GNU Linux-libre 5.15.137-gnu
[releases.git] / Documentation / filesystems / vfs.rst
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2
3 =========================================
4 Overview of the Linux Virtual File System
5 =========================================
6
7 Original author: Richard Gooch <rgooch@atnf.csiro.au>
8
9 - Copyright (C) 1999 Richard Gooch
10 - Copyright (C) 2005 Pekka Enberg
11
12
13 Introduction
14 ============
15
16 The Virtual File System (also known as the Virtual Filesystem Switch) is
17 the software layer in the kernel that provides the filesystem interface
18 to userspace programs.  It also provides an abstraction within the
19 kernel which allows different filesystem implementations to coexist.
20
21 VFS system calls open(2), stat(2), read(2), write(2), chmod(2) and so on
22 are called from a process context.  Filesystem locking is described in
23 the document Documentation/filesystems/locking.rst.
24
25
26 Directory Entry Cache (dcache)
27 ------------------------------
28
29 The VFS implements the open(2), stat(2), chmod(2), and similar system
30 calls.  The pathname argument that is passed to them is used by the VFS
31 to search through the directory entry cache (also known as the dentry
32 cache or dcache).  This provides a very fast look-up mechanism to
33 translate a pathname (filename) into a specific dentry.  Dentries live
34 in RAM and are never saved to disc: they exist only for performance.
35
36 The dentry cache is meant to be a view into your entire filespace.  As
37 most computers cannot fit all dentries in the RAM at the same time, some
38 bits of the cache are missing.  In order to resolve your pathname into a
39 dentry, the VFS may have to resort to creating dentries along the way,
40 and then loading the inode.  This is done by looking up the inode.
41
42
43 The Inode Object
44 ----------------
45
46 An individual dentry usually has a pointer to an inode.  Inodes are
47 filesystem objects such as regular files, directories, FIFOs and other
48 beasts.  They live either on the disc (for block device filesystems) or
49 in the memory (for pseudo filesystems).  Inodes that live on the disc
50 are copied into the memory when required and changes to the inode are
51 written back to disc.  A single inode can be pointed to by multiple
52 dentries (hard links, for example, do this).
53
54 To look up an inode requires that the VFS calls the lookup() method of
55 the parent directory inode.  This method is installed by the specific
56 filesystem implementation that the inode lives in.  Once the VFS has the
57 required dentry (and hence the inode), we can do all those boring things
58 like open(2) the file, or stat(2) it to peek at the inode data.  The
59 stat(2) operation is fairly simple: once the VFS has the dentry, it
60 peeks at the inode data and passes some of it back to userspace.
61
62
63 The File Object
64 ---------------
65
66 Opening a file requires another operation: allocation of a file
67 structure (this is the kernel-side implementation of file descriptors).
68 The freshly allocated file structure is initialized with a pointer to
69 the dentry and a set of file operation member functions.  These are
70 taken from the inode data.  The open() file method is then called so the
71 specific filesystem implementation can do its work.  You can see that
72 this is another switch performed by the VFS.  The file structure is
73 placed into the file descriptor table for the process.
74
75 Reading, writing and closing files (and other assorted VFS operations)
76 is done by using the userspace file descriptor to grab the appropriate
77 file structure, and then calling the required file structure method to
78 do whatever is required.  For as long as the file is open, it keeps the
79 dentry in use, which in turn means that the VFS inode is still in use.
80
81
82 Registering and Mounting a Filesystem
83 =====================================
84
85 To register and unregister a filesystem, use the following API
86 functions:
87
88 .. code-block:: c
89
90         #include <linux/fs.h>
91
92         extern int register_filesystem(struct file_system_type *);
93         extern int unregister_filesystem(struct file_system_type *);
94
95 The passed struct file_system_type describes your filesystem.  When a
96 request is made to mount a filesystem onto a directory in your
97 namespace, the VFS will call the appropriate mount() method for the
98 specific filesystem.  New vfsmount referring to the tree returned by
99 ->mount() will be attached to the mountpoint, so that when pathname
100 resolution reaches the mountpoint it will jump into the root of that
101 vfsmount.
102
103 You can see all filesystems that are registered to the kernel in the
104 file /proc/filesystems.
105
106
107 struct file_system_type
108 -----------------------
109
110 This describes the filesystem.  As of kernel 2.6.39, the following
111 members are defined:
112
113 .. code-block:: c
114
115         struct file_system_type {
116                 const char *name;
117                 int fs_flags;
118                 struct dentry *(*mount) (struct file_system_type *, int,
119                                          const char *, void *);
120                 void (*kill_sb) (struct super_block *);
121                 struct module *owner;
122                 struct file_system_type * next;
123                 struct list_head fs_supers;
124                 struct lock_class_key s_lock_key;
125                 struct lock_class_key s_umount_key;
126         };
127
128 ``name``
129         the name of the filesystem type, such as "ext2", "iso9660",
130         "msdos" and so on
131
132 ``fs_flags``
133         various flags (i.e. FS_REQUIRES_DEV, FS_NO_DCACHE, etc.)
134
135 ``mount``
136         the method to call when a new instance of this filesystem should
137         be mounted
138
139 ``kill_sb``
140         the method to call when an instance of this filesystem should be
141         shut down
142
143
144 ``owner``
145         for internal VFS use: you should initialize this to THIS_MODULE
146         in most cases.
147
148 ``next``
149         for internal VFS use: you should initialize this to NULL
150
151   s_lock_key, s_umount_key: lockdep-specific
152
153 The mount() method has the following arguments:
154
155 ``struct file_system_type *fs_type``
156         describes the filesystem, partly initialized by the specific
157         filesystem code
158
159 ``int flags``
160         mount flags
161
162 ``const char *dev_name``
163         the device name we are mounting.
164
165 ``void *data``
166         arbitrary mount options, usually comes as an ASCII string (see
167         "Mount Options" section)
168
169 The mount() method must return the root dentry of the tree requested by
170 caller.  An active reference to its superblock must be grabbed and the
171 superblock must be locked.  On failure it should return ERR_PTR(error).
172
173 The arguments match those of mount(2) and their interpretation depends
174 on filesystem type.  E.g. for block filesystems, dev_name is interpreted
175 as block device name, that device is opened and if it contains a
176 suitable filesystem image the method creates and initializes struct
177 super_block accordingly, returning its root dentry to caller.
178
179 ->mount() may choose to return a subtree of existing filesystem - it
180 doesn't have to create a new one.  The main result from the caller's
181 point of view is a reference to dentry at the root of (sub)tree to be
182 attached; creation of new superblock is a common side effect.
183
184 The most interesting member of the superblock structure that the mount()
185 method fills in is the "s_op" field.  This is a pointer to a "struct
186 super_operations" which describes the next level of the filesystem
187 implementation.
188
189 Usually, a filesystem uses one of the generic mount() implementations
190 and provides a fill_super() callback instead.  The generic variants are:
191
192 ``mount_bdev``
193         mount a filesystem residing on a block device
194
195 ``mount_nodev``
196         mount a filesystem that is not backed by a device
197
198 ``mount_single``
199         mount a filesystem which shares the instance between all mounts
200
201 A fill_super() callback implementation has the following arguments:
202
203 ``struct super_block *sb``
204         the superblock structure.  The callback must initialize this
205         properly.
