Documentation/filesystems/configfs/configfs.txt

   1
   2 configfs - Userspace-driven kernel object configuration.
   3
   4 Joel Becker <joel.becker@oracle.com>
   5
   6 Updated: 31 March 2005
   7
   8 Copyright (c) 2005 Oracle Corporation,
   9         Joel Becker <joel.becker@oracle.com>
  10
  11
  12 [What is configfs?]
  13
  14 configfs is a ram-based filesystem that provides the converse of
  15 sysfs's functionality.  Where sysfs is a filesystem-based view of
  16 kernel objects, configfs is a filesystem-based manager of kernel
  17 objects, or config_items.
  18
  19 With sysfs, an object is created in kernel (for example, when a device
  20 is discovered) and it is registered with sysfs.  Its attributes then
  21 appear in sysfs, allowing userspace to read the attributes via
  22 readdir(3)/read(2).  It may allow some attributes to be modified via
  23 write(2).  The important point is that the object is created and
  24 destroyed in kernel, the kernel controls the lifecycle of the sysfs
  25 representation, and sysfs is merely a window on all this.
  26
  27 A configfs config_item is created via an explicit userspace operation:
  28 mkdir(2).  It is destroyed via rmdir(2).  The attributes appear at
  29 mkdir(2) time, and can be read or modified via read(2) and write(2).
  30 As with sysfs, readdir(3) queries the list of items and/or attributes.
  31 symlink(2) can be used to group items together.  Unlike sysfs, the
  32 lifetime of the representation is completely driven by userspace.  The
  33 kernel modules backing the items must respond to this.
  34
  35 Both sysfs and configfs can and should exist together on the same
  36 system.  One is not a replacement for the other.
  37
  38 [Using configfs]
  39
  40 configfs can be compiled as a module or into the kernel.  You can access
  41 it by doing
  42
  43         mount -t configfs none /config
  44
  45 The configfs tree will be empty unless client modules are also loaded.
  46 These are modules that register their item types with configfs as
  47 subsystems.  Once a client subsystem is loaded, it will appear as a
  48 subdirectory (or more than one) under /config.  Like sysfs, the
  49 configfs tree is always there, whether mounted on /config or not.
  50
  51 An item is created via mkdir(2).  The item's attributes will also
  52 appear at this time.  readdir(3) can determine what the attributes are,
  53 read(2) can query their default values, and write(2) can store new
  54 values.  Like sysfs, attributes should be ASCII text files, preferably
  55 with only one value per file.  The same efficiency caveats from sysfs
  56 apply.  Don't mix more than one attribute in one attribute file.
  57
  58 Like sysfs, configfs expects write(2) to store the entire buffer at
  59 once.  When writing to configfs attributes, userspace processes should
  60 first read the entire file, modify the portions they wish to change, and
  61 then write the entire buffer back.  Attribute files have a maximum size
  62 of one page (PAGE_SIZE, 4096 on i386).
  63
  64 When an item needs to be destroyed, remove it with rmdir(2).  An
  65 item cannot be destroyed if any other item has a link to it (via
  66 symlink(2)).  Links can be removed via unlink(2).
  67
  68 [Configuring FakeNBD: an Example]
  69
  70 Imagine there's a Network Block Device (NBD) driver that allows you to
  71 access remote block devices.  Call it FakeNBD.  FakeNBD uses configfs
  72 for its configuration.  Obviously, there will be a nice program that
  73 sysadmins use to configure FakeNBD, but somehow that program has to tell
  74 the driver about it.  Here's where configfs comes in.
  75
  76 When the FakeNBD driver is loaded, it registers itself with configfs.
  77 readdir(3) sees this just fine:
  78
  79         # ls /config
  80         fakenbd
  81
  82 A fakenbd connection can be created with mkdir(2).  The name is
  83 arbitrary, but likely the tool will make some use of the name.  Perhaps
  84 it is a uuid or a disk name:
  85
  86         # mkdir /config/fakenbd/disk1
  87         # ls /config/fakenbd/disk1
  88         target device rw
  89
  90 The target attribute contains the IP address of the server FakeNBD will
  91 connect to.  The device attribute is the device on the server.
  92 Predictably, the rw attribute determines whether the connection is
  93 read-only or read-write.
  94
  95         # echo 10.0.0.1 > /config/fakenbd/disk1/target
  96         # echo /dev/sda1 > /config/fakenbd/disk1/device
  97         # echo 1 > /config/fakenbd/disk1/rw
  98
  99 That's it.  That's all there is.  Now the device is configured, via the
 100 shell no less.
