GNU Linux-libre 6.8.9-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.  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                 int (*init_fs_context)(struct fs_context *);
119                 const struct fs_parameter_spec *parameters;
120                 struct dentry *(*mount) (struct file_system_type *, int,
121                         const char *, void *);
122                 void (*kill_sb) (struct super_block *);
123                 struct module *owner;
124                 struct file_system_type * next;
125                 struct hlist_head fs_supers;
126
127                 struct lock_class_key s_lock_key;
128                 struct lock_class_key s_umount_key;
129                 struct lock_class_key s_vfs_rename_key;
130                 struct lock_class_key s_writers_key[SB_FREEZE_LEVELS];
131
132                 struct lock_class_key i_lock_key;
133                 struct lock_class_key i_mutex_key;
134                 struct lock_class_key invalidate_lock_key;
135                 struct lock_class_key i_mutex_dir_key;
136         };
137
138 ``name``
139         the name of the filesystem type, such as "ext2", "iso9660",
140         "msdos" and so on
141
142 ``fs_flags``
143         various flags (i.e. FS_REQUIRES_DEV, FS_NO_DCACHE, etc.)
144
145 ``init_fs_context``
146         Initializes 'struct fs_context' ->ops and ->fs_private fields with
147         filesystem-specific data.
148
149 ``parameters``
150         Pointer to the array of filesystem parameters descriptors
151         'struct fs_parameter_spec'.
152         More info in Documentation/filesystems/mount_api.rst.
153
154 ``mount``
155         the method to call when a new instance of this filesystem should
156         be mounted
157
158 ``kill_sb``
159         the method to call when an instance of this filesystem should be
160         shut down
161
162
163 ``owner``
164         for internal VFS use: you should initialize this to THIS_MODULE
165         in most cases.
166
167 ``next``
168         for internal VFS use: you should initialize this to NULL
169
170 ``fs_supers``
171         for internal VFS use: hlist of filesystem instances (superblocks)
172
173   s_lock_key, s_umount_key, s_vfs_rename_key, s_writers_key,
174   i_lock_key, i_mutex_key, invalidate_lock_key, i_mutex_dir_key: lockdep-specific
175
176 The mount() method has the following arguments:
177
178 ``struct file_system_type *fs_type``
179         describes the filesystem, partly initialized by the specific
180         filesystem code
181
182 ``int flags``
183         mount flags
184
185 ``const char *dev_name``
186         the device name we are mounting.
187
188 ``void *data``
189         arbitrary mount options, usually comes as an ASCII string (see
190         "Mount Options" section)
191
192 The mount() method must return the root dentry of the tree requested by
193 caller.  An active reference to its superblock must be grabbed and the
194 superblock must be locked.  On failure it should return ERR_PTR(error).
195
196 The arguments match those of mount(2) and their interpretation depends
197 on filesystem type.  E.g. for block filesystems, dev_name is interpreted
198 as block device name, that device is opened and if it contains a
199 suitable filesystem image the method creates and initializes struct
200 super_block accordingly, returning its root dentry to caller.
201
202 ->mount() may choose to return a subtree of existing filesystem - it
203 doesn't have to create a new one.  The main result from the caller's
204 point of view is a reference to dentry at the root of (sub)tree to be
205 attached; creation of new superblock is a common side effect.
206
207 The most interesting member of the superblock structure that the mount()
208 method fills in is the "s_op" field.  This is a pointer to a "struct
209 super_operations" which describes the next level of the filesystem
210 implementation.
211
212 Usually, a filesystem uses one of the generic mount() implementations
213 and provides a fill_super() callback instead.  The generic variants are:
214
215 ``mount_bdev``
216         mount a filesystem residing on a block device
217
218 ``mount_nodev``
219         mount a filesystem that is not backed by a device
220
221 ``mount_single``
222         mount a filesystem which shares the instance between all mounts
223
224 A fill_super() callback implementation has the following arguments:
225
226 ``struct super_block *sb``
227         the superblock structure.  The callback must initialize this
228         properly.
229
230 ``void *data``
231         arbitrary mount options, usually comes as an ASCII string (see
232         "Mount Options" section)
233
234 ``int silent``
235         whether or not to be silent on error
236
237
238 The Superblock Object
239 =====================
240
241 A superblock object represents a mounted filesystem.
242
243
244 struct super_operations
245 -----------------------
246
247 This describes how the VFS can manipulate the superblock of your
248 filesystem.  The following members are defined:
249
250 .. code-block:: c
251
252         struct super_operations {
253                 struct inode *(*alloc_inode)(struct super_block *sb);
254                 void (*destroy_inode)(struct inode *);
255                 void (*free_inode)(struct inode *);
256
257                 void (*dirty_inode) (struct inode *, int flags);
258                 int (*write_inode) (struct inode *, struct writeback_control *wbc);
259                 int (*drop_inode) (struct inode *);
260                 void (*evict_inode) (struct inode *);
261                 void (*put_super) (struct super_block *);
262                 int (*sync_fs)(struct super_block *sb, int wait);
263                 int (*freeze_super) (struct super_block *sb,
264                                         enum freeze_holder who);
265                 int (*freeze_fs) (struct super_block *);
266                 int (*thaw_super) (struct super_block *sb,
267                                         enum freeze_wholder who);
268                 int (*unfreeze_fs) (struct super_block *);
269                 int (*statfs) (struct dentry *, struct kstatfs *);
270                 int (*remount_fs) (struct super_block *, int *, char *);
271                 void (*umount_begin) (struct super_block *);
272
273                 int (*show_options)(struct seq_file *, struct dentry *);
274                 int (*show_devname)(struct seq_file *, struct dentry *);
275                 int (*show_path)(struct seq_file *, struct dentry *);
276                 int (*show_stats)(struct seq_file *, struct dentry *);
277
278                 ssize_t (*quota_read)(struct super_block *, int, char *, size_t, loff_t);
279                 ssize_t (*quota_write)(struct super_block *, int, const char *, size_t, loff_t);
280                 struct dquot **(*get_dquots)(struct inode *);
281
282                 long (*nr_cached_objects)(struct super_block *,
283                                         struct shrink_control *);
284                 long (*free_cached_objects)(struct super_block *,
285                                         struct shrink_control *);
286         };
287
288 All methods are called without any locks being held, unless otherwise
289 noted.  This means that most methods can block safely.  All methods are
290 only called from a process context (i.e. not from an interrupt handler
291 or bottom half).
292
293 ``alloc_inode``
294         this method is called by alloc_inode() to allocate memory for
295         struct inode and initialize it.  If this function is not
296         defined, a simple 'struct inode' is allocated.  Normally
297         alloc_inode will be used to allocate a larger structure which
298         contains a 'struct inode' embedded within it.
299
300 ``destroy_inode``
301         this method is called by destroy_inode() to release resources
302         allocated for struct inode.  It is only required if
303         ->alloc_inode was defined and simply undoes anything done by
304         ->alloc_inode.
305
306 ``free_inode``
307         this method is called from RCU callback. If you use call_rcu()
308         in ->destroy_inode to free 'struct inode' memory, then it's
309         better to release memory in this method.
