Merge tag 'mfd-next-5.11' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/lee/mfd
[linux-2.6-microblaze.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_operations {
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 to mark an inode dirty.
274
275 ``write_inode``
276         this method is called when the VFS needs to write an inode to
277         disc.  The second parameter indicates whether the write should
278         be synchronous or not, not all filesystems check this flag.
279
280 ``drop_inode``
281         called when the last access to the inode is dropped, with the
282         inode->i_lock spinlock held.
283
284         This method should be either NULL (normal UNIX filesystem
285         semantics) or "generic_delete_inode" (for filesystems that do
286         not want to cache inodes - causing "delete_inode" to always be
287         called regardless of the value of i_nlink)
288
289         The "generic_delete_inode()" behavior is equivalent to the old
290         practice of using "force_delete" in the put_inode() case, but
291         does not have the races that the "force_delete()" approach had.
292
293 ``delete_inode``
294         called when the VFS wants to delete an inode
295
296 ``put_super``
297         called when the VFS wishes to free the superblock
298         (i.e. unmount).  This is called with the superblock lock held
299
300 ``sync_fs``
301         called when VFS is writing out all dirty data associated with a
302         superblock.  The second parameter indicates whether the method
303         should wait until the write out has been completed.  Optional.
304
305 ``freeze_fs``
306         called when VFS is locking a filesystem and forcing it into a
307         consistent state.  This method is currently used by the Logical
308         Volume Manager (LVM).
309
310 ``unfreeze_fs``
311         called when VFS is unlocking a filesystem and making it writable
312         again.
313
314 ``statfs``
315         called when the VFS needs to get filesystem statistics.
316
317 ``remount_fs``
318         called when the filesystem is remounted.  This is called with
319         the kernel lock held
320
321 ``clear_inode``
322         called then the VFS clears the inode.  Optional
323
324 ``umount_begin``
325         called when the VFS is unmounting a filesystem.
326
327 ``show_options``
328         called by the VFS to show mount options for /proc/<pid>/mounts.
329         (see "Mount Options" section)
330
331 ``quota_read``
332         called by the VFS to read from filesystem quota file.
333
334 ``quota_write``
335         called by the VFS to write to filesystem quota file.
336
337 ``nr_cached_objects``
338         called by the sb cache shrinking function for the filesystem to
339         return the number of freeable cached objects it contains.
340         Optional.
341
342 ``free_cache_objects``
343         called by the sb cache shrinking function for the filesystem to
344         scan the number of objects indicated to try to free them.
345         Optional, but any filesystem implementing this method needs to
346         also implement ->nr_cached_objects for it to be called
347         correctly.
348
349         We can't do anything with any errors that the filesystem might
350         encountered, hence the void return type.  This will never be
351         called if the VM is trying to reclaim under GFP_NOFS conditions,
352         hence this method does not need to handle that situation itself.
353
354         Implementations must include conditional reschedule calls inside
355         any scanning loop that is done.  This allows the VFS to
356         determine appropriate scan batch sizes without having to worry
357         about whether implementations will cause holdoff problems due to
358         large scan batch sizes.
359
360 Whoever sets up the inode is responsible for filling in the "i_op"
361 field.  This is a pointer to a "struct inode_operations" which describes
362 the methods that can be performed on individual inodes.
363
364
365 struct xattr_handlers
366 ---------------------
367
368 On filesystems that support extended attributes (xattrs), the s_xattr
369 superblock field points to a NULL-terminated array of xattr handlers.
370 Extended attributes are name:value pairs.
371
372 ``name``
373         Indicates that the handler matches attributes with the specified
374         name (such as "system.posix_acl_access"); the prefix field must
375         be NULL.
376
377 ``prefix``
378         Indicates that the handler matches all attributes with the
379         specified name prefix (such as "user."); the name field must be
380         NULL.
381
382 ``list``
383         Determine if attributes matching this xattr handler should be
384         listed for a particular dentry.  Used by some listxattr
385         implementations like generic_listxattr.
386
387 ``get``
388         Called by the VFS to get the value of a particular extended
389         attribute.  This method is called by the getxattr(2) system
390         call.
391
392 ``set``
393         Called by the VFS to set the value of a particular extended
394         attribute.  When the new value is NULL, called to remove a
395         particular extended attribute.  This method is called by the
396         setxattr(2) and removexattr(2) system calls.
397
398 When none of the xattr handlers of a filesystem match the specified
399 attribute name or when a filesystem doesn't support extended attributes,
400 the various ``*xattr(2)`` system calls return -EOPNOTSUPP.
401
402
403 The Inode Object
404 ================
405
406 An inode object represents an object within the filesystem.
407
408
409 struct inode_operations
410 -----------------------
411
412 This describes how the VFS can manipulate an inode in your filesystem.
413 As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
414
415 .. code-block:: c
416
417         struct inode_operations {
418                 int (*create) (struct inode *,struct dentry *, umode_t, bool);
419                 struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, unsigned int);
420                 int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);
421                 int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);
422                 int (*symlink) (struct inode *,struct dentry *,const char *);
423                 int (*mkdir) (struct inode *,struct dentry *,umode_t);
424                 int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);
425                 int (*mknod) (struct inode *,struct dentry *,umode_t,dev_t);
426                 int (*rename) (struct inode *, struct dentry *,
427                                struct inode *, struct dentry *, unsigned int);
428                 int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);
429                 const char *(*get_link) (struct dentry *, struct inode *,
430                                          struct delayed_call *);
431                 int (*permission) (struct inode *, int);
432                 int (*get_acl)(struct inode *, int);
433                 int (*setattr) (struct dentry *, struct iattr *);
434                 int (*getattr) (const struct path *, struct kstat *, u32, unsigned int);
435                 ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
436                 void (*update_time)(struct inode *, struct timespec *, int);
437                 int (*atomic_open)(struct inode *, struct dentry *, struct file *,
438                                    unsigned open_flag, umode_t create_mode);
439                 int (*tmpfile) (struct inode *, struct dentry *, umode_t);
440         };
441
442 Again, all methods are called without any locks being held, unless
443 otherwise noted.
