Merge tag 'asoc-3.6' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/broonie/sound...
[firefly-linux-kernel-4.4.55.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         void (*write_super) (struct super_block *);
220         int (*sync_fs)(struct super_block *sb, int wait);
221         int (*freeze_fs) (struct super_block *);
222         int (*unfreeze_fs) (struct super_block *);
223         int (*statfs) (struct dentry *, struct kstatfs *);
224         int (*remount_fs) (struct super_block *, int *, char *);
225         void (*clear_inode) (struct inode *);
226         void (*umount_begin) (struct super_block *);
227
228         int (*show_options)(struct seq_file *, struct dentry *);
229
230         ssize_t (*quota_read)(struct super_block *, int, char *, size_t, loff_t);
231         ssize_t (*quota_write)(struct super_block *, int, const char *, size_t, loff_t);
232         int (*nr_cached_objects)(struct super_block *);
233         void (*free_cached_objects)(struct super_block *, int);
234 };
235
236 All methods are called without any locks being held, unless otherwise
237 noted. This means that most methods can block safely. All methods are
238 only called from a process context (i.e. not from an interrupt handler
239 or bottom half).
240
241   alloc_inode: this method is called by inode_alloc() to allocate memory
242         for struct inode and initialize it.  If this function is not
243         defined, a simple 'struct inode' is allocated.  Normally
244         alloc_inode will be used to allocate a larger structure which
245         contains a 'struct inode' embedded within it.
246
247   destroy_inode: this method is called by destroy_inode() to release
248         resources allocated for struct inode.  It is only required if
249         ->alloc_inode was defined and simply undoes anything done by
250         ->alloc_inode.
251
252   dirty_inode: this method is called by the VFS to mark an inode dirty.
253
254   write_inode: this method is called when the VFS needs to write an
255         inode to disc.  The second parameter indicates whether the write
256         should be synchronous or not, not all filesystems check this flag.
257
258   drop_inode: called when the last access to the inode is dropped,
259         with the inode->i_lock spinlock held.
260
261         This method should be either NULL (normal UNIX filesystem
262         semantics) or "generic_delete_inode" (for filesystems that do not
263         want to cache inodes - causing "delete_inode" to always be
264         called regardless of the value of i_nlink)
265
266         The "generic_delete_inode()" behavior is equivalent to the
267         old practice of using "force_delete" in the put_inode() case,
268         but does not have the races that the "force_delete()" approach
269         had. 
270
271   delete_inode: called when the VFS wants to delete an inode
272
273   put_super: called when the VFS wishes to free the superblock
274         (i.e. unmount). This is called with the superblock lock held
275
276   write_super: called when the VFS superblock needs to be written to
277         disc. This method is optional
278
279   sync_fs: called when VFS is writing out all dirty data associated with
280         a superblock. The second parameter indicates whether the method
281         should wait until the write out has been completed. Optional.
282
283   freeze_fs: called when VFS is locking a filesystem and
284         forcing it into a consistent state.  This method is currently
285         used by the Logical Volume Manager (LVM).
286
287   unfreeze_fs: called when VFS is unlocking a filesystem and making it writable
288         again.
289
290   statfs: called when the VFS needs to get filesystem statistics.
291
292   remount_fs: called when the filesystem is remounted. This is called
293         with the kernel lock held
294
295   clear_inode: called then the VFS clears the inode. Optional
296
297   umount_begin: called when the VFS is unmounting a filesystem.
298
299   show_options: called by the VFS to show mount options for
300         /proc/<pid>/mounts.  (see "Mount Options" section)
301
302   quota_read: called by the VFS to read from filesystem quota file.
303
304   quota_write: called by the VFS to write to filesystem quota file.
305
306   nr_cached_objects: called by the sb cache shrinking function for the
307         filesystem to return the number of freeable cached objects it contains.
308         Optional.
309
310   free_cache_objects: called by the sb cache shrinking function for the
311         filesystem to scan the number of objects indicated to try to free them.
312         Optional, but any filesystem implementing this method needs to also
313         implement ->nr_cached_objects for it to be called correctly.
314
315         We can't do anything with any errors that the filesystem might
316         encountered, hence the void return type. This will never be called if
317         the VM is trying to reclaim under GFP_NOFS conditions, hence this
318         method does not need to handle that situation itself.
319
320         Implementations must include conditional reschedule calls inside any
321         scanning loop that is done. This allows the VFS to determine
322         appropriate scan batch sizes without having to worry about whether
323         implementations will cause holdoff problems due to large scan batch
324         sizes.
325
326 Whoever sets up the inode is responsible for filling in the "i_op" field. This
327 is a pointer to a "struct inode_operations" which describes the methods that
328 can be performed on individual inodes.
