Merge remote-tracking branch 'spi/fix/core' into spi-linus
[linux-drm-fsl-dcu.git] / Documentation / DocBook / filesystems.tmpl
1 <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
2 <!DOCTYPE book PUBLIC "-//OASIS//DTD DocBook XML V4.1.2//EN"
3         "http://www.oasis-open.org/docbook/xml/4.1.2/docbookx.dtd" []>
4
5 <book id="Linux-filesystems-API">
6  <bookinfo>
7   <title>Linux Filesystems API</title>
8
9   <legalnotice>
10    <para>
11      This documentation is free software; you can redistribute
12      it and/or modify it under the terms of the GNU General Public
13      License as published by the Free Software Foundation; either
14      version 2 of the License, or (at your option) any later
15      version.
16    </para>
17
18    <para>
19      This program is distributed in the hope that it will be
20      useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied
21      warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
22      See the GNU General Public License for more details.
23    </para>
24
25    <para>
26      You should have received a copy of the GNU General Public
27      License along with this program; if not, write to the Free
28      Software Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston,
29      MA 02111-1307 USA
30    </para>
31
32    <para>
33      For more details see the file COPYING in the source
34      distribution of Linux.
35    </para>
36   </legalnotice>
37  </bookinfo>
38
39 <toc></toc>
40
41   <chapter id="vfs">
42      <title>The Linux VFS</title>
43      <sect1 id="the_filesystem_types"><title>The Filesystem types</title>
44 !Iinclude/linux/fs.h
45      </sect1>
46      <sect1 id="the_directory_cache"><title>The Directory Cache</title>
47 !Efs/dcache.c
48 !Iinclude/linux/dcache.h
49      </sect1>
50      <sect1 id="inode_handling"><title>Inode Handling</title>
51 !Efs/inode.c
52 !Efs/bad_inode.c
53      </sect1>
54      <sect1 id="registration_and_superblocks"><title>Registration and Superblocks</title>
55 !Efs/super.c
56      </sect1>
57      <sect1 id="file_locks"><title>File Locks</title>
58 !Efs/locks.c
59 !Ifs/locks.c
60      </sect1>
61      <sect1 id="other_functions"><title>Other Functions</title>
62 !Efs/mpage.c
63 !Efs/namei.c
64 !Efs/buffer.c
65 !Efs/bio.c
66 !Efs/seq_file.c
67 !Efs/filesystems.c
68 !Efs/fs-writeback.c
69 !Efs/block_dev.c
70      </sect1>
71   </chapter>
72
73   <chapter id="proc">
74      <title>The proc filesystem</title>
75
76      <sect1 id="sysctl_interface"><title>sysctl interface</title>
77 !Ekernel/sysctl.c
78      </sect1>
79
80      <sect1 id="proc_filesystem_interface"><title>proc filesystem interface</title>
81 !Ifs/proc/base.c
82      </sect1>
83   </chapter>
84
85   <chapter id="fs_events">
86      <title>Events based on file descriptors</title>
87 !Efs/eventfd.c
88   </chapter>
89
90   <chapter id="sysfs">
91      <title>The Filesystem for Exporting Kernel Objects</title>
92 !Efs/sysfs/file.c
93 !Efs/sysfs/symlink.c
94   </chapter>
95
96   <chapter id="debugfs">
97      <title>The debugfs filesystem</title>
98
99      <sect1 id="debugfs_interface"><title>debugfs interface</title>
100 !Efs/debugfs/inode.c
101 !Efs/debugfs/file.c
102      </sect1>
103   </chapter>
104
105   <chapter id="LinuxJDBAPI">
106   <chapterinfo>
107   <title>The Linux Journalling API</title>
108
109   <authorgroup>
110   <author>
111      <firstname>Roger</firstname>
112      <surname>Gammans</surname>
113      <affiliation>
114      <address>
115       <email>rgammans@computer-surgery.co.uk</email>
116      </address>
117     </affiliation>
118      </author>
119   </authorgroup>
120
121   <authorgroup>
122    <author>
123     <firstname>Stephen</firstname>
124     <surname>Tweedie</surname>
125     <affiliation>
126      <address>
127       <email>sct@redhat.com</email>
128      </address>
129     </affiliation>
130    </author>
131   </authorgroup>
132
133   <copyright>
134    <year>2002</year>
135    <holder>Roger Gammans</holder>
136   </copyright>
137   </chapterinfo>
138
139   <title>The Linux Journalling API</title>
140
141     <sect1 id="journaling_overview">
142      <title>Overview</title>
143     <sect2 id="journaling_details">
144      <title>Details</title>
145 <para>
146 The journalling layer is  easy to use. You need to
147 first of all create a journal_t data structure. There are
148 two calls to do this dependent on how you decide to allocate the physical
149 media on which the journal resides. The journal_init_inode() call
150 is for journals stored in filesystem inodes, or the journal_init_dev()
151 call can be use for journal stored on a raw device (in a continuous range
152 of blocks). A journal_t is a typedef for a struct pointer, so when
153 you are finally finished make sure you call journal_destroy() on it
154 to free up any used kernel memory.