206
207 ``void *data``
208         arbitrary mount options, usually comes as an ASCII string (see
209         "Mount Options" section)
210
211 ``int silent``
212         whether or not to be silent on error
213
214
215 The Superblock Object
216 =====================
217
218 A superblock object represents a mounted filesystem.
219
220
221 struct super_operations
222 -----------------------
223
224 This describes how the VFS can manipulate the superblock of your
225 filesystem.  As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
226
227 .. code-block:: c
228
229         struct super_operations {
230                 struct inode *(*alloc_inode)(struct super_block *sb);
231                 void (*destroy_inode)(struct inode *);
232
233                 void (*dirty_inode) (struct inode *, int flags);
234                 int (*write_inode) (struct inode *, int);
235                 void (*drop_inode) (struct inode *);
236                 void (*delete_inode) (struct inode *);
237                 void (*put_super) (struct super_block *);
238                 int (*sync_fs)(struct super_block *sb, int wait);
239                 int (*freeze_fs) (struct super_block *);
240                 int (*unfreeze_fs) (struct super_block *);
241                 int (*statfs) (struct dentry *, struct kstatfs *);
242                 int (*remount_fs) (struct super_block *, int *, char *);
243                 void (*clear_inode) (struct inode *);
244                 void (*umount_begin) (struct super_block *);
245
246                 int (*show_options)(struct seq_file *, struct dentry *);
247
248                 ssize_t (*quota_read)(struct super_block *, int, char *, size_t, loff_t);
249                 ssize_t (*quota_write)(struct super_block *, int, const char *, size_t, loff_t);
250                 int (*nr_cached_objects)(struct super_block *);
251                 void (*free_cached_objects)(struct super_block *, int);
252         };
253
254 All methods are called without any locks being held, unless otherwise
255 noted.  This means that most methods can block safely.  All methods are
256 only called from a process context (i.e. not from an interrupt handler
257 or bottom half).
258
259 ``alloc_inode``
260         this method is called by alloc_inode() to allocate memory for
261         struct inode and initialize it.  If this function is not
262         defined, a simple 'struct inode' is allocated.  Normally
263         alloc_inode will be used to allocate a larger structure which
264         contains a 'struct inode' embedded within it.
265
266 ``destroy_inode``
267         this method is called by destroy_inode() to release resources
268         allocated for struct inode.  It is only required if
269         ->alloc_inode was defined and simply undoes anything done by
270         ->alloc_inode.
271
272 ``dirty_inode``
273         this method is called by the VFS when an inode is marked dirty.
274         This is specifically for the inode itself being marked dirty,
275         not its data.  If the update needs to be persisted by fdatasync(),
276         then I_DIRTY_DATASYNC will be set in the flags argument.
277         I_DIRTY_TIME will be set in the flags in case lazytime is enabled
278         and struct inode has times updated since the last ->dirty_inode
279         call.
280
281 ``write_inode``
282         this method is called when the VFS needs to write an inode to
283         disc.  The second parameter indicates whether the write should
284         be synchronous or not, not all filesystems check this flag.
285
286 ``drop_inode``
287         called when the last access to the inode is dropped, with the
288         inode->i_lock spinlock held.
289
290         This method should be either NULL (normal UNIX filesystem
291         semantics) or "generic_delete_inode" (for filesystems that do
292         not want to cache inodes - causing "delete_inode" to always be
293         called regardless of the value of i_nlink)
294
295         The "generic_delete_inode()" behavior is equivalent to the old
296         practice of using "force_delete" in the put_inode() case, but
297         does not have the races that the "force_delete()" approach had.
298
299 ``delete_inode``
300         called when the VFS wants to delete an inode
301
302 ``put_super``
303         called when the VFS wishes to free the superblock
304         (i.e. unmount).  This is called with the superblock lock held
305
306 ``sync_fs``
307         called when VFS is writing out all dirty data associated with a
308         superblock.  The second parameter indicates whether the method
309         should wait until the write out has been completed.  Optional.
310
311 ``freeze_fs``
312         called when VFS is locking a filesystem and forcing it into a
313         consistent state.  This method is currently used by the Logical
314         Volume Manager (LVM).
315
316 ``unfreeze_fs``
317         called when VFS is unlocking a filesystem and making it writable
318         again.
319
320 ``statfs``
321         called when the VFS needs to get filesystem statistics.
322
323 ``remount_fs``
324         called when the filesystem is remounted.  This is called with
325         the kernel lock held
326
327 ``clear_inode``
328         called then the VFS clears the inode.  Optional
329
330 ``umount_begin``
331         called when the VFS is unmounting a filesystem.
332
333 ``show_options``
334         called by the VFS to show mount options for /proc/<pid>/mounts.
335         (see "Mount Options" section)
336
337 ``quota_read``
338         called by the VFS to read from filesystem quota file.
339
340 ``quota_write``
341         called by the VFS to write to filesystem quota file.
342
343 ``nr_cached_objects``
344         called by the sb cache shrinking function for the filesystem to
345         return the number of freeable cached objects it contains.
346         Optional.
347
348 ``free_cache_objects``
349         called by the sb cache shrinking function for the filesystem to
350         scan the number of objects indicated to try to free them.
351         Optional, but any filesystem implementing this method needs to
352         also implement ->nr_cached_objects for it to be called
353         correctly.
354
355         We can't do anything with any errors that the filesystem might
356         encountered, hence the void return type.  This will never be
357         called if the VM is trying to reclaim under GFP_NOFS conditions,
358         hence this method does not need to handle that situation itself.
359
360         Implementations must include conditional reschedule calls inside
361         any scanning loop that is done.  This allows the VFS to
362         determine appropriate scan batch sizes without having to worry
363         about whether implementations will cause holdoff problems due to
364         large scan batch sizes.
365
366 Whoever sets up the inode is responsible for filling in the "i_op"
367 field.  This is a pointer to a "struct inode_operations" which describes
368 the methods that can be performed on individual inodes.
369
370
371 struct xattr_handlers
372 ---------------------
373
374 On filesystems that support extended attributes (xattrs), the s_xattr
375 superblock field points to a NULL-terminated array of xattr handlers.
376 Extended attributes are name:value pairs.
377
378 ``name``
379         Indicates that the handler matches attributes with the specified
380         name (such as "system.posix_acl_access"); the prefix field must
381         be NULL.
382
383 ``prefix``
384         Indicates that the handler matches all attributes with the
385         specified name prefix (such as "user."); the name field must be
386         NULL.
387
388 ``list``
389         Determine if attributes matching this xattr handler should be
390         listed for a particular dentry.  Used by some listxattr
391         implementations like generic_listxattr.
392
393 ``get``
394         Called by the VFS to get the value of a particular extended
395         attribute.  This method is called by the getxattr(2) system
396         call.
397
398 ``set``
399         Called by the VFS to set the value of a particular extended
400         attribute.  When the new value is NULL, called to remove a
401         particular extended attribute.  This method is called by the
402         setxattr(2) and removexattr(2) system calls.