329
330
331 The Inode Object
332 ================
333
334 An inode object represents an object within the filesystem.
335
336
337 struct inode_operations
338 -----------------------
339
340 This describes how the VFS can manipulate an inode in your
341 filesystem. As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
342
343 struct inode_operations {
344         int (*create) (struct inode *,struct dentry *, umode_t, bool);
345         struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, unsigned int);
346         int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);
347         int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);
348         int (*symlink) (struct inode *,struct dentry *,const char *);
349         int (*mkdir) (struct inode *,struct dentry *,umode_t);
350         int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);
351         int (*mknod) (struct inode *,struct dentry *,umode_t,dev_t);
352         int (*rename) (struct inode *, struct dentry *,
353                         struct inode *, struct dentry *);
354         int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);
355         void * (*follow_link) (struct dentry *, struct nameidata *);
356         void (*put_link) (struct dentry *, struct nameidata *, void *);
357         void (*truncate) (struct inode *);
358         int (*permission) (struct inode *, int);
359         int (*get_acl)(struct inode *, int);
360         int (*setattr) (struct dentry *, struct iattr *);
361         int (*getattr) (struct vfsmount *mnt, struct dentry *, struct kstat *);
362         int (*setxattr) (struct dentry *, const char *,const void *,size_t,int);
363         ssize_t (*getxattr) (struct dentry *, const char *, void *, size_t);
364         ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
365         int (*removexattr) (struct dentry *, const char *);
366         void (*update_time)(struct inode *, struct timespec *, int);
367         int (*atomic_open)(struct inode *, struct dentry *,
368                                 struct file *, unsigned open_flag,
369                                 umode_t create_mode, int *opened);
370 };
371
372 Again, all methods are called without any locks being held, unless
373 otherwise noted.
374
375   create: called by the open(2) and creat(2) system calls. Only
376         required if you want to support regular files. The dentry you
377         get should not have an inode (i.e. it should be a negative
378         dentry). Here you will probably call d_instantiate() with the
379         dentry and the newly created inode
380
381   lookup: called when the VFS needs to look up an inode in a parent
382         directory. The name to look for is found in the dentry. This
383         method must call d_add() to insert the found inode into the
384         dentry. The "i_count" field in the inode structure should be
385         incremented. If the named inode does not exist a NULL inode
386         should be inserted into the dentry (this is called a negative
387         dentry). Returning an error code from this routine must only
388         be done on a real error, otherwise creating inodes with system
389         calls like create(2), mknod(2), mkdir(2) and so on will fail.
390         If you wish to overload the dentry methods then you should
391         initialise the "d_dop" field in the dentry; this is a pointer
392         to a struct "dentry_operations".
393         This method is called with the directory inode semaphore held
394
395   link: called by the link(2) system call. Only required if you want
396         to support hard links. You will probably need to call
397         d_instantiate() just as you would in the create() method
398
399   unlink: called by the unlink(2) system call. Only required if you
400         want to support deleting inodes
401
402   symlink: called by the symlink(2) system call. Only required if you
403         want to support symlinks. You will probably need to call
404         d_instantiate() just as you would in the create() method
405
406   mkdir: called by the mkdir(2) system call. Only required if you want
407         to support creating subdirectories. You will probably need to
408         call d_instantiate() just as you would in the create() method
409
410   rmdir: called by the rmdir(2) system call. Only required if you want
411         to support deleting subdirectories
412
413   mknod: called by the mknod(2) system call to create a device (char,
414         block) inode or a named pipe (FIFO) or socket. Only required
415         if you want to support creating these types of inodes. You
416         will probably need to call d_instantiate() just as you would
417         in the create() method
418
419   rename: called by the rename(2) system call to rename the object to
420         have the parent and name given by the second inode and dentry.
421
422   readlink: called by the readlink(2) system call. Only required if
423         you want to support reading symbolic links
424
425   follow_link: called by the VFS to follow a symbolic link to the
426         inode it points to.  Only required if you want to support
427         symbolic links.  This method returns a void pointer cookie
428         that is passed to put_link().
429
430   put_link: called by the VFS to release resources allocated by
431         follow_link().  The cookie returned by follow_link() is passed
432         to this method as the last parameter.  It is used by
433         filesystems such as NFS where page cache is not stable
434         (i.e. page that was installed when the symbolic link walk
435         started might not be in the page cache at the end of the
436         walk).
437
438   truncate: Deprecated. This will not be called if ->setsize is defined.
439         Called by the VFS to change the size of a file.  The
440         i_size field of the inode is set to the desired size by the
441         VFS before this method is called.  This method is called by
442         the truncate(2) system call and related functionality.
