Various fixes to Documentation/HOWTO
[linux-2.6] / Documentation / filesystems / vfs.txt
1
2               Overview of the Linux Virtual File System
3
4         Original author: Richard Gooch <rgooch@atnf.csiro.au>
5
6                   Last updated on June 24, 2007.
7
8   Copyright (C) 1999 Richard Gooch
9   Copyright (C) 2005 Pekka Enberg
10
11   This file is released under the GPLv2.
12
13
14 Introduction
15 ============
16
17 The Virtual File System (also known as the Virtual Filesystem Switch)
18 is the software layer in the kernel that provides the filesystem
19 interface to userspace programs. It also provides an abstraction
20 within the kernel which allows different filesystem implementations to
21 coexist.
22
23 VFS system calls open(2), stat(2), read(2), write(2), chmod(2) and so
24 on are called from a process context. Filesystem locking is described
25 in the document Documentation/filesystems/Locking.
26
27
28 Directory Entry Cache (dcache)
29 ------------------------------
30
31 The VFS implements the open(2), stat(2), chmod(2), and similar system
32 calls. The pathname argument that is passed to them is used by the VFS
33 to search through the directory entry cache (also known as the dentry
34 cache or dcache). This provides a very fast look-up mechanism to
35 translate a pathname (filename) into a specific dentry. Dentries live
36 in RAM and are never saved to disc: they exist only for performance.
37
38 The dentry cache is meant to be a view into your entire filespace. As
39 most computers cannot fit all dentries in the RAM at the same time,
40 some bits of the cache are missing. In order to resolve your pathname
41 into a dentry, the VFS may have to resort to creating dentries along
42 the way, and then loading the inode. This is done by looking up the
43 inode.
44
45
46 The Inode Object
47 ----------------
48
49 An individual dentry usually has a pointer to an inode. Inodes are
50 filesystem objects such as regular files, directories, FIFOs and other
51 beasts.  They live either on the disc (for block device filesystems)
52 or in the memory (for pseudo filesystems). Inodes that live on the
53 disc are copied into the memory when required and changes to the inode
54 are written back to disc. A single inode can be pointed to by multiple
55 dentries (hard links, for example, do this).
56
57 To look up an inode requires that the VFS calls the lookup() method of
58 the parent directory inode. This method is installed by the specific
59 filesystem implementation that the inode lives in. Once the VFS has
60 the required dentry (and hence the inode), we can do all those boring
61 things like open(2) the file, or stat(2) it to peek at the inode
62 data. The stat(2) operation is fairly simple: once the VFS has the
63 dentry, it peeks at the inode data and passes some of it back to
64 userspace.
65
66
67 The File Object
68 ---------------
69
70 Opening a file requires another operation: allocation of a file
71 structure (this is the kernel-side implementation of file
72 descriptors). The freshly allocated file structure is initialized with
73 a pointer to the dentry and a set of file operation member functions.
74 These are taken from the inode data. The open() file method is then
75 called so the specific filesystem implementation can do it's work. You
76 can see that this is another switch performed by the VFS. The file
77 structure is placed into the file descriptor table for the process.
78
79 Reading, writing and closing files (and other assorted VFS operations)
80 is done by using the userspace file descriptor to grab the appropriate
81 file structure, and then calling the required file structure method to
82 do whatever is required. For as long as the file is open, it keeps the
83 dentry in use, which in turn means that the VFS inode is still in use.
84
85
86 Registering and Mounting a Filesystem
87 =====================================
88
89 To register and unregister a filesystem, use the following API
90 functions:
91
92    #include <linux/fs.h>
93
94    extern int register_filesystem(struct file_system_type *);
95    extern int unregister_filesystem(struct file_system_type *);
96
97 The passed struct file_system_type describes your filesystem. When a
98 request is made to mount a device onto a directory in your filespace,
99 the VFS will call the appropriate get_sb() method for the specific
100 filesystem. The dentry for the mount point will then be updated to
101 point to the root inode for the new filesystem.
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 2.6.22, the following
111 members are defined:
112
113 struct file_system_type {
114         const char *name;
115         int fs_flags;
116         int (*get_sb) (struct file_system_type *, int,
117                        const char *, void *, struct vfsmount *);
118         void (*kill_sb) (struct super_block *);
119         struct module *owner;
120         struct file_system_type * next;
121         struct list_head fs_supers;
122         struct lock_class_key s_lock_key;
123         struct lock_class_key s_umount_key;
124 };
125
126   name: the name of the filesystem type, such as "ext2", "iso9660",
127         "msdos" and so on
128
129   fs_flags: various flags (i.e. FS_REQUIRES_DEV, FS_NO_DCACHE, etc.)
130
131   get_sb: the method to call when a new instance of this
132         filesystem should be mounted
133
134   kill_sb: the method to call when an instance of this filesystem
135         should be unmounted
136
137   owner: for internal VFS use: you should initialize this to THIS_MODULE in
138         most cases.
