manual: Document mprotect and introduce section on memory protection
[glibc.git] / manual / llio.texi
blob7dd4e0680daab99f68a31c16a7b933c150b7721c
1 @node Low-Level I/O, File System Interface, I/O on Streams, Top
2 @c %MENU% Low-level, less portable I/O
3 @chapter Low-Level Input/Output
5 This chapter describes functions for performing low-level input/output
6 operations on file descriptors.  These functions include the primitives
7 for the higher-level I/O functions described in @ref{I/O on Streams}, as
8 well as functions for performing low-level control operations for which
9 there are no equivalents on streams.
11 Stream-level I/O is more flexible and usually more convenient;
12 therefore, programmers generally use the descriptor-level functions only
13 when necessary.  These are some of the usual reasons:
15 @itemize @bullet
16 @item
17 For reading binary files in large chunks.
19 @item
20 For reading an entire file into core before parsing it.
22 @item
23 To perform operations other than data transfer, which can only be done
24 with a descriptor.  (You can use @code{fileno} to get the descriptor
25 corresponding to a stream.)
27 @item
28 To pass descriptors to a child process.  (The child can create its own
29 stream to use a descriptor that it inherits, but cannot inherit a stream
30 directly.)
31 @end itemize
33 @menu
34 * Opening and Closing Files::           How to open and close file
35                                          descriptors.
36 * I/O Primitives::                      Reading and writing data.
37 * File Position Primitive::             Setting a descriptor's file
38                                          position.
39 * Descriptors and Streams::             Converting descriptor to stream
40                                          or vice-versa.
41 * Stream/Descriptor Precautions::       Precautions needed if you use both
42                                          descriptors and streams.
43 * Scatter-Gather::                      Fast I/O to discontinuous buffers.
44 * Memory-mapped I/O::                   Using files like memory.
45 * Waiting for I/O::                     How to check for input or output
46                                          on multiple file descriptors.
47 * Synchronizing I/O::                   Making sure all I/O actions completed.
48 * Asynchronous I/O::                    Perform I/O in parallel.
49 * Control Operations::                  Various other operations on file
50                                          descriptors.
51 * Duplicating Descriptors::             Fcntl commands for duplicating
52                                          file descriptors.
53 * Descriptor Flags::                    Fcntl commands for manipulating
54                                          flags associated with file
55                                          descriptors.
56 * File Status Flags::                   Fcntl commands for manipulating
57                                          flags associated with open files.
58 * File Locks::                          Fcntl commands for implementing
59                                          file locking.
60 * Open File Description Locks::         Fcntl commands for implementing
61                                          open file description locking.
62 * Open File Description Locks Example:: An example of open file description lock
63                                          usage
64 * Interrupt Input::                     Getting an asynchronous signal when
65                                          input arrives.
66 * IOCTLs::                              Generic I/O Control operations.
67 @end menu
70 @node Opening and Closing Files
71 @section Opening and Closing Files
73 @cindex opening a file descriptor
74 @cindex closing a file descriptor
75 This section describes the primitives for opening and closing files
76 using file descriptors.  The @code{open} and @code{creat} functions are
77 declared in the header file @file{fcntl.h}, while @code{close} is
78 declared in @file{unistd.h}.
79 @pindex unistd.h
80 @pindex fcntl.h
82 @deftypefun int open (const char *@var{filename}, int @var{flags}[, mode_t @var{mode}])
83 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
84 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{@acsfd{}}}
85 The @code{open} function creates and returns a new file descriptor for
86 the file named by @var{filename}.  Initially, the file position
87 indicator for the file is at the beginning of the file.  The argument
88 @var{mode} (@pxref{Permission Bits}) is used only when a file is
89 created, but it doesn't hurt to supply the argument in any case.
91 The @var{flags} argument controls how the file is to be opened.  This is
92 a bit mask; you create the value by the bitwise OR of the appropriate
93 parameters (using the @samp{|} operator in C).
94 @xref{File Status Flags}, for the parameters available.
96 The normal return value from @code{open} is a non-negative integer file
97 descriptor.  In the case of an error, a value of @math{-1} is returned
98 instead.  In addition to the usual file name errors (@pxref{File
99 Name Errors}), the following @code{errno} error conditions are defined
100 for this function:
102 @table @code
103 @item EACCES
104 The file exists but is not readable/writable as requested by the @var{flags}
105 argument, or the file does not exist and the directory is unwritable so
106 it cannot be created.
108 @item EEXIST
109 Both @code{O_CREAT} and @code{O_EXCL} are set, and the named file already
110 exists.
112 @item EINTR
113 The @code{open} operation was interrupted by a signal.
114 @xref{Interrupted Primitives}.
116 @item EISDIR
117 The @var{flags} argument specified write access, and the file is a directory.
119 @item EMFILE
120 The process has too many files open.
121 The maximum number of file descriptors is controlled by the
122 @code{RLIMIT_NOFILE} resource limit; @pxref{Limits on Resources}.
124 @item ENFILE
125 The entire system, or perhaps the file system which contains the
126 directory, cannot support any additional open files at the moment.
127 (This problem cannot happen on @gnuhurdsystems{}.)
129 @item ENOENT
130 The named file does not exist, and @code{O_CREAT} is not specified.
132 @item ENOSPC
133 The directory or file system that would contain the new file cannot be
134 extended, because there is no disk space left.
136 @item ENXIO
137 @code{O_NONBLOCK} and @code{O_WRONLY} are both set in the @var{flags}
138 argument, the file named by @var{filename} is a FIFO (@pxref{Pipes and
139 FIFOs}), and no process has the file open for reading.
141 @item EROFS
142 The file resides on a read-only file system and any of @w{@code{O_WRONLY}},
143 @code{O_RDWR}, and @code{O_TRUNC} are set in the @var{flags} argument,
144 or @code{O_CREAT} is set and the file does not already exist.
145 @end table
147 @c !!! umask
149 If on a 32 bit machine the sources are translated with
150 @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the function @code{open} returns a file
151 descriptor opened in the large file mode which enables the file handling
152 functions to use files up to @twoexp{63} bytes in size and offset from
153 @minus{}@twoexp{63} to @twoexp{63}.  This happens transparently for the user
154 since all of the low-level file handling functions are equally replaced.
156 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
157 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
158 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{open} is
159 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
160 until the program ends.  To avoid this calls to @code{open} should be
161 protected using cancellation handlers.
162 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
164 The @code{open} function is the underlying primitive for the @code{fopen}
165 and @code{freopen} functions, that create streams.
166 @end deftypefun
168 @deftypefun int open64 (const char *@var{filename}, int @var{flags}[, mode_t @var{mode}])
169 @standards{Unix98, fcntl.h}
170 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{@acsfd{}}}
171 This function is similar to @code{open}.  It returns a file descriptor
172 which can be used to access the file named by @var{filename}.  The only
173 difference is that on 32 bit systems the file is opened in the
174 large file mode.  I.e., file length and file offsets can exceed 31 bits.
176 When the sources are translated with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
177 function is actually available under the name @code{open}.  I.e., the
178 new, extended API using 64 bit file sizes and offsets transparently
179 replaces the old API.
180 @end deftypefun
182 @deftypefn {Obsolete function} int creat (const char *@var{filename}, mode_t @var{mode})
183 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
184 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{@acsfd{}}}
185 This function is obsolete.  The call:
187 @smallexample
188 creat (@var{filename}, @var{mode})
189 @end smallexample
191 @noindent
192 is equivalent to:
194 @smallexample
195 open (@var{filename}, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, @var{mode})
196 @end smallexample
198 If on a 32 bit machine the sources are translated with
199 @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the function @code{creat} returns a file
200 descriptor opened in the large file mode which enables the file handling
201 functions to use files up to @twoexp{63} in size and offset from
202 @minus{}@twoexp{63} to @twoexp{63}.  This happens transparently for the user
203 since all of the low-level file handling functions are equally replaced.
204 @end deftypefn
206 @deftypefn {Obsolete function} int creat64 (const char *@var{filename}, mode_t @var{mode})
207 @standards{Unix98, fcntl.h}
208 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{@acsfd{}}}
209 This function is similar to @code{creat}.  It returns a file descriptor
210 which can be used to access the file named by @var{filename}.  The only
211 difference is that on 32 bit systems the file is opened in the
212 large file mode.  I.e., file length and file offsets can exceed 31 bits.
214 To use this file descriptor one must not use the normal operations but
215 instead the counterparts named @code{*64}, e.g., @code{read64}.
217 When the sources are translated with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
218 function is actually available under the name @code{open}.  I.e., the
219 new, extended API using 64 bit file sizes and offsets transparently
220 replaces the old API.
221 @end deftypefn
223 @deftypefun int close (int @var{filedes})
224 @standards{POSIX.1, unistd.h}
225 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{@acsfd{}}}
226 The function @code{close} closes the file descriptor @var{filedes}.
227 Closing a file has the following consequences:
229 @itemize @bullet
230 @item
231 The file descriptor is deallocated.
233 @item
234 Any record locks owned by the process on the file are unlocked.
236 @item
237 When all file descriptors associated with a pipe or FIFO have been closed,
238 any unread data is discarded.
239 @end itemize
241 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
242 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
243 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{close} is
244 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
245 until the program ends.  To avoid this, calls to @code{close} should be
246 protected using cancellation handlers.
247 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
249 The normal return value from @code{close} is @math{0}; a value of @math{-1}
250 is returned in case of failure.  The following @code{errno} error
251 conditions are defined for this function:
253 @table @code
254 @item EBADF
255 The @var{filedes} argument is not a valid file descriptor.
257 @item EINTR
258 The @code{close} call was interrupted by a signal.
259 @xref{Interrupted Primitives}.
260 Here is an example of how to handle @code{EINTR} properly:
262 @smallexample
263 TEMP_FAILURE_RETRY (close (desc));
264 @end smallexample
266 @item ENOSPC
267 @itemx EIO
268 @itemx EDQUOT
269 When the file is accessed by NFS, these errors from @code{write} can sometimes
270 not be detected until @code{close}.  @xref{I/O Primitives}, for details
271 on their meaning.
272 @end table
274 Please note that there is @emph{no} separate @code{close64} function.
275 This is not necessary since this function does not determine nor depend
276 on the mode of the file.  The kernel which performs the @code{close}
277 operation knows which mode the descriptor is used for and can handle
278 this situation.
279 @end deftypefun
281 To close a stream, call @code{fclose} (@pxref{Closing Streams}) instead
282 of trying to close its underlying file descriptor with @code{close}.
283 This flushes any buffered output and updates the stream object to
284 indicate that it is closed.
286 @node I/O Primitives
287 @section Input and Output Primitives
289 This section describes the functions for performing primitive input and
290 output operations on file descriptors: @code{read}, @code{write}, and
291 @code{lseek}.  These functions are declared in the header file
292 @file{unistd.h}.
293 @pindex unistd.h
295 @deftp {Data Type} ssize_t
296 @standards{POSIX.1, unistd.h}
297 This data type is used to represent the sizes of blocks that can be
298 read or written in a single operation.  It is similar to @code{size_t},
299 but must be a signed type.
300 @end deftp
302 @cindex reading from a file descriptor
303 @deftypefun ssize_t read (int @var{filedes}, void *@var{buffer}, size_t @var{size})
304 @standards{POSIX.1, unistd.h}
305 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
306 The @code{read} function reads up to @var{size} bytes from the file
307 with descriptor @var{filedes}, storing the results in the @var{buffer}.
308 (This is not necessarily a character string, and no terminating null
309 character is added.)
311 @cindex end-of-file, on a file descriptor
312 The return value is the number of bytes actually read.  This might be
313 less than @var{size}; for example, if there aren't that many bytes left
314 in the file or if there aren't that many bytes immediately available.
315 The exact behavior depends on what kind of file it is.  Note that
316 reading less than @var{size} bytes is not an error.
318 A value of zero indicates end-of-file (except if the value of the
319 @var{size} argument is also zero).  This is not considered an error.
320 If you keep calling @code{read} while at end-of-file, it will keep
321 returning zero and doing nothing else.
323 If @code{read} returns at least one character, there is no way you can
324 tell whether end-of-file was reached.  But if you did reach the end, the
325 next read will return zero.
327 In case of an error, @code{read} returns @math{-1}.  The following
328 @code{errno} error conditions are defined for this function:
330 @table @code
331 @item EAGAIN
332 Normally, when no input is immediately available, @code{read} waits for
333 some input.  But if the @code{O_NONBLOCK} flag is set for the file
334 (@pxref{File Status Flags}), @code{read} returns immediately without
335 reading any data, and reports this error.
337 @strong{Compatibility Note:} Most versions of BSD Unix use a different
338 error code for this: @code{EWOULDBLOCK}.  In @theglibc{},
339 @code{EWOULDBLOCK} is an alias for @code{EAGAIN}, so it doesn't matter
340 which name you use.
342 On some systems, reading a large amount of data from a character special
343 file can also fail with @code{EAGAIN} if the kernel cannot find enough
344 physical memory to lock down the user's pages.  This is limited to
345 devices that transfer with direct memory access into the user's memory,
346 which means it does not include terminals, since they always use
347 separate buffers inside the kernel.  This problem never happens on
348 @gnuhurdsystems{}.
350 Any condition that could result in @code{EAGAIN} can instead result in a
351 successful @code{read} which returns fewer bytes than requested.
352 Calling @code{read} again immediately would result in @code{EAGAIN}.
354 @item EBADF
355 The @var{filedes} argument is not a valid file descriptor,
356 or is not open for reading.
358 @item EINTR
359 @code{read} was interrupted by a signal while it was waiting for input.
360 @xref{Interrupted Primitives}.  A signal will not necessarily cause
361 @code{read} to return @code{EINTR}; it may instead result in a
362 successful @code{read} which returns fewer bytes than requested.
364 @item EIO
365 For many devices, and for disk files, this error code indicates
366 a hardware error.
368 @code{EIO} also occurs when a background process tries to read from the
369 controlling terminal, and the normal action of stopping the process by
370 sending it a @code{SIGTTIN} signal isn't working.  This might happen if
371 the signal is being blocked or ignored, or because the process group is
372 orphaned.  @xref{Job Control}, for more information about job control,
373 and @ref{Signal Handling}, for information about signals.
375 @item EINVAL
376 In some systems, when reading from a character or block device, position
377 and size offsets must be aligned to a particular block size.  This error
378 indicates that the offsets were not properly aligned.
379 @end table
381 Please note that there is no function named @code{read64}.  This is not
382 necessary since this function does not directly modify or handle the
383 possibly wide file offset.  Since the kernel handles this state
384 internally, the @code{read} function can be used for all cases.
386 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
387 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
388 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{read} is
389 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
390 until the program ends.  To avoid this, calls to @code{read} should be
391 protected using cancellation handlers.
392 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
394 The @code{read} function is the underlying primitive for all of the
395 functions that read from streams, such as @code{fgetc}.
396 @end deftypefun
398 @deftypefun ssize_t pread (int @var{filedes}, void *@var{buffer}, size_t @var{size}, off_t @var{offset})
399 @standards{Unix98, unistd.h}
400 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
401 @c This is usually a safe syscall.  The sysdeps/posix fallback emulation
402 @c is not MT-Safe because it uses lseek, read and lseek back, but is it
403 @c used anywhere?
404 The @code{pread} function is similar to the @code{read} function.  The
405 first three arguments are identical, and the return values and error
406 codes also correspond.
408 The difference is the fourth argument and its handling.  The data block
409 is not read from the current position of the file descriptor
410 @code{filedes}.  Instead the data is read from the file starting at
411 position @var{offset}.  The position of the file descriptor itself is
412 not affected by the operation.  The value is the same as before the call.
414 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
415 @code{pread} function is in fact @code{pread64} and the type
416 @code{off_t} has 64 bits, which makes it possible to handle files up to
417 @twoexp{63} bytes in length.
419 The return value of @code{pread} describes the number of bytes read.
420 In the error case it returns @math{-1} like @code{read} does and the
421 error codes are also the same, with these additions:
423 @table @code
424 @item EINVAL
425 The value given for @var{offset} is negative and therefore illegal.
427 @item ESPIPE
428 The file descriptor @var{filedes} is associated with a pipe or a FIFO and
429 this device does not allow positioning of the file pointer.
430 @end table
432 The function is an extension defined in the Unix Single Specification
433 version 2.
434 @end deftypefun
436 @deftypefun ssize_t pread64 (int @var{filedes}, void *@var{buffer}, size_t @var{size}, off64_t @var{offset})
437 @standards{Unix98, unistd.h}
438 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
439 @c This is usually a safe syscall.  The sysdeps/posix fallback emulation
440 @c is not MT-Safe because it uses lseek64, read and lseek64 back, but is
441 @c it used anywhere?
442 This function is similar to the @code{pread} function.  The difference
443 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
444 @code{off_t} which makes it possible on 32 bit machines to address
445 files larger than @twoexp{31} bytes and up to @twoexp{63} bytes.  The
446 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
447 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
448 errors with a descriptor in small file mode.
450 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
451 32 bit machine this function is actually available under the name
452 @code{pread} and so transparently replaces the 32 bit interface.
453 @end deftypefun
455 @cindex writing to a file descriptor
456 @deftypefun ssize_t write (int @var{filedes}, const void *@var{buffer}, size_t @var{size})
457 @standards{POSIX.1, unistd.h}
458 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
459 @c Some say write is thread-unsafe on Linux without O_APPEND.  In the VFS layer
460 @c the vfs_write() does no locking around the acquisition of a file offset and
461 @c therefore multiple threads / kernel tasks may race and get the same offset
462 @c resulting in data loss.
464 @c See:
465 @c http://thread.gmane.org/gmane.linux.kernel/397980
466 @c http://lwn.net/Articles/180387/
468 @c The counter argument is that POSIX only says that the write starts at the
469 @c file position and that the file position is updated *before* the function
470 @c returns.  What that really means is that any expectation of atomic writes is
471 @c strictly an invention of the interpretation of the reader.  Data loss could
472 @c happen if two threads start the write at the same time.  Only writes that
473 @c come after the return of another write are guaranteed to follow the other
474 @c write.
476 @c The other side of the coin is that POSIX goes on further to say in
477 @c "2.9.7 Thread Interactions with Regular File Operations" that threads
478 @c should never see interleaving sets of file operations, but it is insane
479 @c to do anything like that because it kills performance, so you don't get
480 @c those guarantees in Linux.