444
445 ``create``
446         called by the open(2) and creat(2) system calls.  Only required
447         if you want to support regular files.  The dentry you get should
448         not have an inode (i.e. it should be a negative dentry).  Here
449         you will probably call d_instantiate() with the dentry and the
450         newly created inode
451
452 ``lookup``
453         called when the VFS needs to look up an inode in a parent
454         directory.  The name to look for is found in the dentry.  This
455         method must call d_add() to insert the found inode into the
456         dentry.  The "i_count" field in the inode structure should be
457         incremented.  If the named inode does not exist a NULL inode
458         should be inserted into the dentry (this is called a negative
459         dentry).  Returning an error code from this routine must only be
460         done on a real error, otherwise creating inodes with system
461         calls like create(2), mknod(2), mkdir(2) and so on will fail.
462         If you wish to overload the dentry methods then you should
463         initialise the "d_dop" field in the dentry; this is a pointer to
464         a struct "dentry_operations".  This method is called with the
465         directory inode semaphore held
466
467 ``link``
468         called by the link(2) system call.  Only required if you want to
469         support hard links.  You will probably need to call
470         d_instantiate() just as you would in the create() method
471
472 ``unlink``
473         called by the unlink(2) system call.  Only required if you want
474         to support deleting inodes
475
476 ``symlink``
477         called by the symlink(2) system call.  Only required if you want
478         to support symlinks.  You will probably need to call
479         d_instantiate() just as you would in the create() method
480
481 ``mkdir``
482         called by the mkdir(2) system call.  Only required if you want
483         to support creating subdirectories.  You will probably need to
484         call d_instantiate() just as you would in the create() method
485
486 ``rmdir``
487         called by the rmdir(2) system call.  Only required if you want
488         to support deleting subdirectories
489
490 ``mknod``
491         called by the mknod(2) system call to create a device (char,
492         block) inode or a named pipe (FIFO) or socket.  Only required if
493         you want to support creating these types of inodes.  You will
494         probably need to call d_instantiate() just as you would in the
495         create() method
496
497 ``rename``
498         called by the rename(2) system call to rename the object to have
499         the parent and name given by the second inode and dentry.
500
501         The filesystem must return -EINVAL for any unsupported or
502         unknown flags.  Currently the following flags are implemented:
503         (1) RENAME_NOREPLACE: this flag indicates that if the target of
504         the rename exists the rename should fail with -EEXIST instead of
505         replacing the target.  The VFS already checks for existence, so
506         for local filesystems the RENAME_NOREPLACE implementation is
507         equivalent to plain rename.
508         (2) RENAME_EXCHANGE: exchange source and target.  Both must
509         exist; this is checked by the VFS.  Unlike plain rename, source
510         and target may be of different type.
511
512 ``get_link``
513         called by the VFS to follow a symbolic link to the inode it
514         points to.  Only required if you want to support symbolic links.
515         This method returns the symlink body to traverse (and possibly
516         resets the current position with nd_jump_link()).  If the body
517         won't go away until the inode is gone, nothing else is needed;
518         if it needs to be otherwise pinned, arrange for its release by
519         having get_link(..., ..., done) do set_delayed_call(done,
520         destructor, argument).  In that case destructor(argument) will
521         be called once VFS is done with the body you've returned.  May
522         be called in RCU mode; that is indicated by NULL dentry
523         argument.  If request can't be handled without leaving RCU mode,
524         have it return ERR_PTR(-ECHILD).
525
526         If the filesystem stores the symlink target in ->i_link, the
527         VFS may use it directly without calling ->get_link(); however,
528         ->get_link() must still be provided.  ->i_link must not be
529         freed until after an RCU grace period.  Writing to ->i_link
530         post-iget() time requires a 'release' memory barrier.
531
532 ``readlink``
533         this is now just an override for use by readlink(2) for the
534         cases when ->get_link uses nd_jump_link() or object is not in
535         fact a symlink.  Normally filesystems should only implement
536         ->get_link for symlinks and readlink(2) will automatically use
537         that.
538
539 ``permission``
540         called by the VFS to check for access rights on a POSIX-like
541         filesystem.
542
543         May be called in rcu-walk mode (mask & MAY_NOT_BLOCK).  If in
544         rcu-walk mode, the filesystem must check the permission without
545         blocking or storing to the inode.
546
547         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle,
548         return
549         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
550
551 ``setattr``
552         called by the VFS to set attributes for a file.  This method is
553         called by chmod(2) and related system calls.
554
555 ``getattr``
556         called by the VFS to get attributes of a file.  This method is
557         called by stat(2) and related system calls.
558
559 ``listxattr``
560         called by the VFS to list all extended attributes for a given
561         file.  This method is called by the listxattr(2) system call.
562
563 ``update_time``
564         called by the VFS to update a specific time or the i_version of
565         an inode.  If this is not defined the VFS will update the inode
566         itself and call mark_inode_dirty_sync.
