fs: port ->permission() to pass mnt_idmap
[linux-block.git] / Documentation / filesystems / vfs.rst
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2
3 =========================================
4 Overview of the Linux Virtual File System
5 =========================================
6
7 Original author: Richard Gooch <rgooch@atnf.csiro.au>
8
9 - Copyright (C) 1999 Richard Gooch
10 - Copyright (C) 2005 Pekka Enberg
11
12
13 Introduction
14 ============
15
16 The Virtual File System (also known as the Virtual Filesystem Switch) is
17 the software layer in the kernel that provides the filesystem interface
18 to userspace programs.  It also provides an abstraction within the
19 kernel which allows different filesystem implementations to coexist.
20
21 VFS system calls open(2), stat(2), read(2), write(2), chmod(2) and so on
22 are called from a process context.  Filesystem locking is described in
23 the document Documentation/filesystems/locking.rst.
24
25
26 Directory Entry Cache (dcache)
27 ------------------------------
28
29 The VFS implements the open(2), stat(2), chmod(2), and similar system
30 calls.  The pathname argument that is passed to them is used by the VFS
31 to search through the directory entry cache (also known as the dentry
32 cache or dcache).  This provides a very fast look-up mechanism to
33 translate a pathname (filename) into a specific dentry.  Dentries live
34 in RAM and are never saved to disc: they exist only for performance.
35
36 The dentry cache is meant to be a view into your entire filespace.  As
37 most computers cannot fit all dentries in the RAM at the same time, some
38 bits of the cache are missing.  In order to resolve your pathname into a
39 dentry, the VFS may have to resort to creating dentries along the way,
40 and then loading the inode.  This is done by looking up the inode.
41
42
43 The Inode Object
44 ----------------
45
46 An individual dentry usually has a pointer to an inode.  Inodes are
47 filesystem objects such as regular files, directories, FIFOs and other
48 beasts.  They live either on the disc (for block device filesystems) or
49 in the memory (for pseudo filesystems).  Inodes that live on the disc
50 are copied into the memory when required and changes to the inode are
51 written back to disc.  A single inode can be pointed to by multiple
52 dentries (hard links, for example, do this).
53
54 To look up an inode requires that the VFS calls the lookup() method of
55 the parent directory inode.  This method is installed by the specific
56 filesystem implementation that the inode lives in.  Once the VFS has the
57 required dentry (and hence the inode), we can do all those boring things
58 like open(2) the file, or stat(2) it to peek at the inode data.  The
59 stat(2) operation is fairly simple: once the VFS has the dentry, it
60 peeks at the inode data and passes some of it back to userspace.
61
62
63 The File Object
64 ---------------
65
66 Opening a file requires another operation: allocation of a file
67 structure (this is the kernel-side implementation of file descriptors).
68 The freshly allocated file structure is initialized with a pointer to
69 the dentry and a set of file operation member functions.  These are
70 taken from the inode data.  The open() file method is then called so the
71 specific filesystem implementation can do its work.  You can see that
72 this is another switch performed by the VFS.  The file structure is
73 placed into the file descriptor table for the process.
74
75 Reading, writing and closing files (and other assorted VFS operations)
76 is done by using the userspace file descriptor to grab the appropriate
77 file structure, and then calling the required file structure method to
78 do whatever is required.  For as long as the file is open, it keeps the
79 dentry in use, which in turn means that the VFS inode is still in use.
80
81
82 Registering and Mounting a Filesystem
83 =====================================
84
85 To register and unregister a filesystem, use the following API
86 functions:
87
88 .. code-block:: c
89
90         #include <linux/fs.h>
91
92         extern int register_filesystem(struct file_system_type *);
93         extern int unregister_filesystem(struct file_system_type *);
94
95 The passed struct file_system_type describes your filesystem.  When a
96 request is made to mount a filesystem onto a directory in your
97 namespace, the VFS will call the appropriate mount() method for the
98 specific filesystem.  New vfsmount referring to the tree returned by
99 ->mount() will be attached to the mountpoint, so that when pathname
100 resolution reaches the mountpoint it will jump into the root of that
101 vfsmount.
102
103 You can see all filesystems that are registered to the kernel in the
104 file /proc/filesystems.
105
106
107 struct file_system_type
108 -----------------------
109
110 This describes the filesystem.  As of kernel 2.6.39, the following
111 members are defined:
112
113 .. code-block:: c
114
115         struct file_system_type {
116                 const char *name;
117                 int fs_flags;
118                 struct dentry *(*mount) (struct file_system_type *, int,
119                                          const char *, void *);
120                 void (*kill_sb) (struct super_block *);
121                 struct module *owner;
122                 struct file_system_type * next;
123                 struct list_head fs_supers;
124                 struct lock_class_key s_lock_key;
125                 struct lock_class_key s_umount_key;
126         };
127
128 ``name``
129         the name of the filesystem type, such as "ext2", "iso9660",
130         "msdos" and so on
131
132 ``fs_flags``
133         various flags (i.e. FS_REQUIRES_DEV, FS_NO_DCACHE, etc.)
134
135 ``mount``
136         the method to call when a new instance of this filesystem should
137         be mounted
138
139 ``kill_sb``
140         the method to call when an instance of this filesystem should be
141         shut down
142
143
144 ``owner``
145         for internal VFS use: you should initialize this to THIS_MODULE
146         in most cases.
147
148 ``next``
149         for internal VFS use: you should initialize this to NULL
150
151   s_lock_key, s_umount_key: lockdep-specific
152
153 The mount() method has the following arguments:
154
155 ``struct file_system_type *fs_type``
156         describes the filesystem, partly initialized by the specific
157         filesystem code
158
159 ``int flags``
160         mount flags
161
162 ``const char *dev_name``
163         the device name we are mounting.
164
165 ``void *data``
166         arbitrary mount options, usually comes as an ASCII string (see
167         "Mount Options" section)
168
169 The mount() method must return the root dentry of the tree requested by
170 caller.  An active reference to its superblock must be grabbed and the
171 superblock must be locked.  On failure it should return ERR_PTR(error).
172
173 The arguments match those of mount(2) and their interpretation depends
174 on filesystem type.  E.g. for block filesystems, dev_name is interpreted
175 as block device name, that device is opened and if it contains a
176 suitable filesystem image the method creates and initializes struct
177 super_block accordingly, returning its root dentry to caller.
178
179 ->mount() may choose to return a subtree of existing filesystem - it
180 doesn't have to create a new one.  The main result from the caller's
181 point of view is a reference to dentry at the root of (sub)tree to be
182 attached; creation of new superblock is a common side effect.
183
184 The most interesting member of the superblock structure that the mount()
185 method fills in is the "s_op" field.  This is a pointer to a "struct
186 super_operations" which describes the next level of the filesystem
187 implementation.
188
189 Usually, a filesystem uses one of the generic mount() implementations
190 and provides a fill_super() callback instead.  The generic variants are:
191
192 ``mount_bdev``
193         mount a filesystem residing on a block device
194
195 ``mount_nodev``
196         mount a filesystem that is not backed by a device
197
198 ``mount_single``
199         mount a filesystem which shares the instance between all mounts
200
201 A fill_super() callback implementation has the following arguments:
202
203 ``struct super_block *sb``
204         the superblock structure.  The callback must initialize this
205         properly.
