dm thin metadata: fix __udivdi3 undefined on 32-bit
[linux/fpc-iii.git] / Documentation / filesystems / vfs.txt
blob8c6f07ad373aa6b8402e457e0705cdebd0f3271d
2               Overview of the Linux Virtual File System
4         Original author: Richard Gooch <rgooch@atnf.csiro.au>
6                   Last updated on June 24, 2007.
8   Copyright (C) 1999 Richard Gooch
9   Copyright (C) 2005 Pekka Enberg
11   This file is released under the GPLv2.
14 Introduction
15 ============
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.
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.
28 Directory Entry Cache (dcache)
29 ------------------------------
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.
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.
46 The Inode Object
47 ----------------
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).
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.
67 The File Object
68 ---------------
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.
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.
86 Registering and Mounting a Filesystem
87 =====================================
89 To register and unregister a filesystem, use the following API
90 functions:
92    #include <linux/fs.h>
94    extern int register_filesystem(struct file_system_type *);
95    extern int unregister_filesystem(struct file_system_type *);
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.
104 You can see all filesystems that are registered to the kernel in the
105 file /proc/filesystems.
108 struct file_system_type
109 -----------------------
111 This describes the filesystem. As of kernel 2.6.39, the following
112 members are defined:
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;
127   name: the name of the filesystem type, such as "ext2", "iso9660",
128         "msdos" and so on
130   fs_flags: various flags (i.e. FS_REQUIRES_DEV, FS_NO_DCACHE, etc.)
132   mount: the method to call when a new instance of this
133         filesystem should be mounted
135   kill_sb: the method to call when an instance of this filesystem
136         should be shut down
138   owner: for internal VFS use: you should initialize this to THIS_MODULE in
139         most cases.
141   next: for internal VFS use: you should initialize this to NULL
143   s_lock_key, s_umount_key: lockdep-specific
145 The mount() method has the following arguments:
147   struct file_system_type *fs_type: describes the filesystem, partly initialized
148         by the specific filesystem code
150   int flags: mount flags
152   const char *dev_name: the device name we are mounting.
154   void *data: arbitrary mount options, usually comes as an ASCII
155         string (see "Mount Options" section)
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).
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.
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.
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.
177 Usually, a filesystem uses one of the generic mount() implementations
178 and provides a fill_super() callback instead. The generic variants are:
180   mount_bdev: mount a filesystem residing on a block device
182   mount_nodev: mount a filesystem that is not backed by a device
184   mount_single: mount a filesystem which shares the instance between
185         all mounts
187 A fill_super() callback implementation has the following arguments:
189   struct super_block *sb: the superblock structure. The callback
190         must initialize this properly.
192   void *data: arbitrary mount options, usually comes as an ASCII
193         string (see "Mount Options" section)
195   int silent: whether or not to be silent on error
198 The Superblock Object
199 =====================
201 A superblock object represents a mounted filesystem.
204 struct super_operations
205 -----------------------
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:
210 struct super_operations {
211         struct inode *(*alloc_inode)(struct super_block *sb);
212         void (*destroy_inode)(struct inode *);
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 *);
227         int (*show_options)(struct seq_file *, struct dentry *);
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);
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).
240   alloc_inode: this method is called by alloc_inode() 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.
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.
251   dirty_inode: this method is called by the VFS to mark an inode dirty.
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.
257   drop_inode: called when the last access to the inode is dropped,
258         with the inode->i_lock spinlock held.
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)
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. 
270   delete_inode: called when the VFS wants to delete an inode
272   put_super: called when the VFS wishes to free the superblock
273         (i.e. unmount). This is called with the superblock lock held
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.
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).
283   unfreeze_fs: called when VFS is unlocking a filesystem and making it writable
284         again.
286   statfs: called when the VFS needs to get filesystem statistics.
288   remount_fs: called when the filesystem is remounted. This is called
289         with the kernel lock held
291   clear_inode: called then the VFS clears the inode. Optional
293   umount_begin: called when the VFS is unmounting a filesystem.
295   show_options: called by the VFS to show mount options for
296         /proc/<pid>/mounts.  (see "Mount Options" section)
298   quota_read: called by the VFS to read from filesystem quota file.
300   quota_write: called by the VFS to write to filesystem quota file.
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.
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.
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.
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.
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.