403
404 When none of the xattr handlers of a filesystem match the specified
405 attribute name or when a filesystem doesn't support extended attributes,
406 the various ``*xattr(2)`` system calls return -EOPNOTSUPP.
407
408
409 The Inode Object
410 ================
411
412 An inode object represents an object within the filesystem.
413
414
415 struct inode_operations
416 -----------------------
417
418 This describes how the VFS can manipulate an inode in your filesystem.
419 As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
420
421 .. code-block:: c
422
423         struct inode_operations {
424                 int (*create) (struct user_namespace *, struct inode *,struct dentry *, umode_t, bool);
425                 struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, unsigned int);
426                 int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);
427                 int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);
428                 int (*symlink) (struct user_namespace *, struct inode *,struct dentry *,const char *);
429                 int (*mkdir) (struct user_namespace *, struct inode *,struct dentry *,umode_t);
430                 int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);
431                 int (*mknod) (struct user_namespace *, struct inode *,struct dentry *,umode_t,dev_t);
432                 int (*rename) (struct user_namespace *, struct inode *, struct dentry *,
433                                struct inode *, struct dentry *, unsigned int);
434                 int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);
435                 const char *(*get_link) (struct dentry *, struct inode *,
436                                          struct delayed_call *);
437                 int (*permission) (struct user_namespace *, struct inode *, int);
438                 struct posix_acl * (*get_acl)(struct inode *, int, bool);
439                 int (*setattr) (struct user_namespace *, struct dentry *, struct iattr *);
440                 int (*getattr) (struct user_namespace *, const struct path *, struct kstat *, u32, unsigned int);
441                 ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
442                 void (*update_time)(struct inode *, struct timespec *, int);
443                 int (*atomic_open)(struct inode *, struct dentry *, struct file *,
444                                    unsigned open_flag, umode_t create_mode);
445                 int (*tmpfile) (struct user_namespace *, struct inode *, struct dentry *, umode_t);
446                 int (*set_acl)(struct user_namespace *, struct inode *, struct posix_acl *, int);
447                 int (*fileattr_set)(struct user_namespace *mnt_userns,
448                                     struct dentry *dentry, struct fileattr *fa);
449                 int (*fileattr_get)(struct dentry *dentry, struct fileattr *fa);
450         };
451
452 Again, all methods are called without any locks being held, unless
453 otherwise noted.
454
455 ``create``
456         called by the open(2) and creat(2) system calls.  Only required
457         if you want to support regular files.  The dentry you get should
458         not have an inode (i.e. it should be a negative dentry).  Here
459         you will probably call d_instantiate() with the dentry and the
460         newly created inode
461
462 ``lookup``
463         called when the VFS needs to look up an inode in a parent
464         directory.  The name to look for is found in the dentry.  This
465         method must call d_add() to insert the found inode into the
466         dentry.  The "i_count" field in the inode structure should be
467         incremented.  If the named inode does not exist a NULL inode
468         should be inserted into the dentry (this is called a negative
469         dentry).  Returning an error code from this routine must only be
470         done on a real error, otherwise creating inodes with system
471         calls like create(2), mknod(2), mkdir(2) and so on will fail.
472         If you wish to overload the dentry methods then you should
473         initialise the "d_dop" field in the dentry; this is a pointer to
474         a struct "dentry_operations".  This method is called with the
475         directory inode semaphore held
476
477 ``link``
478         called by the link(2) system call.  Only required if you want to
479         support hard links.  You will probably need to call
480         d_instantiate() just as you would in the create() method
481
482 ``unlink``
483         called by the unlink(2) system call.  Only required if you want
484         to support deleting inodes
485
486 ``symlink``
487         called by the symlink(2) system call.  Only required if you want
488         to support symlinks.  You will probably need to call
489         d_instantiate() just as you would in the create() method
490
491 ``mkdir``
492         called by the mkdir(2) system call.  Only required if you want
493         to support creating subdirectories.  You will probably need to
494         call d_instantiate() just as you would in the create() method
495
496 ``rmdir``
497         called by the rmdir(2) system call.  Only required if you want
498         to support deleting subdirectories
499
500 ``mknod``
501         called by the mknod(2) system call to create a device (char,
502         block) inode or a named pipe (FIFO) or socket.  Only required if
503         you want to support creating these types of inodes.  You will
504         probably need to call d_instantiate() just as you would in the
505         create() method
506
507 ``rename``
508         called by the rename(2) system call to rename the object to have
509         the parent and name given by the second inode and dentry.
510
511         The filesystem must return -EINVAL for any unsupported or
512         unknown flags.  Currently the following flags are implemented:
513         (1) RENAME_NOREPLACE: this flag indicates that if the target of
514         the rename exists the rename should fail with -EEXIST instead of
515         replacing the target.  The VFS already checks for existence, so
516         for local filesystems the RENAME_NOREPLACE implementation is
517         equivalent to plain rename.
518         (2) RENAME_EXCHANGE: exchange source and target.  Both must
519         exist; this is checked by the VFS.  Unlike plain rename, source
520         and target may be of different type.
521
522 ``get_link``
523         called by the VFS to follow a symbolic link to the inode it
524         points to.  Only required if you want to support symbolic links.
525         This method returns the symlink body to traverse (and possibly
526         resets the current position with nd_jump_link()).  If the body
527         won't go away until the inode is gone, nothing else is needed;
528         if it needs to be otherwise pinned, arrange for its release by
529         having get_link(..., ..., done) do set_delayed_call(done,
530         destructor, argument).  In that case destructor(argument) will
531         be called once VFS is done with the body you've returned.  May
532         be called in RCU mode; that is indicated by NULL dentry
533         argument.  If request can't be handled without leaving RCU mode,
534         have it return ERR_PTR(-ECHILD).
535
536         If the filesystem stores the symlink target in ->i_link, the
537         VFS may use it directly without calling ->get_link(); however,
538         ->get_link() must still be provided.  ->i_link must not be
539         freed until after an RCU grace period.  Writing to ->i_link
540         post-iget() time requires a 'release' memory barrier.
541
542 ``readlink``
543         this is now just an override for use by readlink(2) for the
544         cases when ->get_link uses nd_jump_link() or object is not in
545         fact a symlink.  Normally filesystems should only implement
546         ->get_link for symlinks and readlink(2) will automatically use
547         that.
548
549 ``permission``
550         called by the VFS to check for access rights on a POSIX-like
551         filesystem.
552
553         May be called in rcu-walk mode (mask & MAY_NOT_BLOCK).  If in
554         rcu-walk mode, the filesystem must check the permission without
555         blocking or storing to the inode.
556
557         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle,
558         return
559         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
560
561 ``setattr``
562         called by the VFS to set attributes for a file.  This method is
563         called by chmod(2) and related system calls.
564
565 ``getattr``
566         called by the VFS to get attributes of a file.  This method is
567         called by stat(2) and related system calls.
568
569 ``listxattr``
570         called by the VFS to list all extended attributes for a given
571         file.  This method is called by the listxattr(2) system call.