 101
 102 [Coding With configfs]
 103
 104 Every object in configfs is a config_item.  A config_item reflects an
 105 object in the subsystem.  It has attributes that match values on that
 106 object.  configfs handles the filesystem representation of that object
 107 and its attributes, allowing the subsystem to ignore all but the
 108 basic show/store interaction.
 109
 110 Items are created and destroyed inside a config_group.  A group is a
 111 collection of items that share the same attributes and operations.
 112 Items are created by mkdir(2) and removed by rmdir(2), but configfs
 113 handles that.  The group has a set of operations to perform these tasks
 114
 115 A subsystem is the top level of a client module.  During initialization,
 116 the client module registers the subsystem with configfs, the subsystem
 117 appears as a directory at the top of the configfs filesystem.  A
 118 subsystem is also a config_group, and can do everything a config_group
 119 can.
 120
 121 [struct config_item]
 122
 123         struct config_item {
 124                 char                    *ci_name;
 125                 char                    ci_namebuf[UOBJ_NAME_LEN];
 126                 struct kref             ci_kref;
 127                 struct list_head        ci_entry;
 128                 struct config_item      *ci_parent;
 129                 struct config_group     *ci_group;
 130                 struct config_item_type *ci_type;
 131                 struct dentry           *ci_dentry;
 132         };
 133
 134         void config_item_init(struct config_item *);
 135         void config_item_init_type_name(struct config_item *,
 136                                         const char *name,
 137                                         struct config_item_type *type);
 138         struct config_item *config_item_get(struct config_item *);
 139         void config_item_put(struct config_item *);
 140
 141 Generally, struct config_item is embedded in a container structure, a
 142 structure that actually represents what the subsystem is doing.  The
 143 config_item portion of that structure is how the object interacts with
 144 configfs.
 145
 146 Whether statically defined in a source file or created by a parent
 147 config_group, a config_item must have one of the _init() functions
 148 called on it.  This initializes the reference count and sets up the
 149 appropriate fields.
 150
 151 All users of a config_item should have a reference on it via
 152 config_item_get(), and drop the reference when they are done via
 153 config_item_put().
 154
 155 By itself, a config_item cannot do much more than appear in configfs.
 156 Usually a subsystem wants the item to display and/or store attributes,
 157 among other things.  For that, it needs a type.
 158
 159 [struct config_item_type]
 160
 161         struct configfs_item_operations {
 162                 void (*release)(struct config_item *);
 163                 ssize_t (*show_attribute)(struct config_item *,
 164                                           struct configfs_attribute *,
 165                                           char *);
 166                 ssize_t (*store_attribute)(struct config_item *,
 167                                            struct configfs_attribute *,
 168                                            const char *, size_t);
 169                 int (*allow_link)(struct config_item *src,
 170                                   struct config_item *target);
 171                 int (*drop_link)(struct config_item *src,
 172                                  struct config_item *target);
 173         };
 174
 175         struct config_item_type {
 176                 struct module                           *ct_owner;
 177                 struct configfs_item_operations         *ct_item_ops;
 178                 struct configfs_group_operations        *ct_group_ops;
 179                 struct configfs_attribute               **ct_attrs;
 180         };
 181
 182 The most basic function of a config_item_type is to define what
 183 operations can be performed on a config_item.  All items that have been
 184 allocated dynamically will need to provide the ct_item_ops->release()
 185 method.  This method is called when the config_item's reference count
 186 reaches zero.  Items that wish to display an attribute need to provide
 187 the ct_item_ops->show_attribute() method.  Similarly, storing a new
 188 attribute value uses the store_attribute() method.
 189
 190 [struct configfs_attribute]
 191
 192         struct configfs_attribute {
 193                 char                    *ca_name;
 194                 struct module           *ca_owner;
 195                 mode_t                  ca_mode;
 196         };
 197
 198 When a config_item wants an attribute to appear as a file in the item's
 199 configfs directory, it must define a configfs_attribute describing it.
 200 It then adds the attribute to the NULL-terminated array
 201 config_item_type->ct_attrs.  When the item appears in configfs, the
 202 attribute file will appear with the configfs_attribute->ca_name
 203 filename.  configfs_attribute->ca_mode specifies the file permissions.