443
444         Note: ->truncate and vmtruncate are deprecated. Do not add new
445         instances/calls of these. Filesystems should be converted to do their
446         truncate sequence via ->setattr().
447
448   permission: called by the VFS to check for access rights on a POSIX-like
449         filesystem.
450
451         May be called in rcu-walk mode (mask & MAY_NOT_BLOCK). If in rcu-walk
452         mode, the filesystem must check the permission without blocking or
453         storing to the inode.
454
455         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle, return
456         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
457
458   setattr: called by the VFS to set attributes for a file. This method
459         is called by chmod(2) and related system calls.
460
461   getattr: called by the VFS to get attributes of a file. This method
462         is called by stat(2) and related system calls.
463
464   setxattr: called by the VFS to set an extended attribute for a file.
465         Extended attribute is a name:value pair associated with an
466         inode. This method is called by setxattr(2) system call.
467
468   getxattr: called by the VFS to retrieve the value of an extended
469         attribute name. This method is called by getxattr(2) function
470         call.
471
472   listxattr: called by the VFS to list all extended attributes for a
473         given file. This method is called by listxattr(2) system call.
474
475   removexattr: called by the VFS to remove an extended attribute from
476         a file. This method is called by removexattr(2) system call.
477
478   update_time: called by the VFS to update a specific time or the i_version of
479         an inode.  If this is not defined the VFS will update the inode itself
480         and call mark_inode_dirty_sync.
481
482   atomic_open: called on the last component of an open.  Using this optional
483         method the filesystem can look up, possibly create and open the file in
484         one atomic operation.  If it cannot perform this (e.g. the file type
485         turned out to be wrong) it may signal this by returning 1 instead of
486         usual 0 or -ve .  This method is only called if the last
487         component is negative or needs lookup.  Cached positive dentries are
488         still handled by f_op->open().
489
490 The Address Space Object
491 ========================
492
493 The address space object is used to group and manage pages in the page
494 cache.  It can be used to keep track of the pages in a file (or
495 anything else) and also track the mapping of sections of the file into
496 process address spaces.
497
498 There are a number of distinct yet related services that an
499 address-space can provide.  These include communicating memory
500 pressure, page lookup by address, and keeping track of pages tagged as
501 Dirty or Writeback.
502
503 The first can be used independently to the others.  The VM can try to
504 either write dirty pages in order to clean them, or release clean
505 pages in order to reuse them.  To do this it can call the ->writepage
506 method on dirty pages, and ->releasepage on clean pages with
507 PagePrivate set. Clean pages without PagePrivate and with no external
508 references will be released without notice being given to the
509 address_space.
510
511 To achieve this functionality, pages need to be placed on an LRU with
512 lru_cache_add and mark_page_active needs to be called whenever the
513 page is used.
514
515 Pages are normally kept in a radix tree index by ->index. This tree
516 maintains information about the PG_Dirty and PG_Writeback status of
517 each page, so that pages with either of these flags can be found
518 quickly.
519
520 The Dirty tag is primarily used by mpage_writepages - the default
521 ->writepages method.  It uses the tag to find dirty pages to call
522 ->writepage on.  If mpage_writepages is not used (i.e. the address
523 provides its own ->writepages) , the PAGECACHE_TAG_DIRTY tag is
524 almost unused.  write_inode_now and sync_inode do use it (through
525 __sync_single_inode) to check if ->writepages has been successful in
526 writing out the whole address_space.
527
528 The Writeback tag is used by filemap*wait* and sync_page* functions,
529 via filemap_fdatawait_range, to wait for all writeback to
530 complete.  While waiting ->sync_page (if defined) will be called on
531 each page that is found to require writeback.
532
533 An address_space handler may attach extra information to a page,
534 typically using the 'private' field in the 'struct page'.  If such
535 information is attached, the PG_Private flag should be set.  This will
536 cause various VM routines to make extra calls into the address_space
537 handler to deal with that data.
538
539 An address space acts as an intermediate between storage and
540 application.  Data is read into the address space a whole page at a
541 time, and provided to the application either by copying of the page,
542 or by memory-mapping the page.
543 Data is written into the address space by the application, and then
544 written-back to storage typically in whole pages, however the
545 address_space has finer control of write sizes.
546
547 The read process essentially only requires 'readpage'.  The write
548 process is more complicated and uses write_begin/write_end or
549 set_page_dirty to write data into the address_space, and writepage,
550 sync_page, and writepages to writeback data to storage.
551
552 Adding and removing pages to/from an address_space is protected by the
553 inode's i_mutex.
554
555 When data is written to a page, the PG_Dirty flag should be set.  It
556 typically remains set until writepage asks for it to be written.  This
557 should clear PG_Dirty and set PG_Writeback.  It can be actually
558 written at any point after PG_Dirty is clear.  Once it is known to be
559 safe, PG_Writeback is cleared.