572
573 ``update_time``
574         called by the VFS to update a specific time or the i_version of
575         an inode.  If this is not defined the VFS will update the inode
576         itself and call mark_inode_dirty_sync.
577
578 ``atomic_open``
579         called on the last component of an open.  Using this optional
580         method the filesystem can look up, possibly create and open the
581         file in one atomic operation.  If it wants to leave actual
582         opening to the caller (e.g. if the file turned out to be a
583         symlink, device, or just something filesystem won't do atomic
584         open for), it may signal this by returning finish_no_open(file,
585         dentry).  This method is only called if the last component is
586         negative or needs lookup.  Cached positive dentries are still
587         handled by f_op->open().  If the file was created, FMODE_CREATED
588         flag should be set in file->f_mode.  In case of O_EXCL the
589         method must only succeed if the file didn't exist and hence
590         FMODE_CREATED shall always be set on success.
591
592 ``tmpfile``
593         called in the end of O_TMPFILE open().  Optional, equivalent to
594         atomically creating, opening and unlinking a file in given
595         directory.
596
597 ``fileattr_get``
598         called on ioctl(FS_IOC_GETFLAGS) and ioctl(FS_IOC_FSGETXATTR) to
599         retrieve miscellaneous file flags and attributes.  Also called
600         before the relevant SET operation to check what is being changed
601         (in this case with i_rwsem locked exclusive).  If unset, then
602         fall back to f_op->ioctl().
603
604 ``fileattr_set``
605         called on ioctl(FS_IOC_SETFLAGS) and ioctl(FS_IOC_FSSETXATTR) to
606         change miscellaneous file flags and attributes.  Callers hold
607         i_rwsem exclusive.  If unset, then fall back to f_op->ioctl().
608
609
610 The Address Space Object
611 ========================
612
613 The address space object is used to group and manage pages in the page
614 cache.  It can be used to keep track of the pages in a file (or anything
615 else) and also track the mapping of sections of the file into process
616 address spaces.
617
618 There are a number of distinct yet related services that an
619 address-space can provide.  These include communicating memory pressure,
620 page lookup by address, and keeping track of pages tagged as Dirty or
621 Writeback.
622
623 The first can be used independently to the others.  The VM can try to
624 either write dirty pages in order to clean them, or release clean pages
625 in order to reuse them.  To do this it can call the ->writepage method
626 on dirty pages, and ->releasepage on clean pages with PagePrivate set.
627 Clean pages without PagePrivate and with no external references will be
628 released without notice being given to the address_space.
629
630 To achieve this functionality, pages need to be placed on an LRU with
631 lru_cache_add and mark_page_active needs to be called whenever the page
632 is used.
633
634 Pages are normally kept in a radix tree index by ->index.  This tree
635 maintains information about the PG_Dirty and PG_Writeback status of each
636 page, so that pages with either of these flags can be found quickly.
637
638 The Dirty tag is primarily used by mpage_writepages - the default
639 ->writepages method.  It uses the tag to find dirty pages to call
640 ->writepage on.  If mpage_writepages is not used (i.e. the address
641 provides its own ->writepages) , the PAGECACHE_TAG_DIRTY tag is almost
642 unused.  write_inode_now and sync_inode do use it (through
643 __sync_single_inode) to check if ->writepages has been successful in
644 writing out the whole address_space.
645
646 The Writeback tag is used by filemap*wait* and sync_page* functions, via
647 filemap_fdatawait_range, to wait for all writeback to complete.
648
649 An address_space handler may attach extra information to a page,
650 typically using the 'private' field in the 'struct page'.  If such
651 information is attached, the PG_Private flag should be set.  This will
652 cause various VM routines to make extra calls into the address_space
653 handler to deal with that data.
654
655 An address space acts as an intermediate between storage and
656 application.  Data is read into the address space a whole page at a
657 time, and provided to the application either by copying of the page, or
658 by memory-mapping the page.  Data is written into the address space by
659 the application, and then written-back to storage typically in whole
660 pages, however the address_space has finer control of write sizes.
661
662 The read process essentially only requires 'readpage'.  The write
663 process is more complicated and uses write_begin/write_end or
664 set_page_dirty to write data into the address_space, and writepage and
665 writepages to writeback data to storage.
666
667 Adding and removing pages to/from an address_space is protected by the
668 inode's i_mutex.
669
670 When data is written to a page, the PG_Dirty flag should be set.  It
671 typically remains set until writepage asks for it to be written.  This
672 should clear PG_Dirty and set PG_Writeback.  It can be actually written
673 at any point after PG_Dirty is clear.  Once it is known to be safe,
674 PG_Writeback is cleared.
675
676 Writeback makes use of a writeback_control structure to direct the
677 operations.  This gives the writepage and writepages operations some
678 information about the nature of and reason for the writeback request,
679 and the constraints under which it is being done.  It is also used to
680 return information back to the caller about the result of a writepage or
681 writepages request.
682
683
684 Handling errors during writeback
685 --------------------------------
686
687 Most applications that do buffered I/O will periodically call a file
688 synchronization call (fsync, fdatasync, msync or sync_file_range) to
689 ensure that data written has made it to the backing store.  When there
690 is an error during writeback, they expect that error to be reported when
691 a file sync request is made.  After an error has been reported on one
692 request, subsequent requests on the same file descriptor should return
693 0, unless further writeback errors have occurred since the previous file
694 syncronization.
695
696 Ideally, the kernel would report errors only on file descriptions on
697 which writes were done that subsequently failed to be written back.  The
698 generic pagecache infrastructure does not track the file descriptions
699 that have dirtied each individual page however, so determining which
700 file descriptors should get back an error is not possible.
701
702 Instead, the generic writeback error tracking infrastructure in the
703 kernel settles for reporting errors to fsync on all file descriptions
704 that were open at the time that the error occurred.  In a situation with
705 multiple writers, all of them will get back an error on a subsequent
706 fsync, even if all of the writes done through that particular file
707 descriptor succeeded (or even if there were no writes on that file
708 descriptor at all).
709
710 Filesystems that wish to use this infrastructure should call
711 mapping_set_error to record the error in the address_space when it
712 occurs.  Then, after writing back data from the pagecache in their
713 file->fsync operation, they should call file_check_and_advance_wb_err to
714 ensure that the struct file's error cursor has advanced to the correct
715 point in the stream of errors emitted by the backing device(s).
