OSDN Git Service

nfs: don't open in ->d_revalidate
[uclinux-h8/linux.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, struct nameidata *);
345         struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, struct nameidata *);
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 (*truncate_range)(struct inode *, loff_t, loff_t);
367         void (*update_time)(struct inode *, struct timespec *, int);
368 };
369
370 Again, all methods are called without any locks being held, unless
371 otherwise noted.
372
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
378
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
392
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
396
397   unlink: called by the unlink(2) system call. Only required if you
398         want to support deleting inodes
399
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
403
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
407
408   rmdir: called by the rmdir(2) system call. Only required if you want
409         to support deleting subdirectories
410
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
416
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.
419
420   readlink: called by the readlink(2) system call. Only required if
421         you want to support reading symbolic links
422
423   follow_link: called by the VFS to follow a symbolic link to the
424         inode it points to.  Only required if you want to support
425         symbolic links.  This method returns a void pointer cookie
426         that is passed to put_link().
427
428   put_link: called by the VFS to release resources allocated by
429         follow_link().  The cookie returned by follow_link() is passed
430         to this method as the last parameter.  It is used by
431         filesystems such as NFS where page cache is not stable
432         (i.e. page that was installed when the symbolic link walk
433         started might not be in the page cache at the end of the
434         walk).
435
436   truncate: Deprecated. This will not be called if ->setsize is defined.
437         Called by the VFS to change the size of a file.  The
438         i_size field of the inode is set to the desired size by the
439         VFS before this method is called.  This method is called by
440         the truncate(2) system call and related functionality.
441
442         Note: ->truncate and vmtruncate are deprecated. Do not add new
443         instances/calls of these. Filesystems should be converted to do their
444         truncate sequence via ->setattr().
445
446   permission: called by the VFS to check for access rights on a POSIX-like
447         filesystem.
448
449         May be called in rcu-walk mode (mask & MAY_NOT_BLOCK). If in rcu-walk
450         mode, the filesystem must check the permission without blocking or
451         storing to the inode.
452
453         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle, return
454         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
455
456   setattr: called by the VFS to set attributes for a file. This method
457         is called by chmod(2) and related system calls.
458
459   getattr: called by the VFS to get attributes of a file. This method
460         is called by stat(2) and related system calls.
461
462   setxattr: called by the VFS to set an extended attribute for a file.
463         Extended attribute is a name:value pair associated with an
464         inode. This method is called by setxattr(2) system call.
465
466   getxattr: called by the VFS to retrieve the value of an extended
467         attribute name. This method is called by getxattr(2) function
468         call.
469
470   listxattr: called by the VFS to list all extended attributes for a
471         given file. This method is called by listxattr(2) system call.
472
473   removexattr: called by the VFS to remove an extended attribute from
474         a file. This method is called by removexattr(2) system call.
475
476   truncate_range: a method provided by the underlying filesystem to truncate a
477         range of blocks , i.e. punch a hole somewhere in a file.
478
479   update_time: called by the VFS to update a specific time or the i_version of
480         an inode.  If this is not defined the VFS will update the inode itself
481         and call mark_inode_dirty_sync.
482
483 The Address Space Object
484 ========================
485
486 The address space object is used to group and manage pages in the page
487 cache.  It can be used to keep track of the pages in a file (or
488 anything else) and also track the mapping of sections of the file into
489 process address spaces.
490
491 There are a number of distinct yet related services that an
492 address-space can provide.  These include communicating memory
493 pressure, page lookup by address, and keeping track of pages tagged as
494 Dirty or Writeback.
495
496 The first can be used independently to the others.  The VM can try to
497 either write dirty pages in order to clean them, or release clean
498 pages in order to reuse them.  To do this it can call the ->writepage
499 method on dirty pages, and ->releasepage on clean pages with
500 PagePrivate set. Clean pages without PagePrivate and with no external
501 references will be released without notice being given to the
502 address_space.
503
504 To achieve this functionality, pages need to be placed on an LRU with
505 lru_cache_add and mark_page_active needs to be called whenever the
506 page is used.