567
568 ``atomic_open``
569         called on the last component of an open.  Using this optional
570         method the filesystem can look up, possibly create and open the
571         file in one atomic operation.  If it wants to leave actual
572         opening to the caller (e.g. if the file turned out to be a
573         symlink, device, or just something filesystem won't do atomic
574         open for), it may signal this by returning finish_no_open(file,
575         dentry).  This method is only called if the last component is
576         negative or needs lookup.  Cached positive dentries are still
577         handled by f_op->open().  If the file was created, FMODE_CREATED
578         flag should be set in file->f_mode.  In case of O_EXCL the
579         method must only succeed if the file didn't exist and hence
580         FMODE_CREATED shall always be set on success.
581
582 ``tmpfile``
583         called in the end of O_TMPFILE open().  Optional, equivalent to
584         atomically creating, opening and unlinking a file in given
585         directory.
586
587
588 The Address Space Object
589 ========================
590
591 The address space object is used to group and manage pages in the page
592 cache.  It can be used to keep track of the pages in a file (or anything
593 else) and also track the mapping of sections of the file into process
594 address spaces.
595
596 There are a number of distinct yet related services that an
597 address-space can provide.  These include communicating memory pressure,
598 page lookup by address, and keeping track of pages tagged as Dirty or
599 Writeback.
600
601 The first can be used independently to the others.  The VM can try to
602 either write dirty pages in order to clean them, or release clean pages
603 in order to reuse them.  To do this it can call the ->writepage method
604 on dirty pages, and ->releasepage on clean pages with PagePrivate set.
605 Clean pages without PagePrivate and with no external references will be
606 released without notice being given to the address_space.
607
608 To achieve this functionality, pages need to be placed on an LRU with
609 lru_cache_add and mark_page_active needs to be called whenever the page
610 is used.
611
612 Pages are normally kept in a radix tree index by ->index.  This tree
613 maintains information about the PG_Dirty and PG_Writeback status of each
614 page, so that pages with either of these flags can be found quickly.
615
616 The Dirty tag is primarily used by mpage_writepages - the default
617 ->writepages method.  It uses the tag to find dirty pages to call
618 ->writepage on.  If mpage_writepages is not used (i.e. the address
619 provides its own ->writepages) , the PAGECACHE_TAG_DIRTY tag is almost
620 unused.  write_inode_now and sync_inode do use it (through
621 __sync_single_inode) to check if ->writepages has been successful in
622 writing out the whole address_space.
623
624 The Writeback tag is used by filemap*wait* and sync_page* functions, via
625 filemap_fdatawait_range, to wait for all writeback to complete.
626
627 An address_space handler may attach extra information to a page,
628 typically using the 'private' field in the 'struct page'.  If such
629 information is attached, the PG_Private flag should be set.  This will
630 cause various VM routines to make extra calls into the address_space
631 handler to deal with that data.
632
633 An address space acts as an intermediate between storage and
634 application.  Data is read into the address space a whole page at a
635 time, and provided to the application either by copying of the page, or
636 by memory-mapping the page.  Data is written into the address space by
637 the application, and then written-back to storage typically in whole
638 pages, however the address_space has finer control of write sizes.
639
640 The read process essentially only requires 'readpage'.  The write
641 process is more complicated and uses write_begin/write_end or
642 set_page_dirty to write data into the address_space, and writepage and
643 writepages to writeback data to storage.
644
645 Adding and removing pages to/from an address_space is protected by the
646 inode's i_mutex.
647
648 When data is written to a page, the PG_Dirty flag should be set.  It
649 typically remains set until writepage asks for it to be written.  This
650 should clear PG_Dirty and set PG_Writeback.  It can be actually written
651 at any point after PG_Dirty is clear.  Once it is known to be safe,
652 PG_Writeback is cleared.
653
654 Writeback makes use of a writeback_control structure to direct the
655 operations.  This gives the writepage and writepages operations some
656 information about the nature of and reason for the writeback request,
657 and the constraints under which it is being done.  It is also used to
658 return information back to the caller about the result of a writepage or
659 writepages request.
660
661
662 Handling errors during writeback
663 --------------------------------
664
665 Most applications that do buffered I/O will periodically call a file
666 synchronization call (fsync, fdatasync, msync or sync_file_range) to
667 ensure that data written has made it to the backing store.  When there
668 is an error during writeback, they expect that error to be reported when
669 a file sync request is made.  After an error has been reported on one
670 request, subsequent requests on the same file descriptor should return
671 0, unless further writeback errors have occurred since the previous file
672 syncronization.
673
674 Ideally, the kernel would report errors only on file descriptions on
675 which writes were done that subsequently failed to be written back.  The
676 generic pagecache infrastructure does not track the file descriptions
677 that have dirtied each individual page however, so determining which
678 file descriptors should get back an error is not possible.
679
680 Instead, the generic writeback error tracking infrastructure in the
681 kernel settles for reporting errors to fsync on all file descriptions
682 that were open at the time that the error occurred.  In a situation with
683 multiple writers, all of them will get back an error on a subsequent
684 fsync, even if all of the writes done through that particular file
685 descriptor succeeded (or even if there were no writes on that file
686 descriptor at all).
687
688 Filesystems that wish to use this infrastructure should call
689 mapping_set_error to record the error in the address_space when it
690 occurs.  Then, after writing back data from the pagecache in their
691 file->fsync operation, they should call file_check_and_advance_wb_err to
692 ensure that the struct file's error cursor has advanced to the correct
693 point in the stream of errors emitted by the backing device(s).