327 The Inode Object
328 ================
330 An inode object represents an object within the filesystem.
333 struct inode_operations
334 -----------------------
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:
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 (*rename2) (struct inode *, struct dentry *,
351                         struct inode *, struct dentry *, unsigned int);
352         int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);
353         const char *(*follow_link) (struct dentry *, void **);
354         void (*put_link) (struct inode *, void *);
355         int (*permission) (struct inode *, int);
356         int (*get_acl)(struct inode *, int);
357         int (*setattr) (struct dentry *, struct iattr *);
358         int (*getattr) (struct vfsmount *mnt, struct dentry *, struct kstat *);
359         int (*setxattr) (struct dentry *, const char *,const void *,size_t,int);
360         ssize_t (*getxattr) (struct dentry *, const char *, void *, size_t);
361         ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
362         int (*removexattr) (struct dentry *, const char *);
363         void (*update_time)(struct inode *, struct timespec *, int);
364         int (*atomic_open)(struct inode *, struct dentry *, struct file *,
365                         unsigned open_flag, umode_t create_mode, int *opened);
366         int (*tmpfile) (struct inode *, struct dentry *, umode_t);
367         int (*dentry_open)(struct dentry *, struct file *, const struct cred *);
370 Again, all methods are called without any locks being held, unless
371 otherwise noted.
373   create: called by the open(2) and creat(2) system calls. Only
374         required if you want to support regular files. The dentry you
375         get should not have an inode (i.e. it should be a negative
376         dentry). Here you will probably call d_instantiate() with the
377         dentry and the newly created inode
379   lookup: called when the VFS needs to look up an inode in a parent
380         directory. The name to look for is found in the dentry. This
381         method must call d_add() to insert the found inode into the
382         dentry. The "i_count" field in the inode structure should be
383         incremented. If the named inode does not exist a NULL inode
384         should be inserted into the dentry (this is called a negative
385         dentry). Returning an error code from this routine must only
386         be done on a real error, otherwise creating inodes with system
387         calls like create(2), mknod(2), mkdir(2) and so on will fail.
388         If you wish to overload the dentry methods then you should
389         initialise the "d_dop" field in the dentry; this is a pointer
390         to a struct "dentry_operations".
391         This method is called with the directory inode semaphore held
393   link: called by the link(2) system call. Only required if you want
394         to support hard links. You will probably need to call
395         d_instantiate() just as you would in the create() method
397   unlink: called by the unlink(2) system call. Only required if you
398         want to support deleting inodes
400   symlink: called by the symlink(2) system call. Only required if you
401         want to support symlinks. You will probably need to call
402         d_instantiate() just as you would in the create() method
404   mkdir: called by the mkdir(2) system call. Only required if you want
405         to support creating subdirectories. You will probably need to
406         call d_instantiate() just as you would in the create() method
408   rmdir: called by the rmdir(2) system call. Only required if you want
409         to support deleting subdirectories
411   mknod: called by the mknod(2) system call to create a device (char,
412         block) inode or a named pipe (FIFO) or socket. Only required
413         if you want to support creating these types of inodes. You
414         will probably need to call d_instantiate() just as you would
415         in the create() method
417   rename: called by the rename(2) system call to rename the object to
418         have the parent and name given by the second inode and dentry.
420   rename2: this has an additional flags argument compared to rename.
421         If no flags are supported by the filesystem then this method
422         need not be implemented.  If some flags are supported then the
423         filesystem must return -EINVAL for any unsupported or unknown
424         flags.  Currently the following flags are implemented:
425         (1) RENAME_NOREPLACE: this flag indicates that if the target
426         of the rename exists the rename should fail with -EEXIST
427         instead of replacing the target.  The VFS already checks for
428         existence, so for local filesystems the RENAME_NOREPLACE
429         implementation is equivalent to plain rename.
430         (2) RENAME_EXCHANGE: exchange source and target.  Both must
431         exist; this is checked by the VFS.  Unlike plain rename,
432         source and target may be of different type.
434   readlink: called by the readlink(2) system call. Only required if
435         you want to support reading symbolic links
437   follow_link: called by the VFS to follow a symbolic link to the
438         inode it points to.  Only required if you want to support
439         symbolic links.  This method returns the symlink body
440         to traverse (and possibly resets the current position with
441         nd_jump_link()).  If the body won't go away until the inode
442         is gone, nothing else is needed; if it needs to be otherwise
443         pinned, the data needed to release whatever we'd grabbed
444         is to be stored in void * variable passed by address to
445         follow_link() instance.
447   put_link: called by the VFS to release resources allocated by
448         follow_link().  The cookie stored by follow_link() is passed
449         to this method as the last parameter; only called when
450         cookie isn't NULL.
452   permission: called by the VFS to check for access rights on a POSIX-like
453         filesystem.
455         May be called in rcu-walk mode (mask & MAY_NOT_BLOCK). If in rcu-walk
456         mode, the filesystem must check the permission without blocking or
457         storing to the inode.
459         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle, return
460         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
462   setattr: called by the VFS to set attributes for a file. This method
463         is called by chmod(2) and related system calls.
