Merge branch 'for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/dtor/input
[pandora-kernel.git] / 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
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
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 /proc/<pid>/mounts.
295
296   quota_read: called by the VFS to read from filesystem quota file.
297
298   quota_write: called by the VFS to write to filesystem quota file.
299
300 Whoever sets up the inode is responsible for filling in the "i_op" field. This
301 is a pointer to a "struct inode_operations" which describes the methods that
302 can be performed on individual inodes.
303
304
305 The Inode Object
306 ================
307
308 An inode object represents an object within the filesystem.
309
310
311 struct inode_operations
312 -----------------------
313
314 This describes how the VFS can manipulate an inode in your
315 filesystem. As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
316
317 struct inode_operations {
318         int (*create) (struct inode *,struct dentry *,int, struct nameidata *);
319         struct dentry * (*lookup) (struct inode *,struct dentry *, struct nameidata *);
320         int (*link) (struct dentry *,struct inode *,struct dentry *);
321         int (*unlink) (struct inode *,struct dentry *);
322         int (*symlink) (struct inode *,struct dentry *,const char *);
323         int (*mkdir) (struct inode *,struct dentry *,int);
324         int (*rmdir) (struct inode *,struct dentry *);
325         int (*mknod) (struct inode *,struct dentry *,int,dev_t);
326         int (*rename) (struct inode *, struct dentry *,
327                         struct inode *, struct dentry *);
328         int (*readlink) (struct dentry *, char __user *,int);
329         void * (*follow_link) (struct dentry *, struct nameidata *);
330         void (*put_link) (struct dentry *, struct nameidata *, void *);
331         void (*truncate) (struct inode *);
332         int (*permission) (struct inode *, int, struct nameidata *);
333         int (*setattr) (struct dentry *, struct iattr *);
334         int (*getattr) (struct vfsmount *mnt, struct dentry *, struct kstat *);
335         int (*setxattr) (struct dentry *, const char *,const void *,size_t,int);
336         ssize_t (*getxattr) (struct dentry *, const char *, void *, size_t);
337         ssize_t (*listxattr) (struct dentry *, char *, size_t);
338         int (*removexattr) (struct dentry *, const char *);
339         void (*truncate_range)(struct inode *, loff_t, loff_t);
340 };
341
342 Again, all methods are called without any locks being held, unless
343 otherwise noted.
344
345   create: called by the open(2) and creat(2) system calls. Only
346         required if you want to support regular files. The dentry you
347         get should not have an inode (i.e. it should be a negative
348         dentry). Here you will probably call d_instantiate() with the
349         dentry and the newly created inode
350
351   lookup: called when the VFS needs to look up an inode in a parent
352         directory. The name to look for is found in the dentry. This
353         method must call d_add() to insert the found inode into the
354         dentry. The "i_count" field in the inode structure should be
355         incremented. If the named inode does not exist a NULL inode
356         should be inserted into the dentry (this is called a negative
357         dentry). Returning an error code from this routine must only
358         be done on a real error, otherwise creating inodes with system
359         calls like create(2), mknod(2), mkdir(2) and so on will fail.
360         If you wish to overload the dentry methods then you should
361         initialise the "d_dop" field in the dentry; this is a pointer
362         to a struct "dentry_operations".
363         This method is called with the directory inode semaphore held
364
365   link: called by the link(2) system call. Only required if you want
366         to support hard links. You will probably need to call
367         d_instantiate() just as you would in the create() method
368
369   unlink: called by the unlink(2) system call. Only required if you
370         want to support deleting inodes
371
372   symlink: called by the symlink(2) system call. Only required if you
373         want to support symlinks. You will probably need to call
374         d_instantiate() just as you would in the create() method
375
376   mkdir: called by the mkdir(2) system call. Only required if you want
377         to support creating subdirectories. You will probably need to
378         call d_instantiate() just as you would in the create() method
379
380   rmdir: called by the rmdir(2) system call. Only required if you want
381         to support deleting subdirectories
382
383   mknod: called by the mknod(2) system call to create a device (char,
384         block) inode or a named pipe (FIFO) or socket. Only required
385         if you want to support creating these types of inodes. You
386         will probably need to call d_instantiate() just as you would
387         in the create() method
388
389   rename: called by the rename(2) system call to rename the object to
390         have the parent and name given by the second inode and dentry.