560
561 Writeback makes use of a writeback_control structure...
562
563 struct address_space_operations
564 -------------------------------
565
566 This describes how the VFS can manipulate mapping of a file to page cache in
567 your filesystem. As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
568
569 struct address_space_operations {
570         int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc);
571         int (*readpage)(struct file *, struct page *);
572         int (*sync_page)(struct page *);
573         int (*writepages)(struct address_space *, struct writeback_control *);
574         int (*set_page_dirty)(struct page *page);
575         int (*readpages)(struct file *filp, struct address_space *mapping,
576                         struct list_head *pages, unsigned nr_pages);
577         int (*write_begin)(struct file *, struct address_space *mapping,
578                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned flags,
579                                 struct page **pagep, void **fsdata);
580         int (*write_end)(struct file *, struct address_space *mapping,
581                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
582                                 struct page *page, void *fsdata);
583         sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
584         int (*invalidatepage) (struct page *, unsigned long);
585         int (*releasepage) (struct page *, int);
586         void (*freepage)(struct page *);
587         ssize_t (*direct_IO)(int, struct kiocb *, const struct iovec *iov,
588                         loff_t offset, unsigned long nr_segs);
589         struct page* (*get_xip_page)(struct address_space *, sector_t,
590                         int);
591         /* migrate the contents of a page to the specified target */
592         int (*migratepage) (struct page *, struct page *);
593         int (*launder_page) (struct page *);
594         int (*error_remove_page) (struct mapping *mapping, struct page *page);
595         int (*swap_activate)(struct file *);
596         int (*swap_deactivate)(struct file *);
597 };
598
599   writepage: called by the VM to write a dirty page to backing store.
600       This may happen for data integrity reasons (i.e. 'sync'), or
601       to free up memory (flush).  The difference can be seen in
602       wbc->sync_mode.
603       The PG_Dirty flag has been cleared and PageLocked is true.
604       writepage should start writeout, should set PG_Writeback,
605       and should make sure the page is unlocked, either synchronously
606       or asynchronously when the write operation completes.
607
608       If wbc->sync_mode is WB_SYNC_NONE, ->writepage doesn't have to
609       try too hard if there are problems, and may choose to write out
610       other pages from the mapping if that is easier (e.g. due to
611       internal dependencies).  If it chooses not to start writeout, it
612       should return AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE so that the VM will not keep
613       calling ->writepage on that page.
614
615       See the file "Locking" for more details.
616
617   readpage: called by the VM to read a page from backing store.
618        The page will be Locked when readpage is called, and should be
619        unlocked and marked uptodate once the read completes.
620        If ->readpage discovers that it needs to unlock the page for
621        some reason, it can do so, and then return AOP_TRUNCATED_PAGE.
622        In this case, the page will be relocated, relocked and if
623        that all succeeds, ->readpage will be called again.
624
625   sync_page: called by the VM to notify the backing store to perform all
626         queued I/O operations for a page. I/O operations for other pages
627         associated with this address_space object may also be performed.
628
629         This function is optional and is called only for pages with
630         PG_Writeback set while waiting for the writeback to complete.
631
632   writepages: called by the VM to write out pages associated with the
633         address_space object.  If wbc->sync_mode is WBC_SYNC_ALL, then
634         the writeback_control will specify a range of pages that must be
635         written out.  If it is WBC_SYNC_NONE, then a nr_to_write is given
636         and that many pages should be written if possible.
637         If no ->writepages is given, then mpage_writepages is used
638         instead.  This will choose pages from the address space that are
639         tagged as DIRTY and will pass them to ->writepage.
640
641   set_page_dirty: called by the VM to set a page dirty.
642         This is particularly needed if an address space attaches
643         private data to a page, and that data needs to be updated when
644         a page is dirtied.  This is called, for example, when a memory
645         mapped page gets modified.
646         If defined, it should set the PageDirty flag, and the
647         PAGECACHE_TAG_DIRTY tag in the radix tree.
648
649   readpages: called by the VM to read pages associated with the address_space
650         object. This is essentially just a vector version of
651         readpage.  Instead of just one page, several pages are
652         requested.
653         readpages is only used for read-ahead, so read errors are
654         ignored.  If anything goes wrong, feel free to give up.
655
656   write_begin:
657         Called by the generic buffered write code to ask the filesystem to
658         prepare to write len bytes at the given offset in the file. The
659         address_space should check that the write will be able to complete,
660         by allocating space if necessary and doing any other internal
661         housekeeping.  If the write will update parts of any basic-blocks on
662         storage, then those blocks should be pre-read (if they haven't been
663         read already) so that the updated blocks can be written out properly.