465   getattr: called by the VFS to get attributes of a file. This method
466         is called by stat(2) and related system calls.
468   setxattr: called by the VFS to set an extended attribute for a file.
469         Extended attribute is a name:value pair associated with an
470         inode. This method is called by setxattr(2) system call.
472   getxattr: called by the VFS to retrieve the value of an extended
473         attribute name. This method is called by getxattr(2) function
474         call.
476   listxattr: called by the VFS to list all extended attributes for a
477         given file. This method is called by listxattr(2) system call.
479   removexattr: called by the VFS to remove an extended attribute from
480         a file. This method is called by removexattr(2) system call.
482   update_time: called by the VFS to update a specific time or the i_version of
483         an inode.  If this is not defined the VFS will update the inode itself
484         and call mark_inode_dirty_sync.
486   atomic_open: called on the last component of an open.  Using this optional
487         method the filesystem can look up, possibly create and open the file in
488         one atomic operation.  If it cannot perform this (e.g. the file type
489         turned out to be wrong) it may signal this by returning 1 instead of
490         usual 0 or -ve .  This method is only called if the last component is
491         negative or needs lookup.  Cached positive dentries are still handled by
492         f_op->open().  If the file was created, the FILE_CREATED flag should be
493         set in "opened".  In case of O_EXCL the method must only succeed if the
494         file didn't exist and hence FILE_CREATED shall always be set on success.
496   tmpfile: called in the end of O_TMPFILE open().  Optional, equivalent to
497         atomically creating, opening and unlinking a file in given directory.
499 The Address Space Object
500 ========================
502 The address space object is used to group and manage pages in the page
503 cache.  It can be used to keep track of the pages in a file (or
504 anything else) and also track the mapping of sections of the file into
505 process address spaces.
507 There are a number of distinct yet related services that an
508 address-space can provide.  These include communicating memory
509 pressure, page lookup by address, and keeping track of pages tagged as
510 Dirty or Writeback.
512 The first can be used independently to the others.  The VM can try to
513 either write dirty pages in order to clean them, or release clean
514 pages in order to reuse them.  To do this it can call the ->writepage
515 method on dirty pages, and ->releasepage on clean pages with
516 PagePrivate set. Clean pages without PagePrivate and with no external
517 references will be released without notice being given to the
518 address_space.
520 To achieve this functionality, pages need to be placed on an LRU with
521 lru_cache_add and mark_page_active needs to be called whenever the
522 page is used.
524 Pages are normally kept in a radix tree index by ->index. This tree
525 maintains information about the PG_Dirty and PG_Writeback status of
526 each page, so that pages with either of these flags can be found
527 quickly.
529 The Dirty tag is primarily used by mpage_writepages - the default
530 ->writepages method.  It uses the tag to find dirty pages to call
531 ->writepage on.  If mpage_writepages is not used (i.e. the address
532 provides its own ->writepages) , the PAGECACHE_TAG_DIRTY tag is
533 almost unused.  write_inode_now and sync_inode do use it (through
534 __sync_single_inode) to check if ->writepages has been successful in
535 writing out the whole address_space.
537 The Writeback tag is used by filemap*wait* and sync_page* functions,
538 via filemap_fdatawait_range, to wait for all writeback to
539 complete.  While waiting ->sync_page (if defined) will be called on
540 each page that is found to require writeback.
542 An address_space handler may attach extra information to a page,
543 typically using the 'private' field in the 'struct page'.  If such
544 information is attached, the PG_Private flag should be set.  This will
545 cause various VM routines to make extra calls into the address_space
546 handler to deal with that data.
548 An address space acts as an intermediate between storage and
549 application.  Data is read into the address space a whole page at a
550 time, and provided to the application either by copying of the page,
551 or by memory-mapping the page.
552 Data is written into the address space by the application, and then
553 written-back to storage typically in whole pages, however the
554 address_space has finer control of write sizes.
556 The read process essentially only requires 'readpage'.  The write
557 process is more complicated and uses write_begin/write_end or
558 set_page_dirty to write data into the address_space, and writepage,
559 sync_page, and writepages to writeback data to storage.
561 Adding and removing pages to/from an address_space is protected by the
562 inode's i_mutex.
564 When data is written to a page, the PG_Dirty flag should be set.  It
565 typically remains set until writepage asks for it to be written.  This
566 should clear PG_Dirty and set PG_Writeback.  It can be actually
567 written at any point after PG_Dirty is clear.  Once it is known to be
568 safe, PG_Writeback is cleared.