482 @c So we mark it thread safe, it doesn't blow up, but you might loose
483 @c data, and we don't strictly meet the POSIX requirements.
485 @c The fix for file offsets racing was merged in 3.14, the commits were:
486 @c 9c225f2655e36a470c4f58dbbc99244c5fc7f2d4, and
487 @c d7a15f8d0777955986a2ab00ab181795cab14b01.  Therefore after Linux 3.14 you
488 @c should get mostly MT-safe writes.
489 The @code{write} function writes up to @var{size} bytes from
490 @var{buffer} to the file with descriptor @var{filedes}.  The data in
491 @var{buffer} is not necessarily a character string and a null character is
492 output like any other character.
494 The return value is the number of bytes actually written.  This may be
495 @var{size}, but can always be smaller.  Your program should always call
496 @code{write} in a loop, iterating until all the data is written.
498 Once @code{write} returns, the data is enqueued to be written and can be
499 read back right away, but it is not necessarily written out to permanent
500 storage immediately.  You can use @code{fsync} when you need to be sure
501 your data has been permanently stored before continuing.  (It is more
502 efficient for the system to batch up consecutive writes and do them all
503 at once when convenient.  Normally they will always be written to disk
504 within a minute or less.)  Modern systems provide another function
505 @code{fdatasync} which guarantees integrity only for the file data and
506 is therefore faster.
507 @c !!! xref fsync, fdatasync
508 You can use the @code{O_FSYNC} open mode to make @code{write} always
509 store the data to disk before returning; @pxref{Operating Modes}.
511 In the case of an error, @code{write} returns @math{-1}.  The following
512 @code{errno} error conditions are defined for this function:
514 @table @code
515 @item EAGAIN
516 Normally, @code{write} blocks until the write operation is complete.
517 But if the @code{O_NONBLOCK} flag is set for the file (@pxref{Control
518 Operations}), it returns immediately without writing any data and
519 reports this error.  An example of a situation that might cause the
520 process to block on output is writing to a terminal device that supports
521 flow control, where output has been suspended by receipt of a STOP
522 character.
524 @strong{Compatibility Note:} Most versions of BSD Unix use a different
525 error code for this: @code{EWOULDBLOCK}.  In @theglibc{},
526 @code{EWOULDBLOCK} is an alias for @code{EAGAIN}, so it doesn't matter
527 which name you use.
529 On some systems, writing a large amount of data from a character special
530 file can also fail with @code{EAGAIN} if the kernel cannot find enough
531 physical memory to lock down the user's pages.  This is limited to
532 devices that transfer with direct memory access into the user's memory,
533 which means it does not include terminals, since they always use
534 separate buffers inside the kernel.  This problem does not arise on
535 @gnuhurdsystems{}.
537 @item EBADF
538 The @var{filedes} argument is not a valid file descriptor,
539 or is not open for writing.
541 @item EFBIG
542 The size of the file would become larger than the implementation can support.
544 @item EINTR
545 The @code{write} operation was interrupted by a signal while it was
546 blocked waiting for completion.  A signal will not necessarily cause
547 @code{write} to return @code{EINTR}; it may instead result in a
548 successful @code{write} which writes fewer bytes than requested.
549 @xref{Interrupted Primitives}.
551 @item EIO
552 For many devices, and for disk files, this error code indicates
553 a hardware error.
555 @item ENOSPC
556 The device containing the file is full.
558 @item EPIPE
559 This error is returned when you try to write to a pipe or FIFO that
560 isn't open for reading by any process.  When this happens, a @code{SIGPIPE}
561 signal is also sent to the process; see @ref{Signal Handling}.
563 @item EINVAL
564 In some systems, when writing to a character or block device, position
565 and size offsets must be aligned to a particular block size.  This error
566 indicates that the offsets were not properly aligned.
567 @end table
569 Unless you have arranged to prevent @code{EINTR} failures, you should
570 check @code{errno} after each failing call to @code{write}, and if the
571 error was @code{EINTR}, you should simply repeat the call.
572 @xref{Interrupted Primitives}.  The easy way to do this is with the
573 macro @code{TEMP_FAILURE_RETRY}, as follows:
575 @smallexample
576 nbytes = TEMP_FAILURE_RETRY (write (desc, buffer, count));
577 @end smallexample
579 Please note that there is no function named @code{write64}.  This is not
580 necessary since this function does not directly modify or handle the
581 possibly wide file offset.  Since the kernel handles this state
582 internally the @code{write} function can be used for all cases.
584 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
585 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
586 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{write} is
587 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
588 until the program ends.  To avoid this, calls to @code{write} should be
589 protected using cancellation handlers.
590 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
592 The @code{write} function is the underlying primitive for all of the
593 functions that write to streams, such as @code{fputc}.
594 @end deftypefun
596 @deftypefun ssize_t pwrite (int @var{filedes}, const void *@var{buffer}, size_t @var{size}, off_t @var{offset})
597 @standards{Unix98, unistd.h}
598 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
599 @c This is usually a safe syscall.  The sysdeps/posix fallback emulation
600 @c is not MT-Safe because it uses lseek, write and lseek back, but is it
601 @c used anywhere?
602 The @code{pwrite} function is similar to the @code{write} function.  The
603 first three arguments are identical, and the return values and error codes
604 also correspond.
606 The difference is the fourth argument and its handling.  The data block
607 is not written to the current position of the file descriptor
608 @code{filedes}.  Instead the data is written to the file starting at
609 position @var{offset}.  The position of the file descriptor itself is
610 not affected by the operation.  The value is the same as before the call.
612 However, on Linux, if a file is opened with @code{O_APPEND},  @code{pwrite}
613 appends data to the end of the file, regardless of the value of
614 @code{offset}.
616 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
617 @code{pwrite} function is in fact @code{pwrite64} and the type
618 @code{off_t} has 64 bits, which makes it possible to handle files up to
619 @twoexp{63} bytes in length.
621 The return value of @code{pwrite} describes the number of written bytes.
622 In the error case it returns @math{-1} like @code{write} does and the
623 error codes are also the same, with these additions:
625 @table @code
626 @item EINVAL
627 The value given for @var{offset} is negative and therefore illegal.
629 @item ESPIPE
630 The file descriptor @var{filedes} is associated with a pipe or a FIFO and
631 this device does not allow positioning of the file pointer.
632 @end table
634 The function is an extension defined in the Unix Single Specification
635 version 2.
636 @end deftypefun
638 @deftypefun ssize_t pwrite64 (int @var{filedes}, const void *@var{buffer}, size_t @var{size}, off64_t @var{offset})
639 @standards{Unix98, unistd.h}
640 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
641 @c This is usually a safe syscall.  The sysdeps/posix fallback emulation
642 @c is not MT-Safe because it uses lseek64, write and lseek64 back, but
643 @c is it used anywhere?
644 This function is similar to the @code{pwrite} function.  The difference
645 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
646 @code{off_t} which makes it possible on 32 bit machines to address
647 files larger than @twoexp{31} bytes and up to @twoexp{63} bytes.  The
648 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
649 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
650 errors with a descriptor in small file mode.
652 When the source file is compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
653 32 bit machine this function is actually available under the name
654 @code{pwrite} and so transparently replaces the 32 bit interface.
655 @end deftypefun
657 @node File Position Primitive
658 @section Setting the File Position of a Descriptor
660 Just as you can set the file position of a stream with @code{fseek}, you
661 can set the file position of a descriptor with @code{lseek}.  This
662 specifies the position in the file for the next @code{read} or
663 @code{write} operation.  @xref{File Positioning}, for more information
664 on the file position and what it means.
666 To read the current file position value from a descriptor, use
667 @code{lseek (@var{desc}, 0, SEEK_CUR)}.
669 @cindex file positioning on a file descriptor
670 @cindex positioning a file descriptor
671 @cindex seeking on a file descriptor
672 @deftypefun off_t lseek (int @var{filedes}, off_t @var{offset}, int @var{whence})
673 @standards{POSIX.1, unistd.h}
674 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
675 The @code{lseek} function is used to change the file position of the
676 file with descriptor @var{filedes}.
678 The @var{whence} argument specifies how the @var{offset} should be
679 interpreted, in the same way as for the @code{fseek} function, and it must
680 be one of the symbolic constants @code{SEEK_SET}, @code{SEEK_CUR}, or
681 @code{SEEK_END}.
683 @vtable @code
684 @item SEEK_SET
685 Specifies that @var{offset} is a count of characters from the beginning
686 of the file.
688 @item SEEK_CUR
689 Specifies that @var{offset} is a count of characters from the current
690 file position.  This count may be positive or negative.
692 @item SEEK_END
693 Specifies that @var{offset} is a count of characters from the end of
694 the file.  A negative count specifies a position within the current
695 extent of the file; a positive count specifies a position past the
696 current end.  If you set the position past the current end, and
697 actually write data, you will extend the file with zeros up to that
698 position.
699 @end vtable
701 The return value from @code{lseek} is normally the resulting file
702 position, measured in bytes from the beginning of the file.
703 You can use this feature together with @code{SEEK_CUR} to read the
704 current file position.
706 If you want to append to the file, setting the file position to the
707 current end of file with @code{SEEK_END} is not sufficient.  Another
708 process may write more data after you seek but before you write,
709 extending the file so the position you write onto clobbers their data.
710 Instead, use the @code{O_APPEND} operating mode; @pxref{Operating Modes}.
712 You can set the file position past the current end of the file.  This
713 does not by itself make the file longer; @code{lseek} never changes the
714 file.  But subsequent output at that position will extend the file.
715 Characters between the previous end of file and the new position are
716 filled with zeros.  Extending the file in this way can create a
717 ``hole'': the blocks of zeros are not actually allocated on disk, so the
718 file takes up less space than it appears to; it is then called a
719 ``sparse file''.
720 @cindex sparse files
721 @cindex holes in files
723 If the file position cannot be changed, or the operation is in some way
724 invalid, @code{lseek} returns a value of @math{-1}.  The following
725 @code{errno} error conditions are defined for this function:
727 @table @code
728 @item EBADF
729 The @var{filedes} is not a valid file descriptor.
731 @item EINVAL
732 The @var{whence} argument value is not valid, or the resulting
733 file offset is not valid.  A file offset is invalid.
735 @item ESPIPE
736 The @var{filedes} corresponds to an object that cannot be positioned,
737 such as a pipe, FIFO or terminal device.  (POSIX.1 specifies this error
738 only for pipes and FIFOs, but on @gnusystems{}, you always get
739 @code{ESPIPE} if the object is not seekable.)
740 @end table
742 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
743 @code{lseek} function is in fact @code{lseek64} and the type
744 @code{off_t} has 64 bits which makes it possible to handle files up to
745 @twoexp{63} bytes in length.
747 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
748 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
749 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{lseek} is
750 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
751 until the program ends.  To avoid this calls to @code{lseek} should be
752 protected using cancellation handlers.
753 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
755 The @code{lseek} function is the underlying primitive for the
756 @code{fseek}, @code{fseeko}, @code{ftell}, @code{ftello} and
757 @code{rewind} functions, which operate on streams instead of file
758 descriptors.
759 @end deftypefun
761 @deftypefun off64_t lseek64 (int @var{filedes}, off64_t @var{offset}, int @var{whence})
762 @standards{Unix98, unistd.h}
763 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
764 This function is similar to the @code{lseek} function.  The difference
765 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
766 @code{off_t} which makes it possible on 32 bit machines to address
767 files larger than @twoexp{31} bytes and up to @twoexp{63} bytes.  The
768 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
769 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
770 errors with a descriptor in small file mode.
772 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
773 32 bits machine this function is actually available under the name
774 @code{lseek} and so transparently replaces the 32 bit interface.
775 @end deftypefun
777 You can have multiple descriptors for the same file if you open the file
778 more than once, or if you duplicate a descriptor with @code{dup}.
779 Descriptors that come from separate calls to @code{open} have independent
780 file positions; using @code{lseek} on one descriptor has no effect on the
781 other.  For example,
783 @smallexample
784 @group
786   int d1, d2;
787   char buf[4];
788   d1 = open ("foo", O_RDONLY);
789   d2 = open ("foo", O_RDONLY);
790   lseek (d1, 1024, SEEK_SET);
791   read (d2, buf, 4);
793 @end group
794 @end smallexample
796 @noindent
797 will read the first four characters of the file @file{foo}.  (The
798 error-checking code necessary for a real program has been omitted here
799 for brevity.)
801 By contrast, descriptors made by duplication share a common file
802 position with the original descriptor that was duplicated.  Anything
803 which alters the file position of one of the duplicates, including
804 reading or writing data, affects all of them alike.  Thus, for example,
806 @smallexample
808   int d1, d2, d3;
809   char buf1[4], buf2[4];
810   d1 = open ("foo", O_RDONLY);
811   d2 = dup (d1);
812   d3 = dup (d2);
813   lseek (d3, 1024, SEEK_SET);
814   read (d1, buf1, 4);
815   read (d2, buf2, 4);
817 @end smallexample
819 @noindent
820 will read four characters starting with the 1024'th character of
821 @file{foo}, and then four more characters starting with the 1028'th
822 character.
824 @deftp {Data Type} off_t
825 @standards{POSIX.1, sys/types.h}
826 This is a signed integer type used to represent file sizes.  In
827 @theglibc{}, this type is no narrower than @code{int}.
829 If the source is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this type
830 is transparently replaced by @code{off64_t}.
831 @end deftp
833 @deftp {Data Type} off64_t
834 @standards{Unix98, sys/types.h}
835 This type is used similar to @code{off_t}.  The difference is that even
836 on 32 bit machines, where the @code{off_t} type would have 32 bits,
837 @code{off64_t} has 64 bits and so is able to address files up to
838 @twoexp{63} bytes in length.
840 When compiling with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this type is
841 available under the name @code{off_t}.
842 @end deftp
844 These aliases for the @samp{SEEK_@dots{}} constants exist for the sake
845 of compatibility with older BSD systems.  They are defined in two
846 different header files: @file{fcntl.h} and @file{sys/file.h}.
848 @vtable @code
849 @item L_SET
850 An alias for @code{SEEK_SET}.
852 @item L_INCR
853 An alias for @code{SEEK_CUR}.
855 @item L_XTND
856 An alias for @code{SEEK_END}.
857 @end vtable
859 @node Descriptors and Streams
860 @section Descriptors and Streams
861 @cindex streams, and file descriptors
862 @cindex converting file descriptor to stream
863 @cindex extracting file descriptor from stream
865 Given an open file descriptor, you can create a stream for it with the
866 @code{fdopen} function.  You can get the underlying file descriptor for
867 an existing stream with the @code{fileno} function.  These functions are
868 declared in the header file @file{stdio.h}.
869 @pindex stdio.h
871 @deftypefun {FILE *} fdopen (int @var{filedes}, const char *@var{opentype})
872 @standards{POSIX.1, stdio.h}
873 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@ascuheap{} @asulock{}}@acunsafe{@acsmem{} @aculock{}}}
874 The @code{fdopen} function returns a new stream for the file descriptor
875 @var{filedes}.
877 The @var{opentype} argument is interpreted in the same way as for the
878 @code{fopen} function (@pxref{Opening Streams}), except that
879 the @samp{b} option is not permitted; this is because @gnusystems{} make no
880 distinction between text and binary files.  Also, @code{"w"} and
881 @code{"w+"} do not cause truncation of the file; these have an effect only
882 when opening a file, and in this case the file has already been opened.
883 You must make sure that the @var{opentype} argument matches the actual
884 mode of the open file descriptor.
886 The return value is the new stream.  If the stream cannot be created
887 (for example, if the modes for the file indicated by the file descriptor
888 do not permit the access specified by the @var{opentype} argument), a
889 null pointer is returned instead.
891 In some other systems, @code{fdopen} may fail to detect that the modes
892 for file descriptors do not permit the access specified by
893 @code{opentype}.  @Theglibc{} always checks for this.
894 @end deftypefun
896 For an example showing the use of the @code{fdopen} function,
897 see @ref{Creating a Pipe}.
899 @deftypefun int fileno (FILE *@var{stream})
900 @standards{POSIX.1, stdio.h}
901 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
902 This function returns the file descriptor associated with the stream
903 @var{stream}.  If an error is detected (for example, if the @var{stream}
904 is not valid) or if @var{stream} does not do I/O to a file,
905 @code{fileno} returns @math{-1}.
906 @end deftypefun
908 @deftypefun int fileno_unlocked (FILE *@var{stream})
909 @standards{GNU, stdio.h}
910 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
911 The @code{fileno_unlocked} function is equivalent to the @code{fileno}
912 function except that it does not implicitly lock the stream if the state
913 is @code{FSETLOCKING_INTERNAL}.
915 This function is a GNU extension.
916 @end deftypefun
918 @cindex standard file descriptors
919 @cindex file descriptors, standard
920 There are also symbolic constants defined in @file{unistd.h} for the
921 file descriptors belonging to the standard streams @code{stdin},
922 @code{stdout}, and @code{stderr}; see @ref{Standard Streams}.
923 @pindex unistd.h
925 @vtable @code
926 @item STDIN_FILENO
927 @standards{POSIX.1, unistd.h}
928 This macro has value @code{0}, which is the file descriptor for
929 standard input.
930 @cindex standard input file descriptor
932 @item STDOUT_FILENO
933 @standards{POSIX.1, unistd.h}
934 This macro has value @code{1}, which is the file descriptor for
935 standard output.
936 @cindex standard output file descriptor
938 @item STDERR_FILENO
939 @standards{POSIX.1, unistd.h}
940 This macro has value @code{2}, which is the file descriptor for
941 standard error output.
942 @end vtable
943 @cindex standard error file descriptor
945 @node Stream/Descriptor Precautions
946 @section Dangers of Mixing Streams and Descriptors
947 @cindex channels
948 @cindex streams and descriptors
949 @cindex descriptors and streams
950 @cindex mixing descriptors and streams
952 You can have multiple file descriptors and streams (let's call both
953 streams and descriptors ``channels'' for short) connected to the same
954 file, but you must take care to avoid confusion between channels.  There
955 are two cases to consider: @dfn{linked} channels that share a single
956 file position value, and @dfn{independent} channels that have their own
957 file positions.
959 It's best to use just one channel in your program for actual data
960 transfer to any given file, except when all the access is for input.
961 For example, if you open a pipe (something you can only do at the file
962 descriptor level), either do all I/O with the descriptor, or construct a
963 stream from the descriptor with @code{fdopen} and then do all I/O with
964 the stream.