139
140   next: for internal VFS use: you should initialize this to NULL
141
142   s_lock_key, s_umount_key: lockdep-specific
143
144 The get_sb() method has the following arguments:
145
146   struct file_system_type *fs_type: decribes the filesystem, partly initialized
147         by the specific filesystem code
148
149   int flags: mount flags
150
151   const char *dev_name: the device name we are mounting.
152
153   void *data: arbitrary mount options, usually comes as an ASCII
154         string (see "Mount Options" section)
155
156   struct vfsmount *mnt: a vfs-internal representation of a mount point
157
158 The get_sb() method must determine if the block device specified
159 in the dev_name and fs_type contains a filesystem of the type the method
160 supports. If it succeeds in opening the named block device, it initializes a
161 struct super_block descriptor for the filesystem contained by the block device.
162 On failure it returns an error.
163
164 The most interesting member of the superblock structure that the
165 get_sb() method fills in is the "s_op" field. This is a pointer to
166 a "struct super_operations" which describes the next level of the
167 filesystem implementation.
168
169 Usually, a filesystem uses one of the generic get_sb() implementations
170 and provides a fill_super() method instead. The generic methods are:
171
172   get_sb_bdev: mount a filesystem residing on a block device
173
174   get_sb_nodev: mount a filesystem that is not backed by a device
175
176   get_sb_single: mount a filesystem which shares the instance between
177         all mounts
178
179 A fill_super() method implementation has the following arguments:
180
181   struct super_block *sb: the superblock structure. The method fill_super()
182         must initialize this properly.
183
184   void *data: arbitrary mount options, usually comes as an ASCII
185         string (see "Mount Options" section)
186
187   int silent: whether or not to be silent on error
188
189
190 The Superblock Object
191 =====================
192
193 A superblock object represents a mounted filesystem.
194
195
196 struct super_operations
197 -----------------------
198
199 This describes how the VFS can manipulate the superblock of your
200 filesystem. As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
201
202 struct super_operations {
203         struct inode *(*alloc_inode)(struct super_block *sb);
204         void (*destroy_inode)(struct inode *);
205
206         void (*dirty_inode) (struct inode *);
207         int (*write_inode) (struct inode *, int);
208         void (*put_inode) (struct inode *);
209         void (*drop_inode) (struct inode *);
210         void (*delete_inode) (struct inode *);
211         void (*put_super) (struct super_block *);
212         void (*write_super) (struct super_block *);
213         int (*sync_fs)(struct super_block *sb, int wait);
214         void (*write_super_lockfs) (struct super_block *);
215         void (*unlockfs) (struct super_block *);
216         int (*statfs) (struct dentry *, struct kstatfs *);
217         int (*remount_fs) (struct super_block *, int *, char *);
218         void (*clear_inode) (struct inode *);
219         void (*umount_begin) (struct super_block *);
220
221         int (*show_options)(struct seq_file *, struct vfsmount *);
222
223         ssize_t (*quota_read)(struct super_block *, int, char *, size_t, loff_t);
224         ssize_t (*quota_write)(struct super_block *, int, const char *, size_t, loff_t);
225 };
226
227 All methods are called without any locks being held, unless otherwise
228 noted. This means that most methods can block safely. All methods are
229 only called from a process context (i.e. not from an interrupt handler
230 or bottom half).
231
232   alloc_inode: this method is called by inode_alloc() to allocate memory
233         for struct inode and initialize it.  If this function is not
234         defined, a simple 'struct inode' is allocated.  Normally
235         alloc_inode will be used to allocate a larger structure which
236         contains a 'struct inode' embedded within it.
237
238   destroy_inode: this method is called by destroy_inode() to release
239         resources allocated for struct inode.  It is only required if
240         ->alloc_inode was defined and simply undoes anything done by
241         ->alloc_inode.
242
243   dirty_inode: this method is called by the VFS to mark an inode dirty.
244
245   write_inode: this method is called when the VFS needs to write an
246         inode to disc.  The second parameter indicates whether the write
247         should be synchronous or not, not all filesystems check this flag.
248
249   put_inode: called when the VFS inode is removed from the inode
250         cache.
251
252   drop_inode: called when the last access to the inode is dropped,
253         with the inode_lock spinlock held.
254
255         This method should be either NULL (normal UNIX filesystem
256         semantics) or "generic_delete_inode" (for filesystems that do not
257         want to cache inodes - causing "delete_inode" to always be
258         called regardless of the value of i_nlink)
259
260         The "generic_delete_inode()" behavior is equivalent to the
261         old practice of using "force_delete" in the put_inode() case,
262         but does not have the races that the "force_delete()" approach
263         had. 
264
265   delete_inode: called when the VFS wants to delete an inode
266
267   put_super: called when the VFS wishes to free the superblock
268         (i.e. unmount). This is called with the superblock lock held
269
270   write_super: called when the VFS superblock needs to be written to
271         disc. This method is optional
272
273   sync_fs: called when VFS is writing out all dirty data associated with
274         a superblock. The second parameter indicates whether the method
275         should wait until the write out has been completed. Optional.