507
508 Pages are normally kept in a radix tree index by ->index. This tree
509 maintains information about the PG_Dirty and PG_Writeback status of
510 each page, so that pages with either of these flags can be found
511 quickly.
512
513 The Dirty tag is primarily used by mpage_writepages - the default
514 ->writepages method.  It uses the tag to find dirty pages to call
515 ->writepage on.  If mpage_writepages is not used (i.e. the address
516 provides its own ->writepages) , the PAGECACHE_TAG_DIRTY tag is
517 almost unused.  write_inode_now and sync_inode do use it (through
518 __sync_single_inode) to check if ->writepages has been successful in
519 writing out the whole address_space.
520
521 The Writeback tag is used by filemap*wait* and sync_page* functions,
522 via filemap_fdatawait_range, to wait for all writeback to
523 complete.  While waiting ->sync_page (if defined) will be called on
524 each page that is found to require writeback.
525
526 An address_space handler may attach extra information to a page,
527 typically using the 'private' field in the 'struct page'.  If such
528 information is attached, the PG_Private flag should be set.  This will
529 cause various VM routines to make extra calls into the address_space
530 handler to deal with that data.
531
532 An address space acts as an intermediate between storage and
533 application.  Data is read into the address space a whole page at a
534 time, and provided to the application either by copying of the page,
535 or by memory-mapping the page.
536 Data is written into the address space by the application, and then
537 written-back to storage typically in whole pages, however the
538 address_space has finer control of write sizes.
539
540 The read process essentially only requires 'readpage'.  The write
541 process is more complicated and uses write_begin/write_end or
542 set_page_dirty to write data into the address_space, and writepage,
543 sync_page, and writepages to writeback data to storage.
544
545 Adding and removing pages to/from an address_space is protected by the
546 inode's i_mutex.
547
548 When data is written to a page, the PG_Dirty flag should be set.  It
549 typically remains set until writepage asks for it to be written.  This
550 should clear PG_Dirty and set PG_Writeback.  It can be actually
551 written at any point after PG_Dirty is clear.  Once it is known to be
552 safe, PG_Writeback is cleared.
553
554 Writeback makes use of a writeback_control structure...
555
556 struct address_space_operations
557 -------------------------------
558
559 This describes how the VFS can manipulate mapping of a file to page cache in
560 your filesystem. As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
561
562 struct address_space_operations {
563         int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc);
564         int (*readpage)(struct file *, struct page *);
565         int (*sync_page)(struct page *);
566         int (*writepages)(struct address_space *, struct writeback_control *);
567         int (*set_page_dirty)(struct page *page);
568         int (*readpages)(struct file *filp, struct address_space *mapping,
569                         struct list_head *pages, unsigned nr_pages);
570         int (*write_begin)(struct file *, struct address_space *mapping,
571                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned flags,
572                                 struct page **pagep, void **fsdata);
573         int (*write_end)(struct file *, struct address_space *mapping,
574                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
575                                 struct page *page, void *fsdata);
576         sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
577         int (*invalidatepage) (struct page *, unsigned long);
578         int (*releasepage) (struct page *, int);
579         void (*freepage)(struct page *);
580         ssize_t (*direct_IO)(int, struct kiocb *, const struct iovec *iov,
581                         loff_t offset, unsigned long nr_segs);
582         struct page* (*get_xip_page)(struct address_space *, sector_t,
583                         int);
584         /* migrate the contents of a page to the specified target */
585         int (*migratepage) (struct page *, struct page *);
586         int (*launder_page) (struct page *);
587         int (*error_remove_page) (struct mapping *mapping, struct page *page);
588 };
589
590   writepage: called by the VM to write a dirty page to backing store.
591       This may happen for data integrity reasons (i.e. 'sync'), or
592       to free up memory (flush).  The difference can be seen in
593       wbc->sync_mode.
594       The PG_Dirty flag has been cleared and PageLocked is true.
595       writepage should start writeout, should set PG_Writeback,
596       and should make sure the page is unlocked, either synchronously
597       or asynchronously when the write operation completes.