570 Writeback makes use of a writeback_control structure...
572 struct address_space_operations
573 -------------------------------
575 This describes how the VFS can manipulate mapping of a file to page cache in
576 your filesystem. The following members are defined:
578 struct address_space_operations {
579         int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc);
580         int (*readpage)(struct file *, struct page *);
581         int (*writepages)(struct address_space *, struct writeback_control *);
582         int (*set_page_dirty)(struct page *page);
583         int (*readpages)(struct file *filp, struct address_space *mapping,
584                         struct list_head *pages, unsigned nr_pages);
585         int (*write_begin)(struct file *, struct address_space *mapping,
586                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned flags,
587                                 struct page **pagep, void **fsdata);
588         int (*write_end)(struct file *, struct address_space *mapping,
589                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
590                                 struct page *page, void *fsdata);
591         sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
592         void (*invalidatepage) (struct page *, unsigned int, unsigned int);
593         int (*releasepage) (struct page *, int);
594         void (*freepage)(struct page *);
595         ssize_t (*direct_IO)(struct kiocb *, struct iov_iter *iter, loff_t offset);
596         /* migrate the contents of a page to the specified target */
597         int (*migratepage) (struct page *, struct page *);
598         int (*launder_page) (struct page *);
599         int (*is_partially_uptodate) (struct page *, unsigned long,
600                                         unsigned long);
601         void (*is_dirty_writeback) (struct page *, bool *, bool *);
602         int (*error_remove_page) (struct mapping *mapping, struct page *page);
603         int (*swap_activate)(struct file *);
604         int (*swap_deactivate)(struct file *);
607   writepage: called by the VM to write a dirty page to backing store.
608       This may happen for data integrity reasons (i.e. 'sync'), or
609       to free up memory (flush).  The difference can be seen in
610       wbc->sync_mode.
611       The PG_Dirty flag has been cleared and PageLocked is true.
612       writepage should start writeout, should set PG_Writeback,
613       and should make sure the page is unlocked, either synchronously
614       or asynchronously when the write operation completes.
616       If wbc->sync_mode is WB_SYNC_NONE, ->writepage doesn't have to
617       try too hard if there are problems, and may choose to write out
618       other pages from the mapping if that is easier (e.g. due to
619       internal dependencies).  If it chooses not to start writeout, it
620       should return AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE so that the VM will not keep
621       calling ->writepage on that page.
623       See the file "Locking" for more details.
625   readpage: called by the VM to read a page from backing store.
626        The page will be Locked when readpage is called, and should be
627        unlocked and marked uptodate once the read completes.
628        If ->readpage discovers that it needs to unlock the page for
629        some reason, it can do so, and then return AOP_TRUNCATED_PAGE.
630        In this case, the page will be relocated, relocked and if
631        that all succeeds, ->readpage will be called again.
633   writepages: called by the VM to write out pages associated with the
634         address_space object.  If wbc->sync_mode is WBC_SYNC_ALL, then
635         the writeback_control will specify a range of pages that must be
636         written out.  If it is WBC_SYNC_NONE, then a nr_to_write is given
637         and that many pages should be written if possible.
638         If no ->writepages is given, then mpage_writepages is used
639         instead.  This will choose pages from the address space that are
640         tagged as DIRTY and will pass them to ->writepage.
642   set_page_dirty: called by the VM to set a page dirty.
643         This is particularly needed if an address space attaches
644         private data to a page, and that data needs to be updated when
645         a page is dirtied.  This is called, for example, when a memory
646         mapped page gets modified.
647         If defined, it should set the PageDirty flag, and the
648         PAGECACHE_TAG_DIRTY tag in the radix tree.
650   readpages: called by the VM to read pages associated with the address_space
651         object. This is essentially just a vector version of
652         readpage.  Instead of just one page, several pages are
653         requested.
654         readpages is only used for read-ahead, so read errors are
655         ignored.  If anything goes wrong, feel free to give up.
657   write_begin:
658         Called by the generic buffered write code to ask the filesystem to
659         prepare to write len bytes at the given offset in the file. The
660         address_space should check that the write will be able to complete,
661         by allocating space if necessary and doing any other internal
662         housekeeping.  If the write will update parts of any basic-blocks on
663         storage, then those blocks should be pre-read (if they haven't been
664         read already) so that the updated blocks can be written out properly.
666         The filesystem must return the locked pagecache page for the specified
667         offset, in *pagep, for the caller to write into.
669         It must be able to cope with short writes (where the length passed to
670         write_begin is greater than the number of bytes copied into the page).
672         flags is a field for AOP_FLAG_xxx flags, described in
673         include/linux/fs.h.
675         A void * may be returned in fsdata, which then gets passed into
676         write_end.
678         Returns 0 on success; < 0 on failure (which is the error code), in
679         which case write_end is not called.
681   write_end: After a successful write_begin, and data copy, write_end must
682         be called. len is the original len passed to write_begin, and copied
683         is the amount that was able to be copied (copied == len is always true
684         if write_begin was called with the AOP_FLAG_UNINTERRUPTIBLE flag).