664
665         The filesystem must return the locked pagecache page for the specified
666         offset, in *pagep, for the caller to write into.
667
668         It must be able to cope with short writes (where the length passed to
669         write_begin is greater than the number of bytes copied into the page).
670
671         flags is a field for AOP_FLAG_xxx flags, described in
672         include/linux/fs.h.
673
674         A void * may be returned in fsdata, which then gets passed into
675         write_end.
676
677         Returns 0 on success; < 0 on failure (which is the error code), in
678         which case write_end is not called.
679
680   write_end: After a successful write_begin, and data copy, write_end must
681         be called. len is the original len passed to write_begin, and copied
682         is the amount that was able to be copied (copied == len is always true
683         if write_begin was called with the AOP_FLAG_UNINTERRUPTIBLE flag).
684
685         The filesystem must take care of unlocking the page and releasing it
686         refcount, and updating i_size.
687
688         Returns < 0 on failure, otherwise the number of bytes (<= 'copied')
689         that were able to be copied into pagecache.
690
691   bmap: called by the VFS to map a logical block offset within object to
692         physical block number. This method is used by the FIBMAP
693         ioctl and for working with swap-files.  To be able to swap to
694         a file, the file must have a stable mapping to a block
695         device.  The swap system does not go through the filesystem
696         but instead uses bmap to find out where the blocks in the file
697         are and uses those addresses directly.
698
699
700   invalidatepage: If a page has PagePrivate set, then invalidatepage
701         will be called when part or all of the page is to be removed
702         from the address space.  This generally corresponds to either a
703         truncation or a complete invalidation of the address space
704         (in the latter case 'offset' will always be 0).
705         Any private data associated with the page should be updated
706         to reflect this truncation.  If offset is 0, then
707         the private data should be released, because the page
708         must be able to be completely discarded.  This may be done by
709         calling the ->releasepage function, but in this case the
710         release MUST succeed.
711
712   releasepage: releasepage is called on PagePrivate pages to indicate
713         that the page should be freed if possible.  ->releasepage
714         should remove any private data from the page and clear the
715         PagePrivate flag. If releasepage() fails for some reason, it must
716         indicate failure with a 0 return value.
717         releasepage() is used in two distinct though related cases.  The
718         first is when the VM finds a clean page with no active users and
719         wants to make it a free page.  If ->releasepage succeeds, the
720         page will be removed from the address_space and become free.
721
722         The second case is when a request has been made to invalidate
723         some or all pages in an address_space.  This can happen
724         through the fadvice(POSIX_FADV_DONTNEED) system call or by the
725         filesystem explicitly requesting it as nfs and 9fs do (when
726         they believe the cache may be out of date with storage) by
727         calling invalidate_inode_pages2().
728         If the filesystem makes such a call, and needs to be certain
729         that all pages are invalidated, then its releasepage will
730         need to ensure this.  Possibly it can clear the PageUptodate
731         bit if it cannot free private data yet.
732
733   freepage: freepage is called once the page is no longer visible in
734         the page cache in order to allow the cleanup of any private
735         data. Since it may be called by the memory reclaimer, it
736         should not assume that the original address_space mapping still
737         exists, and it should not block.
738
739   direct_IO: called by the generic read/write routines to perform
740         direct_IO - that is IO requests which bypass the page cache
741         and transfer data directly between the storage and the
742         application's address space.
743
744   get_xip_page: called by the VM to translate a block number to a page.
745         The page is valid until the corresponding filesystem is unmounted.
746         Filesystems that want to use execute-in-place (XIP) need to implement
747         it.  An example implementation can be found in fs/ext2/xip.c.
748
749   migrate_page:  This is used to compact the physical memory usage.
750         If the VM wants to relocate a page (maybe off a memory card
751         that is signalling imminent failure) it will pass a new page
752         and an old page to this function.  migrate_page should
753         transfer any private data across and update any references
754         that it has to the page.
755
756   launder_page: Called before freeing a page - it writes back the dirty page. To
757         prevent redirtying the page, it is kept locked during the whole
758         operation.
759
760   error_remove_page: normally set to generic_error_remove_page if truncation
761         is ok for this address space. Used for memory failure handling.
762         Setting this implies you deal with pages going away under you,
763         unless you have them locked or reference counts increased.
764
765   swap_activate: Called when swapon is used on a file to allocate
766         space if necessary and pin the block lookup information in
767         memory. A return value of zero indicates success,
768         in which case this file can be used to back swapspace. The
769         swapspace operations will be proxied to this address space's
770         ->swap_{out,in} methods.
771
772   swap_deactivate: Called during swapoff on files where swap_activate
773         was successful.