310
311 ``dirty_inode``
312         this method is called by the VFS when an inode is marked dirty.
313         This is specifically for the inode itself being marked dirty,
314         not its data.  If the update needs to be persisted by fdatasync(),
315         then I_DIRTY_DATASYNC will be set in the flags argument.
316         I_DIRTY_TIME will be set in the flags in case lazytime is enabled
317         and struct inode has times updated since the last ->dirty_inode
318         call.
319
320 ``write_inode``
321         this method is called when the VFS needs to write an inode to
322         disc.  The second parameter indicates whether the write should
323         be synchronous or not, not all filesystems check this flag.
324
325 ``drop_inode``
326         called when the last access to the inode is dropped, with the
327         inode->i_lock spinlock held.
328
329         This method should be either NULL (normal UNIX filesystem
330         semantics) or "generic_delete_inode" (for filesystems that do
331         not want to cache inodes - causing "delete_inode" to always be
332         called regardless of the value of i_nlink)
333
334         The "generic_delete_inode()" behavior is equivalent to the old
335         practice of using "force_delete" in the put_inode() case, but
336         does not have the races that the "force_delete()" approach had.
337
338 ``evict_inode``
339         called when the VFS wants to evict an inode. Caller does
340         *not* evict the pagecache or inode-associated metadata buffers;
341         the method has to use truncate_inode_pages_final() to get rid
342         of those. Caller makes sure async writeback cannot be running for
343         the inode while (or after) ->evict_inode() is called. Optional.
344
345 ``put_super``
346         called when the VFS wishes to free the superblock
347         (i.e. unmount).  This is called with the superblock lock held
348
349 ``sync_fs``
350         called when VFS is writing out all dirty data associated with a
351         superblock.  The second parameter indicates whether the method
352         should wait until the write out has been completed.  Optional.
353
354 ``freeze_super``
355         Called instead of ->freeze_fs callback if provided.
356         Main difference is that ->freeze_super is called without taking
357         down_write(&sb->s_umount). If filesystem implements it and wants
358         ->freeze_fs to be called too, then it has to call ->freeze_fs
359         explicitly from this callback. Optional.
360
361 ``freeze_fs``
362         called when VFS is locking a filesystem and forcing it into a
363         consistent state.  This method is currently used by the Logical
364         Volume Manager (LVM) and ioctl(FIFREEZE). Optional.
365
366 ``thaw_super``
367         called when VFS is unlocking a filesystem and making it writable
368         again after ->freeze_super. Optional.
369
370 ``unfreeze_fs``
371         called when VFS is unlocking a filesystem and making it writable
372         again after ->freeze_fs. Optional.
373
374 ``statfs``
375         called when the VFS needs to get filesystem statistics.
376
377 ``remount_fs``
378         called when the filesystem is remounted.  This is called with
379         the kernel lock held
380
381 ``umount_begin``
382         called when the VFS is unmounting a filesystem.
383
384 ``show_options``
385         called by the VFS to show mount options for /proc/<pid>/mounts
386         and /proc/<pid>/mountinfo.
387         (see "Mount Options" section)
388
389 ``show_devname``
390         Optional. Called by the VFS to show device name for
391         /proc/<pid>/{mounts,mountinfo,mountstats}. If not provided then
392         '(struct mount).mnt_devname' will be used.
393
394 ``show_path``
395         Optional. Called by the VFS (for /proc/<pid>/mountinfo) to show
396         the mount root dentry path relative to the filesystem root.
397
398 ``show_stats``
399         Optional. Called by the VFS (for /proc/<pid>/mountstats) to show
400         filesystem-specific mount statistics.
401
402 ``quota_read``
403         called by the VFS to read from filesystem quota file.
404
405 ``quota_write``
406         called by the VFS to write to filesystem quota file.
407
408 ``get_dquots``
409         called by quota to get 'struct dquot' array for a particular inode.
410         Optional.
411
412 ``nr_cached_objects``
413         called by the sb cache shrinking function for the filesystem to
414         return the number of freeable cached objects it contains.
415         Optional.
416
417 ``free_cache_objects``
418         called by the sb cache shrinking function for the filesystem to
419         scan the number of objects indicated to try to free them.
420         Optional, but any filesystem implementing this method needs to
421         also implement ->nr_cached_objects for it to be called
422         correctly.
423
424         We can't do anything with any errors that the filesystem might
425         encountered, hence the void return type.  This will never be
426         called if the VM is trying to reclaim under GFP_NOFS conditions,
427         hence this method does not need to handle that situation itself.
428
429         Implementations must include conditional reschedule calls inside
430         any scanning loop that is done.  This allows the VFS to
431         determine appropriate scan batch sizes without having to worry
432         about whether implementations will cause holdoff problems due to
433         large scan batch sizes.
434
435 Whoever sets up the inode is responsible for filling in the "i_op"
436 field.  This is a pointer to a "struct inode_operations" which describes
437 the methods that can be performed on individual inodes.
438
439
440 struct xattr_handler
441 ---------------------
442
443 On filesystems that support extended attributes (xattrs), the s_xattr
444 superblock field points to a NULL-terminated array of xattr handlers.
445 Extended attributes are name:value pairs.
446
447 ``name``
448         Indicates that the handler matches attributes with the specified
449         name (such as "system.posix_acl_access"); the prefix field must
450         be NULL.
451
452 ``prefix``
453         Indicates that the handler matches all attributes with the
454         specified name prefix (such as "user."); the name field must be
455         NULL.
456
457 ``list``
458         Determine if attributes matching this xattr handler should be
459         listed for a particular dentry.  Used by some listxattr
460         implementations like generic_listxattr.
461
462 ``get``
463         Called by the VFS to get the value of a particular extended
464         attribute.  This method is called by the getxattr(2) system
465         call.
466
467 ``set``
468         Called by the VFS to set the value of a particular extended
469         attribute.  When the new value is NULL, called to remove a
470         particular extended attribute.  This method is called by the
471         setxattr(2) and removexattr(2) system calls.
472
473 When none of the xattr handlers of a filesystem match the specified
474 attribute name or when a filesystem doesn't support extended attributes,
475 the various ``*xattr(2)`` system calls return -EOPNOTSUPP.