686         The filesystem must take care of unlocking the page and releasing it
687         refcount, and updating i_size.
689         Returns < 0 on failure, otherwise the number of bytes (<= 'copied')
690         that were able to be copied into pagecache.
692   bmap: called by the VFS to map a logical block offset within object to
693         physical block number. This method is used by the FIBMAP
694         ioctl and for working with swap-files.  To be able to swap to
695         a file, the file must have a stable mapping to a block
696         device.  The swap system does not go through the filesystem
697         but instead uses bmap to find out where the blocks in the file
698         are and uses those addresses directly.
700   dentry_open: *WARNING: probably going away soon, do not use!* This is an
701         alternative to f_op->open(), the difference is that this method may open
702         a file not necessarily originating from the same filesystem as the one
703         i_op->open() was called on.  It may be useful for stacking filesystems
704         which want to allow native I/O directly on underlying files.
707   invalidatepage: If a page has PagePrivate set, then invalidatepage
708         will be called when part or all of the page is to be removed
709         from the address space.  This generally corresponds to either a
710         truncation, punch hole  or a complete invalidation of the address
711         space (in the latter case 'offset' will always be 0 and 'length'
712         will be PAGE_CACHE_SIZE). Any private data associated with the page
713         should be updated to reflect this truncation.  If offset is 0 and
714         length is PAGE_CACHE_SIZE, then the private data should be released,
715         because the page must be able to be completely discarded.  This may
716         be done by calling the ->releasepage function, but in this case the
717         release MUST succeed.
719   releasepage: releasepage is called on PagePrivate pages to indicate
720         that the page should be freed if possible.  ->releasepage
721         should remove any private data from the page and clear the
722         PagePrivate flag. If releasepage() fails for some reason, it must
723         indicate failure with a 0 return value.
724         releasepage() is used in two distinct though related cases.  The
725         first is when the VM finds a clean page with no active users and
726         wants to make it a free page.  If ->releasepage succeeds, the
727         page will be removed from the address_space and become free.
729         The second case is when a request has been made to invalidate
730         some or all pages in an address_space.  This can happen
731         through the fadvice(POSIX_FADV_DONTNEED) system call or by the
732         filesystem explicitly requesting it as nfs and 9fs do (when
733         they believe the cache may be out of date with storage) by
734         calling invalidate_inode_pages2().
735         If the filesystem makes such a call, and needs to be certain
736         that all pages are invalidated, then its releasepage will
737         need to ensure this.  Possibly it can clear the PageUptodate
738         bit if it cannot free private data yet.
740   freepage: freepage is called once the page is no longer visible in
741         the page cache in order to allow the cleanup of any private
742         data. Since it may be called by the memory reclaimer, it
743         should not assume that the original address_space mapping still
744         exists, and it should not block.
746   direct_IO: called by the generic read/write routines to perform
747         direct_IO - that is IO requests which bypass the page cache
748         and transfer data directly between the storage and the
749         application's address space.
751   migrate_page:  This is used to compact the physical memory usage.
752         If the VM wants to relocate a page (maybe off a memory card
753         that is signalling imminent failure) it will pass a new page
754         and an old page to this function.  migrate_page should
755         transfer any private data across and update any references
756         that it has to the page.
758   launder_page: Called before freeing a page - it writes back the dirty page. To
759         prevent redirtying the page, it is kept locked during the whole
760         operation.
762   is_partially_uptodate: Called by the VM when reading a file through the
763         pagecache when the underlying blocksize != pagesize. If the required
764         block is up to date then the read can complete without needing the IO
765         to bring the whole page up to date.
767   is_dirty_writeback: Called by the VM when attempting to reclaim a page.
768         The VM uses dirty and writeback information to determine if it needs
769         to stall to allow flushers a chance to complete some IO. Ordinarily
770         it can use PageDirty and PageWriteback but some filesystems have
771         more complex state (unstable pages in NFS prevent reclaim) or
772         do not set those flags due to locking problems. This callback
773         allows a filesystem to indicate to the VM if a page should be
774         treated as dirty or writeback for the purposes of stalling.
776   error_remove_page: normally set to generic_error_remove_page if truncation
777         is ok for this address space. Used for memory failure handling.
778         Setting this implies you deal with pages going away under you,
779         unless you have them locked or reference counts increased.
781   swap_activate: Called when swapon is used on a file to allocate
782         space if necessary and pin the block lookup information in
783         memory. A return value of zero indicates success,
784         in which case this file can be used to back swapspace. The
785         swapspace operations will be proxied to this address space's
786         ->swap_{out,in} methods.