276
277   write_super_lockfs: called when VFS is locking a filesystem and
278         forcing it into a consistent state.  This method is currently
279         used by the Logical Volume Manager (LVM).
280
281   unlockfs: called when VFS is unlocking a filesystem and making it writable
282         again.
283
284   statfs: called when the VFS needs to get filesystem statistics. This
285         is called with the kernel lock held
286
287   remount_fs: called when the filesystem is remounted. This is called
288         with the kernel lock held
289
290   clear_inode: called then the VFS clears the inode. Optional
291
292   umount_begin: called when the VFS is unmounting a filesystem.
293
294   show_options: called by the VFS to show mount options for
295         /proc/<pid>/mounts.  (see "Mount Options" section)
296
297   quota_read: called by the VFS to read from filesystem quota file.
298
299   quota_write: called by the VFS to write to filesystem quota file.
300
301 Whoever sets up the inode is responsible for filling in the "i_op" field. This
302 is a pointer to a "struct inode_operations" which describes the methods that
303 can be performed on individual inodes.
304
305
306 The Inode Object
307 ================
308
309 An inode object represents an object within the filesystem.
310
311
312 struct inode_operations
313 -----------------------
314
315 This describes how the VFS can manipulate an inode in your
316 filesystem. As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
317
318 struct inode_operations {
319         int (*create) (struct inode *,struct dentry *,int, struct nameidata *);
320         struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, struct nameidata *);
321         int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);
322         int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);
323         int (*symlink) (struct inode *,struct dentry *,const char *);
324         int (*mkdir) (struct inode *,struct dentry *,int);
325         int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);
326         int (*mknod) (struct inode *,struct dentry *,int,dev_t);
327         int (*rename) (struct inode *, struct dentry *,
328                         struct inode *, struct dentry *);
329         int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);
330         void * (*follow_link) (struct dentry *, struct nameidata *);
331         void (*put_link) (struct dentry *, struct nameidata *, void *);
332         void (*truncate) (struct inode *);
333         int (*permission) (struct inode *, int, struct nameidata *);
334         int (*setattr) (struct dentry *, struct iattr *);
335         int (*getattr) (struct vfsmount *mnt, struct dentry *, struct kstat *);
336         int (*setxattr) (struct dentry *, const char *,const void *,size_t,int);
337         ssize_t (*getxattr) (struct dentry *, const char *, void *, size_t);
338         ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
339         int (*removexattr) (struct dentry *, const char *);
340         void (*truncate_range)(struct inode *, loff_t, loff_t);
341 };
342
343 Again, all methods are called without any locks being held, unless
344 otherwise noted.
345
346   create: called by the open(2) and creat(2) system calls. Only
347         required if you want to support regular files. The dentry you
348         get should not have an inode (i.e. it should be a negative
349         dentry). Here you will probably call d_instantiate() with the
350         dentry and the newly created inode
351
352   lookup: called when the VFS needs to look up an inode in a parent
353         directory. The name to look for is found in the dentry. This
354         method must call d_add() to insert the found inode into the
355         dentry. The "i_count" field in the inode structure should be
356         incremented. If the named inode does not exist a NULL inode
357         should be inserted into the dentry (this is called a negative
358         dentry). Returning an error code from this routine must only
359         be done on a real error, otherwise creating inodes with system
360         calls like create(2), mknod(2), mkdir(2) and so on will fail.
361         If you wish to overload the dentry methods then you should
362         initialise the "d_dop" field in the dentry; this is a pointer
363         to a struct "dentry_operations".
364         This method is called with the directory inode semaphore held
365
366   link: called by the link(2) system call. Only required if you want
367         to support hard links. You will probably need to call
368         d_instantiate() just as you would in the create() method
369
370   unlink: called by the unlink(2) system call. Only required if you
371         want to support deleting inodes
372
373   symlink: called by the symlink(2) system call. Only required if you
374         want to support symlinks. You will probably need to call
375         d_instantiate() just as you would in the create() method
376
377   mkdir: called by the mkdir(2) system call. Only required if you want
378         to support creating subdirectories. You will probably need to
379         call d_instantiate() just as you would in the create() method
380
381   rmdir: called by the rmdir(2) system call. Only required if you want
382         to support deleting subdirectories
383
384   mknod: called by the mknod(2) system call to create a device (char,
385         block) inode or a named pipe (FIFO) or socket. Only required
386         if you want to support creating these types of inodes. You
387         will probably need to call d_instantiate() just as you would
388         in the create() method
389
390   rename: called by the rename(2) system call to rename the object to
391         have the parent and name given by the second inode and dentry.
392
393   readlink: called by the readlink(2) system call. Only required if
394         you want to support reading symbolic links
395
396   follow_link: called by the VFS to follow a symbolic link to the
397         inode it points to.  Only required if you want to support
398         symbolic links.  This method returns a void pointer cookie
399         that is passed to put_link().