 204
 205 If an attribute is readable and the config_item provides a
 206 ct_item_ops->show_attribute() method, that method will be called
 207 whenever userspace asks for a read(2) on the attribute.  The converse
 208 will happen for write(2).
 209
 210 [struct config_group]
 211
 212 A config_item cannot live in a vacuum.  The only way one can be created
 213 is via mkdir(2) on a config_group.  This will trigger creation of a
 214 child item.
 215
 216         struct config_group {
 217                 struct config_item              cg_item;
 218                 struct list_head                cg_children;
 219                 struct configfs_subsystem       *cg_subsys;
 220                 struct config_group             **default_groups;
 221         };
 222
 223         void config_group_init(struct config_group *group);
 224         void config_group_init_type_name(struct config_group *group,
 225                                          const char *name,
 226                                          struct config_item_type *type);
 227
 228
 229 The config_group structure contains a config_item.  Properly configuring
 230 that item means that a group can behave as an item in its own right.
 231 However, it can do more: it can create child items or groups.  This is
 232 accomplished via the group operations specified on the group's
 233 config_item_type.
 234
 235         struct configfs_group_operations {
 236                 struct config_item *(*make_item)(struct config_group *group,
 237                                                  const char *name);
 238                 struct config_group *(*make_group)(struct config_group *group,
 239                                                    const char *name);
 240                 int (*commit_item)(struct config_item *item);
 241                 void (*disconnect_notify)(struct config_group *group,
 242                                           struct config_item *item);
 243                 void (*drop_item)(struct config_group *group,
 244                                   struct config_item *item);
 245         };
 246
 247 A group creates child items by providing the
 248 ct_group_ops->make_item() method.  If provided, this method is called from mkdir(2) in the group's directory.  The subsystem allocates a new
 249 config_item (or more likely, its container structure), initializes it,
 250 and returns it to configfs.  Configfs will then populate the filesystem
 251 tree to reflect the new item.
 252
 253 If the subsystem wants the child to be a group itself, the subsystem
 254 provides ct_group_ops->make_group().  Everything else behaves the same,
 255 using the group _init() functions on the group.
 256
 257 Finally, when userspace calls rmdir(2) on the item or group,
 258 ct_group_ops->drop_item() is called.  As a config_group is also a
 259 config_item, it is not necessary for a separate drop_group() method.
 260 The subsystem must config_item_put() the reference that was initialized
 261 upon item allocation.  If a subsystem has no work to do, it may omit
 262 the ct_group_ops->drop_item() method, and configfs will call
 263 config_item_put() on the item on behalf of the subsystem.
 264
 265 IMPORTANT: drop_item() is void, and as such cannot fail.  When rmdir(2)
 266 is called, configfs WILL remove the item from the filesystem tree
 267 (assuming that it has no children to keep it busy).  The subsystem is
 268 responsible for responding to this.  If the subsystem has references to
 269 the item in other threads, the memory is safe.  It may take some time
 270 for the item to actually disappear from the subsystem's usage.  But it
 271 is gone from configfs.
 272
 273 When drop_item() is called, the item's linkage has already been torn
 274 down.  It no longer has a reference on its parent and has no place in
 275 the item hierarchy.  If a client needs to do some cleanup before this
 276 teardown happens, the subsystem can implement the
 277 ct_group_ops->disconnect_notify() method.  The method is called after
 278 configfs has removed the item from the filesystem view but before the
 279 item is removed from its parent group.  Like drop_item(),
 280 disconnect_notify() is void and cannot fail.  Client subsystems should
 281 not drop any references here, as they still must do it in drop_item().
 282
 283 A config_group cannot be removed while it still has child items.  This
 284 is implemented in the configfs rmdir(2) code.  ->drop_item() will not be
 285 called, as the item has not been dropped.  rmdir(2) will fail, as the
 286 directory is not empty.
 287
 288 [struct configfs_subsystem]
 289
 290 A subsystem must register itself, usually at module_init time.  This
 291 tells configfs to make the subsystem appear in the file tree.
 292
 293         struct configfs_subsystem {
 294                 struct config_group     su_group;
 295                 struct mutex            su_mutex;
 296         };
 297
 298         int configfs_register_subsystem(struct configfs_subsystem *subsys);
 299         void configfs_unregister_subsystem(struct configfs_subsystem *subsys);
 300
 301         A subsystem consists of a toplevel config_group and a mutex.
 302 The group is where child config_items are created.  For a subsystem,
 303 this group is usually defined statically.  Before calling
 304 configfs_register_subsystem(), the subsystem must have initialized the
 305 group via the usual group _init() functions, and it must also have
 306 initialized the mutex.