206
207 ``void *data``
208         arbitrary mount options, usually comes as an ASCII string (see
209         "Mount Options" section)
210
211 ``int silent``
212         whether or not to be silent on error
213
214
215 The Superblock Object
216 =====================
217
218 A superblock object represents a mounted filesystem.
219
220
221 struct super_operations
222 -----------------------
223
224 This describes how the VFS can manipulate the superblock of your
225 filesystem.  As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
226
227 .. code-block:: c
228
229         struct super_operations {
230                 struct inode *(*alloc_inode)(struct super_block *sb);
231                 void (*destroy_inode)(struct inode *);
232
233                 void (*dirty_inode) (struct inode *, int flags);
234                 int (*write_inode) (struct inode *, int);
235                 void (*drop_inode) (struct inode *);
236                 void (*delete_inode) (struct inode *);
237                 void (*put_super) (struct super_block *);
238                 int (*sync_fs)(struct super_block *sb, int wait);
239                 int (*freeze_fs) (struct super_block *);
240                 int (*unfreeze_fs) (struct super_block *);
241                 int (*statfs) (struct dentry *, struct kstatfs *);
242                 int (*remount_fs) (struct super_block *, int *, char *);
243                 void (*clear_inode) (struct inode *);
244                 void (*umount_begin) (struct super_block *);
245
246                 int (*show_options)(struct seq_file *, struct dentry *);
247
248                 ssize_t (*quota_read)(struct super_block *, int, char *, size_t, loff_t);
249                 ssize_t (*quota_write)(struct super_block *, int, const char *, size_t, loff_t);
250                 int (*nr_cached_objects)(struct super_block *);
251                 void (*free_cached_objects)(struct super_block *, int);
252         };
253
254 All methods are called without any locks being held, unless otherwise
255 noted.  This means that most methods can block safely.  All methods are
256 only called from a process context (i.e. not from an interrupt handler
257 or bottom half).
258
259 ``alloc_inode``
260         this method is called by alloc_inode() to allocate memory for
261         struct inode and initialize it.  If this function is not
262         defined, a simple 'struct inode' is allocated.  Normally
263         alloc_inode will be used to allocate a larger structure which
264         contains a 'struct inode' embedded within it.
265
266 ``destroy_inode``
267         this method is called by destroy_inode() to release resources
268         allocated for struct inode.  It is only required if
269         ->alloc_inode was defined and simply undoes anything done by
270         ->alloc_inode.
271
272 ``dirty_inode``
273         this method is called by the VFS when an inode is marked dirty.
274         This is specifically for the inode itself being marked dirty,
275         not its data.  If the update needs to be persisted by fdatasync(),
276         then I_DIRTY_DATASYNC will be set in the flags argument.
277         I_DIRTY_TIME will be set in the flags in case lazytime is enabled
278         and struct inode has times updated since the last ->dirty_inode
279         call.
280
281 ``write_inode``
282         this method is called when the VFS needs to write an inode to
283         disc.  The second parameter indicates whether the write should
284         be synchronous or not, not all filesystems check this flag.
285
286 ``drop_inode``
287         called when the last access to the inode is dropped, with the
288         inode->i_lock spinlock held.
289
290         This method should be either NULL (normal UNIX filesystem
291         semantics) or "generic_delete_inode" (for filesystems that do
292         not want to cache inodes - causing "delete_inode" to always be
293         called regardless of the value of i_nlink)
294
295         The "generic_delete_inode()" behavior is equivalent to the old
296         practice of using "force_delete" in the put_inode() case, but
297         does not have the races that the "force_delete()" approach had.
298
299 ``delete_inode``
300         called when the VFS wants to delete an inode
301
302 ``put_super``
303         called when the VFS wishes to free the superblock
304         (i.e. unmount).  This is called with the superblock lock held
305
306 ``sync_fs``
307         called when VFS is writing out all dirty data associated with a
308         superblock.  The second parameter indicates whether the method
309         should wait until the write out has been completed.  Optional.
310
311 ``freeze_fs``
312         called when VFS is locking a filesystem and forcing it into a
313         consistent state.  This method is currently used by the Logical
314         Volume Manager (LVM).
315
316 ``unfreeze_fs``
317         called when VFS is unlocking a filesystem and making it writable
318         again.
319
320 ``statfs``
321         called when the VFS needs to get filesystem statistics.
322
323 ``remount_fs``
324         called when the filesystem is remounted.  This is called with
325         the kernel lock held
326
327 ``clear_inode``
328         called then the VFS clears the inode.  Optional
329
330 ``umount_begin``
331         called when the VFS is unmounting a filesystem.
332
333 ``show_options``
334         called by the VFS to show mount options for /proc/<pid>/mounts.
335         (see "Mount Options" section)
336
337 ``quota_read``
338         called by the VFS to read from filesystem quota file.
339
340 ``quota_write``
341         called by the VFS to write to filesystem quota file.
342
343 ``nr_cached_objects``
344         called by the sb cache shrinking function for the filesystem to
345         return the number of freeable cached objects it contains.
346         Optional.
347
348 ``free_cache_objects``
349         called by the sb cache shrinking function for the filesystem to
350         scan the number of objects indicated to try to free them.
351         Optional, but any filesystem implementing this method needs to
352         also implement ->nr_cached_objects for it to be called
353         correctly.
354
355         We can't do anything with any errors that the filesystem might
356         encountered, hence the void return type.  This will never be
357         called if the VM is trying to reclaim under GFP_NOFS conditions,
358         hence this method does not need to handle that situation itself.
359
360         Implementations must include conditional reschedule calls inside
361         any scanning loop that is done.  This allows the VFS to
362         determine appropriate scan batch sizes without having to worry
363         about whether implementations will cause holdoff problems due to
364         large scan batch sizes.
365
366 Whoever sets up the inode is responsible for filling in the "i_op"
367 field.  This is a pointer to a "struct inode_operations" which describes
368 the methods that can be performed on individual inodes.
369
370
371 struct xattr_handlers
372 ---------------------
373
374 On filesystems that support extended attributes (xattrs), the s_xattr
375 superblock field points to a NULL-terminated array of xattr handlers.
376 Extended attributes are name:value pairs.
377
378 ``name``
379         Indicates that the handler matches attributes with the specified
380         name (such as "system.posix_acl_access"); the prefix field must
381         be NULL.
382
383 ``prefix``
384         Indicates that the handler matches all attributes with the
385         specified name prefix (such as "user."); the name field must be
386         NULL.
387
388 ``list``
389         Determine if attributes matching this xattr handler should be
390         listed for a particular dentry.  Used by some listxattr
391         implementations like generic_listxattr.
392
393 ``get``
394         Called by the VFS to get the value of a particular extended
395         attribute.  This method is called by the getxattr(2) system
396         call.
397
398 ``set``
399         Called by the VFS to set the value of a particular extended
400         attribute.  When the new value is NULL, called to remove a
401         particular extended attribute.  This method is called by the
402         setxattr(2) and removexattr(2) system calls.
403
404 When none of the xattr handlers of a filesystem match the specified
405 attribute name or when a filesystem doesn't support extended attributes,
406 the various ``*xattr(2)`` system calls return -EOPNOTSUPP.