966 @menu
967 * Linked Channels::        Dealing with channels sharing a file position.
968 * Independent Channels::   Dealing with separately opened, unlinked channels.
969 * Cleaning Streams::       Cleaning a stream makes it safe to use
970                             another channel.
971 @end menu
973 @node Linked Channels
974 @subsection Linked Channels
975 @cindex linked channels
977 Channels that come from a single opening share the same file position;
978 we call them @dfn{linked} channels.  Linked channels result when you
979 make a stream from a descriptor using @code{fdopen}, when you get a
980 descriptor from a stream with @code{fileno}, when you copy a descriptor
981 with @code{dup} or @code{dup2}, and when descriptors are inherited
982 during @code{fork}.  For files that don't support random access, such as
983 terminals and pipes, @emph{all} channels are effectively linked.  On
984 random-access files, all append-type output streams are effectively
985 linked to each other.
987 @cindex cleaning up a stream
988 If you have been using a stream for I/O (or have just opened the stream),
989 and you want to do I/O using
990 another channel (either a stream or a descriptor) that is linked to it,
991 you must first @dfn{clean up} the stream that you have been using.
992 @xref{Cleaning Streams}.
994 Terminating a process, or executing a new program in the process,
995 destroys all the streams in the process.  If descriptors linked to these
996 streams persist in other processes, their file positions become
997 undefined as a result.  To prevent this, you must clean up the streams
998 before destroying them.
1000 @node Independent Channels
1001 @subsection Independent Channels
1002 @cindex independent channels
1004 When you open channels (streams or descriptors) separately on a seekable
1005 file, each channel has its own file position.  These are called
1006 @dfn{independent channels}.
1008 The system handles each channel independently.  Most of the time, this
1009 is quite predictable and natural (especially for input): each channel
1010 can read or write sequentially at its own place in the file.  However,
1011 if some of the channels are streams, you must take these precautions:
1013 @itemize @bullet
1014 @item
1015 You should clean an output stream after use, before doing anything else
1016 that might read or write from the same part of the file.
1018 @item
1019 You should clean an input stream before reading data that may have been
1020 modified using an independent channel.  Otherwise, you might read
1021 obsolete data that had been in the stream's buffer.
1022 @end itemize
1024 If you do output to one channel at the end of the file, this will
1025 certainly leave the other independent channels positioned somewhere
1026 before the new end.  You cannot reliably set their file positions to the
1027 new end of file before writing, because the file can always be extended
1028 by another process between when you set the file position and when you
1029 write the data.  Instead, use an append-type descriptor or stream; they
1030 always output at the current end of the file.  In order to make the
1031 end-of-file position accurate, you must clean the output channel you
1032 were using, if it is a stream.
1034 It's impossible for two channels to have separate file pointers for a
1035 file that doesn't support random access.  Thus, channels for reading or
1036 writing such files are always linked, never independent.  Append-type
1037 channels are also always linked.  For these channels, follow the rules
1038 for linked channels; see @ref{Linked Channels}.
1040 @node Cleaning Streams
1041 @subsection Cleaning Streams
1043 You can use @code{fflush} to clean a stream in most
1044 cases.
1046 You can skip the @code{fflush} if you know the stream
1047 is already clean.  A stream is clean whenever its buffer is empty.  For
1048 example, an unbuffered stream is always clean.  An input stream that is
1049 at end-of-file is clean.  A line-buffered stream is clean when the last
1050 character output was a newline.  However, a just-opened input stream
1051 might not be clean, as its input buffer might not be empty.
1053 There is one case in which cleaning a stream is impossible on most
1054 systems.  This is when the stream is doing input from a file that is not
1055 random-access.  Such streams typically read ahead, and when the file is
1056 not random access, there is no way to give back the excess data already
1057 read.  When an input stream reads from a random-access file,
1058 @code{fflush} does clean the stream, but leaves the file pointer at an
1059 unpredictable place; you must set the file pointer before doing any
1060 further I/O.
1062 Closing an output-only stream also does @code{fflush}, so this is a
1063 valid way of cleaning an output stream.
1065 You need not clean a stream before using its descriptor for control
1066 operations such as setting terminal modes; these operations don't affect
1067 the file position and are not affected by it.  You can use any
1068 descriptor for these operations, and all channels are affected
1069 simultaneously.  However, text already ``output'' to a stream but still
1070 buffered by the stream will be subject to the new terminal modes when
1071 subsequently flushed.  To make sure ``past'' output is covered by the
1072 terminal settings that were in effect at the time, flush the output
1073 streams for that terminal before setting the modes.  @xref{Terminal
1074 Modes}.
1076 @node Scatter-Gather
1077 @section Fast Scatter-Gather I/O
1078 @cindex scatter-gather
1080 Some applications may need to read or write data to multiple buffers,
1081 which are separated in memory.  Although this can be done easily enough
1082 with multiple calls to @code{read} and @code{write}, it is inefficient
1083 because there is overhead associated with each kernel call.
1085 Instead, many platforms provide special high-speed primitives to perform
1086 these @dfn{scatter-gather} operations in a single kernel call.  @Theglibc{}
1087 will provide an emulation on any system that lacks these
1088 primitives, so they are not a portability threat.  They are defined in
1089 @code{sys/uio.h}.
1091 These functions are controlled with arrays of @code{iovec} structures,
1092 which describe the location and size of each buffer.
1094 @deftp {Data Type} {struct iovec}
1095 @standards{BSD, sys/uio.h}
1097 The @code{iovec} structure describes a buffer.  It contains two fields:
1099 @table @code
1101 @item void *iov_base
1102 Contains the address of a buffer.
1104 @item size_t iov_len
1105 Contains the length of the buffer.
1107 @end table
1108 @end deftp
1110 @deftypefun ssize_t readv (int @var{filedes}, const struct iovec *@var{vector}, int @var{count})
1111 @standards{BSD, sys/uio.h}
1112 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@ascuheap{}}@acunsafe{@acsmem{}}}
1113 @c The fallback sysdeps/posix implementation, used even on GNU/Linux
1114 @c with old kernels that lack a full readv/writev implementation, may
1115 @c malloc the buffer into which data is read, if the total read size is
1116 @c too large for alloca.
1118 The @code{readv} function reads data from @var{filedes} and scatters it
1119 into the buffers described in @var{vector}, which is taken to be
1120 @var{count} structures long.  As each buffer is filled, data is sent to the
1121 next.
1123 Note that @code{readv} is not guaranteed to fill all the buffers.
1124 It may stop at any point, for the same reasons @code{read} would.
1126 The return value is a count of bytes (@emph{not} buffers) read, @math{0}
1127 indicating end-of-file, or @math{-1} indicating an error.  The possible
1128 errors are the same as in @code{read}.
1130 @end deftypefun
1132 @deftypefun ssize_t writev (int @var{filedes}, const struct iovec *@var{vector}, int @var{count})
1133 @standards{BSD, sys/uio.h}
1134 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@ascuheap{}}@acunsafe{@acsmem{}}}
1135 @c The fallback sysdeps/posix implementation, used even on GNU/Linux
1136 @c with old kernels that lack a full readv/writev implementation, may
1137 @c malloc the buffer from which data is written, if the total write size
1138 @c is too large for alloca.
1140 The @code{writev} function gathers data from the buffers described in
1141 @var{vector}, which is taken to be @var{count} structures long, and writes
1142 them to @code{filedes}.  As each buffer is written, it moves on to the
1143 next.
1145 Like @code{readv}, @code{writev} may stop midstream under the same
1146 conditions @code{write} would.
1148 The return value is a count of bytes written, or @math{-1} indicating an
1149 error.  The possible errors are the same as in @code{write}.
1151 @end deftypefun
1153 @deftypefun ssize_t preadv (int @var{fd}, const struct iovec *@var{iov}, int @var{iovcnt}, off_t @var{offset})
1154 @standards{BSD, sys/uio.h}
1155 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1156 @c This is a syscall for Linux 3.2 for all architectures but microblaze
1157 @c (which was added on 3.15).  The sysdeps/posix fallback emulation
1158 @c is also MT-Safe since it calls pread, and it is now a syscall on all
1159 @c targets.
1161 This function is similar to the @code{readv} function, with the difference
1162 it adds an extra @var{offset} parameter of type @code{off_t} similar to
1163 @code{pread}.  The data is written to the file starting at position
1164 @var{offset}.  The position of the file descriptor itself is not affected
1165 by the operation.  The value is the same as before the call.
1167 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
1168 @code{preadv} function is in fact @code{preadv64} and the type
1169 @code{off_t} has 64 bits, which makes it possible to handle files up to
1170 @twoexp{63} bytes in length.
1172 The return value is a count of bytes (@emph{not} buffers) read, @math{0}
1173 indicating end-of-file, or @math{-1} indicating an error.  The possible
1174 errors are the same as in @code{readv} and @code{pread}.
1175 @end deftypefun
1177 @deftypefun ssize_t preadv64 (int @var{fd}, const struct iovec *@var{iov}, int @var{iovcnt}, off64_t @var{offset})
1178 @standards{BSD, unistd.h}
1179 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1180 @c This is a syscall for Linux 3.2 for all architectures but microblaze
1181 @c (which was added on 3.15).  The sysdeps/posix fallback emulation
1182 @c is also MT-Safe since it calls pread64, and it is now a syscall on all
1183 @c targets.
1185 This function is similar to the @code{preadv} function with the difference
1186 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
1187 @code{off_t}.  It makes it possible on 32 bit machines to address
1188 files larger than @twoexp{31} bytes and up to @twoexp{63} bytes.  The
1189 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
1190 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
1191 errors with a descriptor in small file mode.
1193 When the source file is compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
1194 32 bit machine this function is actually available under the name
1195 @code{preadv} and so transparently replaces the 32 bit interface.
1196 @end deftypefun
1198 @deftypefun ssize_t pwritev (int @var{fd}, const struct iovec *@var{iov}, int @var{iovcnt}, off_t @var{offset})
1199 @standards{BSD, sys/uio.h}
1200 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1201 @c This is a syscall for Linux 3.2 for all architectures but microblaze
1202 @c (which was added on 3.15).  The sysdeps/posix fallback emulation
1203 @c is also MT-Safe since it calls pwrite, and it is now a syscall on all
1204 @c targets.
1206 This function is similar to the @code{writev} function, with the difference
1207 it adds an extra @var{offset} parameter of type @code{off_t} similar to
1208 @code{pwrite}.  The data is written to the file starting at position
1209 @var{offset}.  The position of the file descriptor itself is not affected
1210 by the operation.  The value is the same as before the call.
1212 However, on Linux, if a file is opened with @code{O_APPEND},  @code{pwrite}
1213 appends data to the end of the file, regardless of the value of
1214 @code{offset}.
1216 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
1217 @code{pwritev} function is in fact @code{pwritev64} and the type
1218 @code{off_t} has 64 bits, which makes it possible to handle files up to
1219 @twoexp{63} bytes in length.
1221 The return value is a count of bytes (@emph{not} buffers) written, @math{0}
1222 indicating end-of-file, or @math{-1} indicating an error.  The possible
1223 errors are the same as in @code{writev} and @code{pwrite}.
1224 @end deftypefun
1226 @deftypefun ssize_t pwritev64 (int @var{fd}, const struct iovec *@var{iov}, int @var{iovcnt}, off64_t @var{offset})
1227 @standards{BSD, unistd.h}
1228 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1229 @c This is a syscall for Linux 3.2 for all architectures but microblaze
1230 @c (which was added on 3.15).  The sysdeps/posix fallback emulation
1231 @c is also MT-Safe since it calls pwrite64, and it is now a syscall on all
1232 @c targets.
1234 This function is similar to the @code{pwritev} function with the difference
1235 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
1236 @code{off_t}.  It makes it possible on 32 bit machines to address
1237 files larger than @twoexp{31} bytes and up to @twoexp{63} bytes.  The
1238 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
1239 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
1240 errors with a descriptor in small file mode.
1242 When the source file is compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
1243 32 bit machine this function is actually available under the name
1244 @code{pwritev} and so transparently replaces the 32 bit interface.
1245 @end deftypefun
1247 @deftypefun ssize_t preadv2 (int @var{fd}, const struct iovec *@var{iov}, int @var{iovcnt}, off_t @var{offset}, int @var{flags})
1248 @standards{GNU, sys/uio.h}
1249 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1250 @c This is a syscall for Linux v4.6.  The sysdeps/posix fallback emulation
1251 @c is also MT-Safe since it calls preadv.
1253 This function is similar to the @code{preadv} function, with the difference
1254 it adds an extra @var{flags} parameter of type @code{int}.  The supported
1255 @var{flags} are dependent of the underlying system.  For Linux it supports:
1257 @vtable @code
1258 @item RWF_HIPRI
1259 High priority request.  This adds a flag that tells the file system that
1260 this is a high priority request for which it is worth to poll the hardware.
1261 The flag is purely advisory and can be ignored if not supported.  The
1262 @var{fd} must be opened using @code{O_DIRECT}.
1264 @item RWF_DSYNC
1265 Per-IO synchronization as if the file was opened with @code{O_DSYNC} flag.
1267 @item RWF_SYNC
1268 Per-IO synchronization as if the file was opened with @code{O_SYNC} flag.
1270 @item RWF_NOWAIT
1271 Use nonblocking mode for this operation; that is, this call to @code{preadv2}
1272 will fail and set @code{errno} to @code{EAGAIN} if the operation would block.
1273 @end vtable
1275 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
1276 @code{preadv2} function is in fact @code{preadv64v2} and the type
1277 @code{off_t} has 64 bits, which makes it possible to handle files up to
1278 @twoexp{63} bytes in length.
1280 The return value is a count of bytes (@emph{not} buffers) read, @math{0}
1281 indicating end-of-file, or @math{-1} indicating an error.  The possible
1282 errors are the same as in @code{preadv} with the addition of:
1284 @table @code
1286 @item EOPNOTSUPP
1288 @c The default sysdeps/posix code will return it for any flags value
1289 @c different than 0.
1290 An unsupported @var{flags} was used.
1292 @end table
1294 @end deftypefun
1296 @deftypefun ssize_t preadv64v2 (int @var{fd}, const struct iovec *@var{iov}, int @var{iovcnt}, off64_t @var{offset}, int @var{flags})
1297 @standards{GNU, unistd.h}
1298 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1299 @c This is a syscall for Linux v4.6.  The sysdeps/posix fallback emulation
1300 @c is also MT-Safe since it calls preadv.
1302 This function is similar to the @code{preadv2} function with the difference
1303 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
1304 @code{off_t}.  It makes it possible on 32 bit machines to address
1305 files larger than @twoexp{31} bytes and up to @twoexp{63} bytes.  The
1306 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
1307 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
1308 errors with a descriptor in small file mode.
1310 When the source file is compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
1311 32 bit machine this function is actually available under the name
1312 @code{preadv2} and so transparently replaces the 32 bit interface.
1313 @end deftypefun
1316 @deftypefun ssize_t pwritev2 (int @var{fd}, const struct iovec *@var{iov}, int @var{iovcnt}, off_t @var{offset}, int @var{flags})
1317 @standards{GNU, sys/uio.h}
1318 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1319 @c This is a syscall for Linux v4.6.  The sysdeps/posix fallback emulation
1320 @c is also MT-Safe since it calls pwritev.
1322 This function is similar to the @code{pwritev} function, with the difference
1323 it adds an extra @var{flags} parameter of type @code{int}.  The supported
1324 @var{flags} are dependent of the underlying system and for Linux it supports
1325 the same ones as for @code{preadv2}.
1327 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
1328 @code{pwritev2} function is in fact @code{pwritev64v2} and the type
1329 @code{off_t} has 64 bits, which makes it possible to handle files up to
1330 @twoexp{63} bytes in length.
1332 The return value is a count of bytes (@emph{not} buffers) write, @math{0}
1333 indicating end-of-file, or @math{-1} indicating an error.  The possible
1334 errors are the same as in @code{preadv2}.
1335 @end deftypefun
1337 @deftypefun ssize_t pwritev64v2 (int @var{fd}, const struct iovec *@var{iov}, int @var{iovcnt}, off64_t @var{offset}, int @var{flags})
1338 @standards{GNU, unistd.h}
1339 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1340 @c This is a syscall for Linux v4.6.  The sysdeps/posix fallback emulation
1341 @c is also MT-Safe since it calls pwritev.
1343 This function is similar to the @code{pwritev2} function with the difference
1344 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
1345 @code{off_t}.  It makes it possible on 32 bit machines to address
1346 files larger than @twoexp{31} bytes and up to @twoexp{63} bytes.  The
1347 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
1348 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
1349 errors with a descriptor in small file mode.
1351 When the source file is compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
1352 32 bit machine this function is actually available under the name
1353 @code{pwritev2} and so transparently replaces the 32 bit interface.
1354 @end deftypefun
1356 @node Memory-mapped I/O
1357 @section Memory-mapped I/O
1359 On modern operating systems, it is possible to @dfn{mmap} (pronounced
1360 ``em-map'') a file to a region of memory.  When this is done, the file can
1361 be accessed just like an array in the program.
1363 This is more efficient than @code{read} or @code{write}, as only the regions
1364 of the file that a program actually accesses are loaded.  Accesses to
1365 not-yet-loaded parts of the mmapped region are handled in the same way as
1366 swapped out pages.
1368 Since mmapped pages can be stored back to their file when physical
1369 memory is low, it is possible to mmap files orders of magnitude larger
1370 than both the physical memory @emph{and} swap space.  The only limit is
1371 address space.  The theoretical limit is 4GB on a 32-bit machine -
1372 however, the actual limit will be smaller since some areas will be
1373 reserved for other purposes.  If the LFS interface is used the file size
1374 on 32-bit systems is not limited to 2GB (offsets are signed which
1375 reduces the addressable area of 4GB by half); the full 64-bit are
1376 available.
1378 Memory mapping only works on entire pages of memory.  Thus, addresses
1379 for mapping must be page-aligned, and length values will be rounded up.
1380 To determine the size of a page the machine uses one should use
1382 @vindex _SC_PAGESIZE
1383 @smallexample
1384 size_t page_size = (size_t) sysconf (_SC_PAGESIZE);
1385 @end smallexample
1387 @noindent
1388 These functions are declared in @file{sys/mman.h}.
1390 @deftypefun {void *} mmap (void *@var{address}, size_t @var{length}, int @var{protect}, int @var{flags}, int @var{filedes}, off_t @var{offset})
1391 @standards{POSIX, sys/mman.h}
1392 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1394 The @code{mmap} function creates a new mapping, connected to bytes
1395 (@var{offset}) to (@var{offset} + @var{length} - 1) in the file open on
1396 @var{filedes}.  A new reference for the file specified by @var{filedes}
1397 is created, which is not removed by closing the file.