598
599       If wbc->sync_mode is WB_SYNC_NONE, ->writepage doesn't have to
600       try too hard if there are problems, and may choose to write out
601       other pages from the mapping if that is easier (e.g. due to
602       internal dependencies).  If it chooses not to start writeout, it
603       should return AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE so that the VM will not keep
604       calling ->writepage on that page.
605
606       See the file "Locking" for more details.
607
608   readpage: called by the VM to read a page from backing store.
609        The page will be Locked when readpage is called, and should be
610        unlocked and marked uptodate once the read completes.
611        If ->readpage discovers that it needs to unlock the page for
612        some reason, it can do so, and then return AOP_TRUNCATED_PAGE.
613        In this case, the page will be relocated, relocked and if
614        that all succeeds, ->readpage will be called again.
615
616   sync_page: called by the VM to notify the backing store to perform all
617         queued I/O operations for a page. I/O operations for other pages
618         associated with this address_space object may also be performed.
619
620         This function is optional and is called only for pages with
621         PG_Writeback set while waiting for the writeback to complete.
622
623   writepages: called by the VM to write out pages associated with the
624         address_space object.  If wbc->sync_mode is WBC_SYNC_ALL, then
625         the writeback_control will specify a range of pages that must be
626         written out.  If it is WBC_SYNC_NONE, then a nr_to_write is given
627         and that many pages should be written if possible.
628         If no ->writepages is given, then mpage_writepages is used
629         instead.  This will choose pages from the address space that are
630         tagged as DIRTY and will pass them to ->writepage.
631
632   set_page_dirty: called by the VM to set a page dirty.
633         This is particularly needed if an address space attaches
634         private data to a page, and that data needs to be updated when
635         a page is dirtied.  This is called, for example, when a memory
636         mapped page gets modified.
637         If defined, it should set the PageDirty flag, and the
638         PAGECACHE_TAG_DIRTY tag in the radix tree.
639
640   readpages: called by the VM to read pages associated with the address_space
641         object. This is essentially just a vector version of
642         readpage.  Instead of just one page, several pages are
643         requested.
644         readpages is only used for read-ahead, so read errors are
645         ignored.  If anything goes wrong, feel free to give up.
646
647   write_begin:
648         Called by the generic buffered write code to ask the filesystem to
649         prepare to write len bytes at the given offset in the file. The
650         address_space should check that the write will be able to complete,
651         by allocating space if necessary and doing any other internal
652         housekeeping.  If the write will update parts of any basic-blocks on
653         storage, then those blocks should be pre-read (if they haven't been
654         read already) so that the updated blocks can be written out properly.
655
656         The filesystem must return the locked pagecache page for the specified
657         offset, in *pagep, for the caller to write into.
658
659         It must be able to cope with short writes (where the length passed to
660         write_begin is greater than the number of bytes copied into the page).
661
662         flags is a field for AOP_FLAG_xxx flags, described in
663         include/linux/fs.h.
664
665         A void * may be returned in fsdata, which then gets passed into
666         write_end.
667
668         Returns 0 on success; < 0 on failure (which is the error code), in
669         which case write_end is not called.
670
671   write_end: After a successful write_begin, and data copy, write_end must
672         be called. len is the original len passed to write_begin, and copied
673         is the amount that was able to be copied (copied == len is always true
674         if write_begin was called with the AOP_FLAG_UNINTERRUPTIBLE flag).
675
676         The filesystem must take care of unlocking the page and releasing it
677         refcount, and updating i_size.
678
679         Returns < 0 on failure, otherwise the number of bytes (<= 'copied')
680         that were able to be copied into pagecache.
681
682   bmap: called by the VFS to map a logical block offset within object to
683         physical block number. This method is used by the FIBMAP
684         ioctl and for working with swap-files.  To be able to swap to
685         a file, the file must have a stable mapping to a block
686         device.  The swap system does not go through the filesystem
687         but instead uses bmap to find out where the blocks in the file
688         are and uses those addresses directly.
689
690
691   invalidatepage: If a page has PagePrivate set, then invalidatepage
692         will be called when part or all of the page is to be removed
693         from the address space.  This generally corresponds to either a
694         truncation or a complete invalidation of the address space
695         (in the latter case 'offset' will always be 0).