716
717
718 struct address_space_operations
719 -------------------------------
720
721 This describes how the VFS can manipulate mapping of a file to page
722 cache in your filesystem.  The following members are defined:
723
724 .. code-block:: c
725
726         struct address_space_operations {
727                 int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc);
728                 int (*readpage)(struct file *, struct page *);
729                 int (*writepages)(struct address_space *, struct writeback_control *);
730                 int (*set_page_dirty)(struct page *page);
731                 void (*readahead)(struct readahead_control *);
732                 int (*readpages)(struct file *filp, struct address_space *mapping,
733                                  struct list_head *pages, unsigned nr_pages);
734                 int (*write_begin)(struct file *, struct address_space *mapping,
735                                    loff_t pos, unsigned len, unsigned flags,
736                                 struct page **pagep, void **fsdata);
737                 int (*write_end)(struct file *, struct address_space *mapping,
738                                  loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
739                                  struct page *page, void *fsdata);
740                 sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
741                 void (*invalidatepage) (struct page *, unsigned int, unsigned int);
742                 int (*releasepage) (struct page *, int);
743                 void (*freepage)(struct page *);
744                 ssize_t (*direct_IO)(struct kiocb *, struct iov_iter *iter);
745                 /* isolate a page for migration */
746                 bool (*isolate_page) (struct page *, isolate_mode_t);
747                 /* migrate the contents of a page to the specified target */
748                 int (*migratepage) (struct page *, struct page *);
749                 /* put migration-failed page back to right list */
750                 void (*putback_page) (struct page *);
751                 int (*launder_page) (struct page *);
752
753                 int (*is_partially_uptodate) (struct page *, unsigned long,
754                                               unsigned long);
755                 void (*is_dirty_writeback) (struct page *, bool *, bool *);
756                 int (*error_remove_page) (struct mapping *mapping, struct page *page);
757                 int (*swap_activate)(struct file *);
758                 int (*swap_deactivate)(struct file *);
759         };
760
761 ``writepage``
762         called by the VM to write a dirty page to backing store.  This
763         may happen for data integrity reasons (i.e. 'sync'), or to free
764         up memory (flush).  The difference can be seen in
765         wbc->sync_mode.  The PG_Dirty flag has been cleared and
766         PageLocked is true.  writepage should start writeout, should set
767         PG_Writeback, and should make sure the page is unlocked, either
768         synchronously or asynchronously when the write operation
769         completes.
770
771         If wbc->sync_mode is WB_SYNC_NONE, ->writepage doesn't have to
772         try too hard if there are problems, and may choose to write out
773         other pages from the mapping if that is easier (e.g. due to
774         internal dependencies).  If it chooses not to start writeout, it
775         should return AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE so that the VM will not
776         keep calling ->writepage on that page.
777
778         See the file "Locking" for more details.
779
780 ``readpage``
781         called by the VM to read a page from backing store.  The page
782         will be Locked when readpage is called, and should be unlocked
783         and marked uptodate once the read completes.  If ->readpage
784         discovers that it needs to unlock the page for some reason, it
785         can do so, and then return AOP_TRUNCATED_PAGE.  In this case,
786         the page will be relocated, relocked and if that all succeeds,
787         ->readpage will be called again.
788
789 ``writepages``
790         called by the VM to write out pages associated with the
791         address_space object.  If wbc->sync_mode is WB_SYNC_ALL, then
792         the writeback_control will specify a range of pages that must be
793         written out.  If it is WB_SYNC_NONE, then a nr_to_write is
794         given and that many pages should be written if possible.  If no
795         ->writepages is given, then mpage_writepages is used instead.
796         This will choose pages from the address space that are tagged as
797         DIRTY and will pass them to ->writepage.
798
799 ``set_page_dirty``
800         called by the VM to set a page dirty.  This is particularly
801         needed if an address space attaches private data to a page, and
802         that data needs to be updated when a page is dirtied.  This is
803         called, for example, when a memory mapped page gets modified.
804         If defined, it should set the PageDirty flag, and the
805         PAGECACHE_TAG_DIRTY tag in the radix tree.
806
807 ``readahead``
808         Called by the VM to read pages associated with the address_space
809         object.  The pages are consecutive in the page cache and are
810         locked.  The implementation should decrement the page refcount
811         after starting I/O on each page.  Usually the page will be
812         unlocked by the I/O completion handler.  If the filesystem decides
813         to stop attempting I/O before reaching the end of the readahead
814         window, it can simply return.  The caller will decrement the page
815         refcount and unlock the remaining pages for you.  Set PageUptodate
816         if the I/O completes successfully.  Setting PageError on any page
817         will be ignored; simply unlock the page if an I/O error occurs.
818
819 ``readpages``
820         called by the VM to read pages associated with the address_space
821         object.  This is essentially just a vector version of readpage.
822         Instead of just one page, several pages are requested.
823         readpages is only used for read-ahead, so read errors are
824         ignored.  If anything goes wrong, feel free to give up.
825         This interface is deprecated and will be removed by the end of
826         2020; implement readahead instead.
827
828 ``write_begin``
829         Called by the generic buffered write code to ask the filesystem
830         to prepare to write len bytes at the given offset in the file.
831         The address_space should check that the write will be able to
832         complete, by allocating space if necessary and doing any other
833         internal housekeeping.  If the write will update parts of any
834         basic-blocks on storage, then those blocks should be pre-read
835         (if they haven't been read already) so that the updated blocks
836         can be written out properly.
837
838         The filesystem must return the locked pagecache page for the
839         specified offset, in ``*pagep``, for the caller to write into.
840
841         It must be able to cope with short writes (where the length
842         passed to write_begin is greater than the number of bytes copied
843         into the page).
844
845         flags is a field for AOP_FLAG_xxx flags, described in
846         include/linux/fs.h.
847
848         A void * may be returned in fsdata, which then gets passed into
849         write_end.
850
851         Returns 0 on success; < 0 on failure (which is the error code),
852         in which case write_end is not called.
853
854 ``write_end``
855         After a successful write_begin, and data copy, write_end must be
856         called.  len is the original len passed to write_begin, and
857         copied is the amount that was able to be copied.
858
859         The filesystem must take care of unlocking the page and
860         releasing it refcount, and updating i_size.
861
862         Returns < 0 on failure, otherwise the number of bytes (<=
863         'copied') that were able to be copied into pagecache.
864
865 ``bmap``
866         called by the VFS to map a logical block offset within object to
867         physical block number.  This method is used by the FIBMAP ioctl
868         and for working with swap-files.  To be able to swap to a file,
869         the file must have a stable mapping to a block device.  The swap
870         system does not go through the filesystem but instead uses bmap
871         to find out where the blocks in the file are and uses those
872         addresses directly.
873
874 ``invalidatepage``
875         If a page has PagePrivate set, then invalidatepage will be
876         called when part or all of the page is to be removed from the
877         address space.  This generally corresponds to either a
878         truncation, punch hole or a complete invalidation of the address
879         space (in the latter case 'offset' will always be 0 and 'length'
880         will be PAGE_SIZE).  Any private data associated with the page
881         should be updated to reflect this truncation.  If offset is 0
882         and length is PAGE_SIZE, then the private data should be
883         released, because the page must be able to be completely
884         discarded.  This may be done by calling the ->releasepage
885         function, but in this case the release MUST succeed.
886
887 ``releasepage``
888         releasepage is called on PagePrivate pages to indicate that the
889         page should be freed if possible.  ->releasepage should remove
890         any private data from the page and clear the PagePrivate flag.
891         If releasepage() fails for some reason, it must indicate failure
892         with a 0 return value.  releasepage() is used in two distinct
893         though related cases.  The first is when the VM finds a clean
894         page with no active users and wants to make it a free page.  If
895         ->releasepage succeeds, the page will be removed from the
896         address_space and become free.