407
408
409 The Inode Object
410 ================
411
412 An inode object represents an object within the filesystem.
413
414
415 struct inode_operations
416 -----------------------
417
418 This describes how the VFS can manipulate an inode in your filesystem.
419 As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
420
421 .. code-block:: c
422
423         struct inode_operations {
424                 int (*create) (struct mnt_idmap *, struct inode *,struct dentry *, umode_t, bool);
425                 struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, unsigned int);
426                 int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);
427                 int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);
428                 int (*symlink) (struct mnt_idmap *, struct inode *,struct dentry *,const char *);
429                 int (*mkdir) (struct mnt_idmap *, struct inode *,struct dentry *,umode_t);
430                 int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);
431                 int (*mknod) (struct mnt_idmap *, struct inode *,struct dentry *,umode_t,dev_t);
432                 int (*rename) (struct mnt_idmap *, struct inode *, struct dentry *,
433                                struct inode *, struct dentry *, unsigned int);
434                 int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);
435                 const char *(*get_link) (struct dentry *, struct inode *,
436                                          struct delayed_call *);
437                 int (*permission) (struct mnt_idmap *, struct inode *, int);
438                 struct posix_acl * (*get_inode_acl)(struct inode *, int, bool);
439                 int (*setattr) (struct mnt_idmap *, struct dentry *, struct iattr *);
440                 int (*getattr) (struct mnt_idmap *, const struct path *, struct kstat *, u32, unsigned int);
441                 ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
442                 void (*update_time)(struct inode *, struct timespec *, int);
443                 int (*atomic_open)(struct inode *, struct dentry *, struct file *,
444                                    unsigned open_flag, umode_t create_mode);
445                 int (*tmpfile) (struct mnt_idmap *, struct inode *, struct file *, umode_t);
446                 struct posix_acl * (*get_acl)(struct mnt_idmap *, struct dentry *, int);
447                 int (*set_acl)(struct mnt_idmap *, struct dentry *, struct posix_acl *, int);
448                 int (*fileattr_set)(struct mnt_idmap *idmap,
449                                     struct dentry *dentry, struct fileattr *fa);
450                 int (*fileattr_get)(struct dentry *dentry, struct fileattr *fa);
451         };
452
453 Again, all methods are called without any locks being held, unless
454 otherwise noted.
455
456 ``create``
457         called by the open(2) and creat(2) system calls.  Only required
458         if you want to support regular files.  The dentry you get should
459         not have an inode (i.e. it should be a negative dentry).  Here
460         you will probably call d_instantiate() with the dentry and the
461         newly created inode
462
463 ``lookup``
464         called when the VFS needs to look up an inode in a parent
465         directory.  The name to look for is found in the dentry.  This
466         method must call d_add() to insert the found inode into the
467         dentry.  The "i_count" field in the inode structure should be
468         incremented.  If the named inode does not exist a NULL inode
469         should be inserted into the dentry (this is called a negative
470         dentry).  Returning an error code from this routine must only be
471         done on a real error, otherwise creating inodes with system
472         calls like create(2), mknod(2), mkdir(2) and so on will fail.
473         If you wish to overload the dentry methods then you should
474         initialise the "d_dop" field in the dentry; this is a pointer to
475         a struct "dentry_operations".  This method is called with the
476         directory inode semaphore held
477
478 ``link``
479         called by the link(2) system call.  Only required if you want to
480         support hard links.  You will probably need to call
481         d_instantiate() just as you would in the create() method
482
483 ``unlink``
484         called by the unlink(2) system call.  Only required if you want
485         to support deleting inodes
486
487 ``symlink``
488         called by the symlink(2) system call.  Only required if you want
489         to support symlinks.  You will probably need to call
490         d_instantiate() just as you would in the create() method
491
492 ``mkdir``
493         called by the mkdir(2) system call.  Only required if you want
494         to support creating subdirectories.  You will probably need to
495         call d_instantiate() just as you would in the create() method
496
497 ``rmdir``
498         called by the rmdir(2) system call.  Only required if you want
499         to support deleting subdirectories
500
501 ``mknod``
502         called by the mknod(2) system call to create a device (char,
503         block) inode or a named pipe (FIFO) or socket.  Only required if
504         you want to support creating these types of inodes.  You will
505         probably need to call d_instantiate() just as you would in the
506         create() method
507
508 ``rename``
509         called by the rename(2) system call to rename the object to have
510         the parent and name given by the second inode and dentry.
511
512         The filesystem must return -EINVAL for any unsupported or
513         unknown flags.  Currently the following flags are implemented:
514         (1) RENAME_NOREPLACE: this flag indicates that if the target of
515         the rename exists the rename should fail with -EEXIST instead of
516         replacing the target.  The VFS already checks for existence, so
517         for local filesystems the RENAME_NOREPLACE implementation is
518         equivalent to plain rename.
519         (2) RENAME_EXCHANGE: exchange source and target.  Both must
520         exist; this is checked by the VFS.  Unlike plain rename, source
521         and target may be of different type.
522
523 ``get_link``
524         called by the VFS to follow a symbolic link to the inode it
525         points to.  Only required if you want to support symbolic links.
526         This method returns the symlink body to traverse (and possibly
527         resets the current position with nd_jump_link()).  If the body
528         won't go away until the inode is gone, nothing else is needed;
529         if it needs to be otherwise pinned, arrange for its release by
530         having get_link(..., ..., done) do set_delayed_call(done,
531         destructor, argument).  In that case destructor(argument) will
532         be called once VFS is done with the body you've returned.  May
533         be called in RCU mode; that is indicated by NULL dentry
534         argument.  If request can't be handled without leaving RCU mode,
535         have it return ERR_PTR(-ECHILD).
536
537         If the filesystem stores the symlink target in ->i_link, the
538         VFS may use it directly without calling ->get_link(); however,
539         ->get_link() must still be provided.  ->i_link must not be
540         freed until after an RCU grace period.  Writing to ->i_link
541         post-iget() time requires a 'release' memory barrier.
542
543 ``readlink``
544         this is now just an override for use by readlink(2) for the
545         cases when ->get_link uses nd_jump_link() or object is not in
546         fact a symlink.  Normally filesystems should only implement
547         ->get_link for symlinks and readlink(2) will automatically use
548         that.
549
550 ``permission``
551         called by the VFS to check for access rights on a POSIX-like
552         filesystem.
553
554         May be called in rcu-walk mode (mask & MAY_NOT_BLOCK).  If in
555         rcu-walk mode, the filesystem must check the permission without
556         blocking or storing to the inode.
557
558         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle,
559         return
560         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
561
562 ``setattr``
563         called by the VFS to set attributes for a file.  This method is
564         called by chmod(2) and related system calls.
565
566 ``getattr``
567         called by the VFS to get attributes of a file.  This method is
568         called by stat(2) and related system calls.
569
570 ``listxattr``
571         called by the VFS to list all extended attributes for a given
572         file.  This method is called by the listxattr(2) system call.
573
574 ``update_time``
575         called by the VFS to update a specific time or the i_version of
576         an inode.  If this is not defined the VFS will update the inode
577         itself and call mark_inode_dirty_sync.
