure
840
841   flush: called by the close(2) system call to flush a file
842
843   release: called when the last reference to an open file is closed
844
845   fsync: called by the fsync(2) system call
846
847   fasync: called by the fcntl(2) system call when asynchronous
848         (non-blocking) mode is enabled for a file
849
850   lock: called by the fcntl(2) system call for F_GETLK, F_SETLK, and F_SETLKW
851         commands
852
853   readv: called by the readv(2) system call
854
855   writev: called by the writev(2) system call
856
857   sendfile: called by the sendfile(2) system call
858
859   get_unmapped_area: called by the mmap(2) system call
860
861   check_flags: called by the fcntl(2) system call for F_SETFL command
862
863   flock: called by the flock(2) system call
864
865   splice_write: called by the VFS to splice data from a pipe to a file. This
866                 method is used by the splice(2) system call
867
868   splice_read: called by the VFS to splice data from file to a pipe. This
869                method is used by the splice(2) system call
870
871   setlease: called by the VFS to set or release a file lock lease.
872             setlease has the file_lock_lock held and must not sleep.
873
874   fallocate: called by the VFS to preallocate blocks or punch a hole.
875
876 Note that the file operations are implemented by the specific
877 filesystem in which the inode resides. When opening a device node
878 (character or block special) most filesystems will call special
879 support routines in the VFS which will locate the required device
880 driver information. These support routines replace the filesystem file
881 operations with those for the device driver, and then proceed to call
882 the new open() method for the file. This is how opening a device file
883 in the filesystem eventually ends up calling the device driver open()
884 method.
885
886
887 Directory Entry Cache (dcache)
888 ==============================
889
890
891 struct dentry_operations
892 ------------------------
893
894 This describes how a filesystem can overload the standard dentry
895 operations. Dentries and the dcache are the domain of the VFS and the
896 individual filesystem implementations. Device drivers have no business
897 here. These methods may be set to NULL, as they are either optional or
898 the VFS uses a default. As of kernel 2.6.22, the following members are
899 defined:
900
901 struct dentry_operations {
902         int (*d_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
903         int (*d_weak_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
904         int (*d_hash)(const struct dentry *, const struct inode *,
905                         struct qstr *);
906         int (*d_compare)(const struct dentry *, const struct inode *,
907                         const struct dentry *, const struct inode *,
908                         unsigned int, const char *, const struct qstr *);
909         int (*d_delete)(const struct dentry *);
910         void (*d_release)(struct dentry *);
911         void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
912         char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
913         struct vfsmount *(*d_automount)(struct path *);
914         int (*d_manage)(struct dentry *, bool);
915 };
916
917   d_revalidate: called when the VFS needs to revalidate a dentry. This
918         is called whenever a name look-up finds a dentry in the
919         dcache. Most local filesystems leave this as NULL, because all their
920         dentries in the dcache are valid. Network filesystems are different
921         since things can change on the server without the client necessarily
922         being aware of it.
923
924         This function should return a positive value if the dentry is still
925         valid, and zero or a negative error code if it isn't.
926
927         d_revalidate may be called in rcu-walk mode (flags & LOOKUP_RCU).
928         If in rcu-walk mode, the filesystem must revalidate the dentry without
929         blocking or storing to the dentry, d_parent and d_inode should not be
930         used without care (because they can change and, in d_inode case, even
931         become NULL under us).
932
933         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle, return
934         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
935
936  d_weak_revalidate: called when the VFS needs to revalidate a "jumped" dentry.
937         This is called when a path-walk ends at dentry that was not acquired by
938         doing a lookup in the parent directory. This includes "/", "." and "..",
939         as well as procfs-style symlinks and mountpoint traversal.
940
941         In this case, we are less concerned with whether the dentry is still
942         fully correct, but rather that the inode is still valid. As with
943         d_revalidate, most local filesystems will set this to NULL since their
944         dcache entries are always valid.
945
946         This function has the same return code semantics as d_revalidate.
947
948         d_weak_revalidate is only called after leaving rcu-walk mode.
949
950   d_hash: called when the VFS adds a dentry to the hash table. The first
951         dentry passed to d_hash is the parent directory that the name is
952         to be hashed into. The inode is the dentry's inode.