696         Any private data associated with the page should be updated
697         to reflect this truncation.  If offset is 0, then
698         the private data should be released, because the page
699         must be able to be completely discarded.  This may be done by
700         calling the ->releasepage function, but in this case the
701         release MUST succeed.
702
703   releasepage: releasepage is called on PagePrivate pages to indicate
704         that the page should be freed if possible.  ->releasepage
705         should remove any private data from the page and clear the
706         PagePrivate flag. If releasepage() fails for some reason, it must
707         indicate failure with a 0 return value.
708         releasepage() is used in two distinct though related cases.  The
709         first is when the VM finds a clean page with no active users and
710         wants to make it a free page.  If ->releasepage succeeds, the
711         page will be removed from the address_space and become free.
712
713         The second case is when a request has been made to invalidate
714         some or all pages in an address_space.  This can happen
715         through the fadvice(POSIX_FADV_DONTNEED) system call or by the
716         filesystem explicitly requesting it as nfs and 9fs do (when
717         they believe the cache may be out of date with storage) by
718         calling invalidate_inode_pages2().
719         If the filesystem makes such a call, and needs to be certain
720         that all pages are invalidated, then its releasepage will
721         need to ensure this.  Possibly it can clear the PageUptodate
722         bit if it cannot free private data yet.
723
724   freepage: freepage is called once the page is no longer visible in
725         the page cache in order to allow the cleanup of any private
726         data. Since it may be called by the memory reclaimer, it
727         should not assume that the original address_space mapping still
728         exists, and it should not block.
729
730   direct_IO: called by the generic read/write routines to perform
731         direct_IO - that is IO requests which bypass the page cache
732         and transfer data directly between the storage and the
733         application's address space.
734
735   get_xip_page: called by the VM to translate a block number to a page.
736         The page is valid until the corresponding filesystem is unmounted.
737         Filesystems that want to use execute-in-place (XIP) need to implement
738         it.  An example implementation can be found in fs/ext2/xip.c.
739
740   migrate_page:  This is used to compact the physical memory usage.
741         If the VM wants to relocate a page (maybe off a memory card
742         that is signalling imminent failure) it will pass a new page
743         and an old page to this function.  migrate_page should
744         transfer any private data across and update any references
745         that it has to the page.
746
747   launder_page: Called before freeing a page - it writes back the dirty page. To
748         prevent redirtying the page, it is kept locked during the whole
749         operation.
750
751   error_remove_page: normally set to generic_error_remove_page if truncation
752         is ok for this address space. Used for memory failure handling.
753         Setting this implies you deal with pages going away under you,
754         unless you have them locked or reference counts increased.
755
756
757 The File Object
758 ===============
759
760 A file object represents a file opened by a process.
761
762
763 struct file_operations
764 ----------------------
765
766 This describes how the VFS can manipulate an open file. As of kernel
767 2.6.22, the following members are defined:
768
769 struct file_operations {
770         struct module *owner;
771         loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
772         ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
773         ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
774         ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
775         ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
776         int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
777         unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
778         long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
779         long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
780         int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
781         int (*open) (struct inode *, struct file *);
782         int (*flush) (struct file *);
783         int (*release) (struct inode *, struct file *);
784         int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
785         int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
786         int (*fasync) (int, struct file *, int);
787         int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
788         ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
789         ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
790         ssize_t (*sendfile) (struct file *, loff_t *, size_t, read_actor_t, void *);
791         ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
792         unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
793         int (*check_flags)(int);
794         int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
795         ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, size_t, unsigned int);
796         ssize_t (*splice_read)(struct file *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
797 };
798
799 Again, all methods are called without any locks being held, unless
800 otherwise noted.
801
802   llseek: called when the VFS needs to move the file position index
803
804   read: called by read(2) and related system calls
805
806   aio_read: called by io_submit(2) and other asynchronous I/O operations
807
808   write: called by write(2) and related system calls
809
810   aio_write: called by io_submit(2) and other asynchronous I/O operations
811
812   readdir: called when the VFS needs to read the directory contents
813
814   poll: called by the VFS when a process wants to check if there is
815         activity on this file and (optionally) go to sleep until there
816         is activity. Called by the select(2) and poll(2) system calls
817
818   unlocked_ioctl: called by the ioctl(2) system call.