155 </para>
156
157 <para>
158 Once you have got your journal_t object you need to 'mount' or load the journal
159 file, unless of course you haven't initialised it yet - in which case you
160 need to call journal_create().
161 </para>
162
163 <para>
164 Most of the time however your journal file will already have been created, but
165 before you load it you must call journal_wipe() to empty the journal file.
166 Hang on, you say , what if the filesystem wasn't cleanly umount()'d . Well, it is the
167 job of the client file system to detect this and skip the call to journal_wipe().
168 </para>
169
170 <para>
171 In either case the next call should be to journal_load() which prepares the
172 journal file for use. Note that journal_wipe(..,0) calls journal_skip_recovery()
173 for you if it detects any outstanding transactions in the journal and similarly
174 journal_load() will call journal_recover() if necessary.
175 I would advise reading fs/ext3/super.c for examples on this stage.
176 [RGG: Why is the journal_wipe() call necessary - doesn't this needlessly
177 complicate the API. Or isn't a good idea for the journal layer to hide
178 dirty mounts from the client fs]
179 </para>
180
181 <para>
182 Now you can go ahead and start modifying the underlying
183 filesystem. Almost.
184 </para>
185
186 <para>
187
188 You still need to actually journal your filesystem changes, this
189 is done by wrapping them into transactions. Additionally you
190 also need to wrap the modification of each of the buffers
191 with calls to the journal layer, so it knows what the modifications
192 you are actually making are. To do this use  journal_start() which
193 returns a transaction handle.
194 </para>
195
196 <para>
197 journal_start()
198 and its counterpart journal_stop(), which indicates the end of a transaction
199 are nestable calls, so you can reenter a transaction if necessary,
200 but remember you must call journal_stop() the same number of times as
201 journal_start() before the transaction is completed (or more accurately
202 leaves the update phase). Ext3/VFS makes use of this feature to simplify
203 quota support.
204 </para>
205
206 <para>
207 Inside each transaction you need to wrap the modifications to the
208 individual buffers (blocks). Before you start to modify a buffer you
209 need to call journal_get_{create,write,undo}_access() as appropriate,
210 this allows the journalling layer to copy the unmodified data if it
211 needs to. After all the buffer may be part of a previously uncommitted
212 transaction.
213 At this point you are at last ready to modify a buffer, and once
214 you are have done so you need to call journal_dirty_{meta,}data().
215 Or if you've asked for access to a buffer you now know is now longer
216 required to be pushed back on the device you can call journal_forget()
217 in much the same way as you might have used bforget() in the past.
218 </para>
219
220 <para>
221 A journal_flush() may be called at any time to commit and checkpoint
222 all your transactions.
223 </para>
224
225 <para>
226 Then at umount time , in your put_super() you can then call journal_destroy()
227 to clean up your in-core journal object.
228 </para>
229
230 <para>
231 Unfortunately there a couple of ways the journal layer can cause a deadlock.
232 The first thing to note is that each task can only have
233 a single outstanding transaction at any one time, remember nothing
234 commits until the outermost journal_stop(). This means
235 you must complete the transaction at the end of each file/inode/address
236 etc. operation you perform, so that the journalling system isn't re-entered
237 on another journal. Since transactions can't be nested/batched
238 across differing journals, and another filesystem other than
239 yours (say ext3) may be modified in a later syscall.
240 </para>
241
242 <para>
243 The second case to bear in mind is that journal_start() can
244 block if there isn't enough space in the journal for your transaction
245 (based on the passed nblocks param) - when it blocks it merely(!) needs to
246 wait for transactions to complete and be committed from other tasks,
247 so essentially we are waiting for journal_stop(). So to avoid
248 deadlocks you must treat journal_start/stop() as if they
249 were semaphores and include them in your semaphore ordering rules to prevent
250 deadlocks. Note that journal_extend() has similar blocking behaviour to
251 journal_start() so you can deadlock here just as easily as on journal_start().
252 </para>
253
254 <para>
255 Try to reserve the right number of blocks the first time. ;-). This will
256 be the maximum number of blocks you are going to touch in this transaction.
257 I advise having a look at at least ext3_jbd.h to see the basis on which
258 ext3 uses to make these decisions.
259 </para>
260
261 <para>
262 Another wriggle to watch out for is your on-disk block allocation strategy.
263 why? Because, if you undo a delete, you need to ensure you haven't reused any
264 of the freed blocks in a later transaction. One simple way of doing this
265 is make sure any blocks you allocate only have checkpointed transactions
266 listed against them. Ext3 does this in ext3_test_allocatable().