400
401   put_link: called by the VFS to release resources allocated by
402         follow_link().  The cookie returned by follow_link() is passed
403         to this method as the last parameter.  It is used by
404         filesystems such as NFS where page cache is not stable
405         (i.e. page that was installed when the symbolic link walk
406         started might not be in the page cache at the end of the
407         walk).
408
409   truncate: called by the VFS to change the size of a file.  The
410         i_size field of the inode is set to the desired size by the
411         VFS before this method is called.  This method is called by
412         the truncate(2) system call and related functionality.
413
414   permission: called by the VFS to check for access rights on a POSIX-like
415         filesystem.
416
417   setattr: called by the VFS to set attributes for a file. This method
418         is called by chmod(2) and related system calls.
419
420   getattr: called by the VFS to get attributes of a file. This method
421         is called by stat(2) and related system calls.
422
423   setxattr: called by the VFS to set an extended attribute for a file.
424         Extended attribute is a name:value pair associated with an
425         inode. This method is called by setxattr(2) system call.
426
427   getxattr: called by the VFS to retrieve the value of an extended
428         attribute name. This method is called by getxattr(2) function
429         call.
430
431   listxattr: called by the VFS to list all extended attributes for a
432         given file. This method is called by listxattr(2) system call.
433
434   removexattr: called by the VFS to remove an extended attribute from
435         a file. This method is called by removexattr(2) system call.
436
437   truncate_range: a method provided by the underlying filesystem to truncate a
438         range of blocks , i.e. punch a hole somewhere in a file.
439
440
441 The Address Space Object
442 ========================
443
444 The address space object is used to group and manage pages in the page
445 cache.  It can be used to keep track of the pages in a file (or
446 anything else) and also track the mapping of sections of the file into
447 process address spaces.
448
449 There are a number of distinct yet related services that an
450 address-space can provide.  These include communicating memory
451 pressure, page lookup by address, and keeping track of pages tagged as
452 Dirty or Writeback.
453
454 The first can be used independently to the others.  The VM can try to
455 either write dirty pages in order to clean them, or release clean
456 pages in order to reuse them.  To do this it can call the ->writepage
457 method on dirty pages, and ->releasepage on clean pages with
458 PagePrivate set. Clean pages without PagePrivate and with no external
459 references will be released without notice being given to the
460 address_space.
461
462 To achieve this functionality, pages need to be placed on an LRU with
463 lru_cache_add and mark_page_active needs to be called whenever the
464 page is used.
465
466 Pages are normally kept in a radix tree index by ->index. This tree
467 maintains information about the PG_Dirty and PG_Writeback status of
468 each page, so that pages with either of these flags can be found
469 quickly.
470
471 The Dirty tag is primarily used by mpage_writepages - the default
472 ->writepages method.  It uses the tag to find dirty pages to call
473 ->writepage on.  If mpage_writepages is not used (i.e. the address
474 provides its own ->writepages) , the PAGECACHE_TAG_DIRTY tag is
475 almost unused.  write_inode_now and sync_inode do use it (through
476 __sync_single_inode) to check if ->writepages has been successful in
477 writing out the whole address_space.
478
479 The Writeback tag is used by filemap*wait* and sync_page* functions,
480 via wait_on_page_writeback_range, to wait for all writeback to
481 complete.  While waiting ->sync_page (if defined) will be called on
482 each page that is found to require writeback.
483
484 An address_space handler may attach extra information to a page,
485 typically using the 'private' field in the 'struct page'.  If such
486 information is attached, the PG_Private flag should be set.  This will
487 cause various VM routines to make extra calls into the address_space
488 handler to deal with that data.
489
490 An address space acts as an intermediate between storage and
491 application.  Data is read into the address space a whole page at a
492 time, and provided to the application either by copying of the page,
493 or by memory-mapping the page.
494 Data is written into the address space by the application, and then
495 written-back to storage typically in whole pages, however the
496 address_space has finer control of write sizes.
497
498 The read process essentially only requires 'readpage'.  The write
499 process is more complicated and uses prepare_write/commit_write or
500 set_page_dirty to write data into the address_space, and writepage,
501 sync_page, and writepages to writeback data to storage.
502
503 Adding and removing pages to/from an address_space is protected by the
504 inode's i_mutex.
505
506 When data is written to a page, the PG_Dirty flag should be set.  It
507 typically remains set until writepage asks for it to be written.  This
508 should clear PG_Dirty and set PG_Writeback.  It can be actually
509 written at any point after PG_Dirty is clear.  Once it is known to be
510 safe, PG_Writeback is cleared.