578
579 ``atomic_open``
580         called on the last component of an open.  Using this optional
581         method the filesystem can look up, possibly create and open the
582         file in one atomic operation.  If it wants to leave actual
583         opening to the caller (e.g. if the file turned out to be a
584         symlink, device, or just something filesystem won't do atomic
585         open for), it may signal this by returning finish_no_open(file,
586         dentry).  This method is only called if the last component is
587         negative or needs lookup.  Cached positive dentries are still
588         handled by f_op->open().  If the file was created, FMODE_CREATED
589         flag should be set in file->f_mode.  In case of O_EXCL the
590         method must only succeed if the file didn't exist and hence
591         FMODE_CREATED shall always be set on success.
592
593 ``tmpfile``
594         called in the end of O_TMPFILE open().  Optional, equivalent to
595         atomically creating, opening and unlinking a file in given
596         directory.  On success needs to return with the file already
597         open; this can be done by calling finish_open_simple() right at
598         the end.
599
600 ``fileattr_get``
601         called on ioctl(FS_IOC_GETFLAGS) and ioctl(FS_IOC_FSGETXATTR) to
602         retrieve miscellaneous file flags and attributes.  Also called
603         before the relevant SET operation to check what is being changed
604         (in this case with i_rwsem locked exclusive).  If unset, then
605         fall back to f_op->ioctl().
606
607 ``fileattr_set``
608         called on ioctl(FS_IOC_SETFLAGS) and ioctl(FS_IOC_FSSETXATTR) to
609         change miscellaneous file flags and attributes.  Callers hold
610         i_rwsem exclusive.  If unset, then fall back to f_op->ioctl().
611
612
613 The Address Space Object
614 ========================
615
616 The address space object is used to group and manage pages in the page
617 cache.  It can be used to keep track of the pages in a file (or anything
618 else) and also track the mapping of sections of the file into process
619 address spaces.
620
621 There are a number of distinct yet related services that an
622 address-space can provide.  These include communicating memory pressure,
623 page lookup by address, and keeping track of pages tagged as Dirty or
624 Writeback.
625
626 The first can be used independently to the others.  The VM can try to
627 either write dirty pages in order to clean them, or release clean pages
628 in order to reuse them.  To do this it can call the ->writepage method
629 on dirty pages, and ->release_folio on clean folios with the private
630 flag set.  Clean pages without PagePrivate and with no external references
631 will be released without notice being given to the address_space.
632
633 To achieve this functionality, pages need to be placed on an LRU with
634 lru_cache_add and mark_page_active needs to be called whenever the page
635 is used.
636
637 Pages are normally kept in a radix tree index by ->index.  This tree
638 maintains information about the PG_Dirty and PG_Writeback status of each
639 page, so that pages with either of these flags can be found quickly.
640
641 The Dirty tag is primarily used by mpage_writepages - the default
642 ->writepages method.  It uses the tag to find dirty pages to call
643 ->writepage on.  If mpage_writepages is not used (i.e. the address
644 provides its own ->writepages) , the PAGECACHE_TAG_DIRTY tag is almost
645 unused.  write_inode_now and sync_inode do use it (through
646 __sync_single_inode) to check if ->writepages has been successful in
647 writing out the whole address_space.
648
649 The Writeback tag is used by filemap*wait* and sync_page* functions, via
650 filemap_fdatawait_range, to wait for all writeback to complete.
651
652 An address_space handler may attach extra information to a page,
653 typically using the 'private' field in the 'struct page'.  If such
654 information is attached, the PG_Private flag should be set.  This will
655 cause various VM routines to make extra calls into the address_space
656 handler to deal with that data.
657
658 An address space acts as an intermediate between storage and
659 application.  Data is read into the address space a whole page at a
660 time, and provided to the application either by copying of the page, or
661 by memory-mapping the page.  Data is written into the address space by
662 the application, and then written-back to storage typically in whole
663 pages, however the address_space has finer control of write sizes.
664
665 The read process essentially only requires 'read_folio'.  The write
666 process is more complicated and uses write_begin/write_end or
667 dirty_folio to write data into the address_space, and writepage and
668 writepages to writeback data to storage.
669
670 Adding and removing pages to/from an address_space is protected by the
671 inode's i_mutex.
672
673 When data is written to a page, the PG_Dirty flag should be set.  It
674 typically remains set until writepage asks for it to be written.  This
675 should clear PG_Dirty and set PG_Writeback.  It can be actually written
676 at any point after PG_Dirty is clear.  Once it is known to be safe,
677 PG_Writeback is cleared.
678
679 Writeback makes use of a writeback_control structure to direct the
680 operations.  This gives the writepage and writepages operations some
681 information about the nature of and reason for the writeback request,
682 and the constraints under which it is being done.  It is also used to
683 return information back to the caller about the result of a writepage or
684 writepages request.
685
686
687 Handling errors during writeback
688 --------------------------------
689
690 Most applications that do buffered I/O will periodically call a file
691 synchronization call (fsync, fdatasync, msync or sync_file_range) to
692 ensure that data written has made it to the backing store.  When there
693 is an error during writeback, they expect that error to be reported when
694 a file sync request is made.  After an error has been reported on one
695 request, subsequent requests on the same file descriptor should return
696 0, unless further writeback errors have occurred since the previous file
697 syncronization.
698
699 Ideally, the kernel would report errors only on file descriptions on
700 which writes were done that subsequently failed to be written back.  The
701 generic pagecache infrastructure does not track the file descriptions
702 that have dirtied each individual page however, so determining which
703 file descriptors should get back an error is not possible.
704
705 Instead, the generic writeback error tracking infrastructure in the
706 kernel settles for reporting errors to fsync on all file descriptions
707 that were open at the time that the error occurred.  In a situation with
708 multiple writers, all of them will get back an error on a subsequent
709 fsync, even if all of the writes done through that particular file
710 descriptor succeeded (or even if there were no writes on that file
711 descriptor at all).
712
713 Filesystems that wish to use this infrastructure should call
714 mapping_set_error to record the error in the address_space when it
715 occurs.  Then, after writing back data from the pagecache in their
716 file->fsync operation, they should call file_check_and_advance_wb_err to
717 ensure that the struct file's error cursor has advanced to the correct
718 point in the stream of errors emitted by the backing device(s).