819
820   compat_ioctl: called by the ioctl(2) system call when 32 bit system calls
821          are used on 64 bit kernels.
822
823   mmap: called by the mmap(2) system call
824
825   open: called by the VFS when an inode should be opened. When the VFS
826         opens a file, it creates a new "struct file". It then calls the
827         open method for the newly allocated file structure. You might
828         think that the open method really belongs in
829         "struct inode_operations", and you may be right. I think it's
830         done the way it is because it makes filesystems simpler to
831         implement. The open() method is a good place to initialize the
832         "private_data" member in the file structure if you want to point
833         to a device structure
834
835   flush: called by the close(2) system call to flush a file
836
837   release: called when the last reference to an open file is closed
838
839   fsync: called by the fsync(2) system call
840
841   fasync: called by the fcntl(2) system call when asynchronous
842         (non-blocking) mode is enabled for a file
843
844   lock: called by the fcntl(2) system call for F_GETLK, F_SETLK, and F_SETLKW
845         commands
846
847   readv: called by the readv(2) system call
848
849   writev: called by the writev(2) system call
850
851   sendfile: called by the sendfile(2) system call
852
853   get_unmapped_area: called by the mmap(2) system call
854
855   check_flags: called by the fcntl(2) system call for F_SETFL command
856
857   flock: called by the flock(2) system call
858
859   splice_write: called by the VFS to splice data from a pipe to a file. This
860                 method is used by the splice(2) system call
861
862   splice_read: called by the VFS to splice data from file to a pipe. This
863                method is used by the splice(2) system call
864
865 Note that the file operations are implemented by the specific
866 filesystem in which the inode resides. When opening a device node
867 (character or block special) most filesystems will call special
868 support routines in the VFS which will locate the required device
869 driver information. These support routines replace the filesystem file
870 operations with those for the device driver, and then proceed to call
871 the new open() method for the file. This is how opening a device file
872 in the filesystem eventually ends up calling the device driver open()
873 method.
874
875
876 Directory Entry Cache (dcache)
877 ==============================
878
879
880 struct dentry_operations
881 ------------------------
882
883 This describes how a filesystem can overload the standard dentry
884 operations. Dentries and the dcache are the domain of the VFS and the
885 individual filesystem implementations. Device drivers have no business
886 here. These methods may be set to NULL, as they are either optional or
887 the VFS uses a default. As of kernel 2.6.22, the following members are
888 defined:
889
890 struct dentry_operations {
891         int (*d_revalidate)(struct dentry *, struct nameidata *);
892         int (*d_hash)(const struct dentry *, const struct inode *,
893                         struct qstr *);
894         int (*d_compare)(const struct dentry *, const struct inode *,
895                         const struct dentry *, const struct inode *,
896                         unsigned int, const char *, const struct qstr *);
897         int (*d_delete)(const struct dentry *);
898         void (*d_release)(struct dentry *);
899         void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
900         char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
901         struct vfsmount *(*d_automount)(struct path *);
902         int (*d_manage)(struct dentry *, bool);
903 };
904
905   d_revalidate: called when the VFS needs to revalidate a dentry. This
906         is called whenever a name look-up finds a dentry in the
907         dcache. Most filesystems leave this as NULL, because all their
908         dentries in the dcache are valid
909
910         d_revalidate may be called in rcu-walk mode (nd->flags & LOOKUP_RCU).
911         If in rcu-walk mode, the filesystem must revalidate the dentry without
912         blocking or storing to the dentry, d_parent and d_inode should not be
913         used without care (because they can go NULL), instead nd->inode should
914         be used.
915
916         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle, return
917         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
918
919   d_hash: called when the VFS adds a dentry to the hash table. The first
920         dentry passed to d_hash is the parent directory that the name is
921         to be hashed into. The inode is the dentry's inode.
922
923         Same locking and synchronisation rules as d_compare regarding
924         what is safe to dereference etc.