511
512 Writeback makes use of a writeback_control structure...
513
514 struct address_space_operations
515 -------------------------------
516
517 This describes how the VFS can manipulate mapping of a file to page cache in
518 your filesystem. As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
519
520 struct address_space_operations {
521         int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc);
522         int (*readpage)(struct file *, struct page *);
523         int (*sync_page)(struct page *);
524         int (*writepages)(struct address_space *, struct writeback_control *);
525         int (*set_page_dirty)(struct page *page);
526         int (*readpages)(struct file *filp, struct address_space *mapping,
527                         struct list_head *pages, unsigned nr_pages);
528         int (*prepare_write)(struct file *, struct page *, unsigned, unsigned);
529         int (*commit_write)(struct file *, struct page *, unsigned, unsigned);
530         int (*write_begin)(struct file *, struct address_space *mapping,
531                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned flags,
532                                 struct page **pagep, void **fsdata);
533         int (*write_end)(struct file *, struct address_space *mapping,
534                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
535                                 struct page *page, void *fsdata);
536         sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
537         int (*invalidatepage) (struct page *, unsigned long);
538         int (*releasepage) (struct page *, int);
539         ssize_t (*direct_IO)(int, struct kiocb *, const struct iovec *iov,
540                         loff_t offset, unsigned long nr_segs);
541         struct page* (*get_xip_page)(struct address_space *, sector_t,
542                         int);
543         /* migrate the contents of a page to the specified target */
544         int (*migratepage) (struct page *, struct page *);
545         int (*launder_page) (struct page *);
546 };
547
548   writepage: called by the VM to write a dirty page to backing store.
549       This may happen for data integrity reasons (i.e. 'sync'), or
550       to free up memory (flush).  The difference can be seen in
551       wbc->sync_mode.
552       The PG_Dirty flag has been cleared and PageLocked is true.
553       writepage should start writeout, should set PG_Writeback,
554       and should make sure the page is unlocked, either synchronously
555       or asynchronously when the write operation completes.
556
557       If wbc->sync_mode is WB_SYNC_NONE, ->writepage doesn't have to
558       try too hard if there are problems, and may choose to write out
559       other pages from the mapping if that is easier (e.g. due to
560       internal dependencies).  If it chooses not to start writeout, it
561       should return AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE so that the VM will not keep
562       calling ->writepage on that page.
563
564       See the file "Locking" for more details.
565
566   readpage: called by the VM to read a page from backing store.
567        The page will be Locked when readpage is called, and should be
568        unlocked and marked uptodate once the read completes.
569        If ->readpage discovers that it needs to unlock the page for
570        some reason, it can do so, and then return AOP_TRUNCATED_PAGE.
571        In this case, the page will be relocated, relocked and if
572        that all succeeds, ->readpage will be called again.
573
574   sync_page: called by the VM to notify the backing store to perform all
575         queued I/O operations for a page. I/O operations for other pages
576         associated with this address_space object may also be performed.
577
578         This function is optional and is called only for pages with
579         PG_Writeback set while waiting for the writeback to complete.
580
581   writepages: called by the VM to write out pages associated with the
582         address_space object.  If wbc->sync_mode is WBC_SYNC_ALL, then
583         the writeback_control will specify a range of pages that must be
584         written out.  If it is WBC_SYNC_NONE, then a nr_to_write is given
585         and that many pages should be written if possible.
586         If no ->writepages is given, then mpage_writepages is used
587         instead.  This will choose pages from the address space that are
588         tagged as DIRTY and will pass them to ->writepage.
589
590   set_page_dirty: called by the VM to set a page dirty.
591         This is particularly needed if an address space attaches
592         private data to a page, and that data needs to be updated when
593         a page is dirtied.  This is called, for example, when a memory
594         mapped page gets modified.
595         If defined, it should set the PageDirty flag, and the
596         PAGECACHE_TAG_DIRTY tag in the radix tree.
597
598   readpages: called by the VM to read pages associated with the address_space
599         object. This is essentially just a vector version of
600         readpage.  Instead of just one page, several pages are
601         requested.
602         readpages is only used for read-ahead, so read errors are
603         ignored.  If anything goes wrong, feel free to give up.
604
605   prepare_write: called by the generic write path in VM to set up a write
606         request for a page.  This indicates to the address space that
607         the given range of bytes is about to be written.  The
608         address_space should check that the write will be able to
609         complete, by allocating space if necessary and doing any other
610         internal housekeeping.  If the write will update parts of
611         any basic-blocks on storage, then those blocks should be
612         pre-read (if they haven't been read already) so that the
613         updated blocks can be written out properly.
614         The page will be locked.
615
616         Note: the page _must not_ be marked uptodate in this function
617         (or anywhere else) unless it actually is uptodate right now. As
618         soon as a page is marked uptodate, it is possible for a concurrent
619         read(2) to copy it to userspace.
620
621   commit_write: If prepare_write succeeds, new data will be copied
622         into the page and then commit_write will be called.  It will
623         typically update the size of the file (if appropriate) and
624         mark the inode as dirty, and do any other related housekeeping
625         operations.  It should avoid returning an error if possible -
626         errors should have been handled by prepare_write.