694
695
696 struct address_space_operations
697 -------------------------------
698
699 This describes how the VFS can manipulate mapping of a file to page
700 cache in your filesystem.  The following members are defined:
701
702 .. code-block:: c
703
704         struct address_space_operations {
705                 int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc);
706                 int (*readpage)(struct file *, struct page *);
707                 int (*writepages)(struct address_space *, struct writeback_control *);
708                 int (*set_page_dirty)(struct page *page);
709                 void (*readahead)(struct readahead_control *);
710                 int (*readpages)(struct file *filp, struct address_space *mapping,
711                                  struct list_head *pages, unsigned nr_pages);
712                 int (*write_begin)(struct file *, struct address_space *mapping,
713                                    loff_t pos, unsigned len, unsigned flags,
714                                 struct page **pagep, void **fsdata);
715                 int (*write_end)(struct file *, struct address_space *mapping,
716                                  loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
717                                  struct page *page, void *fsdata);
718                 sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
719                 void (*invalidatepage) (struct page *, unsigned int, unsigned int);
720                 int (*releasepage) (struct page *, int);
721                 void (*freepage)(struct page *);
722                 ssize_t (*direct_IO)(struct kiocb *, struct iov_iter *iter);
723                 /* isolate a page for migration */
724                 bool (*isolate_page) (struct page *, isolate_mode_t);
725                 /* migrate the contents of a page to the specified target */
726                 int (*migratepage) (struct page *, struct page *);
727                 /* put migration-failed page back to right list */
728                 void (*putback_page) (struct page *);
729                 int (*launder_page) (struct page *);
730
731                 int (*is_partially_uptodate) (struct page *, unsigned long,
732                                               unsigned long);
733                 void (*is_dirty_writeback) (struct page *, bool *, bool *);
734                 int (*error_remove_page) (struct mapping *mapping, struct page *page);
735                 int (*swap_activate)(struct file *);
736                 int (*swap_deactivate)(struct file *);
737         };
738
739 ``writepage``
740         called by the VM to write a dirty page to backing store.  This
741         may happen for data integrity reasons (i.e. 'sync'), or to free
742         up memory (flush).  The difference can be seen in
743         wbc->sync_mode.  The PG_Dirty flag has been cleared and
744         PageLocked is true.  writepage should start writeout, should set
745         PG_Writeback, and should make sure the page is unlocked, either
746         synchronously or asynchronously when the write operation
747         completes.
748
749         If wbc->sync_mode is WB_SYNC_NONE, ->writepage doesn't have to
750         try too hard if there are problems, and may choose to write out
751         other pages from the mapping if that is easier (e.g. due to
752         internal dependencies).  If it chooses not to start writeout, it
753         should return AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE so that the VM will not
754         keep calling ->writepage on that page.
755
756         See the file "Locking" for more details.
757
758 ``readpage``
759         called by the VM to read a page from backing store.  The page
760         will be Locked when readpage is called, and should be unlocked
761         and marked uptodate once the read completes.  If ->readpage
762         discovers that it needs to unlock the page for some reason, it
763         can do so, and then return AOP_TRUNCATED_PAGE.  In this case,
764         the page will be relocated, relocked and if that all succeeds,
765         ->readpage will be called again.
766
767 ``writepages``
768         called by the VM to write out pages associated with the
769         address_space object.  If wbc->sync_mode is WB_SYNC_ALL, then
770         the writeback_control will specify a range of pages that must be
771         written out.  If it is WB_SYNC_NONE, then a nr_to_write is
772         given and that many pages should be written if possible.  If no
773         ->writepages is given, then mpage_writepages is used instead.
774         This will choose pages from the address space that are tagged as
775         DIRTY and will pass them to ->writepage.
776
777 ``set_page_dirty``
778         called by the VM to set a page dirty.  This is particularly
779         needed if an address space attaches private data to a page, and
780         that data needs to be updated when a page is dirtied.  This is
781         called, for example, when a memory mapped page gets modified.
782         If defined, it should set the PageDirty flag, and the
783         PAGECACHE_TAG_DIRTY tag in the radix tree.
784
785 ``readahead``
786         Called by the VM to read pages associated with the address_space
787         object.  The pages are consecutive in the page cache and are
788         locked.  The implementation should decrement the page refcount
789         after starting I/O on each page.  Usually the page will be
790         unlocked by the I/O completion handler.  If the filesystem decides
791         to stop attempting I/O before reaching the end of the readahead
792         window, it can simply return.  The caller will decrement the page
793         refcount and unlock the remaining pages for you.  Set PageUptodate
794         if the I/O completes successfully.  Setting PageError on any page
795         will be ignored; simply unlock the page if an I/O error occurs.
796
797 ``readpages``
798         called by the VM to read pages associated with the address_space
799         object.  This is essentially just a vector version of readpage.
800         Instead of just one page, several pages are requested.
801         readpages is only used for read-ahead, so read errors are
802         ignored.  If anything goes wrong, feel free to give up.
803         This interface is deprecated and will be removed by the end of
804         2020; implement readahead instead.
805
806 ``write_begin``
807         Called by the generic buffered write code to ask the filesystem
808         to prepare to write len bytes at the given offset in the file.
809         The address_space should check that the write will be able to
810         complete, by allocating space if necessary and doing any other
811         internal housekeeping.  If the write will update parts of any
812         basic-blocks on storage, then those blocks should be pre-read
813         (if they haven't been read already) so that the updated blocks
814         can be written out properly.
815
816         The filesystem must return the locked pagecache page for the
817         specified offset, in ``*pagep``, for the caller to write into.
818
819         It must be able to cope with short writes (where the length
820         passed to write_begin is greater than the number of bytes copied
821         into the page).
822
823         flags is a field for AOP_FLAG_xxx flags, described in
824         include/linux/fs.h.
825
826         A void * may be returned in fsdata, which then gets passed into
827         write_end.
828
829         Returns 0 on success; < 0 on failure (which is the error code),
830         in which case write_end is not called.
831
832 ``write_end``
833         After a successful write_begin, and data copy, write_end must be
834         called.  len is the original len passed to write_begin, and
835         copied is the amount that was able to be copied.
836
837         The filesystem must take care of unlocking the page and
838         releasing it refcount, and updating i_size.
839
840         Returns < 0 on failure, otherwise the number of bytes (<=
841         'copied') that were able to be copied into pagecache.