719
720
721 struct address_space_operations
722 -------------------------------
723
724 This describes how the VFS can manipulate mapping of a file to page
725 cache in your filesystem.  The following members are defined:
726
727 .. code-block:: c
728
729         struct address_space_operations {
730                 int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc);
731                 int (*read_folio)(struct file *, struct folio *);
732                 int (*writepages)(struct address_space *, struct writeback_control *);
733                 bool (*dirty_folio)(struct address_space *, struct folio *);
734                 void (*readahead)(struct readahead_control *);
735                 int (*write_begin)(struct file *, struct address_space *mapping,
736                                    loff_t pos, unsigned len,
737                                 struct page **pagep, void **fsdata);
738                 int (*write_end)(struct file *, struct address_space *mapping,
739                                  loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
740                                  struct page *page, void *fsdata);
741                 sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
742                 void (*invalidate_folio) (struct folio *, size_t start, size_t len);
743                 bool (*release_folio)(struct folio *, gfp_t);
744                 void (*free_folio)(struct folio *);
745                 ssize_t (*direct_IO)(struct kiocb *, struct iov_iter *iter);
746                 int (*migrate_folio)(struct mapping *, struct folio *dst,
747                                 struct folio *src, enum migrate_mode);
748                 int (*launder_folio) (struct folio *);
749
750                 bool (*is_partially_uptodate) (struct folio *, size_t from,
751                                                size_t count);
752                 void (*is_dirty_writeback)(struct folio *, bool *, bool *);
753                 int (*error_remove_page) (struct mapping *mapping, struct page *page);
754                 int (*swap_activate)(struct swap_info_struct *sis, struct file *f, sector_t *span)
755                 int (*swap_deactivate)(struct file *);
756                 int (*swap_rw)(struct kiocb *iocb, struct iov_iter *iter);
757         };
758
759 ``writepage``
760         called by the VM to write a dirty page to backing store.  This
761         may happen for data integrity reasons (i.e. 'sync'), or to free
762         up memory (flush).  The difference can be seen in
763         wbc->sync_mode.  The PG_Dirty flag has been cleared and
764         PageLocked is true.  writepage should start writeout, should set
765         PG_Writeback, and should make sure the page is unlocked, either
766         synchronously or asynchronously when the write operation
767         completes.
768
769         If wbc->sync_mode is WB_SYNC_NONE, ->writepage doesn't have to
770         try too hard if there are problems, and may choose to write out
771         other pages from the mapping if that is easier (e.g. due to
772         internal dependencies).  If it chooses not to start writeout, it
773         should return AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE so that the VM will not
774         keep calling ->writepage on that page.
775
776         See the file "Locking" for more details.
777
778 ``read_folio``
779         Called by the page cache to read a folio from the backing store.
780         The 'file' argument supplies authentication information to network
781         filesystems, and is generally not used by block based filesystems.
782         It may be NULL if the caller does not have an open file (eg if
783         the kernel is performing a read for itself rather than on behalf
784         of a userspace process with an open file).
785
786         If the mapping does not support large folios, the folio will
787         contain a single page.  The folio will be locked when read_folio
788         is called.  If the read completes successfully, the folio should
789         be marked uptodate.  The filesystem should unlock the folio
790         once the read has completed, whether it was successful or not.
791         The filesystem does not need to modify the refcount on the folio;
792         the page cache holds a reference count and that will not be
793         released until the folio is unlocked.
794
795         Filesystems may implement ->read_folio() synchronously.
796         In normal operation, folios are read through the ->readahead()
797         method.  Only if this fails, or if the caller needs to wait for
798         the read to complete will the page cache call ->read_folio().
799         Filesystems should not attempt to perform their own readahead
800         in the ->read_folio() operation.
801
802         If the filesystem cannot perform the read at this time, it can
803         unlock the folio, do whatever action it needs to ensure that the
804         read will succeed in the future and return AOP_TRUNCATED_PAGE.
805         In this case, the caller should look up the folio, lock it,
806         and call ->read_folio again.
807
808         Callers may invoke the ->read_folio() method directly, but using
809         read_mapping_folio() will take care of locking, waiting for the
810         read to complete and handle cases such as AOP_TRUNCATED_PAGE.
811
812 ``writepages``
813         called by the VM to write out pages associated with the
814         address_space object.  If wbc->sync_mode is WB_SYNC_ALL, then
815         the writeback_control will specify a range of pages that must be
816         written out.  If it is WB_SYNC_NONE, then a nr_to_write is
817         given and that many pages should be written if possible.  If no
818         ->writepages is given, then mpage_writepages is used instead.
819         This will choose pages from the address space that are tagged as
820         DIRTY and will pass them to ->writepage.
821
822 ``dirty_folio``
823         called by the VM to mark a folio as dirty.  This is particularly
824         needed if an address space attaches private data to a folio, and
825         that data needs to be updated when a folio is dirtied.  This is
826         called, for example, when a memory mapped page gets modified.
827         If defined, it should set the folio dirty flag, and the
828         PAGECACHE_TAG_DIRTY search mark in i_pages.
829
830 ``readahead``
831         Called by the VM to read pages associated with the address_space
832         object.  The pages are consecutive in the page cache and are
833         locked.  The implementation should decrement the page refcount
834         after starting I/O on each page.  Usually the page will be
835         unlocked by the I/O completion handler.  The set of pages are
836         divided into some sync pages followed by some async pages,
837         rac->ra->async_size gives the number of async pages.  The
838         filesystem should attempt to read all sync pages but may decide
839         to stop once it reaches the async pages.  If it does decide to
840         stop attempting I/O, it can simply return.  The caller will
841         remove the remaining pages from the address space, unlock them
842         and decrement the page refcount.  Set PageUptodate if the I/O
843         completes successfully.  Setting PageError on any page will be
844         ignored; simply unlock the page if an I/O error occurs.
845
846 ``write_begin``
847         Called by the generic buffered write code to ask the filesystem
848         to prepare to write len bytes at the given offset in the file.
849         The address_space should check that the write will be able to
850         complete, by allocating space if necessary and doing any other
851         internal housekeeping.  If the write will update parts of any
852         basic-blocks on storage, then those blocks should be pre-read
853         (if they haven't been read already) so that the updated blocks
854         can be written out properly.
855
856         The filesystem must return the locked pagecache page for the
857         specified offset, in ``*pagep``, for the caller to write into.
858
859         It must be able to cope with short writes (where the length
860         passed to write_begin is greater than the number of bytes copied
861         into the page).
862
863         A void * may be returned in fsdata, which then gets passed into
864         write_end.
865
866         Returns 0 on success; < 0 on failure (which is the error code),
867         in which case write_end is not called.
868
869 ``write_end``
870         After a successful write_begin, and data copy, write_end must be
871         called.  len is the original len passed to write_begin, and
872         copied is the amount that was able to be copied.
873
874         The filesystem must take care of unlocking the page and
875         releasing it refcount, and updating i_size.
876
877         Returns < 0 on failure, otherwise the number of bytes (<=
878         'copied') that were able to be copied into pagecache.
879
880 ``bmap``
881         called by the VFS to map a logical block offset within object to
882         physical block number.  This method is used by the FIBMAP ioctl
883         and for working with swap-files.  To be able to swap to a file,
884         the file must have a stable mapping to a block device.  The swap
885         system does not go through the filesystem but instead uses bmap
886         to find out where the blocks in the file are and uses those
887         addresses directly.
888
889 ``invalidate_folio``
890         If a folio has private data, then invalidate_folio will be
891         called when part or all of the folio is to be removed from the
892         address space.  This generally corresponds to either a
893         truncation, punch hole or a complete invalidation of the address
894         space (in the latter case 'offset' will always be 0 and 'length'
895         will be folio_size()).  Any private data associated with the folio
896         should be updated to reflect this truncation.  If offset is 0
897         and length is folio_size(), then the private data should be
898         released, because the folio must be able to be completely
899         discarded.  This may be done by calling the ->release_folio
900         function, but in this case the release MUST succeed.
901
902 ``release_folio``
903         release_folio is called on folios with private data to tell the
904         filesystem that the folio is about to be freed.  ->release_folio
905         should remove any private data from the folio and clear the
906         private flag.  If release_folio() fails, it should return false.
907         release_folio() is used in two distinct though related cases.