774
775
776 The File Object
777 ===============
778
779 A file object represents a file opened by a process.
780
781
782 struct file_operations
783 ----------------------
784
785 This describes how the VFS can manipulate an open file. As of kernel
786 3.5, the following members are defined:
787
788 struct file_operations {
789         struct module *owner;
790         loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
791         ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
792         ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
793         ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
794         ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
795         int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
796         unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
797         long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
798         long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
799         int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
800         int (*open) (struct inode *, struct file *);
801         int (*flush) (struct file *);
802         int (*release) (struct inode *, struct file *);
803         int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
804         int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
805         int (*fasync) (int, struct file *, int);
806         int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
807         ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
808         ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
809         ssize_t (*sendfile) (struct file *, loff_t *, size_t, read_actor_t, void *);
810         ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
811         unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
812         int (*check_flags)(int);
813         int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
814         ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, size_t, unsigned int);
815         ssize_t (*splice_read)(struct file *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
816         int (*setlease)(struct file *, long arg, struct file_lock **);
817         long (*fallocate)(struct file *, int mode, loff_t offset, loff_t len);
818 };
819
820 Again, all methods are called without any locks being held, unless
821 otherwise noted.
822
823   llseek: called when the VFS needs to move the file position index
824
825   read: called by read(2) and related system calls
826
827   aio_read: called by io_submit(2) and other asynchronous I/O operations
828
829   write: called by write(2) and related system calls
830
831   aio_write: called by io_submit(2) and other asynchronous I/O operations
832
833   readdir: called when the VFS needs to read the directory contents
834
835   poll: called by the VFS when a process wants to check if there is
836         activity on this file and (optionally) go to sleep until there
837         is activity. Called by the select(2) and poll(2) system calls
838
839   unlocked_ioctl: called by the ioctl(2) system call.
840
841   compat_ioctl: called by the ioctl(2) system call when 32 bit system calls
842          are used on 64 bit kernels.
843
844   mmap: called by the mmap(2) system call
845
846   open: called by the VFS when an inode should be opened. When the VFS
847         opens a file, it creates a new "struct file". It then calls the
848         open method for the newly allocated file structure. You might
849         think that the open method really belongs in
850         "struct inode_operations", and you may be right. I think it's
851         done the way it is because it makes filesystems simpler to
852         implement. The open() method is a good place to initialize the
853         "private_data" member in the file structure if you want to point
854         to a device structure
855
856   flush: called by the close(2) system call to flush a file
857
858   release: called when the last reference to an open file is closed
859
860   fsync: called by the fsync(2) system call
861
862   fasync: called by the fcntl(2) system call when asynchronous
863         (non-blocking) mode is enabled for a file
864
865   lock: called by the fcntl(2) system call for F_GETLK, F_SETLK, and F_SETLKW
866         commands
867
868   readv: called by the readv(2) system call
869
870   writev: called by the writev(2) system call
871
872   sendfile: called by the sendfile(2) system call
873
874   get_unmapped_area: called by the mmap(2) system call
875
876   check_flags: called by the fcntl(2) system call for F_SETFL command
877
878   flock: called by the flock(2) system call
879
880   splice_write: called by the VFS to splice data from a pipe to a file. This
881                 method is used by the splice(2) system call
882
883   splice_read: called by the VFS to splice data from file to a pipe. This
884                method is used by the splice(2) system call
885
886   setlease: called by the VFS to set or release a file lock lease.
887             setlease has the file_lock_lock held and must not sleep.
888
889   fallocate: called by the VFS to preallocate blocks or punch a hole.
890
891 Note that the file operations are implemented by the specific
892 filesystem in which the inode resides. When opening a device node
893 (character or block special) most filesystems will call special
894 support routines in the VFS which will locate the required device
895 driver information. These support routines replace the filesystem file
896 operations with those for the device driver, and then proceed to call
897 the new open() method for the file. This is how opening a device file
898 in the filesystem eventually ends up calling the device driver open()
899 method.
900
901
902 Directory Entry Cache (dcache)
903 ==============================
904
905
906 struct dentry_operations
907 ------------------------
908
909 This describes how a filesystem can overload the standard dentry
910 operations. Dentries and the dcache are the domain of the VFS and the
911 individual filesystem implementations. Device drivers have no business
912 here. These methods may be set to NULL, as they are either optional or
913 the VFS uses a default. As of kernel 2.6.22, the following members are
914 defined:
915
916 struct dentry_operations {
917         int (*d_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
918         int (*d_hash)(const struct dentry *, const struct inode *,
919                         struct qstr *);
920         int (*d_compare)(const struct dentry *, const struct inode *,
921                         const struct dentry *, const struct inode *,
922                         unsigned int, const char *, const struct qstr *);
923         int (*d_delete)(const struct dentry *);
924         void (*d_release)(struct dentry *);
925         void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
926         char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
927         struct vfsmount *(*d_automount)(struct path *);
928         int (*d_manage)(struct dentry *, bool);
929 };
930
931   d_revalidate: called when the VFS needs to revalidate a dentry. This
932         is called whenever a name look-up finds a dentry in the
933         dcache. Most filesystems leave this as NULL, because all their
934         dentries in the dcache are valid
935
936         d_revalidate may be called in rcu-walk mode (flags & LOOKUP_RCU).