788   swap_deactivate: Called during swapoff on files where swap_activate
789         was successful.
792 The File Object
793 ===============
795 A file object represents a file opened by a process.
798 struct file_operations
799 ----------------------
801 This describes how the VFS can manipulate an open file. As of kernel
802 4.1, the following members are defined:
804 struct file_operations {
805         struct module *owner;
806         loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
807         ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
808         ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
809         ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
810         ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
811         int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
812         unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
813         long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
814         long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
815         int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
816         int (*mremap)(struct file *, struct vm_area_struct *);
817         int (*open) (struct inode *, struct file *);
818         int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
819         int (*release) (struct inode *, struct file *);
820         int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
821         int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
822         int (*fasync) (int, struct file *, int);
823         int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
824         ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
825         unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
826         int (*check_flags)(int);
827         int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
828         ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
829         ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
830         int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **, void **);
831         long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,
832                           loff_t len);
833         void (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f);
834 #ifndef CONFIG_MMU
835         unsigned (*mmap_capabilities)(struct file *);
836 #endif
839 Again, all methods are called without any locks being held, unless
840 otherwise noted.
842   llseek: called when the VFS needs to move the file position index
844   read: called by read(2) and related system calls
846   read_iter: possibly asynchronous read with iov_iter as destination
848   write: called by write(2) and related system calls
850   write_iter: possibly asynchronous write with iov_iter as source
852   iterate: called when the VFS needs to read the directory contents
854   poll: called by the VFS when a process wants to check if there is
855         activity on this file and (optionally) go to sleep until there
856         is activity. Called by the select(2) and poll(2) system calls
858   unlocked_ioctl: called by the ioctl(2) system call.
860   compat_ioctl: called by the ioctl(2) system call when 32 bit system calls
861          are used on 64 bit kernels.
863   mmap: called by the mmap(2) system call
865   open: called by the VFS when an inode should be opened. When the VFS
866         opens a file, it creates a new "struct file". It then calls the
867         open method for the newly allocated file structure. You might
868         think that the open method really belongs in
869         "struct inode_operations", and you may be right. I think it's
870         done the way it is because it makes filesystems simpler to
871         implement. The open() method is a good place to initialize the
872         "private_data" member in the file structure if you want to point
873         to a device structure
875   flush: called by the close(2) system call to flush a file
877   release: called when the last reference to an open file is closed
879   fsync: called by the fsync(2) system call
881   fasync: called by the fcntl(2) system call when asynchronous
882         (non-blocking) mode is enabled for a file
884   lock: called by the fcntl(2) system call for F_GETLK, F_SETLK, and F_SETLKW
885         commands
887   get_unmapped_area: called by the mmap(2) system call
889   check_flags: called by the fcntl(2) system call for F_SETFL command
891   flock: called by the flock(2) system call
893   splice_write: called by the VFS to splice data from a pipe to a file. This
894                 method is used by the splice(2) system call
896   splice_read: called by the VFS to splice data from file to a pipe. This
897                method is used by the splice(2) system call
899   setlease: called by the VFS to set or release a file lock lease. setlease
900             implementations should call generic_setlease to record or remove
901             the lease in the inode after setting it.
903   fallocate: called by the VFS to preallocate blocks or punch a hole.
905 Note that the file operations are implemented by the specific
906 filesystem in which the inode resides. When opening a device node
907 (character or block special) most filesystems will call special
908 support routines in the VFS which will locate the required device
909 driver information. These support routines replace the filesystem file
910 operations with those for the device driver, and then proceed to call
911 the new open() method for the file. This is how opening a device file
912 in the filesystem eventually ends up calling the device driver open()
913 method.
916 Directory Entry Cache (dcache)
917 ==============================
920 struct dentry_operations
921 ------------------------
923 This describes how a filesystem can overload the standard dentry
924 operations. Dentries and the dcache are the domain of the VFS and the
925 individual filesystem implementations. Device drivers have no business
926 here. These methods may be set to NULL, as they are either optional or
927 the VFS uses a default. As of kernel 2.6.22, the following members are
928 defined:
930 struct dentry_operations {
931         int (*d_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
932         int (*d_weak_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
933         int (*d_hash)(const struct dentry *, struct qstr *);
934         int (*d_compare)(const struct dentry *, const struct dentry *,
935                         unsigned int, const char *, const struct qstr *);
936         int (*d_delete)(const struct dentry *);
937         void (*d_release)(struct dentry *);
938         void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
939         char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
940         struct vfsmount *(*d_automount)(struct path *);
941         int (*d_manage)(struct dentry *, bool);
944   d_revalidate: called when the VFS needs to revalidate a dentry. This
945         is called whenever a name look-up finds a dentry in the
946         dcache. Most local filesystems leave this as NULL, because all their
947         dentries in the dcache are valid. Network filesystems are different
948         since things can change on the server without the client necessarily
949         being aware of it.