627
628   write_begin: This is intended as a replacement for prepare_write. The
629         key differences being that:
630                 - it returns a locked page (in *pagep) rather than being
631                   given a pre locked page;
632                 - it must be able to cope with short writes (where the
633                   length passed to write_begin is greater than the number
634                   of bytes copied into the page).
635
636         Called by the generic buffered write code to ask the filesystem to
637         prepare to write len bytes at the given offset in the file. The
638         address_space should check that the write will be able to complete,
639         by allocating space if necessary and doing any other internal
640         housekeeping.  If the write will update parts of any basic-blocks on
641         storage, then those blocks should be pre-read (if they haven't been
642         read already) so that the updated blocks can be written out properly.
643
644         The filesystem must return the locked pagecache page for the specified
645         offset, in *pagep, for the caller to write into.
646
647         flags is a field for AOP_FLAG_xxx flags, described in
648         include/linux/fs.h.
649
650         A void * may be returned in fsdata, which then gets passed into
651         write_end.
652
653         Returns 0 on success; < 0 on failure (which is the error code), in
654         which case write_end is not called.
655
656   write_end: After a successful write_begin, and data copy, write_end must
657         be called. len is the original len passed to write_begin, and copied
658         is the amount that was able to be copied (copied == len is always true
659         if write_begin was called with the AOP_FLAG_UNINTERRUPTIBLE flag).
660
661         The filesystem must take care of unlocking the page and releasing it
662         refcount, and updating i_size.
663
664         Returns < 0 on failure, otherwise the number of bytes (<= 'copied')
665         that were able to be copied into pagecache.
666
667   bmap: called by the VFS to map a logical block offset within object to
668         physical block number. This method is used by the FIBMAP
669         ioctl and for working with swap-files.  To be able to swap to
670         a file, the file must have a stable mapping to a block
671         device.  The swap system does not go through the filesystem
672         but instead uses bmap to find out where the blocks in the file
673         are and uses those addresses directly.
674
675
676   invalidatepage: If a page has PagePrivate set, then invalidatepage
677         will be called when part or all of the page is to be removed
678         from the address space.  This generally corresponds to either a
679         truncation or a complete invalidation of the address space
680         (in the latter case 'offset' will always be 0).
681         Any private data associated with the page should be updated
682         to reflect this truncation.  If offset is 0, then
683         the private data should be released, because the page
684         must be able to be completely discarded.  This may be done by
685         calling the ->releasepage function, but in this case the
686         release MUST succeed.
687
688   releasepage: releasepage is called on PagePrivate pages to indicate
689         that the page should be freed if possible.  ->releasepage
690         should remove any private data from the page and clear the
691         PagePrivate flag.  It may also remove the page from the
692         address_space.  If this fails for some reason, it may indicate
693         failure with a 0 return value.
694         This is used in two distinct though related cases.  The first
695         is when the VM finds a clean page with no active users and
696         wants to make it a free page.  If ->releasepage succeeds, the
697         page will be removed from the address_space and become free.
698
699         The second case is when a request has been made to invalidate
700         some or all pages in an address_space.  This can happen
701         through the fadvice(POSIX_FADV_DONTNEED) system call or by the
702         filesystem explicitly requesting it as nfs and 9fs do (when
703         they believe the cache may be out of date with storage) by
704         calling invalidate_inode_pages2().
705         If the filesystem makes such a call, and needs to be certain
706         that all pages are invalidated, then its releasepage will
707         need to ensure this.  Possibly it can clear the PageUptodate
708         bit if it cannot free private data yet.
709
710   direct_IO: called by the generic read/write routines to perform
711         direct_IO - that is IO requests which bypass the page cache
712         and transfer data directly between the storage and the
713         application's address space.
714
715   get_xip_page: called by the VM to translate a block number to a page.
716         The page is valid until the corresponding filesystem is unmounted.
717         Filesystems that want to use execute-in-place (XIP) need to implement
718         it.  An example implementation can be found in fs/ext2/xip.c.
719
720   migrate_page:  This is used to compact the physical memory usage.
721         If the VM wants to relocate a page (maybe off a memory card
722         that is signalling imminent failure) it will pass a new page
723         and an old page to this function.  migrate_page should
724         transfer any private data across and update any references
725         that it has to the page.
726
727   launder_page: Called before freeing a page - it writes back the dirty page. To
728         prevent redirtying the page, it is kept locked during the whole
729         operation.
730
731 The File Object
732 ===============
733
734 A file object represents a file opened by a process.
735
736
737 struct file_operations
738 ----------------------
739
740 This describes how the VFS can manipulate an open file. As of kernel
741 2.6.22, the following members are defined:
742
743 struct file_operations {
744         struct module *owner;
745         loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
746         ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
747         ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
748         ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
749         ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
750         int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
751         unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
752         int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);
753         long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
754         long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
755         int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
756         int (*open) (struct inode *, struct file *);
757         int (*flush) (struct file *);
758         int (*release) (struct inode *, struct file *);
759         int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync);
760         int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
761         int (*fasync) (int, struct file *, int);
762         int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
763         ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
764         ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
765         ssize_t (*sendfile) (struct file *, loff_t *, size_t, read_actor_t, void *);
766         ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
767         unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
768         int (*check_flags)(int);
769         int (*dir_notify)(struct file *filp, unsigned long arg);
770         int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
771         ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, size_t, unsigned int);
772         ssize_t (*splice_read)(struct file *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
773 };
774
775 Again, all methods are called without any locks being held, unless
776 otherwise noted.