937         If in rcu-walk mode, the filesystem must revalidate the dentry without
938         blocking or storing to the dentry, d_parent and d_inode should not be
939         used without care (because they can change and, in d_inode case, even
940         become NULL under us).
941
942         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle, return
943         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
944
945   d_hash: called when the VFS adds a dentry to the hash table. The first
946         dentry passed to d_hash is the parent directory that the name is
947         to be hashed into. The inode is the dentry's inode.
948
949         Same locking and synchronisation rules as d_compare regarding
950         what is safe to dereference etc.
951
952   d_compare: called to compare a dentry name with a given name. The first
953         dentry is the parent of the dentry to be compared, the second is
954         the parent's inode, then the dentry and inode (may be NULL) of the
955         child dentry. len and name string are properties of the dentry to be
956         compared. qstr is the name to compare it with.
957
958         Must be constant and idempotent, and should not take locks if
959         possible, and should not or store into the dentry or inodes.
960         Should not dereference pointers outside the dentry or inodes without
961         lots of care (eg.  d_parent, d_inode, d_name should not be used).
962
963         However, our vfsmount is pinned, and RCU held, so the dentries and
964         inodes won't disappear, neither will our sb or filesystem module.
965         ->i_sb and ->d_sb may be used.
966
967         It is a tricky calling convention because it needs to be called under
968         "rcu-walk", ie. without any locks or references on things.
969
970   d_delete: called when the last reference to a dentry is dropped and the
971         dcache is deciding whether or not to cache it. Return 1 to delete
972         immediately, or 0 to cache the dentry. Default is NULL which means to
973         always cache a reachable dentry. d_delete must be constant and
974         idempotent.
975
976   d_release: called when a dentry is really deallocated
977
978   d_iput: called when a dentry loses its inode (just prior to its
979         being deallocated). The default when this is NULL is that the
980         VFS calls iput(). If you define this method, you must call
981         iput() yourself
982
983   d_dname: called when the pathname of a dentry should be generated.
984         Useful for some pseudo filesystems (sockfs, pipefs, ...) to delay
985         pathname generation. (Instead of doing it when dentry is created,
986         it's done only when the path is needed.). Real filesystems probably
987         dont want to use it, because their dentries are present in global
988         dcache hash, so their hash should be an invariant. As no lock is
989         held, d_dname() should not try to modify the dentry itself, unless
990         appropriate SMP safety is used. CAUTION : d_path() logic is quite
991         tricky. The correct way to return for example "Hello" is to put it
992         at the end of the buffer, and returns a pointer to the first char.
993         dynamic_dname() helper function is provided to take care of this.
994
995   d_automount: called when an automount dentry is to be traversed (optional).
996         This should create a new VFS mount record and return the record to the
997         caller.  The caller is supplied with a path parameter giving the
998         automount directory to describe the automount target and the parent
999         VFS mount record to provide inheritable mount parameters.  NULL should
1000         be returned if someone else managed to make the automount first.  If
1001         the vfsmount creation failed, then an error code should be returned.
1002         If -EISDIR is returned, then the directory will be treated as an
1003         ordinary directory and returned to pathwalk to continue walking.
1004
1005         If a vfsmount is returned, the caller will attempt to mount it on the
1006         mountpoint and will remove the vfsmount from its expiration list in
1007         the case of failure.  The vfsmount should be returned with 2 refs on
1008         it to prevent automatic expiration - the caller will clean up the
1009         additional ref.
1010
1011         This function is only used if DCACHE_NEED_AUTOMOUNT is set on the
1012         dentry.  This is set by __d_instantiate() if S_AUTOMOUNT is set on the
1013         inode being added.
1014
1015   d_manage: called to allow the filesystem to manage the transition from a
1016         dentry (optional).  This allows autofs, for example, to hold up clients
1017         waiting to explore behind a 'mountpoint' whilst letting the daemon go
1018         past and construct the subtree there.  0 should be returned to let the
1019         calling process continue.  -EISDIR can be returned to tell pathwalk to
1020         use this directory as an ordinary directory and to ignore anything
1021         mounted on it and not to check the automount flag.  Any other error
1022         code will abort pathwalk completely.