897
898         The second case is when a request has been made to invalidate
899         some or all pages in an address_space.  This can happen through
900         the fadvise(POSIX_FADV_DONTNEED) system call or by the
901         filesystem explicitly requesting it as nfs and 9fs do (when they
902         believe the cache may be out of date with storage) by calling
903         invalidate_inode_pages2().  If the filesystem makes such a call,
904         and needs to be certain that all pages are invalidated, then its
905         releasepage will need to ensure this.  Possibly it can clear the
906         PageUptodate bit if it cannot free private data yet.
907
908 ``freepage``
909         freepage is called once the page is no longer visible in the
910         page cache in order to allow the cleanup of any private data.
911         Since it may be called by the memory reclaimer, it should not
912         assume that the original address_space mapping still exists, and
913         it should not block.
914
915 ``direct_IO``
916         called by the generic read/write routines to perform direct_IO -
917         that is IO requests which bypass the page cache and transfer
918         data directly between the storage and the application's address
919         space.
920
921 ``isolate_page``
922         Called by the VM when isolating a movable non-lru page.  If page
923         is successfully isolated, VM marks the page as PG_isolated via
924         __SetPageIsolated.
925
926 ``migrate_page``
927         This is used to compact the physical memory usage.  If the VM
928         wants to relocate a page (maybe off a memory card that is
929         signalling imminent failure) it will pass a new page and an old
930         page to this function.  migrate_page should transfer any private
931         data across and update any references that it has to the page.
932
933 ``putback_page``
934         Called by the VM when isolated page's migration fails.
935
936 ``launder_page``
937         Called before freeing a page - it writes back the dirty page.
938         To prevent redirtying the page, it is kept locked during the
939         whole operation.
940
941 ``is_partially_uptodate``
942         Called by the VM when reading a file through the pagecache when
943         the underlying blocksize != pagesize.  If the required block is
944         up to date then the read can complete without needing the IO to
945         bring the whole page up to date.
946
947 ``is_dirty_writeback``
948         Called by the VM when attempting to reclaim a page.  The VM uses
949         dirty and writeback information to determine if it needs to
950         stall to allow flushers a chance to complete some IO.
951         Ordinarily it can use PageDirty and PageWriteback but some
952         filesystems have more complex state (unstable pages in NFS
953         prevent reclaim) or do not set those flags due to locking
954         problems.  This callback allows a filesystem to indicate to the
955         VM if a page should be treated as dirty or writeback for the
956         purposes of stalling.
957
958 ``error_remove_page``
959         normally set to generic_error_remove_page if truncation is ok
960         for this address space.  Used for memory failure handling.
961         Setting this implies you deal with pages going away under you,
962         unless you have them locked or reference counts increased.
963
964 ``swap_activate``
965         Called when swapon is used on a file to allocate space if
966         necessary and pin the block lookup information in memory.  A
967         return value of zero indicates success, in which case this file
968         can be used to back swapspace.
969
970 ``swap_deactivate``
971         Called during swapoff on files where swap_activate was
972         successful.
973
974
975 The File Object
976 ===============
977
978 A file object represents a file opened by a process.  This is also known
979 as an "open file description" in POSIX parlance.
980
981
982 struct file_operations
983 ----------------------
984
985 This describes how the VFS can manipulate an open file.  As of kernel
986 4.18, the following members are defined:
987
988 .. code-block:: c
989
990         struct file_operations {
991                 struct module *owner;
992                 loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
993                 ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
994                 ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
995                 ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
996                 ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
997                 int (*iopoll)(struct kiocb *kiocb, bool spin);
998                 int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
999                 int (*iterate_shared) (struct file *, struct dir_context *);
1000                 __poll_t (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
1001                 long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
1002                 long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
1003                 int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
1004                 int (*open) (struct inode *, struct file *);
1005                 int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
1006                 int (*release) (struct inode *, struct file *);
1007                 int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
1008                 int (*fasync) (int, struct file *, int);
1009                 int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
1010                 ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
1011                 unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
1012                 int (*check_flags)(int);
1013                 int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
1014                 ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
1015                 ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
1016                 int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **, void **);
1017                 long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,
1018                                   loff_t len);
1019                 void (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f);
1020         #ifndef CONFIG_MMU
1021                 unsigned (*mmap_capabilities)(struct file *);
1022         #endif
1023                 ssize_t (*copy_file_range)(struct file *, loff_t, struct file *, loff_t, size_t, unsigned int);
1024                 loff_t (*remap_file_range)(struct file *file_in, loff_t pos_in,
1025                                            struct file *file_out, loff_t pos_out,
1026                                            loff_t len, unsigned int remap_flags);
1027                 int (*fadvise)(struct file *, loff_t, loff_t, int);
1028         };
1029
1030 Again, all methods are called without any locks being held, unless
1031 otherwise noted.
1032
1033 ``llseek``
1034         called when the VFS needs to move the file position index
1035
1036 ``read``
1037         called by read(2) and related system calls
1038
1039 ``read_iter``
1040         possibly asynchronous read with iov_iter as destination
1041
1042 ``write``
1043         called by write(2) and related system calls
1044
1045 ``write_iter``
1046         possibly asynchronous write with iov_iter as source
1047
1048 ``iopoll``
1049         called when aio wants to poll for completions on HIPRI iocbs
1050
1051 ``iterate``
1052         called when the VFS needs to read the directory contents
1053
1054 ``iterate_shared``
1055         called when the VFS needs to read the directory contents when
1056         filesystem supports concurrent dir iterators
1057
1058 ``poll``
1059         called by the VFS when a process wants to check if there is
1060         activity on this file and (optionally) go to sleep until there
1061         is activity.  Called by the select(2) and poll(2) system calls
1062
1063 ``unlocked_ioctl``
1064         called by the ioctl(2) system call.
1065
1066 ``compat_ioctl``
1067         called by the ioctl(2) system call when 32 bit system calls are
1068          used on 64 bit kernels.
1069
1070 ``mmap``
1071         called by the mmap(2) system call
1072
1073 ``open``
1074         called by the VFS when an inode should be opened.  When the VFS
1075         opens a file, it creates a new "struct file".  It then calls the
1076         open method for the newly allocated file structure.  You might
1077         think that the open method really belongs in "struct
1078         inode_operations", and you may be right.  I think it's done the
1079         way it is because it makes filesystems simpler to implement.
1080         The open() method is a good place to initialize the
1081         "private_data" member in the file structure if you want to point
1082         to a device structure
1083
1084 ``flush``
1085         called by the close(2) system call to flush a file
1086
1087 ``release``
1088         called when the last reference to an open file is closed
1089
1090 ``fsync``
1091         called by the fsync(2) system call.  Also see the section above
1092         entitled "Handling errors during writeback".