953
954         Same locking and synchronisation rules as d_compare regarding
955         what is safe to dereference etc.
956
957   d_compare: called to compare a dentry name with a given name. The first
958         dentry is the parent of the dentry to be compared, the second is
959         the parent's inode, then the dentry and inode (may be NULL) of the
960         child dentry. len and name string are properties of the dentry to be
961         compared. qstr is the name to compare it with.
962
963         Must be constant and idempotent, and should not take locks if
964         possible, and should not or store into the dentry or inodes.
965         Should not dereference pointers outside the dentry or inodes without
966         lots of care (eg.  d_parent, d_inode, d_name should not be used).
967
968         However, our vfsmount is pinned, and RCU held, so the dentries and
969         inodes won't disappear, neither will our sb or filesystem module.
970         ->i_sb and ->d_sb may be used.
971
972         It is a tricky calling convention because it needs to be called under
973         "rcu-walk", ie. without any locks or references on things.
974
975   d_delete: called when the last reference to a dentry is dropped and the
976         dcache is deciding whether or not to cache it. Return 1 to delete
977         immediately, or 0 to cache the dentry. Default is NULL which means to
978         always cache a reachable dentry. d_delete must be constant and
979         idempotent.
980
981   d_release: called when a dentry is really deallocated
982
983   d_iput: called when a dentry loses its inode (just prior to its
984         being deallocated). The default when this is NULL is that the
985         VFS calls iput(). If you define this method, you must call
986         iput() yourself
987
988   d_dname: called when the pathname of a dentry should be generated.
989         Useful for some pseudo filesystems (sockfs, pipefs, ...) to delay
990         pathname generation. (Instead of doing it when dentry is created,
991         it's done only when the path is needed.). Real filesystems probably
992         dont want to use it, because their dentries are present in global
993         dcache hash, so their hash should be an invariant. As no lock is
994         held, d_dname() should not try to modify the dentry itself, unless
995         appropriate SMP safety is used. CAUTION : d_path() logic is quite
996         tricky. The correct way to return for example "Hello" is to put it
997         at the end of the buffer, and returns a pointer to the first char.
998         dynamic_dname() helper function is provided to take care of this.
999
1000   d_automount: called when an automount dentry is to be traversed (optional).
1001         This should create a new VFS mount record and return the record to the
1002         caller.  The caller is supplied with a path parameter giving the
1003         automount directory to describe the automount target and the parent
1004         VFS mount record to provide inheritable mount parameters.  NULL should
1005         be returned if someone else managed to make the automount first.  If
1006         the vfsmount creation failed, then an error code should be returned.
1007         If -EISDIR is returned, then the directory will be treated as an
1008         ordinary directory and returned to pathwalk to continue walking.
1009
1010         If a vfsmount is returned, the caller will attempt to mount it on the
1011         mountpoint and will remove the vfsmount from its expiration list in
1012         the case of failure.  The vfsmount should be returned with 2 refs on
1013         it to prevent automatic expiration - the caller will clean up the
1014         additional ref.
1015
1016         This function is only used if DCACHE_NEED_AUTOMOUNT is set on the
1017         dentry.  This is set by __d_instantiate() if S_AUTOMOUNT is set on the
1018         inode being added.
1019
1020   d_manage: called to allow the filesystem to manage the transition from a
1021         dentry (optional).  This allows autofs, for example, to hold up clients
1022         waiting to explore behind a 'mountpoint' whilst letting the daemon go
1023         past and construct the subtree there.  0 should be returned to let the
1024         calling process continue.  -EISDIR can be returned to tell pathwalk to
1025         use this directory as an ordinary directory and to ignore anything
1026         mounted on it and not to check the automount flag.  Any other error
1027         code will abort pathwalk completely.
1028
1029         If the 'rcu_walk' parameter is true, then the caller is doing a
1030         pathwalk in RCU-walk mode.  Sleeping is not permitted in this mode,
1031         and the caller can be asked to leave it and call again by returning
1032         -ECHILD.
1033
1034         This function is only used if DCACHE_MANAGE_TRANSIT is set on the
1035         dentry being transited from.