1399 @var{address} gives a preferred starting address for the mapping.
1400 @code{NULL} expresses no preference.  Any previous mapping at that
1401 address is automatically removed.  The address you give may still be
1402 changed, unless you use the @code{MAP_FIXED} flag.
1404 @var{protect} contains flags that control what kind of access is
1405 permitted.  They include @code{PROT_READ}, @code{PROT_WRITE}, and
1406 @code{PROT_EXEC}.  The special flag @code{PROT_NONE} reserves a region
1407 of address space for future use.  The @code{mprotect} function can be
1408 used to change the protection flags.  @xref{Memory Protection}.
1410 @var{flags} contains flags that control the nature of the map.
1411 One of @code{MAP_SHARED} or @code{MAP_PRIVATE} must be specified.
1413 They include:
1415 @vtable @code
1416 @item MAP_PRIVATE
1417 This specifies that writes to the region should never be written back
1418 to the attached file.  Instead, a copy is made for the process, and the
1419 region will be swapped normally if memory runs low.  No other process will
1420 see the changes.
1422 Since private mappings effectively revert to ordinary memory
1423 when written to, you must have enough virtual memory for a copy of
1424 the entire mmapped region if you use this mode with @code{PROT_WRITE}.
1426 @item MAP_SHARED
1427 This specifies that writes to the region will be written back to the
1428 file.  Changes made will be shared immediately with other processes
1429 mmaping the same file.
1431 Note that actual writing may take place at any time.  You need to use
1432 @code{msync}, described below, if it is important that other processes
1433 using conventional I/O get a consistent view of the file.
1435 @item MAP_FIXED
1436 This forces the system to use the exact mapping address specified in
1437 @var{address} and fail if it can't.
1439 @c One of these is official - the other is obviously an obsolete synonym
1440 @c Which is which?
1441 @item MAP_ANONYMOUS
1442 @itemx MAP_ANON
1443 This flag tells the system to create an anonymous mapping, not connected
1444 to a file.  @var{filedes} and @var{offset} are ignored, and the region is
1445 initialized with zeros.
1447 Anonymous maps are used as the basic primitive to extend the heap on some
1448 systems.  They are also useful to share data between multiple tasks
1449 without creating a file.
1451 On some systems using private anonymous mmaps is more efficient than using
1452 @code{malloc} for large blocks.  This is not an issue with @theglibc{},
1453 as the included @code{malloc} automatically uses @code{mmap} where appropriate.
1455 @c Linux has some other MAP_ options, which I have not discussed here.
1456 @c MAP_DENYWRITE, MAP_EXECUTABLE and MAP_GROWSDOWN don't seem applicable to
1457 @c user programs (and I don't understand the last two).  MAP_LOCKED does
1458 @c not appear to be implemented.
1460 @end vtable
1462 @code{mmap} returns the address of the new mapping, or
1463 @code{MAP_FAILED} for an error.
1465 Possible errors include:
1467 @table @code
1469 @item EINVAL
1471 Either @var{address} was unusable, or inconsistent @var{flags} were
1472 given.
1474 @item EACCES
1476 @var{filedes} was not open for the type of access specified in @var{protect}.
1478 @item ENOMEM
1480 Either there is not enough memory for the operation, or the process is
1481 out of address space.
1483 @item ENODEV
1485 This file is of a type that doesn't support mapping.
1487 @item ENOEXEC
1489 The file is on a filesystem that doesn't support mapping.
1491 @c On Linux, EAGAIN will appear if the file has a conflicting mandatory lock.
1492 @c However mandatory locks are not discussed in this manual.
1494 @c Similarly, ETXTBSY will occur if the MAP_DENYWRITE flag (not documented
1495 @c here) is used and the file is already open for writing.
1497 @end table
1499 @end deftypefun
1501 @deftypefun {void *} mmap64 (void *@var{address}, size_t @var{length}, int @var{protect}, int @var{flags}, int @var{filedes}, off64_t @var{offset})
1502 @standards{LFS, sys/mman.h}
1503 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1504 @c The page_shift auto detection when MMAP2_PAGE_SHIFT is -1 (it never
1505 @c is) would be thread-unsafe.
1506 The @code{mmap64} function is equivalent to the @code{mmap} function but
1507 the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t}.  On 32-bit systems
1508 this allows the file associated with the @var{filedes} descriptor to be
1509 larger than 2GB.  @var{filedes} must be a descriptor returned from a
1510 call to @code{open64} or @code{fopen64} and @code{freopen64} where the
1511 descriptor is retrieved with @code{fileno}.
1513 When the sources are translated with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
1514 function is actually available under the name @code{mmap}.  I.e., the
1515 new, extended API using 64 bit file sizes and offsets transparently
1516 replaces the old API.
1517 @end deftypefun
1519 @deftypefun int munmap (void *@var{addr}, size_t @var{length})
1520 @standards{POSIX, sys/mman.h}
1521 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1523 @code{munmap} removes any memory maps from (@var{addr}) to (@var{addr} +
1524 @var{length}).  @var{length} should be the length of the mapping.
1526 It is safe to unmap multiple mappings in one command, or include unmapped
1527 space in the range.  It is also possible to unmap only part of an existing
1528 mapping.  However, only entire pages can be removed.  If @var{length} is not
1529 an even number of pages, it will be rounded up.
1531 It returns @math{0} for success and @math{-1} for an error.
1533 One error is possible:
1535 @table @code
1537 @item EINVAL
1538 The memory range given was outside the user mmap range or wasn't page
1539 aligned.
1541 @end table
1543 @end deftypefun
1545 @deftypefun int msync (void *@var{address}, size_t @var{length}, int @var{flags})
1546 @standards{POSIX, sys/mman.h}
1547 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1549 When using shared mappings, the kernel can write the file at any time
1550 before the mapping is removed.  To be certain data has actually been
1551 written to the file and will be accessible to non-memory-mapped I/O, it
1552 is necessary to use this function.
1554 It operates on the region @var{address} to (@var{address} + @var{length}).
1555 It may be used on part of a mapping or multiple mappings, however the
1556 region given should not contain any unmapped space.
1558 @var{flags} can contain some options:
1560 @vtable @code
1562 @item MS_SYNC
1564 This flag makes sure the data is actually written @emph{to disk}.
1565 Normally @code{msync} only makes sure that accesses to a file with
1566 conventional I/O reflect the recent changes.
1568 @item MS_ASYNC
1570 This tells @code{msync} to begin the synchronization, but not to wait for
1571 it to complete.
1573 @c Linux also has MS_INVALIDATE, which I don't understand.
1575 @end vtable
1577 @code{msync} returns @math{0} for success and @math{-1} for
1578 error.  Errors include:
1580 @table @code
1582 @item EINVAL
1583 An invalid region was given, or the @var{flags} were invalid.
1585 @item EFAULT
1586 There is no existing mapping in at least part of the given region.
1588 @end table
1590 @end deftypefun
1592 @deftypefun {void *} mremap (void *@var{address}, size_t @var{length}, size_t @var{new_length}, int @var{flag})
1593 @standards{GNU, sys/mman.h}
1594 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1596 This function can be used to change the size of an existing memory
1597 area. @var{address} and @var{length} must cover a region entirely mapped
1598 in the same @code{mmap} statement.  A new mapping with the same
1599 characteristics will be returned with the length @var{new_length}.
1601 One option is possible, @code{MREMAP_MAYMOVE}.  If it is given in
1602 @var{flags}, the system may remove the existing mapping and create a new
1603 one of the desired length in another location.
1605 The address of the resulting mapping is returned, or @math{-1}.  Possible
1606 error codes include:
1608 @table @code
1610 @item EFAULT
1611 There is no existing mapping in at least part of the original region, or
1612 the region covers two or more distinct mappings.
1614 @item EINVAL
1615 The address given is misaligned or inappropriate.
1617 @item EAGAIN
1618 The region has pages locked, and if extended it would exceed the
1619 process's resource limit for locked pages.  @xref{Limits on Resources}.
1621 @item ENOMEM
1622 The region is private writable, and insufficient virtual memory is
1623 available to extend it.  Also, this error will occur if
1624 @code{MREMAP_MAYMOVE} is not given and the extension would collide with
1625 another mapped region.
1627 @end table
1628 @end deftypefun
1630 This function is only available on a few systems.  Except for performing
1631 optional optimizations one should not rely on this function.
1633 Not all file descriptors may be mapped.  Sockets, pipes, and most devices
1634 only allow sequential access and do not fit into the mapping abstraction.
1635 In addition, some regular files may not be mmapable, and older kernels may
1636 not support mapping at all.  Thus, programs using @code{mmap} should
1637 have a fallback method to use should it fail. @xref{Mmap,,,standards,GNU
1638 Coding Standards}.
1640 @deftypefun int madvise (void *@var{addr}, size_t @var{length}, int @var{advice})
1641 @standards{POSIX, sys/mman.h}
1642 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1644 This function can be used to provide the system with @var{advice} about
1645 the intended usage patterns of the memory region starting at @var{addr}
1646 and extending @var{length} bytes.
1648 The valid BSD values for @var{advice} are:
1650 @vtable @code
1652 @item MADV_NORMAL
1653 The region should receive no further special treatment.
1655 @item MADV_RANDOM
1656 The region will be accessed via random page references.  The kernel
1657 should page-in the minimal number of pages for each page fault.
1659 @item MADV_SEQUENTIAL
1660 The region will be accessed via sequential page references.  This
1661 may cause the kernel to aggressively read-ahead, expecting further
1662 sequential references after any page fault within this region.
1664 @item MADV_WILLNEED
1665 The region will be needed.  The pages within this region may
1666 be pre-faulted in by the kernel.
1668 @item MADV_DONTNEED
1669 The region is no longer needed.  The kernel may free these pages,
1670 causing any changes to the pages to be lost, as well as swapped
1671 out pages to be discarded.
1673 @end vtable
1675 The POSIX names are slightly different, but with the same meanings:
1677 @vtable @code
1679 @item POSIX_MADV_NORMAL
1680 This corresponds with BSD's @code{MADV_NORMAL}.
1682 @item POSIX_MADV_RANDOM
1683 This corresponds with BSD's @code{MADV_RANDOM}.
1685 @item POSIX_MADV_SEQUENTIAL
1686 This corresponds with BSD's @code{MADV_SEQUENTIAL}.
1688 @item POSIX_MADV_WILLNEED
1689 This corresponds with BSD's @code{MADV_WILLNEED}.
1691 @item POSIX_MADV_DONTNEED
1692 This corresponds with BSD's @code{MADV_DONTNEED}.
1694 @end vtable
1696 @code{madvise} returns @math{0} for success and @math{-1} for
1697 error.  Errors include:
1698 @table @code
1700 @item EINVAL
1701 An invalid region was given, or the @var{advice} was invalid.
1703 @item EFAULT
1704 There is no existing mapping in at least part of the given region.
1706 @end table
1707 @end deftypefun
1709 @deftypefn Function int shm_open (const char *@var{name}, int @var{oflag}, mode_t @var{mode})
1710 @standards{POSIX, sys/mman.h}
1711 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtslocale{}}@asunsafe{@asuinit{} @ascuheap{} @asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{} @acsfd{}}}
1712 @c shm_open @mtslocale @asuinit @ascuheap @asulock @aculock @acsmem @acsfd
1713 @c  libc_once(where_is_shmfs) @mtslocale @asuinit @ascuheap @asulock @aculock @acsmem @acsfd
1714 @c   where_is_shmfs @mtslocale @ascuheap @asulock @aculock @acsmem @acsfd
1715 @c    statfs dup ok
1716 @c    setmntent dup @ascuheap @asulock @acsmem @acsfd @aculock
1717 @c    getmntent_r dup @mtslocale @ascuheap @aculock @acsmem [no @asucorrupt @acucorrupt; exclusive stream]
1718 @c    strcmp dup ok
1719 @c    strlen dup ok
1720 @c    malloc dup @ascuheap @acsmem
1721 @c    mempcpy dup ok
1722 @c    endmntent dup @ascuheap @asulock @aculock @acsmem @acsfd
1723 @c  strlen dup ok
1724 @c  strchr dup ok
1725 @c  mempcpy dup ok
1726 @c  open dup @acsfd
1727 @c  fcntl dup ok
1728 @c  close dup @acsfd
1730 This function returns a file descriptor that can be used to allocate shared
1731 memory via mmap.  Unrelated processes can use same @var{name} to create or
1732 open existing shared memory objects.
1734 A @var{name} argument specifies the shared memory object to be opened.
1735 In @theglibc{} it must be a string smaller than @code{NAME_MAX} bytes starting
1736 with an optional slash but containing no other slashes.
1738 The semantics of @var{oflag} and @var{mode} arguments is same as in @code{open}.
1740 @code{shm_open} returns the file descriptor on success or @math{-1} on error.
1741 On failure @code{errno} is set.
1742 @end deftypefn
1744 @deftypefn Function int shm_unlink (const char *@var{name})
1745 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtslocale{}}@asunsafe{@asuinit{} @ascuheap{} @asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{} @acsfd{}}}
1746 @c shm_unlink @mtslocale @asuinit @ascuheap @asulock @aculock @acsmem @acsfd
1747 @c  libc_once(where_is_shmfs) dup @mtslocale @asuinit @ascuheap @asulock @aculock @acsmem @acsfd
1748 @c  strlen dup ok
1749 @c  strchr dup ok
1750 @c  mempcpy dup ok
1751 @c  unlink dup ok
1753 This function is the inverse of @code{shm_open} and removes the object with
1754 the given @var{name} previously created by @code{shm_open}.
1756 @code{shm_unlink} returns @math{0} on success or @math{-1} on error.
1757 On failure @code{errno} is set.
1758 @end deftypefn
1760 @node Waiting for I/O
1761 @section Waiting for Input or Output
1762 @cindex waiting for input or output
1763 @cindex multiplexing input
1764 @cindex input from multiple files
1766 Sometimes a program needs to accept input on multiple input channels
1767 whenever input arrives.  For example, some workstations may have devices
1768 such as a digitizing tablet, function button box, or dial box that are
1769 connected via normal asynchronous serial interfaces; good user interface
1770 style requires responding immediately to input on any device.  Another
1771 example is a program that acts as a server to several other processes
1772 via pipes or sockets.
1774 You cannot normally use @code{read} for this purpose, because this
1775 blocks the program until input is available on one particular file
1776 descriptor; input on other channels won't wake it up.  You could set
1777 nonblocking mode and poll each file descriptor in turn, but this is very
1778 inefficient.
1780 A better solution is to use the @code{select} function.  This blocks the
1781 program until input or output is ready on a specified set of file
1782 descriptors, or until a timer expires, whichever comes first.  This
1783 facility is declared in the header file @file{sys/types.h}.
1784 @pindex sys/types.h
1786 In the case of a server socket (@pxref{Listening}), we say that
1787 ``input'' is available when there are pending connections that could be
1788 accepted (@pxref{Accepting Connections}).  @code{accept} for server
1789 sockets blocks and interacts with @code{select} just as @code{read} does
1790 for normal input.
1792 @cindex file descriptor sets, for @code{select}
1793 The file descriptor sets for the @code{select} function are specified
1794 as @code{fd_set} objects.  Here is the description of the data type
1795 and some macros for manipulating these objects.
1797 @deftp {Data Type} fd_set
1798 @standards{BSD, sys/types.h}
1799 The @code{fd_set} data type represents file descriptor sets for the
1800 @code{select} function.  It is actually a bit array.
1801 @end deftp
1803 @deftypevr Macro int FD_SETSIZE
1804 @standards{BSD, sys/types.h}
1805 The value of this macro is the maximum number of file descriptors that a
1806 @code{fd_set} object can hold information about.  On systems with a
1807 fixed maximum number, @code{FD_SETSIZE} is at least that number.  On
1808 some systems, including GNU, there is no absolute limit on the number of
1809 descriptors open, but this macro still has a constant value which
1810 controls the number of bits in an @code{fd_set}; if you get a file
1811 descriptor with a value as high as @code{FD_SETSIZE}, you cannot put
1812 that descriptor into an @code{fd_set}.
1813 @end deftypevr
1815 @deftypefn Macro void FD_ZERO (fd_set *@var{set})
1816 @standards{BSD, sys/types.h}
1817 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:set}}@assafe{}@acsafe{}}
1818 This macro initializes the file descriptor set @var{set} to be the
1819 empty set.
1820 @end deftypefn
1822 @deftypefn Macro void FD_SET (int @var{filedes}, fd_set *@var{set})
1823 @standards{BSD, sys/types.h}
1824 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:set}}@assafe{}@acsafe{}}
1825 @c Setting a bit isn't necessarily atomic, so there's a potential race
1826 @c here if set is not used exclusively.
1827 This macro adds @var{filedes} to the file descriptor set @var{set}.
1829 The @var{filedes} parameter must not have side effects since it is
1830 evaluated more than once.
1831 @end deftypefn
1833 @deftypefn Macro void FD_CLR (int @var{filedes}, fd_set *@var{set})
1834 @standards{BSD, sys/types.h}
1835 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:set}}@assafe{}@acsafe{}}
1836 @c Setting a bit isn't necessarily atomic, so there's a potential race
1837 @c here if set is not used exclusively.
1838 This macro removes @var{filedes} from the file descriptor set @var{set}.
1840 The @var{filedes} parameter must not have side effects since it is
1841 evaluated more than once.
1842 @end deftypefn
1844 @deftypefn Macro int FD_ISSET (int @var{filedes}, const fd_set *@var{set})
1845 @standards{BSD, sys/types.h}
1846 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:set}}@assafe{}@acsafe{}}
1847 This macro returns a nonzero value (true) if @var{filedes} is a member
1848 of the file descriptor set @var{set}, and zero (false) otherwise.
1850 The @var{filedes} parameter must not have side effects since it is
1851 evaluated more than once.