777
778   llseek: called when the VFS needs to move the file position index
779
780   read: called by read(2) and related system calls
781
782   aio_read: called by io_submit(2) and other asynchronous I/O operations
783
784   write: called by write(2) and related system calls
785
786   aio_write: called by io_submit(2) and other asynchronous I/O operations
787
788   readdir: called when the VFS needs to read the directory contents
789
790   poll: called by the VFS when a process wants to check if there is
791         activity on this file and (optionally) go to sleep until there
792         is activity. Called by the select(2) and poll(2) system calls
793
794   ioctl: called by the ioctl(2) system call
795
796   unlocked_ioctl: called by the ioctl(2) system call. Filesystems that do not
797         require the BKL should use this method instead of the ioctl() above.
798
799   compat_ioctl: called by the ioctl(2) system call when 32 bit system calls
800          are used on 64 bit kernels.
801
802   mmap: called by the mmap(2) system call
803
804   open: called by the VFS when an inode should be opened. When the VFS
805         opens a file, it creates a new "struct file". It then calls the
806         open method for the newly allocated file structure. You might
807         think that the open method really belongs in
808         "struct inode_operations", and you may be right. I think it's
809         done the way it is because it makes filesystems simpler to
810         implement. The open() method is a good place to initialize the
811         "private_data" member in the file structure if you want to point
812         to a device structure
813
814   flush: called by the close(2) system call to flush a file
815
816   release: called when the last reference to an open file is closed
817
818   fsync: called by the fsync(2) system call
819
820   fasync: called by the fcntl(2) system call when asynchronous
821         (non-blocking) mode is enabled for a file
822
823   lock: called by the fcntl(2) system call for F_GETLK, F_SETLK, and F_SETLKW
824         commands
825
826   readv: called by the readv(2) system call
827
828   writev: called by the writev(2) system call
829
830   sendfile: called by the sendfile(2) system call
831
832   get_unmapped_area: called by the mmap(2) system call
833
834   check_flags: called by the fcntl(2) system call for F_SETFL command
835
836   dir_notify: called by the fcntl(2) system call for F_NOTIFY command
837
838   flock: called by the flock(2) system call
839
840   splice_write: called by the VFS to splice data from a pipe to a file. This
841                 method is used by the splice(2) system call
842
843   splice_read: called by the VFS to splice data from file to a pipe. This
844                method is used by the splice(2) system call
845
846 Note that the file operations are implemented by the specific
847 filesystem in which the inode resides. When opening a device node
848 (character or block special) most filesystems will call special
849 support routines in the VFS which will locate the required device
850 driver information. These support routines replace the filesystem file
851 operations with those for the device driver, and then proceed to call
852 the new open() method for the file. This is how opening a device file
853 in the filesystem eventually ends up calling the device driver open()
854 method.
855
856
857 Directory Entry Cache (dcache)
858 ==============================
859
860
861 struct dentry_operations
862 ------------------------
863
864 This describes how a filesystem can overload the standard dentry
865 operations. Dentries and the dcache are the domain of the VFS and the
866 individual filesystem implementations. Device drivers have no business
867 here. These methods may be set to NULL, as they are either optional or
868 the VFS uses a default. As of kernel 2.6.22, the following members are
869 defined:
870
871 struct dentry_operations {
872         int (*d_revalidate)(struct dentry *, struct nameidata *);
873         int (*d_hash) (struct dentry *, struct qstr *);
874         int (*d_compare) (struct dentry *, struct qstr *, struct qstr *);
875         int (*d_delete)(struct dentry *);
876         void (*d_release)(struct dentry *);
877         void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
878         char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
879 };
880
881   d_revalidate: called when the VFS needs to revalidate a dentry. This
882         is called whenever a name look-up finds a dentry in the
883         dcache. Most filesystems leave this as NULL, because all their
884         dentries in the dcache are valid
885
886   d_hash: called when the VFS adds a dentry to the hash table
887
888   d_compare: called when a dentry should be compared with another
889
890   d_delete: called when the last reference to a dentry is
891         deleted. This means no-one is using the dentry, however it is
892         still valid and in the dcache
893
894   d_release: called when a dentry is really deallocated
895
896   d_iput: called when a dentry loses its inode (just prior to its
897         being deallocated). The default when this is NULL is that the
898         VFS calls iput(). If you define this method, you must call
899         iput() yourself
900
901   d_dname: called when the pathname of a dentry should be generated.