391
392   readlink: called by the readlink(2) system call. Only required if
393         you want to support reading symbolic links
394
395   follow_link: called by the VFS to follow a symbolic link to the
396         inode it points to.  Only required if you want to support
397         symbolic links.  This method returns a void pointer cookie
398         that is passed to put_link().
399
400   put_link: called by the VFS to release resources allocated by
401         follow_link().  The cookie returned by follow_link() is passed
402         to this method as the last parameter.  It is used by
403         filesystems such as NFS where page cache is not stable
404         (i.e. page that was installed when the symbolic link walk
405         started might not be in the page cache at the end of the
406         walk).
407
408   truncate: called by the VFS to change the size of a file.  The
409         i_size field of the inode is set to the desired size by the
410         VFS before this method is called.  This method is called by
411         the truncate(2) system call and related functionality.
412
413   permission: called by the VFS to check for access rights on a POSIX-like
414         filesystem.
415
416   setattr: called by the VFS to set attributes for a file. This method
417         is called by chmod(2) and related system calls.
418
419   getattr: called by the VFS to get attributes of a file. This method
420         is called by stat(2) and related system calls.
421
422   setxattr: called by the VFS to set an extended attribute for a file.
423         Extended attribute is a name:value pair associated with an
424         inode. This method is called by setxattr(2) system call.
425
426   getxattr: called by the VFS to retrieve the value of an extended
427         attribute name. This method is called by getxattr(2) function
428         call.
429
430   listxattr: called by the VFS to list all extended attributes for a
431         given file. This method is called by listxattr(2) system call.
432
433   removexattr: called by the VFS to remove an extended attribute from
434         a file. This method is called by removexattr(2) system call.
435
436   truncate_range: a method provided by the underlying filesystem to truncate a
437         range of blocks , i.e. punch a hole somewhere in a file.
438
439
440 The Address Space Object
441 ========================
442
443 The address space object is used to group and manage pages in the page
444 cache.  It can be used to keep track of the pages in a file (or
445 anything else) and also track the mapping of sections of the file into
446 process address spaces.
447
448 There are a number of distinct yet related services that an
449 address-space can provide.  These include communicating memory
450 pressure, page lookup by address, and keeping track of pages tagged as
451 Dirty or Writeback.
452
453 The first can be used independently to the others.  The VM can try to
454 either write dirty pages in order to clean them, or release clean
455 pages in order to reuse them.  To do this it can call the ->writepage
456 method on dirty pages, and ->releasepage on clean pages with
457 PagePrivate set. Clean pages without PagePrivate and with no external
458 references will be released without notice being given to the
459 address_space.
460
461 To achieve this functionality, pages need to be placed on an LRU with
462 lru_cache_add and mark_page_active needs to be called whenever the
463 page is used.
464
465 Pages are normally kept in a radix tree index by ->index. This tree
466 maintains information about the PG_Dirty and PG_Writeback status of
467 each page, so that pages with either of these flags can be found
468 quickly.
469
470 The Dirty tag is primarily used by mpage_writepages - the default
471 ->writepages method.  It uses the tag to find dirty pages to call
472 ->writepage on.  If mpage_writepages is not used (i.e. the address
473 provides its own ->writepages) , the PAGECACHE_TAG_DIRTY tag is
474 almost unused.  write_inode_now and sync_inode do use it (through
475 __sync_single_inode) to check if ->writepages has been successful in
476 writing out the whole address_space.
477
478 The Writeback tag is used by filemap*wait* and sync_page* functions,
479 via wait_on_page_writeback_range, to wait for all writeback to
480 complete.  While waiting ->sync_page (if defined) will be called on
481 each page that is found to require writeback.