1093
1094 ``fasync``
1095         called by the fcntl(2) system call when asynchronous
1096         (non-blocking) mode is enabled for a file
1097
1098 ``lock``
1099         called by the fcntl(2) system call for F_GETLK, F_SETLK, and
1100         F_SETLKW commands
1101
1102 ``get_unmapped_area``
1103         called by the mmap(2) system call
1104
1105 ``check_flags``
1106         called by the fcntl(2) system call for F_SETFL command
1107
1108 ``flock``
1109         called by the flock(2) system call
1110
1111 ``splice_write``
1112         called by the VFS to splice data from a pipe to a file.  This
1113         method is used by the splice(2) system call
1114
1115 ``splice_read``
1116         called by the VFS to splice data from file to a pipe.  This
1117         method is used by the splice(2) system call
1118
1119 ``setlease``
1120         called by the VFS to set or release a file lock lease.  setlease
1121         implementations should call generic_setlease to record or remove
1122         the lease in the inode after setting it.
1123
1124 ``fallocate``
1125         called by the VFS to preallocate blocks or punch a hole.
1126
1127 ``copy_file_range``
1128         called by the copy_file_range(2) system call.
1129
1130 ``remap_file_range``
1131         called by the ioctl(2) system call for FICLONERANGE and FICLONE
1132         and FIDEDUPERANGE commands to remap file ranges.  An
1133         implementation should remap len bytes at pos_in of the source
1134         file into the dest file at pos_out.  Implementations must handle
1135         callers passing in len == 0; this means "remap to the end of the
1136         source file".  The return value should the number of bytes
1137         remapped, or the usual negative error code if errors occurred
1138         before any bytes were remapped.  The remap_flags parameter
1139         accepts REMAP_FILE_* flags.  If REMAP_FILE_DEDUP is set then the
1140         implementation must only remap if the requested file ranges have
1141         identical contents.  If REMAP_FILE_CAN_SHORTEN is set, the caller is
1142         ok with the implementation shortening the request length to
1143         satisfy alignment or EOF requirements (or any other reason).
1144
1145 ``fadvise``
1146         possibly called by the fadvise64() system call.
1147
1148 Note that the file operations are implemented by the specific
1149 filesystem in which the inode resides.  When opening a device node
1150 (character or block special) most filesystems will call special
1151 support routines in the VFS which will locate the required device
1152 driver information.  These support routines replace the filesystem file
1153 operations with those for the device driver, and then proceed to call
1154 the new open() method for the file.  This is how opening a device file
1155 in the filesystem eventually ends up calling the device driver open()
1156 method.
1157
1158
1159 Directory Entry Cache (dcache)
1160 ==============================
1161
1162
1163 struct dentry_operations
1164 ------------------------
1165
1166 This describes how a filesystem can overload the standard dentry
1167 operations.  Dentries and the dcache are the domain of the VFS and the
1168 individual filesystem implementations.  Device drivers have no business
1169 here.  These methods may be set to NULL, as they are either optional or
1170 the VFS uses a default.  As of kernel 2.6.22, the following members are
1171 defined:
1172
1173 .. code-block:: c
1174
1175         struct dentry_operations {
1176                 int (*d_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
1177                 int (*d_weak_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
1178                 int (*d_hash)(const struct dentry *, struct qstr *);
1179                 int (*d_compare)(const struct dentry *,
1180                                  unsigned int, const char *, const struct qstr *);
1181                 int (*d_delete)(const struct dentry *);
1182                 int (*d_init)(struct dentry *);
1183                 void (*d_release)(struct dentry *);
1184                 void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
1185                 char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
1186                 struct vfsmount *(*d_automount)(struct path *);
1187                 int (*d_manage)(const struct path *, bool);
1188                 struct dentry *(*d_real)(struct dentry *, const struct inode *);
1189         };
1190
1191 ``d_revalidate``
1192         called when the VFS needs to revalidate a dentry.  This is
1193         called whenever a name look-up finds a dentry in the dcache.
1194         Most local filesystems leave this as NULL, because all their
1195         dentries in the dcache are valid.  Network filesystems are
1196         different since things can change on the server without the
1197         client necessarily being aware of it.
1198
1199         This function should return a positive value if the dentry is
1200         still valid, and zero or a negative error code if it isn't.
1201
1202         d_revalidate may be called in rcu-walk mode (flags &
1203         LOOKUP_RCU).  If in rcu-walk mode, the filesystem must
1204         revalidate the dentry without blocking or storing to the dentry,
1205         d_parent and d_inode should not be used without care (because
1206         they can change and, in d_inode case, even become NULL under
1207         us).
1208
1209         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle,
1210         return
1211         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
1212
1213 ``d_weak_revalidate``
1214         called when the VFS needs to revalidate a "jumped" dentry.  This
1215         is called when a path-walk ends at dentry that was not acquired
1216         by doing a lookup in the parent directory.  This includes "/",
1217         "." and "..", as well as procfs-style symlinks and mountpoint
1218         traversal.
1219
1220         In this case, we are less concerned with whether the dentry is
1221         still fully correct, but rather that the inode is still valid.
1222         As with d_revalidate, most local filesystems will set this to
1223         NULL since their dcache entries are always valid.
1224
1225         This function has the same return code semantics as
1226         d_revalidate.
1227
1228         d_weak_revalidate is only called after leaving rcu-walk mode.
1229
1230 ``d_hash``
1231         called when the VFS adds a dentry to the hash table.  The first
1232         dentry passed to d_hash is the parent directory that the name is
1233         to be hashed into.
1234
1235         Same locking and synchronisation rules as d_compare regarding
1236         what is safe to dereference etc.
1237
1238 ``d_compare``
1239         called to compare a dentry name with a given name.  The first
1240         dentry is the parent of the dentry to be compared, the second is
1241         the child dentry.  len and name string are properties of the
1242         dentry to be compared.  qstr is the name to compare it with.
1243
1244         Must be constant and idempotent, and should not take locks if
1245         possible, and should not or store into the dentry.  Should not
1246         dereference pointers outside the dentry without lots of care
1247         (eg.  d_parent, d_inode, d_name should not be used).
1248
1249         However, our vfsmount is pinned, and RCU held, so the dentries
1250         and inodes won't disappear, neither will our sb or filesystem
1251         module.  ->d_sb may be used.
1252
1253         It is a tricky calling convention because it needs to be called
1254         under "rcu-walk", ie. without any locks or references on things.
1255
1256 ``d_delete``
1257         called when the last reference to a dentry is dropped and the
1258         dcache is deciding whether or not to cache it.  Return 1 to
1259         delete immediately, or 0 to cache the dentry.  Default is NULL
1260         which means to always cache a reachable dentry.  d_delete must
1261         be constant and idempotent.
1262
1263 ``d_init``
1264         called when a dentry is allocated
1265
1266 ``d_release``
1267         called when a dentry is really deallocated
1268
1269 ``d_iput``
1270         called when a dentry loses its inode (just prior to its being
1271         deallocated).  The default when this is NULL is that the VFS
1272         calls iput().  If you define this method, you must call iput()
1273         yourself
1274
1275 ``d_dname``
1276         called when the pathname of a dentry should be generated.
1277         Useful for some pseudo filesystems (sockfs, pipefs, ...) to
1278         delay pathname generation.  (Instead of doing it when dentry is
1279         created, it's done only when the path is needed.).  Real
1280         filesystems probably dont want to use it, because their dentries
1281         are present in global dcache hash, so their hash should be an
1282         invariant.  As no lock is held, d_dname() should not try to
1283         modify the dentry itself, unless appropriate SMP safety is used.