1852 @end deftypefn
1854 Next, here is the description of the @code{select} function itself.
1856 @deftypefun int select (int @var{nfds}, fd_set *@var{read-fds}, fd_set *@var{write-fds}, fd_set *@var{except-fds}, struct timeval *@var{timeout})
1857 @standards{BSD, sys/types.h}
1858 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:read-fds} @mtsrace{:write-fds} @mtsrace{:except-fds}}@assafe{}@acsafe{}}
1859 @c The select syscall is preferred, but pselect6 may be used instead,
1860 @c which requires converting timeout to a timespec and back.  The
1861 @c conversions are not atomic.
1862 The @code{select} function blocks the calling process until there is
1863 activity on any of the specified sets of file descriptors, or until the
1864 timeout period has expired.
1866 The file descriptors specified by the @var{read-fds} argument are
1867 checked to see if they are ready for reading; the @var{write-fds} file
1868 descriptors are checked to see if they are ready for writing; and the
1869 @var{except-fds} file descriptors are checked for exceptional
1870 conditions.  You can pass a null pointer for any of these arguments if
1871 you are not interested in checking for that kind of condition.
1873 A file descriptor is considered ready for reading if a @code{read}
1874 call will not block.  This usually includes the read offset being at
1875 the end of the file or there is an error to report.  A server socket
1876 is considered ready for reading if there is a pending connection which
1877 can be accepted with @code{accept}; @pxref{Accepting Connections}.  A
1878 client socket is ready for writing when its connection is fully
1879 established; @pxref{Connecting}.
1881 ``Exceptional conditions'' does not mean errors---errors are reported
1882 immediately when an erroneous system call is executed, and do not
1883 constitute a state of the descriptor.  Rather, they include conditions
1884 such as the presence of an urgent message on a socket.  (@xref{Sockets},
1885 for information on urgent messages.)
1887 The @code{select} function checks only the first @var{nfds} file
1888 descriptors.  The usual thing is to pass @code{FD_SETSIZE} as the value
1889 of this argument.
1891 The @var{timeout} specifies the maximum time to wait.  If you pass a
1892 null pointer for this argument, it means to block indefinitely until one
1893 of the file descriptors is ready.  Otherwise, you should provide the
1894 time in @code{struct timeval} format; see @ref{High-Resolution
1895 Calendar}.  Specify zero as the time (a @code{struct timeval} containing
1896 all zeros) if you want to find out which descriptors are ready without
1897 waiting if none are ready.
1899 The normal return value from @code{select} is the total number of ready file
1900 descriptors in all of the sets.  Each of the argument sets is overwritten
1901 with information about the descriptors that are ready for the corresponding
1902 operation.  Thus, to see if a particular descriptor @var{desc} has input,
1903 use @code{FD_ISSET (@var{desc}, @var{read-fds})} after @code{select} returns.
1905 If @code{select} returns because the timeout period expires, it returns
1906 a value of zero.
1908 Any signal will cause @code{select} to return immediately.  So if your
1909 program uses signals, you can't rely on @code{select} to keep waiting
1910 for the full time specified.  If you want to be sure of waiting for a
1911 particular amount of time, you must check for @code{EINTR} and repeat
1912 the @code{select} with a newly calculated timeout based on the current
1913 time.  See the example below.  See also @ref{Interrupted Primitives}.
1915 If an error occurs, @code{select} returns @code{-1} and does not modify
1916 the argument file descriptor sets.  The following @code{errno} error
1917 conditions are defined for this function:
1919 @table @code
1920 @item EBADF
1921 One of the file descriptor sets specified an invalid file descriptor.
1923 @item EINTR
1924 The operation was interrupted by a signal.  @xref{Interrupted Primitives}.
1926 @item EINVAL
1927 The @var{timeout} argument is invalid; one of the components is negative
1928 or too large.
1929 @end table
1930 @end deftypefun
1932 @strong{Portability Note:}  The @code{select} function is a BSD Unix
1933 feature.
1935 Here is an example showing how you can use @code{select} to establish a
1936 timeout period for reading from a file descriptor.  The @code{input_timeout}
1937 function blocks the calling process until input is available on the
1938 file descriptor, or until the timeout period expires.
1940 @smallexample
1941 @include select.c.texi
1942 @end smallexample
1944 There is another example showing the use of @code{select} to multiplex
1945 input from multiple sockets in @ref{Server Example}.
1948 @node Synchronizing I/O
1949 @section Synchronizing I/O operations
1951 @cindex synchronizing
1952 In most modern operating systems, the normal I/O operations are not
1953 executed synchronously.  I.e., even if a @code{write} system call
1954 returns, this does not mean the data is actually written to the media,
1955 e.g., the disk.
1957 In situations where synchronization points are necessary, you can use
1958 special functions which ensure that all operations finish before
1959 they return.
1961 @deftypefun void sync (void)
1962 @standards{X/Open, unistd.h}
1963 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1964 A call to this function will not return as long as there is data which
1965 has not been written to the device.  All dirty buffers in the kernel will
1966 be written and so an overall consistent system can be achieved (if no
1967 other process in parallel writes data).
1969 A prototype for @code{sync} can be found in @file{unistd.h}.
1970 @end deftypefun
1972 Programs more often want to ensure that data written to a given file is
1973 committed, rather than all data in the system.  For this, @code{sync} is overkill.
1976 @deftypefun int fsync (int @var{fildes})
1977 @standards{POSIX, unistd.h}
1978 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1979 The @code{fsync} function can be used to make sure all data associated with
1980 the open file @var{fildes} is written to the device associated with the
1981 descriptor.  The function call does not return unless all actions have
1982 finished.
1984 A prototype for @code{fsync} can be found in @file{unistd.h}.
1986 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
1987 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
1988 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{fsync} is
1989 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
1990 until the program ends.  To avoid this, calls to @code{fsync} should be
1991 protected using cancellation handlers.
1992 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
1994 The return value of the function is zero if no error occurred.  Otherwise
1995 it is @math{-1} and the global variable @var{errno} is set to the
1996 following values:
1997 @table @code
1998 @item EBADF
1999 The descriptor @var{fildes} is not valid.
2001 @item EINVAL
2002 No synchronization is possible since the system does not implement this.
2003 @end table
2004 @end deftypefun
2006 Sometimes it is not even necessary to write all data associated with a
2007 file descriptor.  E.g., in database files which do not change in size it
2008 is enough to write all the file content data to the device.
2009 Meta-information, like the modification time etc., are not that important
2010 and leaving such information uncommitted does not prevent a successful
2011 recovery of the file in case of a problem.
2013 @deftypefun int fdatasync (int @var{fildes})
2014 @standards{POSIX, unistd.h}
2015 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2016 When a call to the @code{fdatasync} function returns, it is ensured
2017 that all of the file data is written to the device.  For all pending I/O
2018 operations, the parts guaranteeing data integrity finished.
2020 Not all systems implement the @code{fdatasync} operation.  On systems
2021 missing this functionality @code{fdatasync} is emulated by a call to
2022 @code{fsync} since the performed actions are a superset of those
2023 required by @code{fdatasync}.
2025 The prototype for @code{fdatasync} is in @file{unistd.h}.
2027 The return value of the function is zero if no error occurred.  Otherwise
2028 it is @math{-1} and the global variable @var{errno} is set to the
2029 following values:
2030 @table @code
2031 @item EBADF
2032 The descriptor @var{fildes} is not valid.
2034 @item EINVAL
2035 No synchronization is possible since the system does not implement this.
2036 @end table
2037 @end deftypefun
2040 @node Asynchronous I/O
2041 @section Perform I/O Operations in Parallel
2043 The POSIX.1b standard defines a new set of I/O operations which can
2044 significantly reduce the time an application spends waiting for I/O.  The
2045 new functions allow a program to initiate one or more I/O operations and
2046 then immediately resume normal work while the I/O operations are
2047 executed in parallel.  This functionality is available if the
2048 @file{unistd.h} file defines the symbol @code{_POSIX_ASYNCHRONOUS_IO}.
2050 These functions are part of the library with realtime functions named
2051 @file{librt}.  They are not actually part of the @file{libc} binary.
2052 The implementation of these functions can be done using support in the
2053 kernel (if available) or using an implementation based on threads at
2054 userlevel.  In the latter case it might be necessary to link applications
2055 with the thread library @file{libpthread} in addition to @file{librt}.
2057 All AIO operations operate on files which were opened previously.  There
2058 might be arbitrarily many operations running for one file.  The
2059 asynchronous I/O operations are controlled using a data structure named
2060 @code{struct aiocb} (@dfn{AIO control block}).  It is defined in
2061 @file{aio.h} as follows.
2063 @deftp {Data Type} {struct aiocb}
2064 @standards{POSIX.1b, aio.h}
2065 The POSIX.1b standard mandates that the @code{struct aiocb} structure
2066 contains at least the members described in the following table.  There
2067 might be more elements which are used by the implementation, but
2068 depending upon these elements is not portable and is highly deprecated.
2070 @table @code
2071 @item int aio_fildes
2072 This element specifies the file descriptor to be used for the
2073 operation.  It must be a legal descriptor, otherwise the operation will
2074 fail.
2076 The device on which the file is opened must allow the seek operation.
2077 I.e., it is not possible to use any of the AIO operations on devices
2078 like terminals where an @code{lseek} call would lead to an error.
2080 @item off_t aio_offset
2081 This element specifies the offset in the file at which the operation (input
2082 or output) is performed.  Since the operations are carried out in arbitrary
2083 order and more than one operation for one file descriptor can be
2084 started, one cannot expect a current read/write position of the file
2085 descriptor.
2087 @item volatile void *aio_buf
2088 This is a pointer to the buffer with the data to be written or the place
2089 where the read data is stored.
2091 @item size_t aio_nbytes
2092 This element specifies the length of the buffer pointed to by @code{aio_buf}.
2094 @item int aio_reqprio
2095 If the platform has defined @code{_POSIX_PRIORITIZED_IO} and
2096 @code{_POSIX_PRIORITY_SCHEDULING}, the AIO requests are
2097 processed based on the current scheduling priority.  The
2098 @code{aio_reqprio} element can then be used to lower the priority of the
2099 AIO operation.
2101 @item struct sigevent aio_sigevent
2102 This element specifies how the calling process is notified once the
2103 operation terminates.  If the @code{sigev_notify} element is
2104 @code{SIGEV_NONE}, no notification is sent.  If it is @code{SIGEV_SIGNAL},
2105 the signal determined by @code{sigev_signo} is sent.  Otherwise,
2106 @code{sigev_notify} must be @code{SIGEV_THREAD}.  In this case, a thread
2107 is created which starts executing the function pointed to by
2108 @code{sigev_notify_function}.
2110 @item int aio_lio_opcode
2111 This element is only used by the @code{lio_listio} and
2112 @code{lio_listio64} functions.  Since these functions allow an
2113 arbitrary number of operations to start at once, and each operation can be
2114 input or output (or nothing), the information must be stored in the
2115 control block.  The possible values are:
2117 @vtable @code
2118 @item LIO_READ
2119 Start a read operation.  Read from the file at position
2120 @code{aio_offset} and store the next @code{aio_nbytes} bytes in the
2121 buffer pointed to by @code{aio_buf}.
2123 @item LIO_WRITE
2124 Start a write operation.  Write @code{aio_nbytes} bytes starting at
2125 @code{aio_buf} into the file starting at position @code{aio_offset}.
2127 @item LIO_NOP
2128 Do nothing for this control block.  This value is useful sometimes when
2129 an array of @code{struct aiocb} values contains holes, i.e., some of the
2130 values must not be handled although the whole array is presented to the
2131 @code{lio_listio} function.
2132 @end vtable
2133 @end table
2135 When the sources are compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
2136 32 bit machine, this type is in fact @code{struct aiocb64}, since the LFS
2137 interface transparently replaces the @code{struct aiocb} definition.
2138 @end deftp
2140 For use with the AIO functions defined in the LFS, there is a similar type
2141 defined which replaces the types of the appropriate members with larger
2142 types but otherwise is equivalent to @code{struct aiocb}.  Particularly,
2143 all member names are the same.
2145 @deftp {Data Type} {struct aiocb64}
2146 @standards{POSIX.1b, aio.h}
2147 @table @code
2148 @item int aio_fildes
2149 This element specifies the file descriptor which is used for the
2150 operation.  It must be a legal descriptor since otherwise the operation
2151 fails for obvious reasons.
2153 The device on which the file is opened must allow the seek operation.
2154 I.e., it is not possible to use any of the AIO operations on devices
2155 like terminals where an @code{lseek} call would lead to an error.
2157 @item off64_t aio_offset
2158 This element specifies at which offset in the file the operation (input
2159 or output) is performed.  Since the operation are carried in arbitrary
2160 order and more than one operation for one file descriptor can be
2161 started, one cannot expect a current read/write position of the file
2162 descriptor.
2164 @item volatile void *aio_buf
2165 This is a pointer to the buffer with the data to be written or the place
2166 where the read data is stored.
2168 @item size_t aio_nbytes
2169 This element specifies the length of the buffer pointed to by @code{aio_buf}.
2171 @item int aio_reqprio
2172 If for the platform @code{_POSIX_PRIORITIZED_IO} and
2173 @code{_POSIX_PRIORITY_SCHEDULING} are defined the AIO requests are
2174 processed based on the current scheduling priority.  The
2175 @code{aio_reqprio} element can then be used to lower the priority of the
2176 AIO operation.
2178 @item struct sigevent aio_sigevent
2179 This element specifies how the calling process is notified once the
2180 operation terminates.  If the @code{sigev_notify} element is
2181 @code{SIGEV_NONE} no notification is sent.  If it is @code{SIGEV_SIGNAL},
2182 the signal determined by @code{sigev_signo} is sent.  Otherwise,
2183 @code{sigev_notify} must be @code{SIGEV_THREAD} in which case a thread
2184 is created which starts executing the function pointed to by
2185 @code{sigev_notify_function}.
2187 @item int aio_lio_opcode
2188 This element is only used by the @code{lio_listio} and
2189 @code{lio_listio64} functions.  Since these functions allow an
2190 arbitrary number of operations to start at once, and since each operation can be
2191 input or output (or nothing), the information must be stored in the
2192 control block.  See the description of @code{struct aiocb} for a description
2193 of the possible values.
2194 @end table
2196 When the sources are compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
2197 32 bit machine, this type is available under the name @code{struct
2198 aiocb64}, since the LFS transparently replaces the old interface.
2199 @end deftp
2201 @menu
2202 * Asynchronous Reads/Writes::    Asynchronous Read and Write Operations.
2203 * Status of AIO Operations::     Getting the Status of AIO Operations.
2204 * Synchronizing AIO Operations:: Getting into a consistent state.
2205 * Cancel AIO Operations::        Cancellation of AIO Operations.
2206 * Configuration of AIO::         How to optimize the AIO implementation.
2207 @end menu
2209 @node Asynchronous Reads/Writes
2210 @subsection Asynchronous Read and Write Operations
2212 @deftypefun int aio_read (struct aiocb *@var{aiocbp})
2213 @standards{POSIX.1b, aio.h}
2214 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
2215 @c Calls aio_enqueue_request.
2216 @c aio_enqueue_request @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2217 @c  pthread_self ok
2218 @c  pthread_getschedparam @asulock @aculock
2219 @c   lll_lock (pthread descriptor's lock) @asulock @aculock
2220 @c   sched_getparam ok
2221 @c   sched_getscheduler ok
2222 @c   lll_unlock @aculock
2223 @c  pthread_mutex_lock (aio_requests_mutex) @asulock @aculock
2224 @c  get_elem @ascuheap @acsmem [@asucorrupt @acucorrupt]
2225 @c   realloc @ascuheap @acsmem
2226 @c   calloc @ascuheap @acsmem
2227 @c  aio_create_helper_thread @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2228 @c   pthread_attr_init ok
2229 @c   pthread_attr_setdetachstate ok
2230 @c   pthread_get_minstack ok
2231 @c   pthread_attr_setstacksize ok
2232 @c   sigfillset ok
2233 @c    memset ok
2234 @c    sigdelset ok
2235 @c   SYSCALL rt_sigprocmask ok
2236 @c   pthread_create @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2237 @c    lll_lock (default_pthread_attr_lock) @asulock @aculock
2238 @c    alloca/malloc @ascuheap @acsmem
2239 @c    lll_unlock @aculock
2240 @c    allocate_stack @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2241 @c     getpagesize dup
2242 @c     lll_lock (default_pthread_attr_lock) @asulock @aculock
2243 @c     lll_unlock @aculock
2244 @c     _dl_allocate_tls @ascuheap @acsmem
2245 @c      _dl_allocate_tls_storage @ascuheap @acsmem
2246 @c       memalign @ascuheap @acsmem
2247 @c       memset ok
2248 @c       allocate_dtv dup
2249 @c       free @ascuheap @acsmem
2250 @c      allocate_dtv @ascuheap @acsmem
2251 @c       calloc @ascuheap @acsmem
2252 @c       INSTALL_DTV ok
2253 @c     list_add dup
2254 @c     get_cached_stack
2255 @c      lll_lock (stack_cache_lock) @asulock @aculock
2256 @c      list_for_each ok
2257 @c      list_entry dup
2258 @c      FREE_P dup
2259 @c      stack_list_del dup
2260 @c      stack_list_add dup
2261 @c      lll_unlock @aculock
2262 @c      _dl_allocate_tls_init ok
2263 @c       GET_DTV ok
2264 @c     mmap ok
2265 @c     atomic_increment_val ok
2266 @c     munmap ok
2267 @c     change_stack_perm ok
2268 @c      mprotect ok
2269 @c     mprotect ok
2270 @c     stack_list_del dup
2271 @c     _dl_deallocate_tls dup
2272 @c     munmap ok
2273 @c    THREAD_COPY_STACK_GUARD ok
2274 @c    THREAD_COPY_POINTER_GUARD ok
2275 @c    atomic_exchange_acq ok
2276 @c    lll_futex_wake ok
2277 @c    deallocate_stack @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2278 @c     lll_lock (state_cache_lock) @asulock @aculock
2279 @c     stack_list_del ok
2280 @c      atomic_write_barrier ok
2281 @c      list_del ok
2282 @c      atomic_write_barrier ok
2283 @c     queue_stack @ascuheap @acsmem
2284 @c      stack_list_add ok
2285 @c       atomic_write_barrier ok
2286 @c       list_add ok
2287 @c       atomic_write_barrier ok
2288 @c      free_stacks @ascuheap @acsmem
2289 @c       list_for_each_prev_safe ok
2290 @c       list_entry ok
2291 @c       FREE_P ok
2292 @c       stack_list_del dup
2293 @c       _dl_deallocate_tls dup
2294 @c       munmap ok
2295 @c     _dl_deallocate_tls @ascuheap @acsmem
2296 @c      free @ascuheap @acsmem
2297 @c     lll_unlock @aculock
2298 @c    create_thread @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2299 @c     td_eventword
2300 @c     td_eventmask
2301 @c     do_clone @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2302 @c      PREPARE_CREATE ok
2303 @c      lll_lock (pd->lock) @asulock @aculock
2304 @c      atomic_increment ok
2305 @c      clone ok
2306 @c      atomic_decrement ok
2307 @c      atomic_exchange_acq ok
2308 @c      lll_futex_wake ok
2309 @c      deallocate_stack dup
2310 @c      sched_setaffinity ok
2311 @c      tgkill ok
2312 @c      sched_setscheduler ok
2313 @c     atomic_compare_and_exchange_bool_acq ok
2314 @c     nptl_create_event ok
2315 @c     lll_unlock (pd->lock) @aculock
2316 @c    free @ascuheap @acsmem
2317 @c   pthread_attr_destroy ok (cpuset won't be set, so free isn't called)
2318 @c  add_request_to_runlist ok
2319 @c  pthread_cond_signal ok
2320 @c  aio_free_request ok
2321 @c  pthread_mutex_unlock @aculock
2323 @c (in the new thread, initiated with clone)
2324 @c    start_thread ok
2325 @c     HP_TIMING_NOW ok
2326 @c     ctype_init @mtslocale
2327 @c     atomic_exchange_acq ok
2328 @c     lll_futex_wake ok
2329 @c     sigemptyset ok
2330 @c     sigaddset ok
2331 @c     setjmp ok
2332 @c     CANCEL_ASYNC -> pthread_enable_asynccancel ok
2333 @c      do_cancel ok
2334 @c       pthread_unwind ok
2335 @c        Unwind_ForcedUnwind or longjmp ok [@ascuheap @acsmem?]