476
477
478 The Inode Object
479 ================
480
481 An inode object represents an object within the filesystem.
482
483
484 struct inode_operations
485 -----------------------
486
487 This describes how the VFS can manipulate an inode in your filesystem.
488 As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
489
490 .. code-block:: c
491
492         struct inode_operations {
493                 int (*create) (struct mnt_idmap *, struct inode *,struct dentry *, umode_t, bool);
494                 struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, unsigned int);
495                 int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);
496                 int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);
497                 int (*symlink) (struct mnt_idmap *, struct inode *,struct dentry *,const char *);
498                 int (*mkdir) (struct mnt_idmap *, struct inode *,struct dentry *,umode_t);
499                 int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);
500                 int (*mknod) (struct mnt_idmap *, struct inode *,struct dentry *,umode_t,dev_t);
501                 int (*rename) (struct mnt_idmap *, struct inode *, struct dentry *,
502                                struct inode *, struct dentry *, unsigned int);
503                 int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);
504                 const char *(*get_link) (struct dentry *, struct inode *,
505                                          struct delayed_call *);
506                 int (*permission) (struct mnt_idmap *, struct inode *, int);
507                 struct posix_acl * (*get_inode_acl)(struct inode *, int, bool);
508                 int (*setattr) (struct mnt_idmap *, struct dentry *, struct iattr *);
509                 int (*getattr) (struct mnt_idmap *, const struct path *, struct kstat *, u32, unsigned int);
510                 ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
511                 void (*update_time)(struct inode *, struct timespec *, int);
512                 int (*atomic_open)(struct inode *, struct dentry *, struct file *,
513                                    unsigned open_flag, umode_t create_mode);
514                 int (*tmpfile) (struct mnt_idmap *, struct inode *, struct file *, umode_t);
515                 struct posix_acl * (*get_acl)(struct mnt_idmap *, struct dentry *, int);
516                 int (*set_acl)(struct mnt_idmap *, struct dentry *, struct posix_acl *, int);
517                 int (*fileattr_set)(struct mnt_idmap *idmap,
518                                     struct dentry *dentry, struct fileattr *fa);
519                 int (*fileattr_get)(struct dentry *dentry, struct fileattr *fa);
520                 struct offset_ctx *(*get_offset_ctx)(struct inode *inode);
521         };
522
523 Again, all methods are called without any locks being held, unless
524 otherwise noted.
525
526 ``create``
527         called by the open(2) and creat(2) system calls.  Only required
528         if you want to support regular files.  The dentry you get should
529         not have an inode (i.e. it should be a negative dentry).  Here
530         you will probably call d_instantiate() with the dentry and the
531         newly created inode
532
533 ``lookup``
534         called when the VFS needs to look up an inode in a parent
535         directory.  The name to look for is found in the dentry.  This
536         method must call d_add() to insert the found inode into the
537         dentry.  The "i_count" field in the inode structure should be
538         incremented.  If the named inode does not exist a NULL inode
539         should be inserted into the dentry (this is called a negative
540         dentry).  Returning an error code from this routine must only be
541         done on a real error, otherwise creating inodes with system
542         calls like create(2), mknod(2), mkdir(2) and so on will fail.
543         If you wish to overload the dentry methods then you should
544         initialise the "d_dop" field in the dentry; this is a pointer to
545         a struct "dentry_operations".  This method is called with the
546         directory inode semaphore held
547
548 ``link``
549         called by the link(2) system call.  Only required if you want to
550         support hard links.  You will probably need to call
551         d_instantiate() just as you would in the create() method
552
553 ``unlink``
554         called by the unlink(2) system call.  Only required if you want
555         to support deleting inodes
556
557 ``symlink``
558         called by the symlink(2) system call.  Only required if you want
559         to support symlinks.  You will probably need to call
560         d_instantiate() just as you would in the create() method
561
562 ``mkdir``
563         called by the mkdir(2) system call.  Only required if you want
564         to support creating subdirectories.  You will probably need to
565         call d_instantiate() just as you would in the create() method
566
567 ``rmdir``
568         called by the rmdir(2) system call.  Only required if you want
569         to support deleting subdirectories
570
571 ``mknod``
572         called by the mknod(2) system call to create a device (char,
573         block) inode or a named pipe (FIFO) or socket.  Only required if
574         you want to support creating these types of inodes.  You will
575         probably need to call d_instantiate() just as you would in the
576         create() method
577
578 ``rename``
579         called by the rename(2) system call to rename the object to have
580         the parent and name given by the second inode and dentry.
581
582         The filesystem must return -EINVAL for any unsupported or
583         unknown flags.  Currently the following flags are implemented:
584         (1) RENAME_NOREPLACE: this flag indicates that if the target of
585         the rename exists the rename should fail with -EEXIST instead of
586         replacing the target.  The VFS already checks for existence, so
587         for local filesystems the RENAME_NOREPLACE implementation is
588         equivalent to plain rename.
589         (2) RENAME_EXCHANGE: exchange source and target.  Both must
590         exist; this is checked by the VFS.  Unlike plain rename, source
591         and target may be of different type.
592
593 ``get_link``
594         called by the VFS to follow a symbolic link to the inode it
595         points to.  Only required if you want to support symbolic links.
596         This method returns the symlink body to traverse (and possibly
597         resets the current position with nd_jump_link()).  If the body
598         won't go away until the inode is gone, nothing else is needed;
599         if it needs to be otherwise pinned, arrange for its release by
600         having get_link(..., ..., done) do set_delayed_call(done,
601         destructor, argument).  In that case destructor(argument) will
602         be called once VFS is done with the body you've returned.  May
603         be called in RCU mode; that is indicated by NULL dentry
604         argument.  If request can't be handled without leaving RCU mode,
605         have it return ERR_PTR(-ECHILD).
606
607         If the filesystem stores the symlink target in ->i_link, the
608         VFS may use it directly without calling ->get_link(); however,
609         ->get_link() must still be provided.  ->i_link must not be
610         freed until after an RCU grace period.  Writing to ->i_link
611         post-iget() time requires a 'release' memory barrier.
612
613 ``readlink``
614         this is now just an override for use by readlink(2) for the
615         cases when ->get_link uses nd_jump_link() or object is not in
616         fact a symlink.  Normally filesystems should only implement
617         ->get_link for symlinks and readlink(2) will automatically use
618         that.
619
620 ``permission``
621         called by the VFS to check for access rights on a POSIX-like
622         filesystem.
623
624         May be called in rcu-walk mode (mask & MAY_NOT_BLOCK).  If in
625         rcu-walk mode, the filesystem must check the permission without
626         blocking or storing to the inode.
627
628         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle,
629         return
630         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
631
632 ``setattr``
633         called by the VFS to set attributes for a file.  This method is
634         called by chmod(2) and related system calls.
635
636 ``getattr``
637         called by the VFS to get attributes of a file.  This method is
638         called by stat(2) and related system calls.
639
640 ``listxattr``
641         called by the VFS to list all extended attributes for a given
642         file.  This method is called by the listxattr(2) system call.
643
644 ``update_time``
645         called by the VFS to update a specific time or the i_version of
646         an inode.  If this is not defined the VFS will update the inode
647         itself and call mark_inode_dirty_sync.
648
649 ``atomic_open``
650         called on the last component of an open.  Using this optional
651         method the filesystem can look up, possibly create and open the
652         file in one atomic operation.  If it wants to leave actual
653         opening to the caller (e.g. if the file turned out to be a
654         symlink, device, or just something filesystem won't do atomic
655         open for), it may signal this by returning finish_no_open(file,
656         dentry).  This method is only called if the last component is
657         negative or needs lookup.  Cached positive dentries are still
658         handled by f_op->open().  If the file was created, FMODE_CREATED
659         flag should be set in file->f_mode.  In case of O_EXCL the
660         method must only succeed if the file didn't exist and hence
661         FMODE_CREATED shall always be set on success.
662
663 ``tmpfile``
664         called in the end of O_TMPFILE open().  Optional, equivalent to
665         atomically creating, opening and unlinking a file in given
666         directory.  On success needs to return with the file already
667         open; this can be done by calling finish_open_simple() right at
668         the end.