902         Usefull for some pseudo filesystems (sockfs, pipefs, ...) to delay
903         pathname generation. (Instead of doing it when dentry is created,
904         its done only when the path is needed.). Real filesystems probably
905         dont want to use it, because their dentries are present in global
906         dcache hash, so their hash should be an invariant. As no lock is
907         held, d_dname() should not try to modify the dentry itself, unless
908         appropriate SMP safety is used. CAUTION : d_path() logic is quite
909         tricky. The correct way to return for example "Hello" is to put it
910         at the end of the buffer, and returns a pointer to the first char.
911         dynamic_dname() helper function is provided to take care of this.
912
913 Example :
914
915 static char *pipefs_dname(struct dentry *dent, char *buffer, int buflen)
916 {
917         return dynamic_dname(dentry, buffer, buflen, "pipe:[%lu]",
918                                 dentry->d_inode->i_ino);
919 }
920
921 Each dentry has a pointer to its parent dentry, as well as a hash list
922 of child dentries. Child dentries are basically like files in a
923 directory.
924
925
926 Directory Entry Cache API
927 --------------------------
928
929 There are a number of functions defined which permit a filesystem to
930 manipulate dentries:
931
932   dget: open a new handle for an existing dentry (this just increments
933         the usage count)
934
935   dput: close a handle for a dentry (decrements the usage count). If
936         the usage count drops to 0, the "d_delete" method is called
937         and the dentry is placed on the unused list if the dentry is
938         still in its parents hash list. Putting the dentry on the
939         unused list just means that if the system needs some RAM, it
940         goes through the unused list of dentries and deallocates them.
941         If the dentry has already been unhashed and the usage count
942         drops to 0, in this case the dentry is deallocated after the
943         "d_delete" method is called
944
945   d_drop: this unhashes a dentry from its parents hash list. A
946         subsequent call to dput() will deallocate the dentry if its
947         usage count drops to 0
948
949   d_delete: delete a dentry. If there are no other open references to
950         the dentry then the dentry is turned into a negative dentry
951         (the d_iput() method is called). If there are other
952         references, then d_drop() is called instead
953
954   d_add: add a dentry to its parents hash list and then calls
955         d_instantiate()
956
957   d_instantiate: add a dentry to the alias hash list for the inode and
958         updates the "d_inode" member. The "i_count" member in the
959         inode structure should be set/incremented. If the inode
960         pointer is NULL, the dentry is called a "negative
961         dentry". This function is commonly called when an inode is
962         created for an existing negative dentry
963
964   d_lookup: look up a dentry given its parent and path name component
965         It looks up the child of that given name from the dcache
966         hash table. If it is found, the reference count is incremented
967         and the dentry is returned. The caller must use d_put()
968         to free the dentry when it finishes using it.
969
970 For further information on dentry locking, please refer to the document
971 Documentation/filesystems/dentry-locking.txt.
972
973 Mount Options
974 =============
975
976 Parsing options
977 ---------------
978
979 On mount and remount the filesystem is passed a string containing a
980 comma separated list of mount options.  The options can have either of
981 these forms:
982
983   option
984   option=value
985
986 The <linux/parser.h> header defines an API that helps parse these
987 options.  There are plenty of examples on how to use it in existing
988 filesystems.
989
990 Showing options
991 ---------------
992
993 If a filesystem accepts mount options, it must define show_options()
994 to show all the currently active options.  The rules are:
995
996   - options MUST be shown which are not default or their values differ
997     from the default
998
999   - options MAY be shown which are enabled by default or have their
1000     default value
1001
1002 Options used only internally between a mount helper and the kernel
1003 (such as file descriptors), or which only have an effect during the
1004 mounting (such as ones controlling the creation of a journal) are exempt
1005 from the above rules.
1006
1007 The underlying reason for the above rules is to make sure, that a
1008 mount can be accurately replicated (e.g. umounting and mounting again)
1009 based on the information found in /proc/mounts.
1010
1011 A simple method of saving options at mount/remount time and showing
1012 them is provided with the save_mount_options() and
1013 generic_show_options() helper functions.  Please note, that using
1014 these may have drawbacks.  For more info see header comments for these
1015 functions in fs/namespace.c.
1016
1017 Resources
1018 =========
1019
1020 (Note some of these resources are not up-to-date with the latest kernel
1021  version.)
1022
1023 Creating Linux virtual filesystems. 2002
1024     <http://lwn.net/Articles/13325/>
1025
1026 The Linux Virtual File-system Layer by Neil Brown. 1999
1027     <http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/oss/linux-commentary/vfs.html>
1028
1029 A tour of the Linux VFS by Michael K. Johnson. 1996
1030     <http://www.tldp.org/LDP/khg/HyperNews/get/fs/vfstour.html>
1031
1032 A small trail through the Linux kernel by Andries Brouwer. 2001
1033     <http://www.win.tue.nl/~aeb/linux/vfs/trail.html>