842
843 ``bmap``
844         called by the VFS to map a logical block offset within object to
845         physical block number.  This method is used by the FIBMAP ioctl
846         and for working with swap-files.  To be able to swap to a file,
847         the file must have a stable mapping to a block device.  The swap
848         system does not go through the filesystem but instead uses bmap
849         to find out where the blocks in the file are and uses those
850         addresses directly.
851
852 ``invalidatepage``
853         If a page has PagePrivate set, then invalidatepage will be
854         called when part or all of the page is to be removed from the
855         address space.  This generally corresponds to either a
856         truncation, punch hole or a complete invalidation of the address
857         space (in the latter case 'offset' will always be 0 and 'length'
858         will be PAGE_SIZE).  Any private data associated with the page
859         should be updated to reflect this truncation.  If offset is 0
860         and length is PAGE_SIZE, then the private data should be
861         released, because the page must be able to be completely
862         discarded.  This may be done by calling the ->releasepage
863         function, but in this case the release MUST succeed.
864
865 ``releasepage``
866         releasepage is called on PagePrivate pages to indicate that the
867         page should be freed if possible.  ->releasepage should remove
868         any private data from the page and clear the PagePrivate flag.
869         If releasepage() fails for some reason, it must indicate failure
870         with a 0 return value.  releasepage() is used in two distinct
871         though related cases.  The first is when the VM finds a clean
872         page with no active users and wants to make it a free page.  If
873         ->releasepage succeeds, the page will be removed from the
874         address_space and become free.
875
876         The second case is when a request has been made to invalidate
877         some or all pages in an address_space.  This can happen through
878         the fadvise(POSIX_FADV_DONTNEED) system call or by the
879         filesystem explicitly requesting it as nfs and 9fs do (when they
880         believe the cache may be out of date with storage) by calling
881         invalidate_inode_pages2().  If the filesystem makes such a call,
882         and needs to be certain that all pages are invalidated, then its
883         releasepage will need to ensure this.  Possibly it can clear the
884         PageUptodate bit if it cannot free private data yet.
885
886 ``freepage``
887         freepage is called once the page is no longer visible in the
888         page cache in order to allow the cleanup of any private data.
889         Since it may be called by the memory reclaimer, it should not
890         assume that the original address_space mapping still exists, and
891         it should not block.
892
893 ``direct_IO``
894         called by the generic read/write routines to perform direct_IO -
895         that is IO requests which bypass the page cache and transfer
896         data directly between the storage and the application's address
897         space.
898
899 ``isolate_page``
900         Called by the VM when isolating a movable non-lru page.  If page
901         is successfully isolated, VM marks the page as PG_isolated via
902         __SetPageIsolated.
903
904 ``migrate_page``
905         This is used to compact the physical memory usage.  If the VM
906         wants to relocate a page (maybe off a memory card that is
907         signalling imminent failure) it will pass a new page and an old
908         page to this function.  migrate_page should transfer any private
909         data across and update any references that it has to the page.
910
911 ``putback_page``
912         Called by the VM when isolated page's migration fails.
913
914 ``launder_page``
915         Called before freeing a page - it writes back the dirty page.
916         To prevent redirtying the page, it is kept locked during the
917         whole operation.
918
919 ``is_partially_uptodate``
920         Called by the VM when reading a file through the pagecache when
921         the underlying blocksize != pagesize.  If the required block is
922         up to date then the read can complete without needing the IO to
923         bring the whole page up to date.
924
925 ``is_dirty_writeback``
926         Called by the VM when attempting to reclaim a page.  The VM uses
927         dirty and writeback information to determine if it needs to
928         stall to allow flushers a chance to complete some IO.
929         Ordinarily it can use PageDirty and PageWriteback but some
930         filesystems have more complex state (unstable pages in NFS
931         prevent reclaim) or do not set those flags due to locking
932         problems.  This callback allows a filesystem to indicate to the
933         VM if a page should be treated as dirty or writeback for the
934         purposes of stalling.
935
936 ``error_remove_page``
937         normally set to generic_error_remove_page if truncation is ok
938         for this address space.  Used for memory failure handling.
939         Setting this implies you deal with pages going away under you,
940         unless you have them locked or reference counts increased.
941
942 ``swap_activate``
943         Called when swapon is used on a file to allocate space if
944         necessary and pin the block lookup information in memory.  A
945         return value of zero indicates success, in which case this file
946         can be used to back swapspace.
947
948 ``swap_deactivate``
949         Called during swapoff on files where swap_activate was
950         successful.
951
952
953 The File Object
954 ===============
955
956 A file object represents a file opened by a process.  This is also known
957 as an "open file description" in POSIX parlance.
958
959
960 struct file_operations
961 ----------------------
962
963 This describes how the VFS can manipulate an open file.  As of kernel
964 4.18, the following members are defined:
965
966 .. code-block:: c
967
968         struct file_operations {
969                 struct module *owner;
970                 loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
971                 ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
972                 ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
973                 ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
974                 ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
975                 int (*iopoll)(struct kiocb *kiocb, bool spin);
976                 int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
977                 int (*iterate_shared) (struct file *, struct dir_context *);
978                 __poll_t (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
979                 long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
980                 long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
981                 int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
982                 int (*open) (struct inode *, struct file *);
983                 int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
984                 int (*release) (struct inode *, struct file *);
985                 int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
986                 int (*fasync) (int, struct file *, int);
987                 int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
988                 ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
989                 unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
990                 int (*check_flags)(int);
991                 int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
992                 ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
993                 ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
994                 int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **, void **);
995                 long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,
996                                   loff_t len);
997                 void (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f);
998         #ifndef CONFIG_MMU
999                 unsigned (*mmap_capabilities)(struct file *);
1000         #endif
1001                 ssize_t (*copy_file_range)(struct file *, loff_t, struct file *, loff_t, size_t, unsigned int);
1002                 loff_t (*remap_file_range)(struct file *file_in, loff_t pos_in,
1003                                            struct file *file_out, loff_t pos_out,
1004                                            loff_t len, unsigned int remap_flags);
1005                 int (*fadvise)(struct file *, loff_t, loff_t, int);
1006         };
1007
1008 Again, all methods are called without any locks being held, unless
1009 otherwise noted.