669
670 ``fileattr_get``
671         called on ioctl(FS_IOC_GETFLAGS) and ioctl(FS_IOC_FSGETXATTR) to
672         retrieve miscellaneous file flags and attributes.  Also called
673         before the relevant SET operation to check what is being changed
674         (in this case with i_rwsem locked exclusive).  If unset, then
675         fall back to f_op->ioctl().
676
677 ``fileattr_set``
678         called on ioctl(FS_IOC_SETFLAGS) and ioctl(FS_IOC_FSSETXATTR) to
679         change miscellaneous file flags and attributes.  Callers hold
680         i_rwsem exclusive.  If unset, then fall back to f_op->ioctl().
681 ``get_offset_ctx``
682         called to get the offset context for a directory inode. A
683         filesystem must define this operation to use
684         simple_offset_dir_operations.
685
686 The Address Space Object
687 ========================
688
689 The address space object is used to group and manage pages in the page
690 cache.  It can be used to keep track of the pages in a file (or anything
691 else) and also track the mapping of sections of the file into process
692 address spaces.
693
694 There are a number of distinct yet related services that an
695 address-space can provide.  These include communicating memory pressure,
696 page lookup by address, and keeping track of pages tagged as Dirty or
697 Writeback.
698
699 The first can be used independently to the others.  The VM can try to
700 either write dirty pages in order to clean them, or release clean pages
701 in order to reuse them.  To do this it can call the ->writepage method
702 on dirty pages, and ->release_folio on clean folios with the private
703 flag set.  Clean pages without PagePrivate and with no external references
704 will be released without notice being given to the address_space.
705
706 To achieve this functionality, pages need to be placed on an LRU with
707 lru_cache_add and mark_page_active needs to be called whenever the page
708 is used.
709
710 Pages are normally kept in a radix tree index by ->index.  This tree
711 maintains information about the PG_Dirty and PG_Writeback status of each
712 page, so that pages with either of these flags can be found quickly.
713
714 The Dirty tag is primarily used by mpage_writepages - the default
715 ->writepages method.  It uses the tag to find dirty pages to call
716 ->writepage on.  If mpage_writepages is not used (i.e. the address
717 provides its own ->writepages) , the PAGECACHE_TAG_DIRTY tag is almost
718 unused.  write_inode_now and sync_inode do use it (through
719 __sync_single_inode) to check if ->writepages has been successful in
720 writing out the whole address_space.
721
722 The Writeback tag is used by filemap*wait* and sync_page* functions, via
723 filemap_fdatawait_range, to wait for all writeback to complete.
724
725 An address_space handler may attach extra information to a page,
726 typically using the 'private' field in the 'struct page'.  If such
727 information is attached, the PG_Private flag should be set.  This will
728 cause various VM routines to make extra calls into the address_space
729 handler to deal with that data.
730
731 An address space acts as an intermediate between storage and
732 application.  Data is read into the address space a whole page at a
733 time, and provided to the application either by copying of the page, or
734 by memory-mapping the page.  Data is written into the address space by
735 the application, and then written-back to storage typically in whole
736 pages, however the address_space has finer control of write sizes.
737
738 The read process essentially only requires 'read_folio'.  The write
739 process is more complicated and uses write_begin/write_end or
740 dirty_folio to write data into the address_space, and writepage and
741 writepages to writeback data to storage.
742
743 Adding and removing pages to/from an address_space is protected by the
744 inode's i_mutex.
745
746 When data is written to a page, the PG_Dirty flag should be set.  It
747 typically remains set until writepage asks for it to be written.  This
748 should clear PG_Dirty and set PG_Writeback.  It can be actually written
749 at any point after PG_Dirty is clear.  Once it is known to be safe,
750 PG_Writeback is cleared.
751
752 Writeback makes use of a writeback_control structure to direct the
753 operations.  This gives the writepage and writepages operations some
754 information about the nature of and reason for the writeback request,
755 and the constraints under which it is being done.  It is also used to
756 return information back to the caller about the result of a writepage or
757 writepages request.
758
759
760 Handling errors during writeback
761 --------------------------------
762
763 Most applications that do buffered I/O will periodically call a file
764 synchronization call (fsync, fdatasync, msync or sync_file_range) to
765 ensure that data written has made it to the backing store.  When there
766 is an error during writeback, they expect that error to be reported when
767 a file sync request is made.  After an error has been reported on one
768 request, subsequent requests on the same file descriptor should return
769 0, unless further writeback errors have occurred since the previous file
770 synchronization.
771
772 Ideally, the kernel would report errors only on file descriptions on
773 which writes were done that subsequently failed to be written back.  The
774 generic pagecache infrastructure does not track the file descriptions
775 that have dirtied each individual page however, so determining which
776 file descriptors should get back an error is not possible.
777
778 Instead, the generic writeback error tracking infrastructure in the
779 kernel settles for reporting errors to fsync on all file descriptions
780 that were open at the time that the error occurred.  In a situation with
781 multiple writers, all of them will get back an error on a subsequent
782 fsync, even if all of the writes done through that particular file
783 descriptor succeeded (or even if there were no writes on that file
784 descriptor at all).
785
786 Filesystems that wish to use this infrastructure should call
787 mapping_set_error to record the error in the address_space when it
788 occurs.  Then, after writing back data from the pagecache in their
789 file->fsync operation, they should call file_check_and_advance_wb_err to
790 ensure that the struct file's error cursor has advanced to the correct
791 point in the stream of errors emitted by the backing device(s).
792
793
794 struct address_space_operations
795 -------------------------------
796
797 This describes how the VFS can manipulate mapping of a file to page
798 cache in your filesystem.  The following members are defined:
799
800 .. code-block:: c
801
802         struct address_space_operations {
803                 int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc);
804                 int (*read_folio)(struct file *, struct folio *);
805                 int (*writepages)(struct address_space *, struct writeback_control *);
806                 bool (*dirty_folio)(struct address_space *, struct folio *);
807                 void (*readahead)(struct readahead_control *);
808                 int (*write_begin)(struct file *, struct address_space *mapping,
809                                    loff_t pos, unsigned len,
810                                 struct page **pagep, void **fsdata);
811                 int (*write_end)(struct file *, struct address_space *mapping,
812                                  loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
813                                  struct page *page, void *fsdata);
814                 sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
815                 void (*invalidate_folio) (struct folio *, size_t start, size_t len);
816                 bool (*release_folio)(struct folio *, gfp_t);
817                 void (*free_folio)(struct folio *);
818                 ssize_t (*direct_IO)(struct kiocb *, struct iov_iter *iter);
819                 int (*migrate_folio)(struct mapping *, struct folio *dst,
820                                 struct folio *src, enum migrate_mode);
821                 int (*launder_folio) (struct folio *);
822
823                 bool (*is_partially_uptodate) (struct folio *, size_t from,
824                                                size_t count);
825                 void (*is_dirty_writeback)(struct folio *, bool *, bool *);
826                 int (*error_remove_folio)(struct mapping *mapping, struct folio *);
827                 int (*swap_activate)(struct swap_info_struct *sis, struct file *f, sector_t *span)
828                 int (*swap_deactivate)(struct file *);
829                 int (*swap_rw)(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter);
830         };
831
832 ``writepage``
833         called by the VM to write a dirty page to backing store.  This
834         may happen for data integrity reasons (i.e. 'sync'), or to free
835         up memory (flush).  The difference can be seen in
836         wbc->sync_mode.  The PG_Dirty flag has been cleared and
837         PageLocked is true.  writepage should start writeout, should set
838         PG_Writeback, and should make sure the page is unlocked, either
839         synchronously or asynchronously when the write operation
840         completes.