951         This function should return a positive value if the dentry is still
952         valid, and zero or a negative error code if it isn't.
954         d_revalidate may be called in rcu-walk mode (flags & LOOKUP_RCU).
955         If in rcu-walk mode, the filesystem must revalidate the dentry without
956         blocking or storing to the dentry, d_parent and d_inode should not be
957         used without care (because they can change and, in d_inode case, even
958         become NULL under us).
960         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle, return
961         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
963  d_weak_revalidate: called when the VFS needs to revalidate a "jumped" dentry.
964         This is called when a path-walk ends at dentry that was not acquired by
965         doing a lookup in the parent directory. This includes "/", "." and "..",
966         as well as procfs-style symlinks and mountpoint traversal.
968         In this case, we are less concerned with whether the dentry is still
969         fully correct, but rather that the inode is still valid. As with
970         d_revalidate, most local filesystems will set this to NULL since their
971         dcache entries are always valid.
973         This function has the same return code semantics as d_revalidate.
975         d_weak_revalidate is only called after leaving rcu-walk mode.
977   d_hash: called when the VFS adds a dentry to the hash table. The first
978         dentry passed to d_hash is the parent directory that the name is
979         to be hashed into.
981         Same locking and synchronisation rules as d_compare regarding
982         what is safe to dereference etc.
984   d_compare: called to compare a dentry name with a given name. The first
985         dentry is the parent of the dentry to be compared, the second is
986         the child dentry. len and name string are properties of the dentry
987         to be compared. qstr is the name to compare it with.
989         Must be constant and idempotent, and should not take locks if
990         possible, and should not or store into the dentry.
991         Should not dereference pointers outside the dentry without
992         lots of care (eg.  d_parent, d_inode, d_name should not be used).
994         However, our vfsmount is pinned, and RCU held, so the dentries and
995         inodes won't disappear, neither will our sb or filesystem module.
996         ->d_sb may be used.
998         It is a tricky calling convention because it needs to be called under
999         "rcu-walk", ie. without any locks or references on things.
1001   d_delete: called when the last reference to a dentry is dropped and the
1002         dcache is deciding whether or not to cache it. Return 1 to delete
1003         immediately, or 0 to cache the dentry. Default is NULL which means to
1004         always cache a reachable dentry. d_delete must be constant and
1005         idempotent.
1007   d_release: called when a dentry is really deallocated
1009   d_iput: called when a dentry loses its inode (just prior to its
1010         being deallocated). The default when this is NULL is that the
1011         VFS calls iput(). If you define this method, you must call
1012         iput() yourself
1014   d_dname: called when the pathname of a dentry should be generated.
1015         Useful for some pseudo filesystems (sockfs, pipefs, ...) to delay
1016         pathname generation. (Instead of doing it when dentry is created,
1017         it's done only when the path is needed.). Real filesystems probably
1018         dont want to use it, because their dentries are present in global
1019         dcache hash, so their hash should be an invariant. As no lock is
1020         held, d_dname() should not try to modify the dentry itself, unless
1021         appropriate SMP safety is used. CAUTION : d_path() logic is quite
1022         tricky. The correct way to return for example "Hello" is to put it
1023         at the end of the buffer, and returns a pointer to the first char.
1024         dynamic_dname() helper function is provided to take care of this.
1026   d_automount: called when an automount dentry is to be traversed (optional).
1027         This should create a new VFS mount record and return the record to the
1028         caller.  The caller is supplied with a path parameter giving the
1029         automount directory to describe the automount target and the parent
1030         VFS mount record to provide inheritable mount parameters.  NULL should
1031         be returned if someone else managed to make the automount first.  If
1032         the vfsmount creation failed, then an error code should be returned.
1033         If -EISDIR is returned, then the directory will be treated as an
1034         ordinary directory and returned to pathwalk to continue walking.
1036         If a vfsmount is returned, the caller will attempt to mount it on the
1037         mountpoint and will remove the vfsmount from its expiration list in
1038         the case of failure.  The vfsmount should be returned with 2 refs on
1039         it to prevent automatic expiration - the caller will clean up the
1040         additional ref.
1042         This function is only used if DCACHE_NEED_AUTOMOUNT is set on the
1043         dentry.  This is set by __d_instantiate() if S_AUTOMOUNT is set on the
1044         inode being added.
1046   d_manage: called to allow the filesystem to manage the transition from a
1047         dentry (optional).  This allows autofs, for example, to hold up clients
1048         waiting to explore behind a 'mountpoint' whilst letting the daemon go
1049         past and construct the subtree there.  0 should be returned to let the
1050         calling process continue.  -EISDIR can be returned to tell pathwalk to
1051         use this directory as an ordinary directory and to ignore anything
1052         mounted on it and not to check the automount flag.  Any other error
1053         code will abort pathwalk completely.