1284         CAUTION : d_path() logic is quite tricky.  The correct way to
1285         return for example "Hello" is to put it at the end of the
1286         buffer, and returns a pointer to the first char.
1287         dynamic_dname() helper function is provided to take care of
1288         this.
1289
1290         Example :
1291
1292 .. code-block:: c
1293
1294         static char *pipefs_dname(struct dentry *dent, char *buffer, int buflen)
1295         {
1296                 return dynamic_dname(dentry, buffer, buflen, "pipe:[%lu]",
1297                                 dentry->d_inode->i_ino);
1298         }
1299
1300 ``d_automount``
1301         called when an automount dentry is to be traversed (optional).
1302         This should create a new VFS mount record and return the record
1303         to the caller.  The caller is supplied with a path parameter
1304         giving the automount directory to describe the automount target
1305         and the parent VFS mount record to provide inheritable mount
1306         parameters.  NULL should be returned if someone else managed to
1307         make the automount first.  If the vfsmount creation failed, then
1308         an error code should be returned.  If -EISDIR is returned, then
1309         the directory will be treated as an ordinary directory and
1310         returned to pathwalk to continue walking.
1311
1312         If a vfsmount is returned, the caller will attempt to mount it
1313         on the mountpoint and will remove the vfsmount from its
1314         expiration list in the case of failure.  The vfsmount should be
1315         returned with 2 refs on it to prevent automatic expiration - the
1316         caller will clean up the additional ref.
1317
1318         This function is only used if DCACHE_NEED_AUTOMOUNT is set on
1319         the dentry.  This is set by __d_instantiate() if S_AUTOMOUNT is
1320         set on the inode being added.
1321
1322 ``d_manage``
1323         called to allow the filesystem to manage the transition from a
1324         dentry (optional).  This allows autofs, for example, to hold up
1325         clients waiting to explore behind a 'mountpoint' while letting
1326         the daemon go past and construct the subtree there.  0 should be
1327         returned to let the calling process continue.  -EISDIR can be
1328         returned to tell pathwalk to use this directory as an ordinary
1329         directory and to ignore anything mounted on it and not to check
1330         the automount flag.  Any other error code will abort pathwalk
1331         completely.
1332
1333         If the 'rcu_walk' parameter is true, then the caller is doing a
1334         pathwalk in RCU-walk mode.  Sleeping is not permitted in this
1335         mode, and the caller can be asked to leave it and call again by
1336         returning -ECHILD.  -EISDIR may also be returned to tell
1337         pathwalk to ignore d_automount or any mounts.
1338
1339         This function is only used if DCACHE_MANAGE_TRANSIT is set on
1340         the dentry being transited from.
1341
1342 ``d_real``
1343         overlay/union type filesystems implement this method to return
1344         one of the underlying dentries hidden by the overlay.  It is
1345         used in two different modes:
1346
1347         Called from file_dentry() it returns the real dentry matching
1348         the inode argument.  The real dentry may be from a lower layer
1349         already copied up, but still referenced from the file.  This
1350         mode is selected with a non-NULL inode argument.
1351
1352         With NULL inode the topmost real underlying dentry is returned.
1353
1354 Each dentry has a pointer to its parent dentry, as well as a hash list
1355 of child dentries.  Child dentries are basically like files in a
1356 directory.
1357
1358
1359 Directory Entry Cache API
1360 --------------------------
1361
1362 There are a number of functions defined which permit a filesystem to
1363 manipulate dentries:
1364
1365 ``dget``
1366         open a new handle for an existing dentry (this just increments
1367         the usage count)
1368
1369 ``dput``
1370         close a handle for a dentry (decrements the usage count).  If
1371         the usage count drops to 0, and the dentry is still in its
1372         parent's hash, the "d_delete" method is called to check whether
1373         it should be cached.  If it should not be cached, or if the
1374         dentry is not hashed, it is deleted.  Otherwise cached dentries
1375         are put into an LRU list to be reclaimed on memory shortage.
1376
1377 ``d_drop``
1378         this unhashes a dentry from its parents hash list.  A subsequent
1379         call to dput() will deallocate the dentry if its usage count
1380         drops to 0
1381
1382 ``d_delete``
1383         delete a dentry.  If there are no other open references to the
1384         dentry then the dentry is turned into a negative dentry (the
1385         d_iput() method is called).  If there are other references, then
1386         d_drop() is called instead
1387
1388 ``d_add``
1389         add a dentry to its parents hash list and then calls
1390         d_instantiate()
1391
1392 ``d_instantiate``
1393         add a dentry to the alias hash list for the inode and updates
1394         the "d_inode" member.  The "i_count" member in the inode
1395         structure should be set/incremented.  If the inode pointer is
1396         NULL, the dentry is called a "negative dentry".  This function
1397         is commonly called when an inode is created for an existing
1398         negative dentry
1399
1400 ``d_lookup``
1401         look up a dentry given its parent and path name component It
1402         looks up the child of that given name from the dcache hash
1403         table.  If it is found, the reference count is incremented and
1404         the dentry is returned.  The caller must use dput() to free the
1405         dentry when it finishes using it.
1406
1407
1408 Mount Options
1409 =============
1410
1411
1412 Parsing options
1413 ---------------
1414
1415 On mount and remount the filesystem is passed a string containing a
1416 comma separated list of mount options.  The options can have either of
1417 these forms:
1418
1419   option
1420   option=value
1421
1422 The <linux/parser.h> header defines an API that helps parse these
1423 options.  There are plenty of examples on how to use it in existing
1424 filesystems.
1425
1426
1427 Showing options
1428 ---------------
1429
1430 If a filesystem accepts mount options, it must define show_options() to
1431 show all the currently active options.  The rules are:
1432
1433   - options MUST be shown which are not default or their values differ
1434     from the default
1435
1436   - options MAY be shown which are enabled by default or have their
1437     default value
1438
1439 Options used only internally between a mount helper and the kernel (such
1440 as file descriptors), or which only have an effect during the mounting
1441 (such as ones controlling the creation of a journal) are exempt from the
1442 above rules.
1443
1444 The underlying reason for the above rules is to make sure, that a mount
1445 can be accurately replicated (e.g. umounting and mounting again) based
1446 on the information found in /proc/mounts.
1447
1448
1449 Resources
1450 =========
1451
1452 (Note some of these resources are not up-to-date with the latest kernel
1453  version.)
1454
1455 Creating Linux virtual filesystems. 2002
1456     <https://lwn.net/Articles/13325/>
1457
1458 The Linux Virtual File-system Layer by Neil Brown. 1999
1459     <http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/oss/linux-commentary/vfs.html>
1460
1461 A tour of the Linux VFS by Michael K. Johnson. 1996
1462     <https://www.tldp.org/LDP/khg/HyperNews/get/fs/vfstour.html>
1463
1464 A small trail through the Linux kernel by Andries Brouwer. 2001
1465     <https://www.win.tue.nl/~aeb/linux/vfs/trail.html>