 307         When the register call returns, the subsystem is live, and it
 308 will be visible via configfs.  At that point, mkdir(2) can be called and
 309 the subsystem must be ready for it.
 310
 311 [An Example]
 312
 313 The best example of these basic concepts is the simple_children
 314 subsystem/group and the simple_child item in configfs_example_explicit.c
 315 and configfs_example_macros.c.  It shows a trivial object displaying and
 316 storing an attribute, and a simple group creating and destroying these
 317 children.
 318
 319 The only difference between configfs_example_explicit.c and
 320 configfs_example_macros.c is how the attributes of the childless item
 321 are defined.  The childless item has extended attributes, each with
 322 their own show()/store() operation.  This follows a convention commonly
 323 used in sysfs.  configfs_example_explicit.c creates these attributes
 324 by explicitly defining the structures involved.  Conversely
 325 configfs_example_macros.c uses some convenience macros from configfs.h
 326 to define the attributes.  These macros are similar to their sysfs
 327 counterparts.
 328
 329 [Hierarchy Navigation and the Subsystem Mutex]
 330
 331 There is an extra bonus that configfs provides.  The config_groups and
 332 config_items are arranged in a hierarchy due to the fact that they
 333 appear in a filesystem.  A subsystem is NEVER to touch the filesystem
 334 parts, but the subsystem might be interested in this hierarchy.  For
 335 this reason, the hierarchy is mirrored via the config_group->cg_children
 336 and config_item->ci_parent structure members.
 337
 338 A subsystem can navigate the cg_children list and the ci_parent pointer
 339 to see the tree created by the subsystem.  This can race with configfs'
 340 management of the hierarchy, so configfs uses the subsystem mutex to
 341 protect modifications.  Whenever a subsystem wants to navigate the
 342 hierarchy, it must do so under the protection of the subsystem
 343 mutex.
 344
 345 A subsystem will be prevented from acquiring the mutex while a newly
 346 allocated item has not been linked into this hierarchy.   Similarly, it
 347 will not be able to acquire the mutex while a dropping item has not
 348 yet been unlinked.  This means that an item's ci_parent pointer will
 349 never be NULL while the item is in configfs, and that an item will only
 350 be in its parent's cg_children list for the same duration.  This allows
 351 a subsystem to trust ci_parent and cg_children while they hold the
 352 mutex.
 353
 354 [Item Aggregation Via symlink(2)]
 355
 356 configfs provides a simple group via the group->item parent/child
 357 relationship.  Often, however, a larger environment requires aggregation
 358 outside of the parent/child connection.  This is implemented via
 359 symlink(2).
 360
 361 A config_item may provide the ct_item_ops->allow_link() and
 362 ct_item_ops->drop_link() methods.  If the ->allow_link() method exists,
 363 symlink(2) may be called with the config_item as the source of the link.
 364 These links are only allowed between configfs config_items.  Any
 365 symlink(2) attempt outside the configfs filesystem will be denied.
 366
 367 When symlink(2) is called, the source config_item's ->allow_link()
 368 method is called with itself and a target item.  If the source item
 369 allows linking to target item, it returns 0.  A source item may wish to
 370 reject a link if it only wants links to a certain type of object (say,
 371 in its own subsystem).
 372
 373 When unlink(2) is called on the symbolic link, the source item is
 374 notified via the ->drop_link() method.  Like the ->drop_item() method,
 375 this is a void function and cannot return failure.  The subsystem is
 376 responsible for responding to the change.
 377
 378 A config_item cannot be removed while it links to any other item, nor
 379 can it be removed while an item links to it.  Dangling symlinks are not
 380 allowed in configfs.
 381
 382 [Automatically Created Subgroups]
 383
 384 A new config_group may want to have two types of child config_items.
 385 While this could be codified by magic names in ->make_item(), it is much
 386 more explicit to have a method whereby userspace sees this divergence.
 387
 388 Rather than have a group where some items behave differently than
 389 others, configfs provides a method whereby one or many subgroups are
 390 automatically created inside the parent at its creation.  Thus,
 391 mkdir("parent") results in "parent", "parent/subgroup1", up through
 392 "parent/subgroupN".  Items of type 1 can now be created in
 393 "parent/subgroup1", and items of type N can be created in
 394 "parent/subgroupN".