908         The first is when the VM wants to free a clean folio with no
909         active users.  If ->release_folio succeeds, the folio will be
910         removed from the address_space and be freed.
911
912         The second case is when a request has been made to invalidate
913         some or all folios in an address_space.  This can happen
914         through the fadvise(POSIX_FADV_DONTNEED) system call or by the
915         filesystem explicitly requesting it as nfs and 9p do (when they
916         believe the cache may be out of date with storage) by calling
917         invalidate_inode_pages2().  If the filesystem makes such a call,
918         and needs to be certain that all folios are invalidated, then
919         its release_folio will need to ensure this.  Possibly it can
920         clear the uptodate flag if it cannot free private data yet.
921
922 ``free_folio``
923         free_folio is called once the folio is no longer visible in the
924         page cache in order to allow the cleanup of any private data.
925         Since it may be called by the memory reclaimer, it should not
926         assume that the original address_space mapping still exists, and
927         it should not block.
928
929 ``direct_IO``
930         called by the generic read/write routines to perform direct_IO -
931         that is IO requests which bypass the page cache and transfer
932         data directly between the storage and the application's address
933         space.
934
935 ``migrate_folio``
936         This is used to compact the physical memory usage.  If the VM
937         wants to relocate a folio (maybe from a memory device that is
938         signalling imminent failure) it will pass a new folio and an old
939         folio to this function.  migrate_folio should transfer any private
940         data across and update any references that it has to the folio.
941
942 ``launder_folio``
943         Called before freeing a folio - it writes back the dirty folio.
944         To prevent redirtying the folio, it is kept locked during the
945         whole operation.
946
947 ``is_partially_uptodate``
948         Called by the VM when reading a file through the pagecache when
949         the underlying blocksize is smaller than the size of the folio.
950         If the required block is up to date then the read can complete
951         without needing I/O to bring the whole page up to date.
952
953 ``is_dirty_writeback``
954         Called by the VM when attempting to reclaim a folio.  The VM uses
955         dirty and writeback information to determine if it needs to
956         stall to allow flushers a chance to complete some IO.
957         Ordinarily it can use folio_test_dirty and folio_test_writeback but
958         some filesystems have more complex state (unstable folios in NFS
959         prevent reclaim) or do not set those flags due to locking
960         problems.  This callback allows a filesystem to indicate to the
961         VM if a folio should be treated as dirty or writeback for the
962         purposes of stalling.
963
964 ``error_remove_page``
965         normally set to generic_error_remove_page if truncation is ok
966         for this address space.  Used for memory failure handling.
967         Setting this implies you deal with pages going away under you,
968         unless you have them locked or reference counts increased.
969
970 ``swap_activate``
971
972         Called to prepare the given file for swap.  It should perform
973         any validation and preparation necessary to ensure that writes
974         can be performed with minimal memory allocation.  It should call
975         add_swap_extent(), or the helper iomap_swapfile_activate(), and
976         return the number of extents added.  If IO should be submitted
977         through ->swap_rw(), it should set SWP_FS_OPS, otherwise IO will
978         be submitted directly to the block device ``sis->bdev``.
979
980 ``swap_deactivate``
981         Called during swapoff on files where swap_activate was
982         successful.
983
984 ``swap_rw``
985         Called to read or write swap pages when SWP_FS_OPS is set.
986
987 The File Object
988 ===============
989
990 A file object represents a file opened by a process.  This is also known
991 as an "open file description" in POSIX parlance.
992
993
994 struct file_operations
995 ----------------------
996
997 This describes how the VFS can manipulate an open file.  As of kernel
998 4.18, the following members are defined:
999
1000 .. code-block:: c
1001
1002         struct file_operations {
1003                 struct module *owner;
1004                 loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
1005                 ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
1006                 ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
1007                 ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
1008                 ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
1009                 int (*iopoll)(struct kiocb *kiocb, bool spin);
1010                 int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
1011                 int (*iterate_shared) (struct file *, struct dir_context *);
1012                 __poll_t (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
1013                 long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
1014                 long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
1015                 int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
1016                 int (*open) (struct inode *, struct file *);
1017                 int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
1018                 int (*release) (struct inode *, struct file *);
1019                 int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
1020                 int (*fasync) (int, struct file *, int);
1021                 int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
1022                 ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
1023                 unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
1024                 int (*check_flags)(int);
1025                 int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
1026                 ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
1027                 ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
1028                 int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **, void **);
1029                 long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,
1030                                   loff_t len);
1031                 void (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f);
1032         #ifndef CONFIG_MMU
1033                 unsigned (*mmap_capabilities)(struct file *);
1034         #endif
1035                 ssize_t (*copy_file_range)(struct file *, loff_t, struct file *, loff_t, size_t, unsigned int);
1036                 loff_t (*remap_file_range)(struct file *file_in, loff_t pos_in,
1037                                            struct file *file_out, loff_t pos_out,
1038                                            loff_t len, unsigned int remap_flags);
1039                 int (*fadvise)(struct file *, loff_t, loff_t, int);
1040         };
1041
1042 Again, all methods are called without any locks being held, unless
1043 otherwise noted.
1044
1045 ``llseek``
1046         called when the VFS needs to move the file position index
1047
1048 ``read``
1049         called by read(2) and related system calls
1050
1051 ``read_iter``
1052         possibly asynchronous read with iov_iter as destination
1053
1054 ``write``
1055         called by write(2) and related system calls
1056
1057 ``write_iter``
1058         possibly asynchronous write with iov_iter as source
1059
1060 ``iopoll``
1061         called when aio wants to poll for completions on HIPRI iocbs
1062
1063 ``iterate``
1064         called when the VFS needs to read the directory contents
1065
1066 ``iterate_shared``
1067         called when the VFS needs to read the directory contents when
1068         filesystem supports concurrent dir iterators
1069
1070 ``poll``
1071         called by the VFS when a process wants to check if there is
1072         activity on this file and (optionally) go to sleep until there
1073         is activity.  Called by the select(2) and poll(2) system calls
1074
1075 ``unlocked_ioctl``
1076         called by the ioctl(2) system call.
1077
1078 ``compat_ioctl``
1079         called by the ioctl(2) system call when 32 bit system calls are
1080          used on 64 bit kernels.
1081
1082 ``mmap``
1083         called by the mmap(2) system call
1084
1085 ``open``
1086         called by the VFS when an inode should be opened.  When the VFS
1087         opens a file, it creates a new "struct file".  It then calls the
1088         open method for the newly allocated file structure.  You might
1089         think that the open method really belongs in "struct
1090         inode_operations", and you may be right.  I think it's done the
1091         way it is because it makes filesystems simpler to implement.
1092         The open() method is a good place to initialize the
1093         "private_data" member in the file structure if you want to point
1094         to a device structure
1095
1096 ``flush``
1097         called by the close(2) system call to flush a file
1098
1099 ``release``
1100         called when the last reference to an open file is closed
1101
1102 ``fsync``
1103         called by the fsync(2) system call.  Also see the section above
1104         entitled "Handling errors during writeback".