841
842         If wbc->sync_mode is WB_SYNC_NONE, ->writepage doesn't have to
843         try too hard if there are problems, and may choose to write out
844         other pages from the mapping if that is easier (e.g. due to
845         internal dependencies).  If it chooses not to start writeout, it
846         should return AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE so that the VM will not
847         keep calling ->writepage on that page.
848
849         See the file "Locking" for more details.
850
851 ``read_folio``
852         Called by the page cache to read a folio from the backing store.
853         The 'file' argument supplies authentication information to network
854         filesystems, and is generally not used by block based filesystems.
855         It may be NULL if the caller does not have an open file (eg if
856         the kernel is performing a read for itself rather than on behalf
857         of a userspace process with an open file).
858
859         If the mapping does not support large folios, the folio will
860         contain a single page.  The folio will be locked when read_folio
861         is called.  If the read completes successfully, the folio should
862         be marked uptodate.  The filesystem should unlock the folio
863         once the read has completed, whether it was successful or not.
864         The filesystem does not need to modify the refcount on the folio;
865         the page cache holds a reference count and that will not be
866         released until the folio is unlocked.
867
868         Filesystems may implement ->read_folio() synchronously.
869         In normal operation, folios are read through the ->readahead()
870         method.  Only if this fails, or if the caller needs to wait for
871         the read to complete will the page cache call ->read_folio().
872         Filesystems should not attempt to perform their own readahead
873         in the ->read_folio() operation.
874
875         If the filesystem cannot perform the read at this time, it can
876         unlock the folio, do whatever action it needs to ensure that the
877         read will succeed in the future and return AOP_TRUNCATED_PAGE.
878         In this case, the caller should look up the folio, lock it,
879         and call ->read_folio again.
880
881         Callers may invoke the ->read_folio() method directly, but using
882         read_mapping_folio() will take care of locking, waiting for the
883         read to complete and handle cases such as AOP_TRUNCATED_PAGE.
884
885 ``writepages``
886         called by the VM to write out pages associated with the
887         address_space object.  If wbc->sync_mode is WB_SYNC_ALL, then
888         the writeback_control will specify a range of pages that must be
889         written out.  If it is WB_SYNC_NONE, then a nr_to_write is
890         given and that many pages should be written if possible.  If no
891         ->writepages is given, then mpage_writepages is used instead.
892         This will choose pages from the address space that are tagged as
893         DIRTY and will pass them to ->writepage.
894
895 ``dirty_folio``
896         called by the VM to mark a folio as dirty.  This is particularly
897         needed if an address space attaches private data to a folio, and
898         that data needs to be updated when a folio is dirtied.  This is
899         called, for example, when a memory mapped page gets modified.
900         If defined, it should set the folio dirty flag, and the
901         PAGECACHE_TAG_DIRTY search mark in i_pages.
902
903 ``readahead``
904         Called by the VM to read pages associated with the address_space
905         object.  The pages are consecutive in the page cache and are
906         locked.  The implementation should decrement the page refcount
907         after starting I/O on each page.  Usually the page will be
908         unlocked by the I/O completion handler.  The set of pages are
909         divided into some sync pages followed by some async pages,
910         rac->ra->async_size gives the number of async pages.  The
911         filesystem should attempt to read all sync pages but may decide
912         to stop once it reaches the async pages.  If it does decide to
913         stop attempting I/O, it can simply return.  The caller will
914         remove the remaining pages from the address space, unlock them
915         and decrement the page refcount.  Set PageUptodate if the I/O
916         completes successfully.  Setting PageError on any page will be
917         ignored; simply unlock the page if an I/O error occurs.
918
919 ``write_begin``
920         Called by the generic buffered write code to ask the filesystem
921         to prepare to write len bytes at the given offset in the file.
922         The address_space should check that the write will be able to
923         complete, by allocating space if necessary and doing any other
924         internal housekeeping.  If the write will update parts of any
925         basic-blocks on storage, then those blocks should be pre-read
926         (if they haven't been read already) so that the updated blocks
927         can be written out properly.
928
929         The filesystem must return the locked pagecache page for the
930         specified offset, in ``*pagep``, for the caller to write into.
931
932         It must be able to cope with short writes (where the length
933         passed to write_begin is greater than the number of bytes copied
934         into the page).
935
936         A void * may be returned in fsdata, which then gets passed into
937         write_end.
938
939         Returns 0 on success; < 0 on failure (which is the error code),
940         in which case write_end is not called.
941
942 ``write_end``
943         After a successful write_begin, and data copy, write_end must be
944         called.  len is the original len passed to write_begin, and
945         copied is the amount that was able to be copied.
946
947         The filesystem must take care of unlocking the page and
948         releasing it refcount, and updating i_size.
949
950         Returns < 0 on failure, otherwise the number of bytes (<=
951         'copied') that were able to be copied into pagecache.
952
953 ``bmap``
954         called by the VFS to map a logical block offset within object to
955         physical block number.  This method is used by the FIBMAP ioctl
956         and for working with swap-files.  To be able to swap to a file,
957         the file must have a stable mapping to a block device.  The swap
958         system does not go through the filesystem but instead uses bmap
959         to find out where the blocks in the file are and uses those
960         addresses directly.
961
962 ``invalidate_folio``
963         If a folio has private data, then invalidate_folio will be
964         called when part or all of the folio is to be removed from the
965         address space.  This generally corresponds to either a
966         truncation, punch hole or a complete invalidation of the address
967         space (in the latter case 'offset' will always be 0 and 'length'
968         will be folio_size()).  Any private data associated with the folio
969         should be updated to reflect this truncation.  If offset is 0
970         and length is folio_size(), then the private data should be
971         released, because the folio must be able to be completely
972         discarded.  This may be done by calling the ->release_folio
973         function, but in this case the release MUST succeed.
974
975 ``release_folio``
976         release_folio is called on folios with private data to tell the
977         filesystem that the folio is about to be freed.  ->release_folio
978         should remove any private data from the folio and clear the
979         private flag.  If release_folio() fails, it should return false.
980         release_folio() is used in two distinct though related cases.
981         The first is when the VM wants to free a clean folio with no
982         active users.  If ->release_folio succeeds, the folio will be
983         removed from the address_space and be freed.