925
926   d_compare: called to compare a dentry name with a given name. The first
927         dentry is the parent of the dentry to be compared, the second is
928         the parent's inode, then the dentry and inode (may be NULL) of the
929         child dentry. len and name string are properties of the dentry to be
930         compared. qstr is the name to compare it with.
931
932         Must be constant and idempotent, and should not take locks if
933         possible, and should not or store into the dentry or inodes.
934         Should not dereference pointers outside the dentry or inodes without
935         lots of care (eg.  d_parent, d_inode, d_name should not be used).
936
937         However, our vfsmount is pinned, and RCU held, so the dentries and
938         inodes won't disappear, neither will our sb or filesystem module.
939         ->i_sb and ->d_sb may be used.
940
941         It is a tricky calling convention because it needs to be called under
942         "rcu-walk", ie. without any locks or references on things.
943
944   d_delete: called when the last reference to a dentry is dropped and the
945         dcache is deciding whether or not to cache it. Return 1 to delete
946         immediately, or 0 to cache the dentry. Default is NULL which means to
947         always cache a reachable dentry. d_delete must be constant and
948         idempotent.
949
950   d_release: called when a dentry is really deallocated
951
952   d_iput: called when a dentry loses its inode (just prior to its
953         being deallocated). The default when this is NULL is that the
954         VFS calls iput(). If you define this method, you must call
955         iput() yourself
956
957   d_dname: called when the pathname of a dentry should be generated.
958         Useful for some pseudo filesystems (sockfs, pipefs, ...) to delay
959         pathname generation. (Instead of doing it when dentry is created,
960         it's done only when the path is needed.). Real filesystems probably
961         dont want to use it, because their dentries are present in global
962         dcache hash, so their hash should be an invariant. As no lock is
963         held, d_dname() should not try to modify the dentry itself, unless
964         appropriate SMP safety is used. CAUTION : d_path() logic is quite
965         tricky. The correct way to return for example "Hello" is to put it
966         at the end of the buffer, and returns a pointer to the first char.
967         dynamic_dname() helper function is provided to take care of this.
968
969   d_automount: called when an automount dentry is to be traversed (optional).
970         This should create a new VFS mount record and return the record to the
971         caller.  The caller is supplied with a path parameter giving the
972         automount directory to describe the automount target and the parent
973         VFS mount record to provide inheritable mount parameters.  NULL should
974         be returned if someone else managed to make the automount first.  If
975         the vfsmount creation failed, then an error code should be returned.
976         If -EISDIR is returned, then the directory will be treated as an
977         ordinary directory and returned to pathwalk to continue walking.
978
979         If a vfsmount is returned, the caller will attempt to mount it on the
980         mountpoint and will remove the vfsmount from its expiration list in
981         the case of failure.  The vfsmount should be returned with 2 refs on
982         it to prevent automatic expiration - the caller will clean up the
983         additional ref.
984
985         This function is only used if DCACHE_NEED_AUTOMOUNT is set on the
986         dentry.  This is set by __d_instantiate() if S_AUTOMOUNT is set on the
987         inode being added.
988
989   d_manage: called to allow the filesystem to manage the transition from a
990         dentry (optional).  This allows autofs, for example, to hold up clients
991         waiting to explore behind a 'mountpoint' whilst letting the daemon go
992         past and construct the subtree there.  0 should be returned to let the
993         calling process continue.  -EISDIR can be returned to tell pathwalk to
994         use this directory as an ordinary directory and to ignore anything
995         mounted on it and not to check the automount flag.  Any other error
996         code will abort pathwalk completely.
997
998         If the 'rcu_walk' parameter is true, then the caller is doing a
999         pathwalk in RCU-walk mode.  Sleeping is not permitted in this mode,
1000         and the caller can be asked to leave it and call again by returning
1001         -ECHILD.
1002
1003         This function is only used if DCACHE_MANAGE_TRANSIT is set on the
1004         dentry being transited from.