482
483 An address_space handler may attach extra information to a page,
484 typically using the 'private' field in the 'struct page'.  If such
485 information is attached, the PG_Private flag should be set.  This will
486 cause various VM routines to make extra calls into the address_space
487 handler to deal with that data.
488
489 An address space acts as an intermediate between storage and
490 application.  Data is read into the address space a whole page at a
491 time, and provided to the application either by copying of the page,
492 or by memory-mapping the page.
493 Data is written into the address space by the application, and then
494 written-back to storage typically in whole pages, however the
495 address_space has finer control of write sizes.
496
497 The read process essentially only requires 'readpage'.  The write
498 process is more complicated and uses prepare_write/commit_write or
499 set_page_dirty to write data into the address_space, and writepage,
500 sync_page, and writepages to writeback data to storage.
501
502 Adding and removing pages to/from an address_space is protected by the
503 inode's i_mutex.
504
505 When data is written to a page, the PG_Dirty flag should be set.  It
506 typically remains set until writepage asks for it to be written.  This
507 should clear PG_Dirty and set PG_Writeback.  It can be actually
508 written at any point after PG_Dirty is clear.  Once it is known to be
509 safe, PG_Writeback is cleared.
510
511 Writeback makes use of a writeback_control structure...
512
513 struct address_space_operations
514 -------------------------------
515
516 This describes how the VFS can manipulate mapping of a file to page cache in
517 your filesystem. As of kernel 2.6.22, the following members are defined:
518
519 struct address_space_operations {
520         int (*writepage)(struct page *page, struct writeback_control *wbc);
521         int (*readpage)(struct file *, struct page *);
522         int (*sync_page)(struct page *);
523         int (*writepages)(struct address_space *, struct writeback_control *);
524         int (*set_page_dirty)(struct page *page);
525         int (*readpages)(struct file *filp, struct address_space *mapping,
526                         struct list_head *pages, unsigned nr_pages);
527         int (*prepare_write)(struct file *, struct page *, unsigned, unsigned);
528         int (*commit_write)(struct file *, struct page *, unsigned, unsigned);
529         int (*write_begin)(struct file *, struct address_space *mapping,
530                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned flags,
531                                 struct page **pagep, void **fsdata);
532         int (*write_end)(struct file *, struct address_space *mapping,
533                                 loff_t pos, unsigned len, unsigned copied,
534                                 struct page *page, void *fsdata);
535         sector_t (*bmap)(struct address_space *, sector_t);
536         int (*invalidatepage) (struct page *, unsigned long);
537         int (*releasepage) (struct page *, int);
538         ssize_t (*direct_IO)(int, struct kiocb *, const struct iovec *iov,
539                         loff_t offset, unsigned long nr_segs);
540         struct page* (*get_xip_page)(struct address_space *, sector_t,
541                         int);
542         /* migrate the contents of a page to the specified target */
543         int (*migratepage) (struct page *, struct page *);
544         int (*launder_page) (struct page *);
545 };
546
547   writepage: called by the VM to write a dirty page to backing store.
548       This may happen for data integrity reasons (i.e. 'sync'), or
549       to free up memory (flush).  The difference can be seen in
550       wbc->sync_mode.
551       The PG_Dirty flag has been cleared and PageLocked is true.
552       writepage should start writeout, should set PG_Writeback,
553       and should make sure the page is unlocked, either synchronously
554       or asynchronously when the write operation completes.
555
556       If wbc->sync_mode is WB_SYNC_NONE, ->writepage doesn't have to
557       try too hard if there are problems, and may choose to write out
558       other pages from the mapping if that is easier (e.g. due to
559       internal dependencies).  If it chooses not to start writeout, it
560       should return AOP_WRITEPAGE_ACTIVATE so that the VM will not keep
561       calling ->writepage on that page.
562
563       See the file "Locking" for more details.
564
565   readpage: called by the VM to read a page from backing store.
566        The page will be Locked when readpage is called, and should be
567        unlocked and marked uptodate once the read completes.
568        If ->readpage discovers that it needs to unlock the page for
569        some reason, it can do so, and then return AOP_TRUNCATED_PAGE.