2336 @c     lll_lock @asulock @aculock
2337 @c     lll_unlock @asulock @aculock
2338 @c     CANCEL_RESET -> pthread_disable_asynccancel ok
2339 @c      lll_futex_wait ok
2340 @c     ->start_routine ok -----
2341 @c     call_tls_dtors @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2342 @c      user-supplied dtor
2343 @c      rtld_lock_lock_recursive (dl_load_lock) @asulock @aculock
2344 @c      rtld_lock_unlock_recursive @aculock
2345 @c      free @ascuheap @acsmem
2346 @c     nptl_deallocate_tsd @ascuheap @acsmem
2347 @c      tsd user-supplied dtors ok
2348 @c      free @ascuheap @acsmem
2349 @c     libc_thread_freeres
2350 @c      libc_thread_subfreeres ok
2351 @c     atomic_decrement_and_test ok
2352 @c     td_eventword ok
2353 @c     td_eventmask ok
2354 @c     atomic_compare_exchange_bool_acq ok
2355 @c     nptl_death_event ok
2356 @c     lll_robust_dead ok
2357 @c     getpagesize ok
2358 @c     madvise ok
2359 @c     free_tcb @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2360 @c      free @ascuheap @acsmem
2361 @c      deallocate_stack @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2362 @c     lll_futex_wait ok
2363 @c     exit_thread_inline ok
2364 @c      syscall(exit) ok
2366 This function initiates an asynchronous read operation.  It
2367 immediately returns after the operation was enqueued or when an
2368 error was encountered.
2370 The first @code{aiocbp->aio_nbytes} bytes of the file for which
2371 @code{aiocbp->aio_fildes} is a descriptor are written to the buffer
2372 starting at @code{aiocbp->aio_buf}.  Reading starts at the absolute
2373 position @code{aiocbp->aio_offset} in the file.
2375 If prioritized I/O is supported by the platform the
2376 @code{aiocbp->aio_reqprio} value is used to adjust the priority before
2377 the request is actually enqueued.
2379 The calling process is notified about the termination of the read
2380 request according to the @code{aiocbp->aio_sigevent} value.
2382 When @code{aio_read} returns, the return value is zero if no error
2383 occurred that can be found before the process is enqueued.  If such an
2384 early error is found, the function returns @math{-1} and sets
2385 @code{errno} to one of the following values:
2387 @table @code
2388 @item EAGAIN
2389 The request was not enqueued due to (temporarily) exceeded resource
2390 limitations.
2391 @item ENOSYS
2392 The @code{aio_read} function is not implemented.
2393 @item EBADF
2394 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.  This condition
2395 need not be recognized before enqueueing the request and so this error
2396 might also be signaled asynchronously.
2397 @item EINVAL
2398 The @code{aiocbp->aio_offset} or @code{aiocbp->aio_reqpiro} value is
2399 invalid.  This condition need not be recognized before enqueueing the
2400 request and so this error might also be signaled asynchronously.
2401 @end table
2403 If @code{aio_read} returns zero, the current status of the request
2404 can be queried using @code{aio_error} and @code{aio_return} functions.
2405 As long as the value returned by @code{aio_error} is @code{EINPROGRESS}
2406 the operation has not yet completed.  If @code{aio_error} returns zero,
2407 the operation successfully terminated, otherwise the value is to be
2408 interpreted as an error code.  If the function terminated, the result of
2409 the operation can be obtained using a call to @code{aio_return}.  The
2410 returned value is the same as an equivalent call to @code{read} would
2411 have returned.  Possible error codes returned by @code{aio_error} are:
2413 @table @code
2414 @item EBADF
2415 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.
2416 @item ECANCELED
2417 The operation was canceled before the operation was finished
2418 (@pxref{Cancel AIO Operations})
2419 @item EINVAL
2420 The @code{aiocbp->aio_offset} value is invalid.
2421 @end table
2423 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2424 function is in fact @code{aio_read64} since the LFS interface transparently
2425 replaces the normal implementation.
2426 @end deftypefun
2428 @deftypefun int aio_read64 (struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2429 @standards{Unix98, aio.h}
2430 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
2431 This function is similar to the @code{aio_read} function.  The only
2432 difference is that on @w{32 bit} machines, the file descriptor should
2433 be opened in the large file mode.  Internally, @code{aio_read64} uses
2434 functionality equivalent to @code{lseek64} (@pxref{File Position
2435 Primitive}) to position the file descriptor correctly for the reading,
2436 as opposed to the @code{lseek} functionality used in @code{aio_read}.
2438 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2439 function is available under the name @code{aio_read} and so transparently
2440 replaces the interface for small files on 32 bit machines.
2441 @end deftypefun
2443 To write data asynchronously to a file, there exists an equivalent pair
2444 of functions with a very similar interface.
2446 @deftypefun int aio_write (struct aiocb *@var{aiocbp})
2447 @standards{POSIX.1b, aio.h}
2448 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
2449 This function initiates an asynchronous write operation.  The function
2450 call immediately returns after the operation was enqueued or if before
2451 this happens an error was encountered.
2453 The first @code{aiocbp->aio_nbytes} bytes from the buffer starting at
2454 @code{aiocbp->aio_buf} are written to the file for which
2455 @code{aiocbp->aio_fildes} is a descriptor, starting at the absolute
2456 position @code{aiocbp->aio_offset} in the file.
2458 If prioritized I/O is supported by the platform, the
2459 @code{aiocbp->aio_reqprio} value is used to adjust the priority before
2460 the request is actually enqueued.
2462 The calling process is notified about the termination of the read
2463 request according to the @code{aiocbp->aio_sigevent} value.
2465 When @code{aio_write} returns, the return value is zero if no error
2466 occurred that can be found before the process is enqueued.  If such an
2467 early error is found the function returns @math{-1} and sets
2468 @code{errno} to one of the following values.
2470 @table @code
2471 @item EAGAIN
2472 The request was not enqueued due to (temporarily) exceeded resource
2473 limitations.
2474 @item ENOSYS
2475 The @code{aio_write} function is not implemented.
2476 @item EBADF
2477 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.  This condition
2478 may not be recognized before enqueueing the request, and so this error
2479 might also be signaled asynchronously.
2480 @item EINVAL
2481 The @code{aiocbp->aio_offset} or @code{aiocbp->aio_reqprio} value is
2482 invalid.  This condition may not be recognized before enqueueing the
2483 request and so this error might also be signaled asynchronously.
2484 @end table
2486 In the case @code{aio_write} returns zero, the current status of the
2487 request can be queried using the @code{aio_error} and @code{aio_return}
2488 functions.  As long as the value returned by @code{aio_error} is
2489 @code{EINPROGRESS} the operation has not yet completed.  If
2490 @code{aio_error} returns zero, the operation successfully terminated,
2491 otherwise the value is to be interpreted as an error code.  If the
2492 function terminated, the result of the operation can be obtained using a call
2493 to @code{aio_return}.  The returned value is the same as an equivalent
2494 call to @code{read} would have returned.  Possible error codes returned
2495 by @code{aio_error} are:
2497 @table @code
2498 @item EBADF
2499 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.
2500 @item ECANCELED
2501 The operation was canceled before the operation was finished.
2502 (@pxref{Cancel AIO Operations})
2503 @item EINVAL
2504 The @code{aiocbp->aio_offset} value is invalid.
2505 @end table
2507 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2508 function is in fact @code{aio_write64} since the LFS interface transparently
2509 replaces the normal implementation.
2510 @end deftypefun
2512 @deftypefun int aio_write64 (struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2513 @standards{Unix98, aio.h}
2514 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
2515 This function is similar to the @code{aio_write} function.  The only
2516 difference is that on @w{32 bit} machines the file descriptor should
2517 be opened in the large file mode.  Internally @code{aio_write64} uses
2518 functionality equivalent to @code{lseek64} (@pxref{File Position
2519 Primitive}) to position the file descriptor correctly for the writing,
2520 as opposed to the @code{lseek} functionality used in @code{aio_write}.
2522 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2523 function is available under the name @code{aio_write} and so transparently
2524 replaces the interface for small files on 32 bit machines.
2525 @end deftypefun
2527 Besides these functions with the more or less traditional interface,
2528 POSIX.1b also defines a function which can initiate more than one
2529 operation at a time, and which can handle freely mixed read and write
2530 operations.  It is therefore similar to a combination of @code{readv} and
2531 @code{writev}.
2533 @deftypefun int lio_listio (int @var{mode}, struct aiocb *const @var{list}[], int @var{nent}, struct sigevent *@var{sig})
2534 @standards{POSIX.1b, aio.h}
2535 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
2536 @c Call lio_listio_internal, that takes the aio_requests_mutex lock and
2537 @c enqueues each request.  Then, it waits for notification or prepares
2538 @c for it before releasing the lock.  Even though it performs memory
2539 @c allocation and locking of its own, it doesn't add any classes of
2540 @c safety issues that aren't already covered by aio_enqueue_request.
2541 The @code{lio_listio} function can be used to enqueue an arbitrary
2542 number of read and write requests at one time.  The requests can all be
2543 meant for the same file, all for different files or every solution in
2544 between.
2546 @code{lio_listio} gets the @var{nent} requests from the array pointed to
2547 by @var{list}.  The operation to be performed is determined by the
2548 @code{aio_lio_opcode} member in each element of @var{list}.  If this
2549 field is @code{LIO_READ} a read operation is enqueued, similar to a call
2550 of @code{aio_read} for this element of the array (except that the way
2551 the termination is signalled is different, as we will see below).  If
2552 the @code{aio_lio_opcode} member is @code{LIO_WRITE} a write operation
2553 is enqueued.  Otherwise the @code{aio_lio_opcode} must be @code{LIO_NOP}
2554 in which case this element of @var{list} is simply ignored.  This
2555 ``operation'' is useful in situations where one has a fixed array of
2556 @code{struct aiocb} elements from which only a few need to be handled at
2557 a time.  Another situation is where the @code{lio_listio} call was
2558 canceled before all requests are processed (@pxref{Cancel AIO
2559 Operations}) and the remaining requests have to be reissued.
2561 The other members of each element of the array pointed to by
2562 @code{list} must have values suitable for the operation as described in
2563 the documentation for @code{aio_read} and @code{aio_write} above.
2565 The @var{mode} argument determines how @code{lio_listio} behaves after
2566 having enqueued all the requests.  If @var{mode} is @code{LIO_WAIT} it
2567 waits until all requests terminated.  Otherwise @var{mode} must be
2568 @code{LIO_NOWAIT} and in this case the function returns immediately after
2569 having enqueued all the requests.  In this case the caller gets a
2570 notification of the termination of all requests according to the
2571 @var{sig} parameter.  If @var{sig} is @code{NULL} no notification is
2572 sent.  Otherwise a signal is sent or a thread is started, just as
2573 described in the description for @code{aio_read} or @code{aio_write}.
2575 If @var{mode} is @code{LIO_WAIT}, the return value of @code{lio_listio}
2576 is @math{0} when all requests completed successfully.  Otherwise the
2577 function returns @math{-1} and @code{errno} is set accordingly.  To find
2578 out which request or requests failed one has to use the @code{aio_error}
2579 function on all the elements of the array @var{list}.
2581 In case @var{mode} is @code{LIO_NOWAIT}, the function returns @math{0} if
2582 all requests were enqueued correctly.  The current state of the requests
2583 can be found using @code{aio_error} and @code{aio_return} as described
2584 above.  If @code{lio_listio} returns @math{-1} in this mode, the
2585 global variable @code{errno} is set accordingly.  If a request did not
2586 yet terminate, a call to @code{aio_error} returns @code{EINPROGRESS}.  If
2587 the value is different, the request is finished and the error value (or
2588 @math{0}) is returned and the result of the operation can be retrieved
2589 using @code{aio_return}.
2591 Possible values for @code{errno} are:
2593 @table @code
2594 @item EAGAIN
2595 The resources necessary to queue all the requests are not available at
2596 the moment.  The error status for each element of @var{list} must be
2597 checked to determine which request failed.
2599 Another reason could be that the system wide limit of AIO requests is
2600 exceeded.  This cannot be the case for the implementation on @gnusystems{}
2601 since no arbitrary limits exist.
2602 @item EINVAL
2603 The @var{mode} parameter is invalid or @var{nent} is larger than
2604 @code{AIO_LISTIO_MAX}.
2605 @item EIO
2606 One or more of the request's I/O operations failed.  The error status of
2607 each request should be checked to determine which one failed.
2608 @item ENOSYS
2609 The @code{lio_listio} function is not supported.
2610 @end table
2612 If the @var{mode} parameter is @code{LIO_NOWAIT} and the caller cancels
2613 a request, the error status for this request returned by
2614 @code{aio_error} is @code{ECANCELED}.
2616 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2617 function is in fact @code{lio_listio64} since the LFS interface
2618 transparently replaces the normal implementation.
2619 @end deftypefun
2621 @deftypefun int lio_listio64 (int @var{mode}, struct aiocb64 *const @var{list}[], int @var{nent}, struct sigevent *@var{sig})
2622 @standards{Unix98, aio.h}
2623 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
2624 This function is similar to the @code{lio_listio} function.  The only
2625 difference is that on @w{32 bit} machines, the file descriptor should
2626 be opened in the large file mode.  Internally, @code{lio_listio64} uses
2627 functionality equivalent to @code{lseek64} (@pxref{File Position
2628 Primitive}) to position the file descriptor correctly for the reading or
2629 writing, as opposed to the @code{lseek} functionality used in
2630 @code{lio_listio}.
2632 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2633 function is available under the name @code{lio_listio} and so
2634 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2635 machines.
2636 @end deftypefun
2638 @node Status of AIO Operations
2639 @subsection Getting the Status of AIO Operations
2641 As already described in the documentation of the functions in the last
2642 section, it must be possible to get information about the status of an I/O
2643 request.  When the operation is performed truly asynchronously (as with
2644 @code{aio_read} and @code{aio_write} and with @code{lio_listio} when the
2645 mode is @code{LIO_NOWAIT}), one sometimes needs to know whether a
2646 specific request already terminated and if so, what the result was.
2647 The following two functions allow you to get this kind of information.
2649 @deftypefun int aio_error (const struct aiocb *@var{aiocbp})
2650 @standards{POSIX.1b, aio.h}
2651 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2652 This function determines the error state of the request described by the
2653 @code{struct aiocb} variable pointed to by @var{aiocbp}.  If the
2654 request has not yet terminated the value returned is always
2655 @code{EINPROGRESS}.  Once the request has terminated the value
2656 @code{aio_error} returns is either @math{0} if the request completed
2657 successfully or it returns the value which would be stored in the
2658 @code{errno} variable if the request would have been done using
2659 @code{read}, @code{write}, or @code{fsync}.
2661 The function can return @code{ENOSYS} if it is not implemented.  It
2662 could also return @code{EINVAL} if the @var{aiocbp} parameter does not
2663 refer to an asynchronous operation whose return status is not yet known.
2665 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2666 function is in fact @code{aio_error64} since the LFS interface
2667 transparently replaces the normal implementation.
2668 @end deftypefun
2670 @deftypefun int aio_error64 (const struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2671 @standards{Unix98, aio.h}
2672 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2673 This function is similar to @code{aio_error} with the only difference
2674 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2675 aiocb64}.
2677 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2678 function is available under the name @code{aio_error} and so
2679 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2680 machines.
2681 @end deftypefun
2683 @deftypefun ssize_t aio_return (struct aiocb *@var{aiocbp})
2684 @standards{POSIX.1b, aio.h}
2685 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2686 This function can be used to retrieve the return status of the operation
2687 carried out by the request described in the variable pointed to by
2688 @var{aiocbp}.  As long as the error status of this request as returned
2689 by @code{aio_error} is @code{EINPROGRESS} the return value of this function is
2690 undefined.
2692 Once the request is finished this function can be used exactly once to
2693 retrieve the return value.  Following calls might lead to undefined
2694 behavior.  The return value itself is the value which would have been
2695 returned by the @code{read}, @code{write}, or @code{fsync} call.
2697 The function can return @code{ENOSYS} if it is not implemented.  It
2698 could also return @code{EINVAL} if the @var{aiocbp} parameter does not
2699 refer to an asynchronous operation whose return status is not yet known.
2701 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2702 function is in fact @code{aio_return64} since the LFS interface
2703 transparently replaces the normal implementation.
2704 @end deftypefun
2706 @deftypefun ssize_t aio_return64 (struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2707 @standards{Unix98, aio.h}
2708 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2709 This function is similar to @code{aio_return} with the only difference
2710 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2711 aiocb64}.