267 </para>
268
269 <para>
270 Lock is also providing through journal_{un,}lock_updates(),
271 ext3 uses this when it wants a window with a clean and stable fs for a moment.
272 eg.
273 </para>
274
275 <programlisting>
276
277         journal_lock_updates() //stop new stuff happening..
278         journal_flush()        // checkpoint everything.
279         ..do stuff on stable fs
280         journal_unlock_updates() // carry on with filesystem use.
281 </programlisting>
282
283 <para>
284 The opportunities for abuse and DOS attacks with this should be obvious,
285 if you allow unprivileged userspace to trigger codepaths containing these
286 calls.
287 </para>
288
289 <para>
290 A new feature of jbd since 2.5.25 is commit callbacks with the new
291 journal_callback_set() function you can now ask the journalling layer
292 to call you back when the transaction is finally committed to disk, so that
293 you can do some of your own management. The key to this is the journal_callback
294 struct, this maintains the internal callback information but you can
295 extend it like this:-
296 </para>
297 <programlisting>
298         struct  myfs_callback_s {
299                 //Data structure element required by jbd..
300                 struct journal_callback for_jbd;
301                 // Stuff for myfs allocated together.
302                 myfs_inode*    i_commited;
303
304         }
305 </programlisting>
306
307 <para>
308 this would be useful if you needed to know when data was committed to a
309 particular inode.
310 </para>
311
312     </sect2>
313
314     <sect2 id="jbd_summary">
315      <title>Summary</title>
316 <para>
317 Using the journal is a matter of wrapping the different context changes,
318 being each mount, each modification (transaction) and each changed buffer
319 to tell the journalling layer about them.
320 </para>
321
322 <para>
323 Here is a some pseudo code to give you an idea of how it works, as
324 an example.
325 </para>
326
327 <programlisting>
328   journal_t* my_jnrl = journal_create();
329   journal_init_{dev,inode}(jnrl,...)
330   if (clean) journal_wipe();
331   journal_load();
332
333    foreach(transaction) { /*transactions must be
334                             completed before
335                             a syscall returns to
336                             userspace*/
337
338           handle_t * xct=journal_start(my_jnrl);
339           foreach(bh) {
340                 journal_get_{create,write,undo}_access(xact,bh);
341                 if ( myfs_modify(bh) ) { /* returns true
342                                         if makes changes */
343                            journal_dirty_{meta,}data(xact,bh);
344                 } else {
345                            journal_forget(bh);
346                 }
347           }
348           journal_stop(xct);
349    }
350    journal_destroy(my_jrnl);
351 </programlisting>
352     </sect2>
353
354     </sect1>
355
356     <sect1 id="data_types">
357      <title>Data Types</title>
358      <para>
359         The journalling layer uses typedefs to 'hide' the concrete definitions
360         of the structures used. As a client of the JBD layer you can
361         just rely on the using the pointer as a magic cookie  of some sort.
362
363         Obviously the hiding is not enforced as this is 'C'.
364      </para>
365         <sect2 id="structures"><title>Structures</title>
366 !Iinclude/linux/jbd.h
367         </sect2>
368     </sect1>
369
370     <sect1 id="functions">
371      <title>Functions</title>
372      <para>
373         The functions here are split into two groups those that
374         affect a journal as a whole, and those which are used to
375         manage transactions
376      </para>
377         <sect2 id="journal_level"><title>Journal Level</title>
378 !Efs/jbd/journal.c
379 !Ifs/jbd/recovery.c
380         </sect2>
381         <sect2 id="transaction_level"><title>Transasction Level</title>
382 !Efs/jbd/transaction.c
383         </sect2>
384     </sect1>
385     <sect1 id="see_also">
386      <title>See also</title>
387         <para>
388           <citation>
389            <ulink url="http://kernel.org/pub/linux/kernel/people/sct/ext3/journal-design.ps.gz">
390                 Journaling the Linux ext2fs Filesystem, LinuxExpo 98, Stephen Tweedie
391            </ulink>
392           </citation>
393         </para>
394         <para>
395            <citation>
396            <ulink url="http://olstrans.sourceforge.net/release/OLS2000-ext3/OLS2000-ext3.html">
397                 Ext3 Journalling FileSystem, OLS 2000, Dr. Stephen Tweedie
398            </ulink>
399            </citation>
400         </para>
401     </sect1>
402
403   </chapter>
404
405   <chapter id="splice">
406       <title>splice API</title>
407   <para>
408         splice is a method for moving blocks of data around inside the
409         kernel, without continually transferring them between the kernel
410         and user space.
411   </para>
412 !Ffs/splice.c
413   </chapter>
414
415   <chapter id="pipes">
416       <title>pipes API</title>
417   <para>
418         Pipe interfaces are all for in-kernel (builtin image) use.
419         They are not exported for use by modules.
420   </para>
421 !Iinclude/linux/pipe_fs_i.h
422 !Ffs/pipe.c
423   </chapter>
424
425 </book>