1105
1106 ``fasync``
1107         called by the fcntl(2) system call when asynchronous
1108         (non-blocking) mode is enabled for a file
1109
1110 ``lock``
1111         called by the fcntl(2) system call for F_GETLK, F_SETLK, and
1112         F_SETLKW commands
1113
1114 ``get_unmapped_area``
1115         called by the mmap(2) system call
1116
1117 ``check_flags``
1118         called by the fcntl(2) system call for F_SETFL command
1119
1120 ``flock``
1121         called by the flock(2) system call
1122
1123 ``splice_write``
1124         called by the VFS to splice data from a pipe to a file.  This
1125         method is used by the splice(2) system call
1126
1127 ``splice_read``
1128         called by the VFS to splice data from file to a pipe.  This
1129         method is used by the splice(2) system call
1130
1131 ``setlease``
1132         called by the VFS to set or release a file lock lease.  setlease
1133         implementations should call generic_setlease to record or remove
1134         the lease in the inode after setting it.
1135
1136 ``fallocate``
1137         called by the VFS to preallocate blocks or punch a hole.
1138
1139 ``copy_file_range``
1140         called by the copy_file_range(2) system call.
1141
1142 ``remap_file_range``
1143         called by the ioctl(2) system call for FICLONERANGE and FICLONE
1144         and FIDEDUPERANGE commands to remap file ranges.  An
1145         implementation should remap len bytes at pos_in of the source
1146         file into the dest file at pos_out.  Implementations must handle
1147         callers passing in len == 0; this means "remap to the end of the
1148         source file".  The return value should the number of bytes
1149         remapped, or the usual negative error code if errors occurred
1150         before any bytes were remapped.  The remap_flags parameter
1151         accepts REMAP_FILE_* flags.  If REMAP_FILE_DEDUP is set then the
1152         implementation must only remap if the requested file ranges have
1153         identical contents.  If REMAP_FILE_CAN_SHORTEN is set, the caller is
1154         ok with the implementation shortening the request length to
1155         satisfy alignment or EOF requirements (or any other reason).
1156
1157 ``fadvise``
1158         possibly called by the fadvise64() system call.
1159
1160 Note that the file operations are implemented by the specific
1161 filesystem in which the inode resides.  When opening a device node
1162 (character or block special) most filesystems will call special
1163 support routines in the VFS which will locate the required device
1164 driver information.  These support routines replace the filesystem file
1165 operations with those for the device driver, and then proceed to call
1166 the new open() method for the file.  This is how opening a device file
1167 in the filesystem eventually ends up calling the device driver open()
1168 method.
1169
1170
1171 Directory Entry Cache (dcache)
1172 ==============================
1173
1174
1175 struct dentry_operations
1176 ------------------------
1177
1178 This describes how a filesystem can overload the standard dentry
1179 operations.  Dentries and the dcache are the domain of the VFS and the
1180 individual filesystem implementations.  Device drivers have no business
1181 here.  These methods may be set to NULL, as they are either optional or
1182 the VFS uses a default.  As of kernel 2.6.22, the following members are
1183 defined:
1184
1185 .. code-block:: c
1186
1187         struct dentry_operations {
1188                 int (*d_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
1189                 int (*d_weak_revalidate)(struct dentry *, unsigned int);
1190                 int (*d_hash)(const struct dentry *, struct qstr *);
1191                 int (*d_compare)(const struct dentry *,
1192                                  unsigned int, const char *, const struct qstr *);
1193                 int (*d_delete)(const struct dentry *);
1194                 int (*d_init)(struct dentry *);
1195                 void (*d_release)(struct dentry *);
1196                 void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
1197                 char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
1198                 struct vfsmount *(*d_automount)(struct path *);
1199                 int (*d_manage)(const struct path *, bool);
1200                 struct dentry *(*d_real)(struct dentry *, const struct inode *);
1201         };
1202
1203 ``d_revalidate``
1204         called when the VFS needs to revalidate a dentry.  This is
1205         called whenever a name look-up finds a dentry in the dcache.
1206         Most local filesystems leave this as NULL, because all their
1207         dentries in the dcache are valid.  Network filesystems are
1208         different since things can change on the server without the
1209         client necessarily being aware of it.
1210
1211         This function should return a positive value if the dentry is
1212         still valid, and zero or a negative error code if it isn't.
1213
1214         d_revalidate may be called in rcu-walk mode (flags &
1215         LOOKUP_RCU).  If in rcu-walk mode, the filesystem must
1216         revalidate the dentry without blocking or storing to the dentry,
1217         d_parent and d_inode should not be used without care (because
1218         they can change and, in d_inode case, even become NULL under
1219         us).
1220
1221         If a situation is encountered that rcu-walk cannot handle,
1222         return
1223         -ECHILD and it will be called again in ref-walk mode.
1224
1225 ``_weak_revalidate``
1226         called when the VFS needs to revalidate a "jumped" dentry.  This
1227         is called when a path-walk ends at dentry that was not acquired
1228         by doing a lookup in the parent directory.  This includes "/",
1229         "." and "..", as well as procfs-style symlinks and mountpoint
1230         traversal.
1231
1232         In this case, we are less concerned with whether the dentry is
1233         still fully correct, but rather that the inode is still valid.
1234         As with d_revalidate, most local filesystems will set this to
1235         NULL since their dcache entries are always valid.
1236
1237         This function has the same return code semantics as
1238         d_revalidate.
1239
1240         d_weak_revalidate is only called after leaving rcu-walk mode.
1241
1242 ``d_hash``
1243         called when the VFS adds a dentry to the hash table.  The first
1244         dentry passed to d_hash is the parent directory that the name is
1245         to be hashed into.
1246
1247         Same locking and synchronisation rules as d_compare regarding
1248         what is safe to dereference etc.
1249
1250 ``d_compare``
1251         called to compare a dentry name with a given name.  The first
1252         dentry is the parent of the dentry to be compared, the second is
1253         the child dentry.  len and name string are properties of the
1254         dentry to be compared.  qstr is the name to compare it with.
1255
1256         Must be constant and idempotent, and should not take locks if
1257         possible, and should not or store into the dentry.  Should not
1258         dereference pointers outside the dentry without lots of care
1259         (eg.  d_parent, d_inode, d_name should not be used).
1260
1261         However, our vfsmount is pinned, and RCU held, so the dentries
1262         and inodes won't disappear, neither will our sb or filesystem
1263         module.  ->d_sb may be used.
1264
1265         It is a tricky calling convention because it needs to be called
1266         under "rcu-walk", ie. without any locks or references on things.
1267
1268 ``d_delete``
1269         called when the last reference to a dentry is dropped and the
1270         dcache is deciding whether or not to cache it.  Return 1 to
1271         delete immediately, or 0 to cache the dentry.  Default is NULL
1272         which means to always cache a reachable dentry.  d_delete must
1273         be constant and idempotent.
1274
1275 ``d_init``
1276         called when a dentry is allocated
1277
1278 ``d_release``
1279         called when a dentry is really deallocated
1280
1281 ``d_iput``
1282         called when a dentry loses its inode (just prior to its being
1283         deallocated).  The default when this is NULL is that the VFS
1284         calls iput().  If you define this method, you must call iput()
1285         yourself
1286
1287 ``d_dname``
1288         called when the pathname of a dentry should be generated.