1023
1024         If the 'rcu_walk' parameter is true, then the caller is doing a
1025         pathwalk in RCU-walk mode.  Sleeping is not permitted in this mode,
1026         and the caller can be asked to leave it and call again by returning
1027         -ECHILD.
1028
1029         This function is only used if DCACHE_MANAGE_TRANSIT is set on the
1030         dentry being transited from.
1031
1032 Example :
1033
1034 static char *pipefs_dname(struct dentry *dent, char *buffer, int buflen)
1035 {
1036         return dynamic_dname(dentry, buffer, buflen, "pipe:[%lu]",
1037                                 dentry->d_inode->i_ino);
1038 }
1039
1040 Each dentry has a pointer to its parent dentry, as well as a hash list
1041 of child dentries. Child dentries are basically like files in a
1042 directory.
1043
1044
1045 Directory Entry Cache API
1046 --------------------------
1047
1048 There are a number of functions defined which permit a filesystem to
1049 manipulate dentries:
1050
1051   dget: open a new handle for an existing dentry (this just increments
1052         the usage count)
1053
1054   dput: close a handle for a dentry (decrements the usage count). If
1055         the usage count drops to 0, and the dentry is still in its
1056         parent's hash, the "d_delete" method is called to check whether
1057         it should be cached. If it should not be cached, or if the dentry
1058         is not hashed, it is deleted. Otherwise cached dentries are put
1059         into an LRU list to be reclaimed on memory shortage.
1060
1061   d_drop: this unhashes a dentry from its parents hash list. A
1062         subsequent call to dput() will deallocate the dentry if its
1063         usage count drops to 0
1064
1065   d_delete: delete a dentry. If there are no other open references to
1066         the dentry then the dentry is turned into a negative dentry
1067         (the d_iput() method is called). If there are other
1068         references, then d_drop() is called instead
1069
1070   d_add: add a dentry to its parents hash list and then calls
1071         d_instantiate()
1072
1073   d_instantiate: add a dentry to the alias hash list for the inode and
1074         updates the "d_inode" member. The "i_count" member in the
1075         inode structure should be set/incremented. If the inode
1076         pointer is NULL, the dentry is called a "negative
1077         dentry". This function is commonly called when an inode is
1078         created for an existing negative dentry
1079
1080   d_lookup: look up a dentry given its parent and path name component
1081         It looks up the child of that given name from the dcache
1082         hash table. If it is found, the reference count is incremented
1083         and the dentry is returned. The caller must use dput()
1084         to free the dentry when it finishes using it.
1085
1086 Mount Options
1087 =============
1088
1089 Parsing options
1090 ---------------
1091
1092 On mount and remount the filesystem is passed a string containing a
1093 comma separated list of mount options.  The options can have either of
1094 these forms:
1095
1096   option
1097   option=value
1098
1099 The <linux/parser.h> header defines an API that helps parse these
1100 options.  There are plenty of examples on how to use it in existing
1101 filesystems.
1102
1103 Showing options
1104 ---------------
1105
1106 If a filesystem accepts mount options, it must define show_options()
1107 to show all the currently active options.  The rules are:
1108
1109   - options MUST be shown which are not default or their values differ
1110     from the default
1111
1112   - options MAY be shown which are enabled by default or have their
1113     default value
1114
1115 Options used only internally between a mount helper and the kernel
1116 (such as file descriptors), or which only have an effect during the
1117 mounting (such as ones controlling the creation of a journal) are exempt
1118 from the above rules.
1119
1120 The underlying reason for the above rules is to make sure, that a
1121 mount can be accurately replicated (e.g. umounting and mounting again)
1122 based on the information found in /proc/mounts.
1123
1124 A simple method of saving options at mount/remount time and showing
1125 them is provided with the save_mount_options() and
1126 generic_show_options() helper functions.  Please note, that using
1127 these may have drawbacks.  For more info see header comments for these
1128 functions in fs/namespace.c.
1129
1130 Resources
1131 =========
1132
1133 (Note some of these resources are not up-to-date with the latest kernel
1134  version.)
1135
1136 Creating Linux virtual filesystems. 2002
1137     <http://lwn.net/Articles/13325/>
1138
1139 The Linux Virtual File-system Layer by Neil Brown. 1999
1140     <http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/oss/linux-commentary/vfs.html>
1141
1142 A tour of the Linux VFS by Michael K. Johnson. 1996
1143     <http://www.tldp.org/LDP/khg/HyperNews/get/fs/vfstour.html>
1144
1145 A small trail through the Linux kernel by Andries Brouwer. 2001
1146     <http://www.win.tue.nl/~aeb/linux/vfs/trail.html>