1010
1011 ``llseek``
1012         called when the VFS needs to move the file position index
1013
1014 ``read``
1015         called by read(2) and related system calls
1016
1017 ``read_iter``
1018         possibly asynchronous read with iov_iter as destination
1019
1020 ``write``
1021         called by write(2) and related system calls
1022
1023 ``write_iter``
1024         possibly asynchronous write with iov_iter as source
1025
1026 ``iopoll``
1027         called when aio wants to poll for completions on HIPRI iocbs
1028
1029 ``iterate``
1030         called when the VFS needs to read the directory contents
1031
1032 ``iterate_shared``
1033         called when the VFS needs to read the directory contents when
1034         filesystem supports concurrent dir iterators
1035
1036 ``poll``
1037         called by the VFS when a process wants to check if there is
1038         activity on this file and (optionally) go to sleep until there
1039         is activity.  Called by the select(2) and poll(2) system calls
1040
1041 ``unlocked_ioctl``
1042         called by the ioctl(2) system call.
1043
1044 ``compat_ioctl``
1045         called by the ioctl(2) system call when 32 bit system calls are
1046          used on 64 bit kernels.
1047
1048 ``mmap``
1049         called by the mmap(2) system call
1050
1051 ``open``
1052         called by the VFS when an inode should be opened.  When the VFS
1053         opens a file, it creates a new "struct file".  It then calls the
1054         open method for the newly allocated file structure.  You might
1055         think that the open method really belongs in "struct
1056         inode_operations", and you may be right.  I think it's done the
1057         way it is because it makes filesystems simpler to implement.
1058         The open() method is a good place to initialize the
1059         "private_data" member in the file structure if you want to point
1060         to a device structure
1061
1062 ``flush``
1063         called by the close(2) system call to flush a file
1064
1065 ``release``
1066         called when the last reference to an open file is closed
1067
1068 ``fsync``
1069         called by the fsync(2) system call.  Also see the section above
1070         entitled "Handling errors during writeback".
1071
1072 ``fasync``
1073         called by the fcntl(2) system call when asynchronous
1074         (non-blocking) mode is enabled for a file
1075
1076 ``lock``
1077         called by the fcntl(2) system call for F_GETLK, F_SETLK, and
1078         F_SETLKW commands
1079
1080 ``get_unmapped_area``
1081         called by the mmap(2) system call
1082
1083 ``check_flags``
1084         called by the fcntl(2) system call for F_SETFL command
1085
1086 ``flock``
1087         called by the flock(2) system call
1088
1089 ``splice_write``
1090         called by the VFS to splice data from a pipe to a file.  This
1091         method is used by the splice(2) system call
1092
1093 ``splice_read``
1094         called by the VFS to splice data from file to a pipe.  This
1095         method is used by the splice(2) system call
1096
1097 ``setlease``
1098         called by the VFS to set or release a file lock lease.  setlease
1099         implementations should call generic_setlease to record or remove
1100         the lease in the inode after setting it.
1101
1102 ``fallocate``
1103         called by the VFS to preallocate blocks or punch a hole.
1104
1105 ``copy_file_range``
1106         called by the copy_file_range(2) system call.
1107
1108 ``remap_file_range``
1109         called by the ioctl(2) system call for FICLONERANGE and FICLONE
1110         and FIDEDUPERANGE commands to remap file ranges.  An
1111         implementation should remap len bytes at pos_in of the source
1112         file into the dest file at pos_out.  Implementations must handle
1113         callers passing in len == 0; this means "remap to the end of the
1114         source file".  The return value should the number of bytes
1115         remapped, or the usual negative error code if errors occurred
1116         before any bytes were remapped.  The remap_flags parameter
1117         accepts REMAP_FILE_* flags.  If REMAP_FILE_DEDUP is set then the
1118         implementation must only remap if the requested file ranges have
1119         identical contents.  If REMAP_FILE_CAN_SHORTEN is set, the caller is
1120         ok with the implementation shortening the request length to
1121         satisfy alignment or EOF requirements (or any other reason).
1122
1123 ``fadvise``
1124         possibly called by the fadvise64() system call.
1125
1126 Note that the file operations are implemented by the specific
1127 filesystem in which the inode resides.  When opening a device node
1128 (character or block special) most filesystems will call special
1129 support routines in the VFS which will locate the required device
1130 driver information.  These support routines replace the filesystem file
1131 operations with those for the device driver, and then proceed to call
1132 the new open() method for the file.  This is how opening a device file
1133 in the filesystem eventually ends up calling the device driver open()
1134 method.