570        In this case, the page will be relocated, relocked and if
571        that all succeeds, ->readpage will be called again.
572
573   sync_page: called by the VM to notify the backing store to perform all
574         queued I/O operations for a page. I/O operations for other pages
575         associated with this address_space object may also be performed.
576
577         This function is optional and is called only for pages with
578         PG_Writeback set while waiting for the writeback to complete.
579
580   writepages: called by the VM to write out pages associated with the
581         address_space object.  If wbc->sync_mode is WBC_SYNC_ALL, then
582         the writeback_control will specify a range of pages that must be
583         written out.  If it is WBC_SYNC_NONE, then a nr_to_write is given
584         and that many pages should be written if possible.
585         If no ->writepages is given, then mpage_writepages is used
586         instead.  This will choose pages from the address space that are
587         tagged as DIRTY and will pass them to ->writepage.
588
589   set_page_dirty: called by the VM to set a page dirty.
590         This is particularly needed if an address space attaches
591         private data to a page, and that data needs to be updated when
592         a page is dirtied.  This is called, for example, when a memory
593         mapped page gets modified.
594         If defined, it should set the PageDirty flag, and the
595         PAGECACHE_TAG_DIRTY tag in the radix tree.
596
597   readpages: called by the VM to read pages associated with the address_space
598         object. This is essentially just a vector version of
599         readpage.  Instead of just one page, several pages are
600         requested.
601         readpages is only used for read-ahead, so read errors are
602         ignored.  If anything goes wrong, feel free to give up.
603
604   prepare_write: called by the generic write path in VM to set up a write
605         request for a page.  This indicates to the address space that
606         the given range of bytes is about to be written.  The
607         address_space should check that the write will be able to
608         complete, by allocating space if necessary and doing any other
609         internal housekeeping.  If the write will update parts of
610         any basic-blocks on storage, then those blocks should be
611         pre-read (if they haven't been read already) so that the
612         updated blocks can be written out properly.
613         The page will be locked.
614
615         Note: the page _must not_ be marked uptodate in this function
616         (or anywhere else) unless it actually is uptodate right now. As
617         soon as a page is marked uptodate, it is possible for a concurrent
618         read(2) to copy it to userspace.
619
620   commit_write: If prepare_write succeeds, new data will be copied
621         into the page and then commit_write will be called.  It will
622         typically update the size of the file (if appropriate) and
623         mark the inode as dirty, and do any other related housekeeping
624         operations.  It should avoid returning an error if possible -
625         errors should have been handled by prepare_write.
626
627   write_begin: This is intended as a replacement for prepare_write. The
628         key differences being that:
629                 - it returns a locked page (in *pagep) rather than being
630                   given a pre locked page;
631                 - it must be able to cope with short writes (where the
632                   length passed to write_begin is greater than the number
633                   of bytes copied into the page).
634
635         Called by the generic buffered write code to ask the filesystem to
636         prepare to write len bytes at the given offset in the file. The
637         address_space should check that the write will be able to complete,
638         by allocating space if necessary and doing any other internal
639         housekeeping.  If the write will update parts of any basic-blocks on
640         storage, then those blocks should be pre-read (if they haven't been
641         read already) so that the updated blocks can be written out properly.
642
643         The filesystem must return the locked pagecache page for the specified
644         offset, in *pagep, for the caller to write into.
645
646         flags is a field for AOP_FLAG_xxx flags, described in
647         include/linux/fs.h.
648
649         A void * may be returned in fsdata, which then gets passed into
650         write_end.
651
652         Returns 0 on success; < 0 on failure (which is the error code), in
653         which case write_end is not called.
654
655   write_end: After a successful write_begin, and data copy, write_end must
656         be called. len is the original len passed to write_begin, and copied
657         is the amount that was able to be copied (copied == len is always true
658         if write_begin was called with the AOP_FLAG_UNINTERRUPTIBLE flag).
659
660         The filesystem must take care of unlocking the page and releasing it
661         refcount, and updating i_size.
662
663         Returns < 0 on failure, otherwise the number of bytes (<= 'copied')
664         that were able to be copied into pagecache.