1289         Useful for some pseudo filesystems (sockfs, pipefs, ...) to
1290         delay pathname generation.  (Instead of doing it when dentry is
1291         created, it's done only when the path is needed.).  Real
1292         filesystems probably dont want to use it, because their dentries
1293         are present in global dcache hash, so their hash should be an
1294         invariant.  As no lock is held, d_dname() should not try to
1295         modify the dentry itself, unless appropriate SMP safety is used.
1296         CAUTION : d_path() logic is quite tricky.  The correct way to
1297         return for example "Hello" is to put it at the end of the
1298         buffer, and returns a pointer to the first char.
1299         dynamic_dname() helper function is provided to take care of
1300         this.
1301
1302         Example :
1303
1304 .. code-block:: c
1305
1306         static char *pipefs_dname(struct dentry *dent, char *buffer, int buflen)
1307         {
1308                 return dynamic_dname(dentry, buffer, buflen, "pipe:[%lu]",
1309                                 dentry->d_inode->i_ino);
1310         }
1311
1312 ``d_automount``
1313         called when an automount dentry is to be traversed (optional).
1314         This should create a new VFS mount record and return the record
1315         to the caller.  The caller is supplied with a path parameter
1316         giving the automount directory to describe the automount target
1317         and the parent VFS mount record to provide inheritable mount
1318         parameters.  NULL should be returned if someone else managed to
1319         make the automount first.  If the vfsmount creation failed, then
1320         an error code should be returned.  If -EISDIR is returned, then
1321         the directory will be treated as an ordinary directory and
1322         returned to pathwalk to continue walking.
1323
1324         If a vfsmount is returned, the caller will attempt to mount it
1325         on the mountpoint and will remove the vfsmount from its
1326         expiration list in the case of failure.  The vfsmount should be
1327         returned with 2 refs on it to prevent automatic expiration - the
1328         caller will clean up the additional ref.
1329
1330         This function is only used if DCACHE_NEED_AUTOMOUNT is set on
1331         the dentry.  This is set by __d_instantiate() if S_AUTOMOUNT is
1332         set on the inode being added.
1333
1334 ``d_manage``
1335         called to allow the filesystem to manage the transition from a
1336         dentry (optional).  This allows autofs, for example, to hold up
1337         clients waiting to explore behind a 'mountpoint' while letting
1338         the daemon go past and construct the subtree there.  0 should be
1339         returned to let the calling process continue.  -EISDIR can be
1340         returned to tell pathwalk to use this directory as an ordinary
1341         directory and to ignore anything mounted on it and not to check
1342         the automount flag.  Any other error code will abort pathwalk
1343         completely.
1344
1345         If the 'rcu_walk' parameter is true, then the caller is doing a
1346         pathwalk in RCU-walk mode.  Sleeping is not permitted in this
1347         mode, and the caller can be asked to leave it and call again by
1348         returning -ECHILD.  -EISDIR may also be returned to tell
1349         pathwalk to ignore d_automount or any mounts.
1350
1351         This function is only used if DCACHE_MANAGE_TRANSIT is set on
1352         the dentry being transited from.
1353
1354 ``d_real``
1355         overlay/union type filesystems implement this method to return
1356         one of the underlying dentries hidden by the overlay.  It is
1357         used in two different modes:
1358
1359         Called from file_dentry() it returns the real dentry matching
1360         the inode argument.  The real dentry may be from a lower layer
1361         already copied up, but still referenced from the file.  This
1362         mode is selected with a non-NULL inode argument.
1363
1364         With NULL inode the topmost real underlying dentry is returned.
1365
1366 Each dentry has a pointer to its parent dentry, as well as a hash list
1367 of child dentries.  Child dentries are basically like files in a
1368 directory.
1369
1370
1371 Directory Entry Cache API
1372 --------------------------
1373
1374 There are a number of functions defined which permit a filesystem to
1375 manipulate dentries:
1376
1377 ``dget``
1378         open a new handle for an existing dentry (this just increments
1379         the usage count)
1380
1381 ``dput``
1382         close a handle for a dentry (decrements the usage count).  If
1383         the usage count drops to 0, and the dentry is still in its
1384         parent's hash, the "d_delete" method is called to check whether
1385         it should be cached.  If it should not be cached, or if the
1386         dentry is not hashed, it is deleted.  Otherwise cached dentries
1387         are put into an LRU list to be reclaimed on memory shortage.
1388
1389 ``d_drop``
1390         this unhashes a dentry from its parents hash list.  A subsequent
1391         call to dput() will deallocate the dentry if its usage count
1392         drops to 0
1393
1394 ``d_delete``
1395         delete a dentry.  If there are no other open references to the
1396         dentry then the dentry is turned into a negative dentry (the
1397         d_iput() method is called).  If there are other references, then
1398         d_drop() is called instead
1399
1400 ``d_add``
1401         add a dentry to its parents hash list and then calls
1402         d_instantiate()
1403
1404 ``d_instantiate``
1405         add a dentry to the alias hash list for the inode and updates
1406         the "d_inode" member.  The "i_count" member in the inode
1407         structure should be set/incremented.  If the inode pointer is
1408         NULL, the dentry is called a "negative dentry".  This function
1409         is commonly called when an inode is created for an existing
1410         negative dentry
1411
1412 ``d_lookup``
1413         look up a dentry given its parent and path name component It
1414         looks up the child of that given name from the dcache hash
1415         table.  If it is found, the reference count is incremented and
1416         the dentry is returned.  The caller must use dput() to free the
1417         dentry when it finishes using it.
1418
1419
1420 Mount Options
1421 =============
1422
1423
1424 Parsing options
1425 ---------------
1426
1427 On mount and remount the filesystem is passed a string containing a
1428 comma separated list of mount options.  The options can have either of
1429 these forms:
1430
1431   option
1432   option=value
1433
1434 The <linux/parser.h> header defines an API that helps parse these
1435 options.  There are plenty of examples on how to use it in existing
1436 filesystems.
1437
1438
1439 Showing options
1440 ---------------
1441
1442 If a filesystem accepts mount options, it must define show_options() to
1443 show all the currently active options.  The rules are:
1444
1445   - options MUST be shown which are not default or their values differ
1446     from the default
1447
1448   - options MAY be shown which are enabled by default or have their
1449     default value
1450
1451 Options used only internally between a mount helper and the kernel (such
1452 as file descriptors), or which only have an effect during the mounting
1453 (such as ones controlling the creation of a journal) are exempt from the
1454 above rules.
1455
1456 The underlying reason for the above rules is to make sure, that a mount
1457 can be accurately replicated (e.g. umounting and mounting again) based
1458 on the information found in /proc/mounts.
1459
1460
1461 Resources
1462 =========
1463
1464 (Note some of these resources are not up-to-date with the latest kernel
1465  version.)
1466
1467 Creating Linux virtual filesystems. 2002
1468     <https://lwn.net/Articles/13325/>
1469
1470 The Linux Virtual File-system Layer by Neil Brown. 1999
1471     <http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/oss/linux-commentary/vfs.html>
1472
1473 A tour of the Linux VFS by Michael K. Johnson. 1996
1474     <https://www.tldp.org/LDP/khg/HyperNews/get/fs/vfstour.html>
1475
1476 A small trail through the Linux kernel by Andries Brouwer. 2001
1477     <https://www.win.tue.nl/~aeb/linux/vfs/trail.html>