 395
 396 These automatic subgroups, or default groups, do not preclude other
 397 children of the parent group.  If ct_group_ops->make_group() exists,
 398 other child groups can be created on the parent group directly.
 399
 400 A configfs subsystem specifies default groups by filling in the
 401 NULL-terminated array default_groups on the config_group structure.
 402 Each group in that array is populated in the configfs tree at the same
 403 time as the parent group.  Similarly, they are removed at the same time
 404 as the parent.  No extra notification is provided.  When a ->drop_item()
 405 method call notifies the subsystem the parent group is going away, it
 406 also means every default group child associated with that parent group.
 407
 408 As a consequence of this, default_groups cannot be removed directly via
 409 rmdir(2).  They also are not considered when rmdir(2) on the parent
 410 group is checking for children.
 411
 412 [Dependent Subsystems]
 413
 414 Sometimes other drivers depend on particular configfs items.  For
 415 example, ocfs2 mounts depend on a heartbeat region item.  If that
 416 region item is removed with rmdir(2), the ocfs2 mount must BUG or go
 417 readonly.  Not happy.
 418
 419 configfs provides two additional API calls: configfs_depend_item() and
 420 configfs_undepend_item().  A client driver can call
 421 configfs_depend_item() on an existing item to tell configfs that it is
 422 depended on.  configfs will then return -EBUSY from rmdir(2) for that
 423 item.  When the item is no longer depended on, the client driver calls
 424 configfs_undepend_item() on it.
 425
 426 These API cannot be called underneath any configfs callbacks, as
 427 they will conflict.  They can block and allocate.  A client driver
 428 probably shouldn't calling them of its own gumption.  Rather it should
 429 be providing an API that external subsystems call.
 430
 431 How does this work?  Imagine the ocfs2 mount process.  When it mounts,
 432 it asks for a heartbeat region item.  This is done via a call into the
 433 heartbeat code.  Inside the heartbeat code, the region item is looked
 434 up.  Here, the heartbeat code calls configfs_depend_item().  If it
 435 succeeds, then heartbeat knows the region is safe to give to ocfs2.
 436 If it fails, it was being torn down anyway, and heartbeat can gracefully
 437 pass up an error.
 438
 439 [Committable Items]
 440
 441 NOTE: Committable items are currently unimplemented.
 442
 443 Some config_items cannot have a valid initial state.  That is, no
 444 default values can be specified for the item's attributes such that the
 445 item can do its work.  Userspace must configure one or more attributes,
 446 after which the subsystem can start whatever entity this item
 447 represents.
 448
 449 Consider the FakeNBD device from above.  Without a target address *and*
 450 a target device, the subsystem has no idea what block device to import.
 451 The simple example assumes that the subsystem merely waits until all the
 452 appropriate attributes are configured, and then connects.  This will,
 453 indeed, work, but now every attribute store must check if the attributes
 454 are initialized.  Every attribute store must fire off the connection if
 455 that condition is met.
 456
 457 Far better would be an explicit action notifying the subsystem that the
 458 config_item is ready to go.  More importantly, an explicit action allows
 459 the subsystem to provide feedback as to whether the attributes are
 460 initialized in a way that makes sense.  configfs provides this as
 461 committable items.
 462
 463 configfs still uses only normal filesystem operations.  An item is
 464 committed via rename(2).  The item is moved from a directory where it
 465 can be modified to a directory where it cannot.
 466
 467 Any group that provides the ct_group_ops->commit_item() method has
 468 committable items.  When this group appears in configfs, mkdir(2) will
 469 not work directly in the group.  Instead, the group will have two
 470 subdirectories: "live" and "pending".  The "live" directory does not
 471 support mkdir(2) or rmdir(2) either.  It only allows rename(2).  The
 472 "pending" directory does allow mkdir(2) and rmdir(2).  An item is
 473 created in the "pending" directory.  Its attributes can be modified at
 474 will.  Userspace commits the item by renaming it into the "live"
 475 directory.  At this point, the subsystem receives the ->commit_item()
 476 callback.  If all required attributes are filled to satisfaction, the
 477 method returns zero and the item is moved to the "live" directory.
 478
 479 As rmdir(2) does not work in the "live" directory, an item must be
 480 shutdown, or "uncommitted".  Again, this is done via rename(2), this
 481 time from the "live" directory back to the "pending" one.  The subsystem
 482 is notified by the ct_group_ops->uncommit_object() method.
 483
 484