1055         If the 'rcu_walk' parameter is true, then the caller is doing a
1056         pathwalk in RCU-walk mode.  Sleeping is not permitted in this mode,
1057         and the caller can be asked to leave it and call again by returning
1058         -ECHILD.  -EISDIR may also be returned to tell pathwalk to
1059         ignore d_automount or any mounts.
1061         This function is only used if DCACHE_MANAGE_TRANSIT is set on the
1062         dentry being transited from.
1064 Example :
1066 static char *pipefs_dname(struct dentry *dent, char *buffer, int buflen)
1068         return dynamic_dname(dentry, buffer, buflen, "pipe:[%lu]",
1069                                 dentry->d_inode->i_ino);
1072 Each dentry has a pointer to its parent dentry, as well as a hash list
1073 of child dentries. Child dentries are basically like files in a
1074 directory.
1077 Directory Entry Cache API
1078 --------------------------
1080 There are a number of functions defined which permit a filesystem to
1081 manipulate dentries:
1083   dget: open a new handle for an existing dentry (this just increments
1084         the usage count)
1086   dput: close a handle for a dentry (decrements the usage count). If
1087         the usage count drops to 0, and the dentry is still in its
1088         parent's hash, the "d_delete" method is called to check whether
1089         it should be cached. If it should not be cached, or if the dentry
1090         is not hashed, it is deleted. Otherwise cached dentries are put
1091         into an LRU list to be reclaimed on memory shortage.
1093   d_drop: this unhashes a dentry from its parents hash list. A
1094         subsequent call to dput() will deallocate the dentry if its
1095         usage count drops to 0
1097   d_delete: delete a dentry. If there are no other open references to
1098         the dentry then the dentry is turned into a negative dentry
1099         (the d_iput() method is called). If there are other
1100         references, then d_drop() is called instead
1102   d_add: add a dentry to its parents hash list and then calls
1103         d_instantiate()
1105   d_instantiate: add a dentry to the alias hash list for the inode and
1106         updates the "d_inode" member. The "i_count" member in the
1107         inode structure should be set/incremented. If the inode
1108         pointer is NULL, the dentry is called a "negative
1109         dentry". This function is commonly called when an inode is
1110         created for an existing negative dentry
1112   d_lookup: look up a dentry given its parent and path name component
1113         It looks up the child of that given name from the dcache
1114         hash table. If it is found, the reference count is incremented
1115         and the dentry is returned. The caller must use dput()
1116         to free the dentry when it finishes using it.
1118 Mount Options
1119 =============
1121 Parsing options
1122 ---------------
1124 On mount and remount the filesystem is passed a string containing a
1125 comma separated list of mount options.  The options can have either of
1126 these forms:
1128   option
1129   option=value
1131 The <linux/parser.h> header defines an API that helps parse these
1132 options.  There are plenty of examples on how to use it in existing
1133 filesystems.
1135 Showing options
1136 ---------------
1138 If a filesystem accepts mount options, it must define show_options()
1139 to show all the currently active options.  The rules are:
1141   - options MUST be shown which are not default or their values differ
1142     from the default
1144   - options MAY be shown which are enabled by default or have their
1145     default value
1147 Options used only internally between a mount helper and the kernel
1148 (such as file descriptors), or which only have an effect during the
1149 mounting (such as ones controlling the creation of a journal) are exempt
1150 from the above rules.
1152 The underlying reason for the above rules is to make sure, that a
1153 mount can be accurately replicated (e.g. umounting and mounting again)
1154 based on the information found in /proc/mounts.
1156 A simple method of saving options at mount/remount time and showing
1157 them is provided with the save_mount_options() and
1158 generic_show_options() helper functions.  Please note, that using
1159 these may have drawbacks.  For more info see header comments for these
1160 functions in fs/namespace.c.
1162 Resources
1163 =========
1165 (Note some of these resources are not up-to-date with the latest kernel
1166  version.)
1168 Creating Linux virtual filesystems. 2002
1169     <http://lwn.net/Articles/13325/>
1171 The Linux Virtual File-system Layer by Neil Brown. 1999
1172     <http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/oss/linux-commentary/vfs.html>
1174 A tour of the Linux VFS by Michael K. Johnson. 1996
1175     <http://www.tldp.org/LDP/khg/HyperNews/get/fs/vfstour.html>
1177 A small trail through the Linux kernel by Andries Brouwer. 2001
1178     <http://www.win.tue.nl/~aeb/linux/vfs/trail.html>