665
666   bmap: called by the VFS to map a logical block offset within object to
667         physical block number. This method is used by the FIBMAP
668         ioctl and for working with swap-files.  To be able to swap to
669         a file, the file must have a stable mapping to a block
670         device.  The swap system does not go through the filesystem
671         but instead uses bmap to find out where the blocks in the file
672         are and uses those addresses directly.
673
674
675   invalidatepage: If a page has PagePrivate set, then invalidatepage
676         will be called when part or all of the page is to be removed
677         from the address space.  This generally corresponds to either a
678         truncation or a complete invalidation of the address space
679         (in the latter case 'offset' will always be 0).
680         Any private data associated with the page should be updated
681         to reflect this truncation.  If offset is 0, then
682         the private data should be released, because the page
683         must be able to be completely discarded.  This may be done by
684         calling the ->releasepage function, but in this case the
685         release MUST succeed.
686
687   releasepage: releasepage is called on PagePrivate pages to indicate
688         that the page should be freed if possible.  ->releasepage
689         should remove any private data from the page and clear the
690         PagePrivate flag.  It may also remove the page from the
691         address_space.  If this fails for some reason, it may indicate
692         failure with a 0 return value.
693         This is used in two distinct though related cases.  The first
694         is when the VM finds a clean page with no active users and
695         wants to make it a free page.  If ->releasepage succeeds, the
696         page will be removed from the address_space and become free.
697
698         The second case is when a request has been made to invalidate
699         some or all pages in an address_space.  This can happen
700         through the fadvice(POSIX_FADV_DONTNEED) system call or by the
701         filesystem explicitly requesting it as nfs and 9fs do (when
702         they believe the cache may be out of date with storage) by
703         calling invalidate_inode_pages2().
704         If the filesystem makes such a call, and needs to be certain
705         that all pages are invalidated, then its releasepage will
706         need to ensure this.  Possibly it can clear the PageUptodate
707         bit if it cannot free private data yet.
708
709   direct_IO: called by the generic read/write routines to perform
710         direct_IO - that is IO requests which bypass the page cache
711         and transfer data directly between the storage and the
712         application's address space.
713
714   get_xip_page: called by the VM to translate a block number to a page.
715         The page is valid until the corresponding filesystem is unmounted.
716         Filesystems that want to use execute-in-place (XIP) need to implement
717         it.  An example implementation can be found in fs/ext2/xip.c.
718
719   migrate_page:  This is used to compact the physical memory usage.
720         If the VM wants to relocate a page (maybe off a memory card
721         that is signalling imminent failure) it will pass a new page
722         and an old page to this function.  migrate_page should
723         transfer any private data across and update any references
724         that it has to the page.
725
726   launder_page: Called before freeing a page - it writes back the dirty page. To
727         prevent redirtying the page, it is kept locked during the whole
728         operation.
729
730 The File Object
731 ===============
732
733 A file object represents a file opened by a process.
734
735
736 struct file_operations
737 ----------------------
738
739 This describes how the VFS can manipulate an open file. As of kernel
740 2.6.22, the following members are defined:
741
742 struct file_operations {
743         struct module *owner;
744         loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
745         ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
746         ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
747         ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
748         ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
749         int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
750         unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
751         int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);
752         long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
753         long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
754         int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
755         int (*open) (struct inode *, struct file *);
756         int (*flush) (struct file *);
757         int (*release) (struct inode *, struct file *);
758         int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync);
759         int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
760         int (*fasync) (int, struct file *, int);
761         int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
762         ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
763         ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
764         ssize_t (*sendfile) (struct file *, loff_t *, size_t, read_actor_t, void *);
765         ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
766         unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
767         int (*check_flags)(int);
768         int (*dir_notify)(struct file *filp, unsigned long arg);
769         int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
770         ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, size_t, unsigned int);
771         ssize_t (*splice_read)(struct file *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
772 };
773
774 Again, all methods are called without any locks being held, unless
775 otherwise noted.