984
985         The second case is when a request has been made to invalidate
986         some or all folios in an address_space.  This can happen
987         through the fadvise(POSIX_FADV_DONTNEED) system call or by the
988         filesystem explicitly requesting it as nfs and 9p do (when they
989         believe the cache may be out of date with storage) by calling
990         invalidate_inode_pages2().  If the filesystem makes such a call,
991         and needs to be certain that all folios are invalidated, then
992         its release_folio will need to ensure this.  Possibly it can
993         clear the uptodate flag if it cannot free private data yet.
994
995 ``free_folio``
996         free_folio is called once the folio is no longer visible in the
997         page cache in order to allow the cleanup of any private data.
998         Since it may be called by the memory reclaimer, it should not
999         assume that the original address_space mapping still exists, and
1000         it should not block.
1001
1002 ``direct_IO``
1003         called by the generic read/write routines to perform direct_IO -
1004         that is IO requests which bypass the page cache and transfer
1005         data directly between the storage and the application's address
1006         space.
1007
1008 ``migrate_folio``
1009         This is used to compact the physical memory usage.  If the VM
1010         wants to relocate a folio (maybe from a memory device that is
1011         signalling imminent failure) it will pass a new folio and an old
1012         folio to this function.  migrate_folio should transfer any private
1013         data across and update any references that it has to the folio.
1014
1015 ``launder_folio``
1016         Called before freeing a folio - it writes back the dirty folio.
1017         To prevent redirtying the folio, it is kept locked during the
1018         whole operation.
1019
1020 ``is_partially_uptodate``
1021         Called by the VM when reading a file through the pagecache when
1022         the underlying blocksize is smaller than the size of the folio.
1023         If the required block is up to date then the read can complete
1024         without needing I/O to bring the whole page up to date.
1025
1026 ``is_dirty_writeback``
1027         Called by the VM when attempting to reclaim a folio.  The VM uses
1028         dirty and writeback information to determine if it needs to
1029         stall to allow flushers a chance to complete some IO.
1030         Ordinarily it can use folio_test_dirty and folio_test_writeback but
1031         some filesystems have more complex state (unstable folios in NFS
1032         prevent reclaim) or do not set those flags due to locking
1033         problems.  This callback allows a filesystem to indicate to the
1034         VM if a folio should be treated as dirty or writeback for the
1035         purposes of stalling.
1036
1037 ``error_remove_folio``
1038         normally set to generic_error_remove_folio if truncation is ok
1039         for this address space.  Used for memory failure handling.
1040         Setting this implies you deal with pages going away under you,
1041         unless you have them locked or reference counts increased.
1042
1043 ``swap_activate``
1044
1045         Called to prepare the given file for swap.  It should perform
1046         any validation and preparation necessary to ensure that writes
1047         can be performed with minimal memory allocation.  It should call
1048         add_swap_extent(), or the helper iomap_swapfile_activate(), and
1049         return the number of extents added.  If IO should be submitted
1050         through ->swap_rw(), it should set SWP_FS_OPS, otherwise IO will
1051         be submitted directly to the block device ``sis->bdev``.
1052
1053 ``swap_deactivate``
1054         Called during swapoff on files where swap_activate was
1055         successful.
1056
1057 ``swap_rw``
1058         Called to read or write swap pages when SWP_FS_OPS is set.
1059
1060 The File Object
1061 ===============
1062
1063 A file object represents a file opened by a process.  This is also known
1064 as an "open file description" in POSIX parlance.
1065
1066
1067 struct file_operations
1068 ----------------------
1069
1070 This describes how the VFS can manipulate an open file.  As of kernel
1071 4.18, the following members are defined:
1072
1073 .. code-block:: c
1074
1075         struct file_operations {
1076                 struct module *owner;
1077                 loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
1078                 ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
1079                 ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
1080                 ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
1081                 ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
1082                 int (*iopoll)(struct kiocb *kiocb, bool spin);
1083                 int (*iterate_shared) (struct file *, struct dir_context *);
1084                 __poll_t (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
1085                 long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
1086                 long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
1087                 int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
1088                 int (*open) (struct inode *, struct file *);
1089                 int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
1090                 int (*release) (struct inode *, struct file *);
1091                 int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
1092                 int (*fasync) (int, struct file *, int);
1093                 int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
1094                 unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
1095                 int (*check_flags)(int);
1096                 int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
1097                 ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
1098                 ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
1099                 int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **, void **);
1100                 long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,
1101                                   loff_t len);
1102                 void (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f);
1103         #ifndef CONFIG_MMU
1104                 unsigned (*mmap_capabilities)(struct file *);
1105         #endif
1106                 ssize_t (*copy_file_range)(struct file *, loff_t, struct file *, loff_t, size_t, unsigned int);
1107                 loff_t (*remap_file_range)(struct file *file_in, loff_t pos_in,
1108                                            struct file *file_out, loff_t pos_out,
1109                                            loff_t len, unsigned int remap_flags);
1110                 int (*fadvise)(struct file *, loff_t, loff_t, int);
1111         };
1112
1113 Again, all methods are called without any locks being held, unless
1114 otherwise noted.
1115
1116 ``llseek``
1117         called when the VFS needs to move the file position index
1118
1119 ``read``
1120         called by read(2) and related system calls
1121
1122 ``read_iter``
1123         possibly asynchronous read with iov_iter as destination
1124
1125 ``write``
1126         called by write(2) and related system calls
1127
1128 ``write_iter``
1129         possibly asynchronous write with iov_iter as source
1130
1131 ``iopoll``
1132         called when aio wants to poll for completions on HIPRI iocbs
1133
1134 ``iterate_shared``
1135         called when the VFS needs to read the directory contents
1136
1137 ``poll``
1138         called by the VFS when a process wants to check if there is
1139         activity on this file and (optionally) go to sleep until there
1140         is activity.  Called by the select(2) and poll(2) system calls
1141
1142 ``unlocked_ioctl``
1143         called by the ioctl(2) system call.
1144
1145 ``compat_ioctl``
1146         called by the ioctl(2) system call when 32 bit system calls are
1147          used on 64 bit kernels.
1148
1149 ``mmap``
1150         called by the mmap(2) system call
1151
1152 ``open``
1153         called by the VFS when an inode should be opened.  When the VFS
1154         opens a file, it creates a new "struct file".  It then calls the
1155         open method for the newly allocated file structure.  You might
1156         think that the open method really belongs in "struct
1157         inode_operations", and you may be right.  I think it's done the
1158         way it is because it makes filesystems simpler to implement.
1159         The open() method is a good place to initialize the
1160         "private_data" member in the file structure if you want to point
1161         to a device structure
1162
1163 ``flush``
1164         called by the close(2) system call to flush a file
1165
1166 ``release``
1167         called when the last reference to an open file is closed
1168
1169 ``fsync``
1170         called by the fsync(2) system call.  Also see the section above
1171         entitled "Handling errors during writeback".