1005
1006 Example :
1007
1008 static char *pipefs_dname(struct dentry *dent, char *buffer, int buflen)
1009 {
1010         return dynamic_dname(dentry, buffer, buflen, "pipe:[%lu]",
1011                                 dentry->d_inode->i_ino);
1012 }
1013
1014 Each dentry has a pointer to its parent dentry, as well as a hash list
1015 of child dentries. Child dentries are basically like files in a
1016 directory.
1017
1018
1019 Directory Entry Cache API
1020 --------------------------
1021
1022 There are a number of functions defined which permit a filesystem to
1023 manipulate dentries:
1024
1025   dget: open a new handle for an existing dentry (this just increments
1026         the usage count)
1027
1028   dput: close a handle for a dentry (decrements the usage count). If
1029         the usage count drops to 0, and the dentry is still in its
1030         parent's hash, the "d_delete" method is called to check whether
1031         it should be cached. If it should not be cached, or if the dentry
1032         is not hashed, it is deleted. Otherwise cached dentries are put
1033         into an LRU list to be reclaimed on memory shortage.
1034
1035   d_drop: this unhashes a dentry from its parents hash list. A
1036         subsequent call to dput() will deallocate the dentry if its
1037         usage count drops to 0
1038
1039   d_delete: delete a dentry. If there are no other open references to
1040         the dentry then the dentry is turned into a negative dentry
1041         (the d_iput() method is called). If there are other
1042         references, then d_drop() is called instead
1043
1044   d_add: add a dentry to its parents hash list and then calls
1045         d_instantiate()
1046
1047   d_instantiate: add a dentry to the alias hash list for the inode and
1048         updates the "d_inode" member. The "i_count" member in the
1049         inode structure should be set/incremented. If the inode
1050         pointer is NULL, the dentry is called a "negative
1051         dentry". This function is commonly called when an inode is
1052         created for an existing negative dentry
1053
1054   d_lookup: look up a dentry given its parent and path name component
1055         It looks up the child of that given name from the dcache
1056         hash table. If it is found, the reference count is incremented
1057         and the dentry is returned. The caller must use dput()
1058         to free the dentry when it finishes using it.
1059
1060 Mount Options
1061 =============
1062
1063 Parsing options
1064 ---------------
1065
1066 On mount and remount the filesystem is passed a string containing a
1067 comma separated list of mount options.  The options can have either of
1068 these forms:
1069
1070   option
1071   option=value
1072
1073 The <linux/parser.h> header defines an API that helps parse these
1074 options.  There are plenty of examples on how to use it in existing
1075 filesystems.
1076
1077 Showing options
1078 ---------------
1079
1080 If a filesystem accepts mount options, it must define show_options()
1081 to show all the currently active options.  The rules are:
1082
1083   - options MUST be shown which are not default or their values differ
1084     from the default
1085
1086   - options MAY be shown which are enabled by default or have their
1087     default value
1088
1089 Options used only internally between a mount helper and the kernel
1090 (such as file descriptors), or which only have an effect during the
1091 mounting (such as ones controlling the creation of a journal) are exempt
1092 from the above rules.
1093
1094 The underlying reason for the above rules is to make sure, that a
1095 mount can be accurately replicated (e.g. umounting and mounting again)
1096 based on the information found in /proc/mounts.
1097
1098 A simple method of saving options at mount/remount time and showing
1099 them is provided with the save_mount_options() and
1100 generic_show_options() helper functions.  Please note, that using
1101 these may have drawbacks.  For more info see header comments for these
1102 functions in fs/namespace.c.
1103
1104 Resources
1105 =========
1106
1107 (Note some of these resources are not up-to-date with the latest kernel
1108  version.)
1109
1110 Creating Linux virtual filesystems. 2002
1111     <http://lwn.net/Articles/13325/>
1112
1113 The Linux Virtual File-system Layer by Neil Brown. 1999
1114     <http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/oss/linux-commentary/vfs.html>
1115
1116 A tour of the Linux VFS by Michael K. Johnson. 1996
1117     <http://www.tldp.org/LDP/khg/HyperNews/get/fs/vfstour.html>
1118
1119 A small trail through the Linux kernel by Andries Brouwer. 2001
1120     <http://www.win.tue.nl/~aeb/linux/vfs/trail.html>