776
777   llseek: called when the VFS needs to move the file position index
778
779   read: called by read(2) and related system calls
780
781   aio_read: called by io_submit(2) and other asynchronous I/O operations
782
783   write: called by write(2) and related system calls
784
785   aio_write: called by io_submit(2) and other asynchronous I/O operations
786
787   readdir: called when the VFS needs to read the directory contents
788
789   poll: called by the VFS when a process wants to check if there is
790         activity on this file and (optionally) go to sleep until there
791         is activity. Called by the select(2) and poll(2) system calls
792
793   ioctl: called by the ioctl(2) system call
794
795   unlocked_ioctl: called by the ioctl(2) system call. Filesystems that do not
796         require the BKL should use this method instead of the ioctl() above.
797
798   compat_ioctl: called by the ioctl(2) system call when 32 bit system calls
799          are used on 64 bit kernels.
800
801   mmap: called by the mmap(2) system call
802
803   open: called by the VFS when an inode should be opened. When the VFS
804         opens a file, it creates a new "struct file". It then calls the
805         open method for the newly allocated file structure. You might
806         think that the open method really belongs in
807         "struct inode_operations", and you may be right. I think it's
808         done the way it is because it makes filesystems simpler to
809         implement. The open() method is a good place to initialize the
810         "private_data" member in the file structure if you want to point
811         to a device structure
812
813   flush: called by the close(2) system call to flush a file
814
815   release: called when the last reference to an open file is closed
816
817   fsync: called by the fsync(2) system call
818
819   fasync: called by the fcntl(2) system call when asynchronous
820         (non-blocking) mode is enabled for a file
821
822   lock: called by the fcntl(2) system call for F_GETLK, F_SETLK, and F_SETLKW
823         commands
824
825   readv: called by the readv(2) system call
826
827   writev: called by the writev(2) system call
828
829   sendfile: called by the sendfile(2) system call
830
831   get_unmapped_area: called by the mmap(2) system call
832
833   check_flags: called by the fcntl(2) system call for F_SETFL command
834
835   dir_notify: called by the fcntl(2) system call for F_NOTIFY command
836
837   flock: called by the flock(2) system call
838
839   splice_write: called by the VFS to splice data from a pipe to a file. This
840                 method is used by the splice(2) system call
841
842   splice_read: called by the VFS to splice data from file to a pipe. This
843                method is used by the splice(2) system call
844
845 Note that the file operations are implemented by the specific
846 filesystem in which the inode resides. When opening a device node
847 (character or block special) most filesystems will call special
848 support routines in the VFS which will locate the required device
849 driver information. These support routines replace the filesystem file
850 operations with those for the device driver, and then proceed to call
851 the new open() method for the file. This is how opening a device file
852 in the filesystem eventually ends up calling the device driver open()
853 method.
854
855
856 Directory Entry Cache (dcache)
857 ==============================
858
859
860 struct dentry_operations
861 ------------------------
862
863 This describes how a filesystem can overload the standard dentry
864 operations. Dentries and the dcache are the domain of the VFS and the
865 individual filesystem implementations. Device drivers have no business
866 here. These methods may be set to NULL, as they are either optional or
867 the VFS uses a default. As of kernel 2.6.22, the following members are
868 defined:
869
870 struct dentry_operations {
871         int (*d_revalidate)(struct dentry *, struct nameidata *);
872         int (*d_hash) (struct dentry *, struct qstr *);
873         int (*d_compare) (struct dentry *, struct qstr *, struct qstr *);
874         int (*d_delete)(struct dentry *);
875         void (*d_release)(struct dentry *);
876         void (*d_iput)(struct dentry *, struct inode *);
877         char *(*d_dname)(struct dentry *, char *, int);
878 };
879
880   d_revalidate: called when the VFS needs to revalidate a dentry. This
881         is called whenever a name look-up finds a dentry in the
882         dcache. Most filesystems leave this as NULL, because all their
883         dentries in the dcache are valid
884
885   d_hash: called when the VFS adds a dentry to the hash table
886
887   d_compare: called when a dentry should be compared with another
888
889   d_delete: called when the last reference to a dentry is
890         deleted. This means no-one is using the dentry, however it is
891         still valid and in the dcache
892
893   d_release: called when a dentry is really deallocated
894
895   d_iput: called when a dentry loses its inode (just prior to its
896         being deallocated). The default when this is NULL is that the
897         VFS calls iput(). If you define this method, you must call
898         iput() yourself
899
900   d_dname: called when the pathname of a dentry should be generated.