1135
1136
1137 Directory Entry Cache (dcache)
1138 ==============================
1139
1140
1141 struct dentry_operations
1142 ------------------------
1143
1144 This describes how a filesystem can overload the standard dentry
1145 operations.  Dentries and the dcache are the domain of the VFS and the
1146 individual filesystem implementations.  Device drivers have no business
1147 here.  These methods may be set to NULL, as they are either optional or
1148 the VFS uses a default.  As of kernel 2.6.22, the following members are
1149 defined:
1150
1151 .. code-block:: c
1152
1153         struct dentry_operations {
1154                 int (*d_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
1155                 int (*d_weak_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
1156                 int (*d_hash)(const struct dentry *, struct qstr *);
1157                 int (*d_compare)(const struct dentry *,
1158                                  unsigned int, const char *, const struct qstr *);
1159                 int (*d_delete)(const struct dentry *);
1160                 int (*d_init)(struct dentry *);
1161                 void (*d_release)(struct dentry *);
1162                 void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
1163                 char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
1164                 struct vfsmount *(*d_automount)(struct path *);
1165                 int (*d_manage)(const struct path *, bool);
1166                 struct dentry *(*d_real)(struct dentry *, const struct inode *);
1167         };
1168
1169 ``d_revalidate``
1170         called when the VFS needs to revalidate a dentry.  This is
1171         called whenever a name look-up finds a dentry in the dcache.
1172         Most local filesystems leave this as NULL, because all their
1173         dentries in the dcache are valid.  Network filesystems are
1174         different since things can change on the server without the
1175         client necessarily being aware of it.
1176
1177         This function should return a positive value if the dentry is
1178         still valid, and zero or a negative error code if it isn't.
1179
1180         d_revalidate may be called in rcu-walk mode (flags &
1181         LOOKUP_RCU).  If in rcu-walk mode, the filesystem must
1182         revalidate the dentry without blocking or storing to the dentry,
1183         d_parent and d_inode should not be used without care (because
1184         they can change and, in d_inode case, even become NULL under
1185         us).
1186
1187         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle,
1188         return
1189         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
1190
1191 ``_weak_revalidate``
1192         called when the VFS needs to revalidate a "jumped" dentry.  This
1193         is called when a path-walk ends at dentry that was not acquired
1194         by doing a lookup in the parent directory.  This includes "/",
1195         "." and "..", as well as procfs-style symlinks and mountpoint
1196         traversal.
1197
1198         In this case, we are less concerned with whether the dentry is
1199         still fully correct, but rather that the inode is still valid.
1200         As with d_revalidate, most local filesystems will set this to
1201         NULL since their dcache entries are always valid.
1202
1203         This function has the same return code semantics as
1204         d_revalidate.
1205
1206         d_weak_revalidate is only called after leaving rcu-walk mode.
1207
1208 ``d_hash``
1209         called when the VFS adds a dentry to the hash table.  The first
1210         dentry passed to d_hash is the parent directory that the name is
1211         to be hashed into.
1212
1213         Same locking and synchronisation rules as d_compare regarding
1214         what is safe to dereference etc.
1215
1216 ``d_compare``
1217         called to compare a dentry name with a given name.  The first
1218         dentry is the parent of the dentry to be compared, the second is
1219         the child dentry.  len and name string are properties of the
1220         dentry to be compared.  qstr is the name to compare it with.
1221
1222         Must be constant and idempotent, and should not take locks if
1223         possible, and should not or store into the dentry.  Should not
1224         dereference pointers outside the dentry without lots of care
1225         (eg.  d_parent, d_inode, d_name should not be used).
1226
1227         However, our vfsmount is pinned, and RCU held, so the dentries
1228         and inodes won't disappear, neither will our sb or filesystem
1229         module.  ->d_sb may be used.
1230
1231         It is a tricky calling convention because it needs to be called
1232         under "rcu-walk", ie. without any locks or references on things.
1233
1234 ``d_delete``
1235         called when the last reference to a dentry is dropped and the
1236         dcache is deciding whether or not to cache it.  Return 1 to
1237         delete immediately, or 0 to cache the dentry.  Default is NULL
1238         which means to always cache a reachable dentry.  d_delete must
1239         be constant and idempotent.
1240
1241 ``d_init``
1242         called when a dentry is allocated
1243
1244 ``d_release``
1245         called when a dentry is really deallocated
1246
1247 ``d_iput``
1248         called when a dentry loses its inode (just prior to its being
1249         deallocated).  The default when this is NULL is that the VFS
1250         calls iput().  If you define this method, you must call iput()
1251         yourself
1252
1253 ``d_dname``
1254         called when the pathname of a dentry should be generated.
1255         Useful for some pseudo filesystems (sockfs, pipefs, ...) to
1256         delay pathname generation.  (Instead of doing it when dentry is
1257         created, it's done only when the path is needed.).  Real
1258         filesystems probably dont want to use it, because their dentries
1259         are present in global dcache hash, so their hash should be an
1260         invariant.  As no lock is held, d_dname() should not try to
1261         modify the dentry itself, unless appropriate SMP safety is used.
1262         CAUTION : d_path() logic is quite tricky.  The correct way to
1263         return for example "Hello" is to put it at the end of the
1264         buffer, and returns a pointer to the first char.
1265         dynamic_dname() helper function is provided to take care of
1266         this.
1267
1268         Example :
1269
1270 .. code-block:: c
1271
1272         static char *pipefs_dname(struct dentry *dent, char *buffer, int buflen)
1273         {
1274                 return dynamic_dname(dentry, buffer, buflen, "pipe:[%lu]",
1275                                 dentry->d_inode->i_ino);
1276         }
1277
1278 ``d_automount``
1279         called when an automount dentry is to be traversed (optional).
1280         This should create a new VFS mount record and return the record
1281         to the caller.  The caller is supplied with a path parameter
1282         giving the automount directory to describe the automount target
1283         and the parent VFS mount record to provide inheritable mount
1284         parameters.  NULL should be returned if someone else managed to
1285         make the automount first.  If the vfsmount creation failed, then
1286         an error code should be returned.  If -EISDIR is returned, then
1287         the directory will be treated as an ordinary directory and
1288         returned to pathwalk to continue walking.