1036
1037 Example :
1038
1039 static char *pipefs_dname(struct dentry *dent, char *buffer, int buflen)
1040 {
1041         return dynamic_dname(dentry, buffer, buflen, "pipe:[%lu]",
1042                                 dentry->d_inode->i_ino);
1043 }
1044
1045 Each dentry has a pointer to its parent dentry, as well as a hash list
1046 of child dentries. Child dentries are basically like files in a
1047 directory.
1048
1049
1050 Directory Entry Cache API
1051 --------------------------
1052
1053 There are a number of functions defined which permit a filesystem to
1054 manipulate dentries:
1055
1056   dget: open a new handle for an existing dentry (this just increments
1057         the usage count)
1058
1059   dput: close a handle for a dentry (decrements the usage count). If
1060         the usage count drops to 0, and the dentry is still in its
1061         parent's hash, the "d_delete" method is called to check whether
1062         it should be cached. If it should not be cached, or if the dentry
1063         is not hashed, it is deleted. Otherwise cached dentries are put
1064         into an LRU list to be reclaimed on memory shortage.
1065
1066   d_drop: this unhashes a dentry from its parents hash list. A
1067         subsequent call to dput() will deallocate the dentry if its
1068         usage count drops to 0
1069
1070   d_delete: delete a dentry. If there are no other open references to
1071         the dentry then the dentry is turned into a negative dentry
1072         (the d_iput() method is called). If there are other
1073         references, then d_drop() is called instead
1074
1075   d_add: add a dentry to its parents hash list and then calls
1076         d_instantiate()
1077
1078   d_instantiate: add a dentry to the alias hash list for the inode and
1079         updates the "d_inode" member. The "i_count" member in the
1080         inode structure should be set/incremented. If the inode
1081         pointer is NULL, the dentry is called a "negative
1082         dentry". This function is commonly called when an inode is
1083         created for an existing negative dentry
1084
1085   d_lookup: look up a dentry given its parent and path name component
1086         It looks up the child of that given name from the dcache
1087         hash table. If it is found, the reference count is incremented
1088         and the dentry is returned. The caller must use dput()
1089         to free the dentry when it finishes using it.
1090
1091 Mount Options
1092 =============
1093
1094 Parsing options
1095 ---------------
1096
1097 On mount and remount the filesystem is passed a string containing a
1098 comma separated list of mount options.  The options can have either of
1099 these forms:
1100
1101   option
1102   option=value
1103
1104 The <linux/parser.h> header defines an API that helps parse these
1105 options.  There are plenty of examples on how to use it in existing
1106 filesystems.
1107
1108 Showing options
1109 ---------------
1110
1111 If a filesystem accepts mount options, it must define show_options()
1112 to show all the currently active options.  The rules are:
1113
1114   - options MUST be shown which are not default or their values differ
1115     from the default
1116
1117   - options MAY be shown which are enabled by default or have their
1118     default value
1119
1120 Options used only internally between a mount helper and the kernel
1121 (such as file descriptors), or which only have an effect during the
1122 mounting (such as ones controlling the creation of a journal) are exempt
1123 from the above rules.
1124
1125 The underlying reason for the above rules is to make sure, that a
1126 mount can be accurately replicated (e.g. umounting and mounting again)
1127 based on the information found in /proc/mounts.
1128
1129 A simple method of saving options at mount/remount time and showing
1130 them is provided with the save_mount_options() and
1131 generic_show_options() helper functions.  Please note, that using
1132 these may have drawbacks.  For more info see header comments for these
1133 functions in fs/namespace.c.
1134
1135 Resources
1136 =========
1137
1138 (Note some of these resources are not up-to-date with the latest kernel
1139  version.)
1140
1141 Creating Linux virtual filesystems. 2002
1142     <http://lwn.net/Articles/13325/>
1143
1144 The Linux Virtual File-system Layer by Neil Brown. 1999
1145     <http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/oss/linux-commentary/vfs.html>
1146
1147 A tour of the Linux VFS by Michael K. Johnson. 1996
1148     <http://www.tldp.org/LDP/khg/HyperNews/get/fs/vfstour.html>
1149
1150 A small trail through the Linux kernel by Andries Brouwer. 2001
1151     <http://www.win.tue.nl/~aeb/linux/vfs/trail.html>