901         Usefull for some pseudo filesystems (sockfs, pipefs, ...) to delay
902         pathname generation. (Instead of doing it when dentry is created,
903         its done only when the path is needed.). Real filesystems probably
904         dont want to use it, because their dentries are present in global
905         dcache hash, so their hash should be an invariant. As no lock is
906         held, d_dname() should not try to modify the dentry itself, unless
907         appropriate SMP safety is used. CAUTION : d_path() logic is quite
908         tricky. The correct way to return for example "Hello" is to put it
909         at the end of the buffer, and returns a pointer to the first char.
910         dynamic_dname() helper function is provided to take care of this.
911
912 Example :
913
914 static char *pipefs_dname(struct dentry *dent, char *buffer, int buflen)
915 {
916         return dynamic_dname(dentry, buffer, buflen, "pipe:[%lu]",
917                                 dentry->d_inode->i_ino);
918 }
919
920 Each dentry has a pointer to its parent dentry, as well as a hash list
921 of child dentries. Child dentries are basically like files in a
922 directory.
923
924
925 Directory Entry Cache API
926 --------------------------
927
928 There are a number of functions defined which permit a filesystem to
929 manipulate dentries:
930
931   dget: open a new handle for an existing dentry (this just increments
932         the usage count)
933
934   dput: close a handle for a dentry (decrements the usage count). If
935         the usage count drops to 0, the "d_delete" method is called
936         and the dentry is placed on the unused list if the dentry is
937         still in its parents hash list. Putting the dentry on the
938         unused list just means that if the system needs some RAM, it
939         goes through the unused list of dentries and deallocates them.
940         If the dentry has already been unhashed and the usage count
941         drops to 0, in this case the dentry is deallocated after the
942         "d_delete" method is called
943
944   d_drop: this unhashes a dentry from its parents hash list. A
945         subsequent call to dput() will deallocate the dentry if its
946         usage count drops to 0
947
948   d_delete: delete a dentry. If there are no other open references to
949         the dentry then the dentry is turned into a negative dentry
950         (the d_iput() method is called). If there are other
951         references, then d_drop() is called instead
952
953   d_add: add a dentry to its parents hash list and then calls
954         d_instantiate()
955
956   d_instantiate: add a dentry to the alias hash list for the inode and
957         updates the "d_inode" member. The "i_count" member in the
958         inode structure should be set/incremented. If the inode
959         pointer is NULL, the dentry is called a "negative
960         dentry". This function is commonly called when an inode is
961         created for an existing negative dentry
962
963   d_lookup: look up a dentry given its parent and path name component
964         It looks up the child of that given name from the dcache
965         hash table. If it is found, the reference count is incremented
966         and the dentry is returned. The caller must use d_put()
967         to free the dentry when it finishes using it.
968
969 For further information on dentry locking, please refer to the document
970 Documentation/filesystems/dentry-locking.txt.
971
972
973 Resources
974 =========
975
976 (Note some of these resources are not up-to-date with the latest kernel
977  version.)
978
979 Creating Linux virtual filesystems. 2002
980     <http://lwn.net/Articles/13325/>
981
982 The Linux Virtual File-system Layer by Neil Brown. 1999
983     <http://www.cse.unsw.edu.au/~neilb/oss/linux-commentary/vfs.html>
984
985 A tour of the Linux VFS by Michael K. Johnson. 1996
986     <http://www.tldp.org/LDP/khg/HyperNews/get/fs/vfstour.html>
987
988 A small trail through the Linux kernel by Andries Brouwer. 2001
989     <http://www.win.tue.nl/~aeb/linux/vfs/trail.html>