1289
1290         If a vfsmount is returned, the caller will attempt to mount it
1291         on the mountpoint and will remove the vfsmount from its
1292         expiration list in the case of failure.  The vfsmount should be
1293         returned with 2 refs on it to prevent automatic expiration - the
1294         caller will clean up the additional ref.
1295
1296         This function is only used if DCACHE_NEED_AUTOMOUNT is set on
1297         the dentry.  This is set by __d_instantiate() if S_AUTOMOUNT is
1298         set on the inode being added.
1299
1300 ``d_manage``
1301         called to allow the filesystem to manage the transition from a
1302         dentry (optional).  This allows autofs, for example, to hold up
1303         clients waiting to explore behind a 'mountpoint' while letting
1304         the daemon go past and construct the subtree there.  0 should be
1305         returned to let the calling process continue.  -EISDIR can be
1306         returned to tell pathwalk to use this directory as an ordinary
1307         directory and to ignore anything mounted on it and not to check
1308         the automount flag.  Any other error code will abort pathwalk
1309         completely.
1310
1311         If the 'rcu_walk' parameter is true, then the caller is doing a
1312         pathwalk in RCU-walk mode.  Sleeping is not permitted in this
1313         mode, and the caller can be asked to leave it and call again by
1314         returning -ECHILD.  -EISDIR may also be returned to tell
1315         pathwalk to ignore d_automount or any mounts.
1316
1317         This function is only used if DCACHE_MANAGE_TRANSIT is set on
1318         the dentry being transited from.
1319
1320 ``d_real``
1321         overlay/union type filesystems implement this method to return
1322         one of the underlying dentries hidden by the overlay.  It is
1323         used in two different modes:
1324
1325         Called from file_dentry() it returns the real dentry matching
1326         the inode argument.  The real dentry may be from a lower layer
1327         already copied up, but still referenced from the file.  This
1328         mode is selected with a non-NULL inode argument.
1329
1330         With NULL inode the topmost real underlying dentry is returned.
1331
1332 Each dentry has a pointer to its parent dentry, as well as a hash list
1333 of child dentries.  Child dentries are basically like files in a
1334 directory.
1335
1336
1337 Directory Entry Cache API
1338 --------------------------
1339
1340 There are a number of functions defined which permit a filesystem to
1341 manipulate dentries:
1342
1343 ``dget``
1344         open a new handle for an existing dentry (this just increments
1345         the usage count)
1346
1347 ``dput``
1348         close a handle for a dentry (decrements the usage count).  If
1349         the usage count drops to 0, and the dentry is still in its
1350         parent's hash, the "d_delete" method is called to check whether
1351         it should be cached.  If it should not be cached, or if the
1352         dentry is not hashed, it is deleted.  Otherwise cached dentries
1353         are put into an LRU list to be reclaimed on memory shortage.
1354
1355 ``d_drop``
1356         this unhashes a dentry from its parents hash list.  A subsequent
1357         call to dput() will deallocate the dentry if its usage count
1358         drops to 0
1359
1360 ``d_delete``
1361         delete a dentry.  If there are no other open references to the
1362         dentry then the dentry is turned into a negative dentry (the
1363         d_iput() method is called).  If there are other references, then
1364         d_drop() is called instead
1365
1366 ``d_add``
1367         add a dentry to its parents hash list and then calls
1368         d_instantiate()
1369
1370 ``d_instantiate``
1371         add a dentry to the alias hash list for the inode and updates
1372         the "d_inode" member.  The "i_count" member in the inode
1373         structure should be set/incremented.  If the inode pointer is
1374         NULL, the dentry is called a "negative dentry".  This function
1375         is commonly called when an inode is created for an existing
1376         negative dentry
1377
1378 ``d_lookup``
1379         look up a dentry given its parent and path name component It
1380         looks up the child of that given name from the dcache hash
1381         table.  If it is found, the reference count is incremented and
1382         the dentry is returned.  The caller must use dput() to free the
1383         dentry when it finishes using it.
1384
1385
1386 Mount Options
1387 =============
1388
1389
1390 Parsing options
1391 ---------------
1392
1393 On mount and remount the filesystem is passed a string containing a
1394 comma separated list of mount options.  The options can have either of
1395 these forms:
1396
1397   option
1398   option=value
1399
1400 The <linux/parser.h> header defines an API that helps parse these
1401 options.  There are plenty of examples on how to use it in existing
1402 filesystems.
1403
1404
1405 Showing options
1406 ---------------
1407
1408 If a filesystem accepts mount options, it must define show_options() to
1409 show all the currently active options.  The rules are:
1410
1411   - options MUST be shown which are not default or their values differ
1412     from the default
1413
1414   - options MAY be shown which are enabled by default or have their
1415     default value
1416
1417 Options used only internally between a mount helper and the kernel (such
1418 as file descriptors), or which only have an effect during the mounting
1419 (such as ones controlling the creation of a journal) are exempt from the
1420 above rules.
1421
1422 The underlying reason for the above rules is to make sure, that a mount
1423 can be accurately replicated (e.g. umounting and mounting again) based
1424 on the information found in /proc/mounts.
1425
1426
1427 Resources
1428 =========
1429
1430 (Note some of these resources are not up-to-date with the latest kernel
1431  version.)
1432
1433 Creating Linux virtual filesystems. 2002
1434     <https://lwn.net/Articles/13325/>
1435
1436 The Linux Virtual File-system Layer by Neil Brown. 1999
1437     <http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/oss/linux-commentary/vfs.html>
1438
1439 A tour of the Linux VFS by Michael K. Johnson. 1996
1440     <https://www.tldp.org/LDP/khg/HyperNews/get/fs/vfstour.html>
1441
1442 A small trail through the Linux kernel by Andries Brouwer. 2001
1443     <https://www.win.tue.nl/~aeb/linux/vfs/trail.html>