2713 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2714 function is available under the name @code{aio_return} and so
2715 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2716 machines.
2717 @end deftypefun
2719 @node Synchronizing AIO Operations
2720 @subsection Getting into a Consistent State
2722 When dealing with asynchronous operations it is sometimes necessary to
2723 get into a consistent state.  This would mean for AIO that one wants to
2724 know whether a certain request or a group of requests were processed.
2725 This could be done by waiting for the notification sent by the system
2726 after the operation terminated, but this sometimes would mean wasting
2727 resources (mainly computation time).  Instead POSIX.1b defines two
2728 functions which will help with most kinds of consistency.
2730 The @code{aio_fsync} and @code{aio_fsync64} functions are only available
2731 if the symbol @code{_POSIX_SYNCHRONIZED_IO} is defined in @file{unistd.h}.
2733 @cindex synchronizing
2734 @deftypefun int aio_fsync (int @var{op}, struct aiocb *@var{aiocbp})
2735 @standards{POSIX.1b, aio.h}
2736 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
2737 @c After fcntl to check that the FD is open, it calls
2738 @c aio_enqueue_request.
2739 Calling this function forces all I/O operations queued at the
2740 time of the function call operating on the file descriptor
2741 @code{aiocbp->aio_fildes} into the synchronized I/O completion state
2742 (@pxref{Synchronizing I/O}).  The @code{aio_fsync} function returns
2743 immediately but the notification through the method described in
2744 @code{aiocbp->aio_sigevent} will happen only after all requests for this
2745 file descriptor have terminated and the file is synchronized.  This also
2746 means that requests for this very same file descriptor which are queued
2747 after the synchronization request are not affected.
2749 If @var{op} is @code{O_DSYNC} the synchronization happens as with a call
2750 to @code{fdatasync}.  Otherwise @var{op} should be @code{O_SYNC} and
2751 the synchronization happens as with @code{fsync}.
2753 As long as the synchronization has not happened, a call to
2754 @code{aio_error} with the reference to the object pointed to by
2755 @var{aiocbp} returns @code{EINPROGRESS}.  Once the synchronization is
2756 done @code{aio_error} return @math{0} if the synchronization was not
2757 successful.  Otherwise the value returned is the value to which the
2758 @code{fsync} or @code{fdatasync} function would have set the
2759 @code{errno} variable.  In this case nothing can be assumed about the
2760 consistency of the data written to this file descriptor.
2762 The return value of this function is @math{0} if the request was
2763 successfully enqueued.  Otherwise the return value is @math{-1} and
2764 @code{errno} is set to one of the following values:
2766 @table @code
2767 @item EAGAIN
2768 The request could not be enqueued due to temporary lack of resources.
2769 @item EBADF
2770 The file descriptor @code{@var{aiocbp}->aio_fildes} is not valid.
2771 @item EINVAL
2772 The implementation does not support I/O synchronization or the @var{op}
2773 parameter is other than @code{O_DSYNC} and @code{O_SYNC}.
2774 @item ENOSYS
2775 This function is not implemented.
2776 @end table
2778 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2779 function is in fact @code{aio_fsync64} since the LFS interface
2780 transparently replaces the normal implementation.
2781 @end deftypefun
2783 @deftypefun int aio_fsync64 (int @var{op}, struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2784 @standards{Unix98, aio.h}
2785 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
2786 This function is similar to @code{aio_fsync} with the only difference
2787 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2788 aiocb64}.
2790 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2791 function is available under the name @code{aio_fsync} and so
2792 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2793 machines.
2794 @end deftypefun
2796 Another method of synchronization is to wait until one or more requests of a
2797 specific set terminated.  This could be achieved by the @code{aio_*}
2798 functions to notify the initiating process about the termination but in
2799 some situations this is not the ideal solution.  In a program which
2800 constantly updates clients somehow connected to the server it is not
2801 always the best solution to go round robin since some connections might
2802 be slow.  On the other hand letting the @code{aio_*} functions notify the
2803 caller might also be not the best solution since whenever the process
2804 works on preparing data for a client it makes no sense to be
2805 interrupted by a notification since the new client will not be handled
2806 before the current client is served.  For situations like this
2807 @code{aio_suspend} should be used.
2809 @deftypefun int aio_suspend (const struct aiocb *const @var{list}[], int @var{nent}, const struct timespec *@var{timeout})
2810 @standards{POSIX.1b, aio.h}
2811 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
2812 @c Take aio_requests_mutex, set up waitlist and requestlist, wait
2813 @c for completion or timeout, and release the mutex.
2814 When calling this function, the calling thread is suspended until at
2815 least one of the requests pointed to by the @var{nent} elements of the
2816 array @var{list} has completed.  If any of the requests has already
2817 completed at the time @code{aio_suspend} is called, the function returns
2818 immediately.  Whether a request has terminated or not is determined by
2819 comparing the error status of the request with @code{EINPROGRESS}.  If
2820 an element of @var{list} is @code{NULL}, the entry is simply ignored.
2822 If no request has finished, the calling process is suspended.  If
2823 @var{timeout} is @code{NULL}, the process is not woken until a request
2824 has finished.  If @var{timeout} is not @code{NULL}, the process remains
2825 suspended at least as long as specified in @var{timeout}.  In this case,
2826 @code{aio_suspend} returns with an error.
2828 The return value of the function is @math{0} if one or more requests
2829 from the @var{list} have terminated.  Otherwise the function returns
2830 @math{-1} and @code{errno} is set to one of the following values:
2832 @table @code
2833 @item EAGAIN
2834 None of the requests from the @var{list} completed in the time specified
2835 by @var{timeout}.
2836 @item EINTR
2837 A signal interrupted the @code{aio_suspend} function.  This signal might
2838 also be sent by the AIO implementation while signalling the termination
2839 of one of the requests.
2840 @item ENOSYS
2841 The @code{aio_suspend} function is not implemented.
2842 @end table
2844 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2845 function is in fact @code{aio_suspend64} since the LFS interface
2846 transparently replaces the normal implementation.
2847 @end deftypefun
2849 @deftypefun int aio_suspend64 (const struct aiocb64 *const @var{list}[], int @var{nent}, const struct timespec *@var{timeout})
2850 @standards{Unix98, aio.h}
2851 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
2852 This function is similar to @code{aio_suspend} with the only difference
2853 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2854 aiocb64}.
2856 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2857 function is available under the name @code{aio_suspend} and so
2858 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2859 machines.
2860 @end deftypefun
2862 @node Cancel AIO Operations
2863 @subsection Cancellation of AIO Operations
2865 When one or more requests are asynchronously processed, it might be
2866 useful in some situations to cancel a selected operation, e.g., if it
2867 becomes obvious that the written data is no longer accurate and would
2868 have to be overwritten soon.  As an example, assume an application, which
2869 writes data in files in a situation where new incoming data would have
2870 to be written in a file which will be updated by an enqueued request.
2871 The POSIX AIO implementation provides such a function, but this function
2872 is not capable of forcing the cancellation of the request.  It is up to the
2873 implementation to decide whether it is possible to cancel the operation
2874 or not.  Therefore using this function is merely a hint.
2876 @deftypefun int aio_cancel (int @var{fildes}, struct aiocb *@var{aiocbp})
2877 @standards{POSIX.1b, aio.h}
2878 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
2879 @c After fcntl to check the fd is open, hold aio_requests_mutex, call
2880 @c aio_find_req_fd, aio_remove_request, then aio_notify and
2881 @c aio_free_request each request before releasing the lock.
2882 @c aio_notify calls aio_notify_only and free, besides cond signal or
2883 @c similar.  aio_notify_only calls pthread_attr_init,
2884 @c pthread_attr_setdetachstate, malloc, pthread_create,
2885 @c notify_func_wrapper, aio_sigqueue, getpid, raise.
2886 @c notify_func_wraper calls aio_start_notify_thread, free and then the
2887 @c notifier function.
2888 The @code{aio_cancel} function can be used to cancel one or more
2889 outstanding requests.  If the @var{aiocbp} parameter is @code{NULL}, the
2890 function tries to cancel all of the outstanding requests which would process
2891 the file descriptor @var{fildes} (i.e., whose @code{aio_fildes} member
2892 is @var{fildes}).  If @var{aiocbp} is not @code{NULL}, @code{aio_cancel}
2893 attempts to cancel the specific request pointed to by @var{aiocbp}.
2895 For requests which were successfully canceled, the normal notification
2896 about the termination of the request should take place.  I.e., depending
2897 on the @code{struct sigevent} object which controls this, nothing
2898 happens, a signal is sent or a thread is started.  If the request cannot
2899 be canceled, it terminates the usual way after performing the operation.
2901 After a request is successfully canceled, a call to @code{aio_error} with
2902 a reference to this request as the parameter will return
2903 @code{ECANCELED} and a call to @code{aio_return} will return @math{-1}.
2904 If the request wasn't canceled and is still running the error status is
2905 still @code{EINPROGRESS}.
2907 The return value of the function is @code{AIO_CANCELED} if there were
2908 requests which haven't terminated and which were successfully canceled.
2909 If there is one or more requests left which couldn't be canceled, the
2910 return value is @code{AIO_NOTCANCELED}.  In this case @code{aio_error}
2911 must be used to find out which of the, perhaps multiple, requests (if
2912 @var{aiocbp} is @code{NULL}) weren't successfully canceled.  If all
2913 requests already terminated at the time @code{aio_cancel} is called the
2914 return value is @code{AIO_ALLDONE}.
2916 If an error occurred during the execution of @code{aio_cancel} the
2917 function returns @math{-1} and sets @code{errno} to one of the following
2918 values.
2920 @table @code
2921 @item EBADF
2922 The file descriptor @var{fildes} is not valid.
2923 @item ENOSYS
2924 @code{aio_cancel} is not implemented.
2925 @end table
2927 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2928 function is in fact @code{aio_cancel64} since the LFS interface
2929 transparently replaces the normal implementation.
2930 @end deftypefun
2932 @deftypefun int aio_cancel64 (int @var{fildes}, struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2933 @standards{Unix98, aio.h}
2934 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
2935 This function is similar to @code{aio_cancel} with the only difference
2936 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2937 aiocb64}.
2939 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2940 function is available under the name @code{aio_cancel} and so
2941 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2942 machines.
2943 @end deftypefun
2945 @node Configuration of AIO
2946 @subsection How to optimize the AIO implementation
2948 The POSIX standard does not specify how the AIO functions are
2949 implemented.  They could be system calls, but it is also possible to
2950 emulate them at userlevel.
2952 At the time of writing, the available implementation is a user-level
2953 implementation which uses threads for handling the enqueued requests.
2954 While this implementation requires making some decisions about
2955 limitations, hard limitations are something best avoided
2956 in @theglibc{}.  Therefore, @theglibc{} provides a means
2957 for tuning the AIO implementation according to the individual use.
2959 @deftp {Data Type} {struct aioinit}
2960 @standards{GNU, aio.h}
2961 This data type is used to pass the configuration or tunable parameters
2962 to the implementation.  The program has to initialize the members of
2963 this struct and pass it to the implementation using the @code{aio_init}
2964 function.
2966 @table @code
2967 @item int aio_threads
2968 This member specifies the maximal number of threads which may be used
2969 at any one time.
2970 @item int aio_num
2971 This number provides an estimate on the maximal number of simultaneously
2972 enqueued requests.
2973 @item int aio_locks
2974 Unused.
2975 @item int aio_usedba
2976 Unused.
2977 @item int aio_debug
2978 Unused.
2979 @item int aio_numusers
2980 Unused.
2981 @item int aio_reserved[2]
2982 Unused.
2983 @end table
2984 @end deftp
2986 @deftypefun void aio_init (const struct aioinit *@var{init})
2987 @standards{GNU, aio.h}
2988 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
2989 @c All changes to global objects are guarded by aio_requests_mutex.
2990 This function must be called before any other AIO function.  Calling it
2991 is completely voluntary, as it is only meant to help the AIO
2992 implementation perform better.
2994 Before calling @code{aio_init}, the members of a variable of
2995 type @code{struct aioinit} must be initialized.  Then a reference to
2996 this variable is passed as the parameter to @code{aio_init} which itself
2997 may or may not pay attention to the hints.
2999 The function has no return value and no error cases are defined.  It is
3000 an extension which follows a proposal from the SGI implementation in
3001 @w{Irix 6}.  It is not covered by POSIX.1b or Unix98.
3002 @end deftypefun
3004 @node Control Operations
3005 @section Control Operations on Files
3007 @cindex control operations on files
3008 @cindex @code{fcntl} function
3009 This section describes how you can perform various other operations on
3010 file descriptors, such as inquiring about or setting flags describing
3011 the status of the file descriptor, manipulating record locks, and the
3012 like.  All of these operations are performed by the function @code{fcntl}.
3014 The second argument to the @code{fcntl} function is a command that
3015 specifies which operation to perform.  The function and macros that name
3016 various flags that are used with it are declared in the header file
3017 @file{fcntl.h}.  Many of these flags are also used by the @code{open}
3018 function; see @ref{Opening and Closing Files}.
3019 @pindex fcntl.h
3021 @deftypefun int fcntl (int @var{filedes}, int @var{command}, @dots{})
3022 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3023 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3024 The @code{fcntl} function performs the operation specified by
3025 @var{command} on the file descriptor @var{filedes}.  Some commands
3026 require additional arguments to be supplied.  These additional arguments
3027 and the return value and error conditions are given in the detailed
3028 descriptions of the individual commands.
3030 Briefly, here is a list of what the various commands are.
3032 @vtable @code
3033 @item F_DUPFD
3034 Duplicate the file descriptor (return another file descriptor pointing
3035 to the same open file).  @xref{Duplicating Descriptors}.
3037 @item F_GETFD
3038 Get flags associated with the file descriptor.  @xref{Descriptor Flags}.
3040 @item F_SETFD
3041 Set flags associated with the file descriptor.  @xref{Descriptor Flags}.
3043 @item F_GETFL
3044 Get flags associated with the open file.  @xref{File Status Flags}.
3046 @item F_SETFL
3047 Set flags associated with the open file.  @xref{File Status Flags}.
3049 @item F_GETLK
3050 Test a file lock.  @xref{File Locks}.
3052 @item F_SETLK
3053 Set or clear a file lock.  @xref{File Locks}.
3055 @item F_SETLKW
3056 Like @code{F_SETLK}, but wait for completion.  @xref{File Locks}.
3058 @item F_OFD_GETLK
3059 Test an open file description lock.  @xref{Open File Description Locks}.
3060 Specific to Linux.
3062 @item F_OFD_SETLK
3063 Set or clear an open file description lock.  @xref{Open File Description Locks}.
3064 Specific to Linux.
3066 @item F_OFD_SETLKW
3067 Like @code{F_OFD_SETLK}, but block until lock is acquired.
3068 @xref{Open File Description Locks}.  Specific to Linux.
3070 @item F_GETOWN
3071 Get process or process group ID to receive @code{SIGIO} signals.
3072 @xref{Interrupt Input}.
3074 @item F_SETOWN
3075 Set process or process group ID to receive @code{SIGIO} signals.
3076 @xref{Interrupt Input}.
3077 @end vtable
3079 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
3080 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
3081 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{fcntl} is
3082 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
3083 until the program ends.  To avoid this calls to @code{fcntl} should be
3084 protected using cancellation handlers.
3085 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
3086 @end deftypefun
3089 @node Duplicating Descriptors
3090 @section Duplicating Descriptors
3092 @cindex duplicating file descriptors
3093 @cindex redirecting input and output
3095 You can @dfn{duplicate} a file descriptor, or allocate another file
3096 descriptor that refers to the same open file as the original.  Duplicate
3097 descriptors share one file position and one set of file status flags
3098 (@pxref{File Status Flags}), but each has its own set of file descriptor
3099 flags (@pxref{Descriptor Flags}).
3101 The major use of duplicating a file descriptor is to implement
3102 @dfn{redirection} of input or output:  that is, to change the
3103 file or pipe that a particular file descriptor corresponds to.
3105 You can perform this operation using the @code{fcntl} function with the
3106 @code{F_DUPFD} command, but there are also convenient functions
3107 @code{dup} and @code{dup2} for duplicating descriptors.
3109 @pindex unistd.h
3110 @pindex fcntl.h
3111 The @code{fcntl} function and flags are declared in @file{fcntl.h},
3112 while prototypes for @code{dup} and @code{dup2} are in the header file
3113 @file{unistd.h}.
3115 @deftypefun int dup (int @var{old})
3116 @standards{POSIX.1, unistd.h}
3117 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3118 This function copies descriptor @var{old} to the first available
3119 descriptor number (the first number not currently open).  It is
3120 equivalent to @code{fcntl (@var{old}, F_DUPFD, 0)}.
3121 @end deftypefun
3123 @deftypefun int dup2 (int @var{old}, int @var{new})
3124 @standards{POSIX.1, unistd.h}
3125 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3126 This function copies the descriptor @var{old} to descriptor number
3127 @var{new}.
3129 If @var{old} is an invalid descriptor, then @code{dup2} does nothing; it
3130 does not close @var{new}.  Otherwise, the new duplicate of @var{old}
3131 replaces any previous meaning of descriptor @var{new}, as if @var{new}
3132 were closed first.
3134 If @var{old} and @var{new} are different numbers, and @var{old} is a
3135 valid descriptor number, then @code{dup2} is equivalent to:
3137 @smallexample
3138 close (@var{new});
3139 fcntl (@var{old}, F_DUPFD, @var{new})
3140 @end smallexample
3142 However, @code{dup2} does this atomically; there is no instant in the
3143 middle of calling @code{dup2} at which @var{new} is closed and not yet a
3144 duplicate of @var{old}.
3145 @end deftypefun
3147 @deftypevr Macro int F_DUPFD
3148 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3149 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3150 copy the file descriptor given as the first argument.
3152 The form of the call in this case is:
3154 @smallexample
3155 fcntl (@var{old}, F_DUPFD, @var{next-filedes})
3156 @end smallexample
3158 The @var{next-filedes} argument is of type @code{int} and specifies that
3159 the file descriptor returned should be the next available one greater
3160 than or equal to this value.