1172
1173 ``fasync``
1174         called by the fcntl(2) system call when asynchronous
1175         (non-blocking) mode is enabled for a file
1176
1177 ``lock``
1178         called by the fcntl(2) system call for F_GETLK, F_SETLK, and
1179         F_SETLKW commands
1180
1181 ``get_unmapped_area``
1182         called by the mmap(2) system call
1183
1184 ``check_flags``
1185         called by the fcntl(2) system call for F_SETFL command
1186
1187 ``flock``
1188         called by the flock(2) system call
1189
1190 ``splice_write``
1191         called by the VFS to splice data from a pipe to a file.  This
1192         method is used by the splice(2) system call
1193
1194 ``splice_read``
1195         called by the VFS to splice data from file to a pipe.  This
1196         method is used by the splice(2) system call
1197
1198 ``setlease``
1199         called by the VFS to set or release a file lock lease.  setlease
1200         implementations should call generic_setlease to record or remove
1201         the lease in the inode after setting it.
1202
1203 ``fallocate``
1204         called by the VFS to preallocate blocks or punch a hole.
1205
1206 ``copy_file_range``
1207         called by the copy_file_range(2) system call.
1208
1209 ``remap_file_range``
1210         called by the ioctl(2) system call for FICLONERANGE and FICLONE
1211         and FIDEDUPERANGE commands to remap file ranges.  An
1212         implementation should remap len bytes at pos_in of the source
1213         file into the dest file at pos_out.  Implementations must handle
1214         callers passing in len == 0; this means "remap to the end of the
1215         source file".  The return value should the number of bytes
1216         remapped, or the usual negative error code if errors occurred
1217         before any bytes were remapped.  The remap_flags parameter
1218         accepts REMAP_FILE_* flags.  If REMAP_FILE_DEDUP is set then the
1219         implementation must only remap if the requested file ranges have
1220         identical contents.  If REMAP_FILE_CAN_SHORTEN is set, the caller is
1221         ok with the implementation shortening the request length to
1222         satisfy alignment or EOF requirements (or any other reason).
1223
1224 ``fadvise``
1225         possibly called by the fadvise64() system call.
1226
1227 Note that the file operations are implemented by the specific
1228 filesystem in which the inode resides.  When opening a device node
1229 (character or block special) most filesystems will call special
1230 support routines in the VFS which will locate the required device
1231 driver information.  These support routines replace the filesystem file
1232 operations with those for the device driver, and then proceed to call
1233 the new open() method for the file.  This is how opening a device file
1234 in the filesystem eventually ends up calling the device driver open()
1235 method.
1236
1237
1238 Directory Entry Cache (dcache)
1239 ==============================
1240
1241
1242 struct dentry_operations
1243 ------------------------
1244
1245 This describes how a filesystem can overload the standard dentry
1246 operations.  Dentries and the dcache are the domain of the VFS and the
1247 individual filesystem implementations.  Device drivers have no business
1248 here.  These methods may be set to NULL, as they are either optional or
1249 the VFS uses a default.  As of kernel 2.6.22, the following members are
1250 defined:
1251
1252 .. code-block:: c
1253
1254         struct dentry_operations {
1255                 int (*d_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
1256                 int (*d_weak_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
1257                 int (*d_hash)(const struct dentry *, struct qstr *);
1258                 int (*d_compare)(const struct dentry *,
1259                                  unsigned int, const char *, const struct qstr *);
1260                 int (*d_delete)(const struct dentry *);
1261                 int (*d_init)(struct dentry *);
1262                 void (*d_release)(struct dentry *);
1263                 void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
1264                 char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
1265                 struct vfsmount *(*d_automount)(struct path *);
1266                 int (*d_manage)(const struct path *, bool);
1267                 struct dentry *(*d_real)(struct dentry *, const struct inode *);
1268         };
1269
1270 ``d_revalidate``
1271         called when the VFS needs to revalidate a dentry.  This is
1272         called whenever a name look-up finds a dentry in the dcache.
1273         Most local filesystems leave this as NULL, because all their
1274         dentries in the dcache are valid.  Network filesystems are
1275         different since things can change on the server without the
1276         client necessarily being aware of it.
1277
1278         This function should return a positive value if the dentry is
1279         still valid, and zero or a negative error code if it isn't.
1280
1281         d_revalidate may be called in rcu-walk mode (flags &
1282         LOOKUP_RCU).  If in rcu-walk mode, the filesystem must
1283         revalidate the dentry without blocking or storing to the dentry,
1284         d_parent and d_inode should not be used without care (because
1285         they can change and, in d_inode case, even become NULL under
1286         us).
1287
1288         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle,
1289         return
1290         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
1291
1292 ``d_weak_revalidate``
1293         called when the VFS needs to revalidate a "jumped" dentry.  This
1294         is called when a path-walk ends at dentry that was not acquired
1295         by doing a lookup in the parent directory.  This includes "/",
1296         "." and "..", as well as procfs-style symlinks and mountpoint
1297         traversal.
1298
1299         In this case, we are less concerned with whether the dentry is
1300         still fully correct, but rather that the inode is still valid.
1301         As with d_revalidate, most local filesystems will set this to
1302         NULL since their dcache entries are always valid.
1303
1304         This function has the same return code semantics as
1305         d_revalidate.
1306
1307         d_weak_revalidate is only called after leaving rcu-walk mode.
1308
1309 ``d_hash``
1310         called when the VFS adds a dentry to the hash table.  The first
1311         dentry passed to d_hash is the parent directory that the name is
1312         to be hashed into.
1313
1314         Same locking and synchronisation rules as d_compare regarding
1315         what is safe to dereference etc.
1316
1317 ``d_compare``
1318         called to compare a dentry name with a given name.  The first
1319         dentry is the parent of the dentry to be compared, the second is
1320         the child dentry.  len and name string are properties of the
1321         dentry to be compared.  qstr is the name to compare it with.
1322
1323         Must be constant and idempotent, and should not take locks if
1324         possible, and should not or store into the dentry.  Should not
1325         dereference pointers outside the dentry without lots of care
1326         (eg.  d_parent, d_inode, d_name should not be used).
1327
1328         However, our vfsmount is pinned, and RCU held, so the dentries
1329         and inodes won't disappear, neither will our sb or filesystem
1330         module.  ->d_sb may be used.
1331
1332         It is a tricky calling convention because it needs to be called
1333         under "rcu-walk", ie. without any locks or references on things.
1334
1335 ``d_delete``
1336         called when the last reference to a dentry is dropped and the
1337         dcache is deciding whether or not to cache it.  Return 1 to
1338         delete immediately, or 0 to cache the dentry.  Default is NULL
1339         which means to always cache a reachable dentry.  d_delete must
1340         be constant and idempotent.
1341
1342 ``d_init``
1343         called when a dentry is allocated
1344
1345 ``d_release``
1346         called when a dentry is really deallocated
1347
1348 ``d_iput``
1349         called when a dentry loses its inode (just prior to its being
1350         deallocated).  The default when this is NULL is that the VFS
1351         calls iput().  If you define this method, you must call iput()
1352         yourself
1353
1354 ``d_dname``
1355         called when the pathname of a dentry should be generated.
1356         Useful for some pseudo filesystems (sockfs, pipefs, ...) to
1357         delay pathname generation.  (Instead of doing it when dentry is
1358         created, it's done only when the path is needed.).  Real
1359         filesystems probably dont want to use it, because their dentries
1360         are present in global dcache hash, so their hash should be an
1361         invariant.  As no lock is held, d_dname() should not try to
1362         modify the dentry itself, unless appropriate SMP safety is used.
1363         CAUTION : d_path() logic is quite tricky.  The correct way to
1364         return for example "Hello" is to put it at the end of the
1365         buffer, and returns a pointer to the first char.
1366         dynamic_dname() helper function is provided to take care of
1367         this.
1368
1369         Example :
1370
1371 .. code-block:: c
1372
1373         static char *pipefs_dname(struct dentry *dent, char *buffer, int buflen)
1374         {
1375                 return dynamic_dname(dentry, buffer, buflen, "pipe:[%lu]",
1376                                 dentry->d_inode->i_ino);
1377         }
1378
1379 ``d_automount``
1380         called when an automount dentry is to be traversed (optional).
1381         This should create a new VFS mount record and return the record
1382         to the caller.  The caller is supplied with a path parameter
1383         giving the automount directory to describe the automount target
1384         and the parent VFS mount record to provide inheritable mount
1385         parameters.  NULL should be returned if someone else managed to
1386         make the automount first.  If the vfsmount creation failed, then
1387         an error code should be returned.  If -EISDIR is returned, then
1388         the directory will be treated as an ordinary directory and
1389         returned to pathwalk to continue walking.
1390
1391         If a vfsmount is returned, the caller will attempt to mount it
1392         on the mountpoint and will remove the vfsmount from its
1393         expiration list in the case of failure.  The vfsmount should be
1394         returned with 2 refs on it to prevent automatic expiration - the
1395         caller will clean up the additional ref.
1396
1397         This function is only used if DCACHE_NEED_AUTOMOUNT is set on
1398         the dentry.  This is set by __d_instantiate() if S_AUTOMOUNT is
1399         set on the inode being added.
1400
1401 ``d_manage``
1402         called to allow the filesystem to manage the transition from a
1403         dentry (optional).  This allows autofs, for example, to hold up
1404         clients waiting to explore behind a 'mountpoint' while letting
1405         the daemon go past and construct the subtree there.  0 should be
1406         returned to let the calling process continue.  -EISDIR can be
1407         returned to tell pathwalk to use this directory as an ordinary
1408         directory and to ignore anything mounted on it and not to check
1409         the automount flag.  Any other error code will abort pathwalk
1410         completely.
1411
1412         If the 'rcu_walk' parameter is true, then the caller is doing a
1413         pathwalk in RCU-walk mode.  Sleeping is not permitted in this
1414         mode, and the caller can be asked to leave it and call again by
1415         returning -ECHILD.  -EISDIR may also be returned to tell
1416         pathwalk to ignore d_automount or any mounts.
1417
1418         This function is only used if DCACHE_MANAGE_TRANSIT is set on
1419         the dentry being transited from.
1420
1421 ``d_real``
1422         overlay/union type filesystems implement this method to return
1423         one of the underlying dentries hidden by the overlay.  It is
1424         used in two different modes:
1425
1426         Called from file_dentry() it returns the real dentry matching
1427         the inode argument.  The real dentry may be from a lower layer
1428         already copied up, but still referenced from the file.  This
1429         mode is selected with a non-NULL inode argument.
1430
1431         With NULL inode the topmost real underlying dentry is returned.
1432
1433 Each dentry has a pointer to its parent dentry, as well as a hash list
1434 of child dentries.  Child dentries are basically like files in a
1435 directory.
1436
1437
1438 Directory Entry Cache API
1439 --------------------------
1440
1441 There are a number of functions defined which permit a filesystem to
1442 manipulate dentries:
1443
1444 ``dget``
1445         open a new handle for an existing dentry (this just increments
1446         the usage count)
1447
1448 ``dput``
1449         close a handle for a dentry (decrements the usage count).  If
1450         the usage count drops to 0, and the dentry is still in its
1451         parent's hash, the "d_delete" method is called to check whether
1452         it should be cached.  If it should not be cached, or if the
1453         dentry is not hashed, it is deleted.  Otherwise cached dentries
1454         are put into an LRU list to be reclaimed on memory shortage.
1455
1456 ``d_drop``
1457         this unhashes a dentry from its parents hash list.  A subsequent
1458         call to dput() will deallocate the dentry if its usage count
1459         drops to 0
1460
1461 ``d_delete``
1462         delete a dentry.  If there are no other open references to the
1463         dentry then the dentry is turned into a negative dentry (the
1464         d_iput() method is called).  If there are other references, then
1465         d_drop() is called instead
1466
1467 ``d_add``
1468         add a dentry to its parents hash list and then calls
1469         d_instantiate()
1470
1471 ``d_instantiate``
1472         add a dentry to the alias hash list for the inode and updates
1473         the "d_inode" member.  The "i_count" member in the inode
1474         structure should be set/incremented.  If the inode pointer is
1475         NULL, the dentry is called a "negative dentry".  This function
1476         is commonly called when an inode is created for an existing
1477         negative dentry
1478
1479 ``d_lookup``
1480         look up a dentry given its parent and path name component It
1481         looks up the child of that given name from the dcache hash
1482         table.  If it is found, the reference count is incremented and
1483         the dentry is returned.  The caller must use dput() to free the
1484         dentry when it finishes using it.
1485
1486
1487 Mount Options
1488 =============
1489
1490
1491 Parsing options
1492 ---------------
1493
1494 On mount and remount the filesystem is passed a string containing a
1495 comma separated list of mount options.  The options can have either of
1496 these forms:
1497
1498   option
1499   option=value
1500
1501 The <linux/parser.h> header defines an API that helps parse these
1502 options.  There are plenty of examples on how to use it in existing
1503 filesystems.
1504
1505
1506 Showing options
1507 ---------------
1508
1509 If a filesystem accepts mount options, it must define show_options() to
1510 show all the currently active options.  The rules are:
1511
1512   - options MUST be shown which are not default or their values differ
1513     from the default
1514
1515   - options MAY be shown which are enabled by default or have their
1516     default value
1517
1518 Options used only internally between a mount helper and the kernel (such
1519 as file descriptors), or which only have an effect during the mounting
1520 (such as ones controlling the creation of a journal) are exempt from the
1521 above rules.
1522
1523 The underlying reason for the above rules is to make sure, that a mount
1524 can be accurately replicated (e.g. umounting and mounting again) based
1525 on the information found in /proc/mounts.
1526
1527
1528 Resources
1529 =========
1530
1531 (Note some of these resources are not up-to-date with the latest kernel
1532  version.)
1533
1534 Creating Linux virtual filesystems. 2002
1535     <https://lwn.net/Articles/13325/>
1536
1537 The Linux Virtual File-system Layer by Neil Brown. 1999
1538     <http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/oss/linux-commentary/vfs.html>
1539
1540 A tour of the Linux VFS by Michael K. Johnson. 1996
1541     <https://www.tldp.org/LDP/khg/HyperNews/get/fs/vfstour.html>
1542
1543 A small trail through the Linux kernel by Andries Brouwer. 2001
1544     <https://www.win.tue.nl/~aeb/linux/vfs/trail.html>