3162 The return value from @code{fcntl} with this command is normally the value
3163 of the new file descriptor.  A return value of @math{-1} indicates an
3164 error.  The following @code{errno} error conditions are defined for
3165 this command:
3167 @table @code
3168 @item EBADF
3169 The @var{old} argument is invalid.
3171 @item EINVAL
3172 The @var{next-filedes} argument is invalid.
3174 @item EMFILE
3175 There are no more file descriptors available---your program is already
3176 using the maximum.  In BSD and GNU, the maximum is controlled by a
3177 resource limit that can be changed; @pxref{Limits on Resources}, for
3178 more information about the @code{RLIMIT_NOFILE} limit.
3179 @end table
3181 @code{ENFILE} is not a possible error code for @code{dup2} because
3182 @code{dup2} does not create a new opening of a file; duplicate
3183 descriptors do not count toward the limit which @code{ENFILE}
3184 indicates.  @code{EMFILE} is possible because it refers to the limit on
3185 distinct descriptor numbers in use in one process.
3186 @end deftypevr
3188 Here is an example showing how to use @code{dup2} to do redirection.
3189 Typically, redirection of the standard streams (like @code{stdin}) is
3190 done by a shell or shell-like program before calling one of the
3191 @code{exec} functions (@pxref{Executing a File}) to execute a new
3192 program in a child process.  When the new program is executed, it
3193 creates and initializes the standard streams to point to the
3194 corresponding file descriptors, before its @code{main} function is
3195 invoked.
3197 So, to redirect standard input to a file, the shell could do something
3198 like:
3200 @smallexample
3201 pid = fork ();
3202 if (pid == 0)
3203   @{
3204     char *filename;
3205     char *program;
3206     int file;
3207     @dots{}
3208     file = TEMP_FAILURE_RETRY (open (filename, O_RDONLY));
3209     dup2 (file, STDIN_FILENO);
3210     TEMP_FAILURE_RETRY (close (file));
3211     execv (program, NULL);
3212   @}
3213 @end smallexample
3215 There is also a more detailed example showing how to implement redirection
3216 in the context of a pipeline of processes in @ref{Launching Jobs}.
3219 @node Descriptor Flags
3220 @section File Descriptor Flags
3221 @cindex file descriptor flags
3223 @dfn{File descriptor flags} are miscellaneous attributes of a file
3224 descriptor.  These flags are associated with particular file
3225 descriptors, so that if you have created duplicate file descriptors
3226 from a single opening of a file, each descriptor has its own set of flags.
3228 Currently there is just one file descriptor flag: @code{FD_CLOEXEC},
3229 which causes the descriptor to be closed if you use any of the
3230 @code{exec@dots{}} functions (@pxref{Executing a File}).
3232 The symbols in this section are defined in the header file
3233 @file{fcntl.h}.
3234 @pindex fcntl.h
3236 @deftypevr Macro int F_GETFD
3237 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3238 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3239 specify that it should return the file descriptor flags associated
3240 with the @var{filedes} argument.
3242 The normal return value from @code{fcntl} with this command is a
3243 nonnegative number which can be interpreted as the bitwise OR of the
3244 individual flags (except that currently there is only one flag to use).
3246 In case of an error, @code{fcntl} returns @math{-1}.  The following
3247 @code{errno} error conditions are defined for this command:
3249 @table @code
3250 @item EBADF
3251 The @var{filedes} argument is invalid.
3252 @end table
3253 @end deftypevr
3256 @deftypevr Macro int F_SETFD
3257 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3258 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3259 specify that it should set the file descriptor flags associated with the
3260 @var{filedes} argument.  This requires a third @code{int} argument to
3261 specify the new flags, so the form of the call is:
3263 @smallexample
3264 fcntl (@var{filedes}, F_SETFD, @var{new-flags})
3265 @end smallexample
3267 The normal return value from @code{fcntl} with this command is an
3268 unspecified value other than @math{-1}, which indicates an error.
3269 The flags and error conditions are the same as for the @code{F_GETFD}
3270 command.
3271 @end deftypevr
3273 The following macro is defined for use as a file descriptor flag with
3274 the @code{fcntl} function.  The value is an integer constant usable
3275 as a bit mask value.
3277 @deftypevr Macro int FD_CLOEXEC
3278 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3279 @cindex close-on-exec (file descriptor flag)
3280 This flag specifies that the file descriptor should be closed when
3281 an @code{exec} function is invoked; see @ref{Executing a File}.  When
3282 a file descriptor is allocated (as with @code{open} or @code{dup}),
3283 this bit is initially cleared on the new file descriptor, meaning that
3284 descriptor will survive into the new program after @code{exec}.
3285 @end deftypevr
3287 If you want to modify the file descriptor flags, you should get the
3288 current flags with @code{F_GETFD} and modify the value.  Don't assume
3289 that the flags listed here are the only ones that are implemented; your
3290 program may be run years from now and more flags may exist then.  For
3291 example, here is a function to set or clear the flag @code{FD_CLOEXEC}
3292 without altering any other flags:
3294 @smallexample
3295 /* @r{Set the @code{FD_CLOEXEC} flag of @var{desc} if @var{value} is nonzero,}
3296    @r{or clear the flag if @var{value} is 0.}
3297    @r{Return 0 on success, or -1 on error with @code{errno} set.} */
3300 set_cloexec_flag (int desc, int value)
3302   int oldflags = fcntl (desc, F_GETFD, 0);
3303   /* @r{If reading the flags failed, return error indication now.} */
3304   if (oldflags < 0)
3305     return oldflags;
3306   /* @r{Set just the flag we want to set.} */
3307   if (value != 0)
3308     oldflags |= FD_CLOEXEC;
3309   else
3310     oldflags &= ~FD_CLOEXEC;
3311   /* @r{Store modified flag word in the descriptor.} */
3312   return fcntl (desc, F_SETFD, oldflags);
3314 @end smallexample
3316 @node File Status Flags
3317 @section File Status Flags
3318 @cindex file status flags
3320 @dfn{File status flags} are used to specify attributes of the opening of a
3321 file.  Unlike the file descriptor flags discussed in @ref{Descriptor
3322 Flags}, the file status flags are shared by duplicated file descriptors
3323 resulting from a single opening of the file.  The file status flags are
3324 specified with the @var{flags} argument to @code{open};
3325 @pxref{Opening and Closing Files}.
3327 File status flags fall into three categories, which are described in the
3328 following sections.
3330 @itemize @bullet
3331 @item
3332 @ref{Access Modes}, specify what type of access is allowed to the
3333 file: reading, writing, or both.  They are set by @code{open} and are
3334 returned by @code{fcntl}, but cannot be changed.
3336 @item
3337 @ref{Open-time Flags}, control details of what @code{open} will do.
3338 These flags are not preserved after the @code{open} call.
3340 @item
3341 @ref{Operating Modes}, affect how operations such as @code{read} and
3342 @code{write} are done.  They are set by @code{open}, and can be fetched or
3343 changed with @code{fcntl}.
3344 @end itemize
3346 The symbols in this section are defined in the header file
3347 @file{fcntl.h}.
3348 @pindex fcntl.h
3350 @menu
3351 * Access Modes::                Whether the descriptor can read or write.
3352 * Open-time Flags::             Details of @code{open}.
3353 * Operating Modes::             Special modes to control I/O operations.
3354 * Getting File Status Flags::   Fetching and changing these flags.
3355 @end menu
3357 @node Access Modes
3358 @subsection File Access Modes
3360 The file access modes allow a file descriptor to be used for reading,
3361 writing, or both.  (On @gnuhurdsystems{}, they can also allow none of these,
3362 and allow execution of the file as a program.)  The access modes are chosen
3363 when the file is opened, and never change.
3365 @deftypevr Macro int O_RDONLY
3366 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3367 Open the file for read access.
3368 @end deftypevr
3370 @deftypevr Macro int O_WRONLY
3371 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3372 Open the file for write access.
3373 @end deftypevr
3375 @deftypevr Macro int O_RDWR
3376 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3377 Open the file for both reading and writing.
3378 @end deftypevr
3380 On @gnuhurdsystems{} (and not on other systems), @code{O_RDONLY} and
3381 @code{O_WRONLY} are independent bits that can be bitwise-ORed together,
3382 and it is valid for either bit to be set or clear.  This means that
3383 @code{O_RDWR} is the same as @code{O_RDONLY|O_WRONLY}.  A file access
3384 mode of zero is permissible; it allows no operations that do input or
3385 output to the file, but does allow other operations such as
3386 @code{fchmod}.  On @gnuhurdsystems{}, since ``read-only'' or ``write-only''
3387 is a misnomer, @file{fcntl.h} defines additional names for the file
3388 access modes.  These names are preferred when writing GNU-specific code.
3389 But most programs will want to be portable to other POSIX.1 systems and
3390 should use the POSIX.1 names above instead.
3392 @deftypevr Macro int O_READ
3393 @standards{GNU, fcntl.h (optional)}
3394 Open the file for reading.  Same as @code{O_RDONLY}; only defined on GNU.
3395 @end deftypevr
3397 @deftypevr Macro int O_WRITE
3398 @standards{GNU, fcntl.h (optional)}
3399 Open the file for writing.  Same as @code{O_WRONLY}; only defined on GNU.
3400 @end deftypevr
3402 @deftypevr Macro int O_EXEC
3403 @standards{GNU, fcntl.h (optional)}
3404 Open the file for executing.  Only defined on GNU.
3405 @end deftypevr
3407 To determine the file access mode with @code{fcntl}, you must extract
3408 the access mode bits from the retrieved file status flags.  On
3409 @gnuhurdsystems{},
3410 you can just test the @code{O_READ} and @code{O_WRITE} bits in
3411 the flags word.  But in other POSIX.1 systems, reading and writing
3412 access modes are not stored as distinct bit flags.  The portable way to
3413 extract the file access mode bits is with @code{O_ACCMODE}.
3415 @deftypevr Macro int O_ACCMODE
3416 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3417 This macro stands for a mask that can be bitwise-ANDed with the file
3418 status flag value to produce a value representing the file access mode.
3419 The mode will be @code{O_RDONLY}, @code{O_WRONLY}, or @code{O_RDWR}.
3420 (On @gnuhurdsystems{} it could also be zero, and it never includes the
3421 @code{O_EXEC} bit.)
3422 @end deftypevr
3424 @node Open-time Flags
3425 @subsection Open-time Flags
3427 The open-time flags specify options affecting how @code{open} will behave.
3428 These options are not preserved once the file is open.  The exception to
3429 this is @code{O_NONBLOCK}, which is also an I/O operating mode and so it
3430 @emph{is} saved.  @xref{Opening and Closing Files}, for how to call
3431 @code{open}.
3433 There are two sorts of options specified by open-time flags.
3435 @itemize @bullet
3436 @item
3437 @dfn{File name translation flags} affect how @code{open} looks up the
3438 file name to locate the file, and whether the file can be created.
3439 @cindex file name translation flags
3440 @cindex flags, file name translation
3442 @item
3443 @dfn{Open-time action flags} specify extra operations that @code{open} will
3444 perform on the file once it is open.
3445 @cindex open-time action flags
3446 @cindex flags, open-time action
3447 @end itemize
3449 Here are the file name translation flags.
3451 @deftypevr Macro int O_CREAT
3452 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3453 If set, the file will be created if it doesn't already exist.
3454 @c !!! mode arg, umask
3455 @cindex create on open (file status flag)
3456 @end deftypevr
3458 @deftypevr Macro int O_EXCL
3459 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3460 If both @code{O_CREAT} and @code{O_EXCL} are set, then @code{open} fails
3461 if the specified file already exists.  This is guaranteed to never
3462 clobber an existing file.
3464 The @code{O_EXCL} flag has a special meaning in combination with
3465 @code{O_TMPFILE}; see below.
3466 @end deftypevr
3468 @deftypevr Macro int O_TMPFILE
3469 @standards{GNU, fcntl.h}
3470 If this flag is specified, functions in the @code{open} family create an
3471 unnamed temporary file.  In this case, the pathname argument to the
3472 @code{open} family of functions (@pxref{Opening and Closing Files}) is
3473 interpreted as the directory in which the temporary file is created
3474 (thus determining the file system which provides the storage for the
3475 file).  The @code{O_TMPFILE} flag must be combined with @code{O_WRONLY}
3476 or @code{O_RDWR}, and the @var{mode} argument is required.
3478 The temporary file can later be given a name using @code{linkat},
3479 turning it into a regular file.  This allows the atomic creation of a
3480 file with the specific file attributes (mode and extended attributes)
3481 and file contents.  If, for security reasons, it is not desirable that a
3482 name can be given to the file, the @code{O_EXCL} flag can be specified
3483 along with @code{O_TMPFILE}.
3485 Not all kernels support this open flag.  If this flag is unsupported, an
3486 attempt to create an unnamed temporary file fails with an error of
3487 @code{EINVAL}.  If the underlying file system does not support the
3488 @code{O_TMPFILE} flag, an @code{EOPNOTSUPP} error is the result.
3490 The @code{O_TMPFILE} flag is a GNU extension.
3491 @end deftypevr
3493 @deftypevr Macro int O_NONBLOCK
3494 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3495 @cindex non-blocking open
3496 This prevents @code{open} from blocking for a ``long time'' to open the
3497 file.  This is only meaningful for some kinds of files, usually devices
3498 such as serial ports; when it is not meaningful, it is harmless and
3499 ignored.  Often, opening a port to a modem blocks until the modem reports
3500 carrier detection; if @code{O_NONBLOCK} is specified, @code{open} will
3501 return immediately without a carrier.
3503 Note that the @code{O_NONBLOCK} flag is overloaded as both an I/O operating
3504 mode and a file name translation flag.  This means that specifying
3505 @code{O_NONBLOCK} in @code{open} also sets nonblocking I/O mode;
3506 @pxref{Operating Modes}.  To open the file without blocking but do normal
3507 I/O that blocks, you must call @code{open} with @code{O_NONBLOCK} set and
3508 then call @code{fcntl} to turn the bit off.
3509 @end deftypevr
3511 @deftypevr Macro int O_NOCTTY
3512 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3513 If the named file is a terminal device, don't make it the controlling
3514 terminal for the process.  @xref{Job Control}, for information about
3515 what it means to be the controlling terminal.
3517 On @gnuhurdsystems{} and 4.4 BSD, opening a file never makes it the
3518 controlling terminal and @code{O_NOCTTY} is zero.  However, @gnulinuxsystems{}
3519 and some other systems use a nonzero value for @code{O_NOCTTY} and set the
3520 controlling terminal when you open a file that is a terminal device; so
3521 to be portable, use @code{O_NOCTTY} when it is important to avoid this.
3522 @cindex controlling terminal, setting
3523 @end deftypevr
3525 The following three file name translation flags exist only on
3526 @gnuhurdsystems{}.
3528 @deftypevr Macro int O_IGNORE_CTTY
3529 @standards{GNU, fcntl.h (optional)}
3530 Do not recognize the named file as the controlling terminal, even if it
3531 refers to the process's existing controlling terminal device.  Operations
3532 on the new file descriptor will never induce job control signals.
3533 @xref{Job Control}.
3534 @end deftypevr
3536 @deftypevr Macro int O_NOLINK
3537 @standards{GNU, fcntl.h (optional)}
3538 If the named file is a symbolic link, open the link itself instead of
3539 the file it refers to.  (@code{fstat} on the new file descriptor will
3540 return the information returned by @code{lstat} on the link's name.)
3541 @cindex symbolic link, opening
3542 @end deftypevr
3544 @deftypevr Macro int O_NOTRANS
3545 @standards{GNU, fcntl.h (optional)}
3546 If the named file is specially translated, do not invoke the translator.
3547 Open the bare file the translator itself sees.
3548 @end deftypevr
3551 The open-time action flags tell @code{open} to do additional operations
3552 which are not really related to opening the file.  The reason to do them
3553 as part of @code{open} instead of in separate calls is that @code{open}
3554 can do them @i{atomically}.
3556 @deftypevr Macro int O_TRUNC
3557 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3558 Truncate the file to zero length.  This option is only useful for
3559 regular files, not special files such as directories or FIFOs.  POSIX.1
3560 requires that you open the file for writing to use @code{O_TRUNC}.  In
3561 BSD and GNU you must have permission to write the file to truncate it,
3562 but you need not open for write access.
3564 This is the only open-time action flag specified by POSIX.1.  There is
3565 no good reason for truncation to be done by @code{open}, instead of by
3566 calling @code{ftruncate} afterwards.  The @code{O_TRUNC} flag existed in
3567 Unix before @code{ftruncate} was invented, and is retained for backward
3568 compatibility.
3569 @end deftypevr
3571 The remaining operating modes are BSD extensions.  They exist only
3572 on some systems.  On other systems, these macros are not defined.
3574 @deftypevr Macro int O_SHLOCK
3575 @standards{BSD, fcntl.h (optional)}
3576 Acquire a shared lock on the file, as with @code{flock}.
3577 @xref{File Locks}.
3579 If @code{O_CREAT} is specified, the locking is done atomically when
3580 creating the file.  You are guaranteed that no other process will get
3581 the lock on the new file first.
3582 @end deftypevr
3584 @deftypevr Macro int O_EXLOCK
3585 @standards{BSD, fcntl.h (optional)}
3586 Acquire an exclusive lock on the file, as with @code{flock}.
3587 @xref{File Locks}.  This is atomic like @code{O_SHLOCK}.
3588 @end deftypevr
3590 @node Operating Modes
3591 @subsection I/O Operating Modes
3593 The operating modes affect how input and output operations using a file
3594 descriptor work.  These flags are set by @code{open} and can be fetched
3595 and changed with @code{fcntl}.
3597 @deftypevr Macro int O_APPEND
3598 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3599 The bit that enables append mode for the file.  If set, then all
3600 @code{write} operations write the data at the end of the file, extending
3601 it, regardless of the current file position.  This is the only reliable
3602 way to append to a file.  In append mode, you are guaranteed that the
3603 data you write will always go to the current end of the file, regardless
3604 of other processes writing to the file.  Conversely, if you simply set
3605 the file position to the end of file and write, then another process can
3606 extend the file after you set the file position but before you write,
3607 resulting in your data appearing someplace before the real end of file.
3608 @end deftypevr
3610 @deftypevr Macro int O_NONBLOCK
3611 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3612 The bit that enables nonblocking mode for the file.  If this bit is set,
3613 @code{read} requests on the file can return immediately with a failure
3614 status if there is no input immediately available, instead of blocking.
3615 Likewise, @code{write} requests can also return immediately with a
3616 failure status if the output can't be written immediately.
3618 Note that the @code{O_NONBLOCK} flag is overloaded as both an I/O
3619 operating mode and a file name translation flag; @pxref{Open-time Flags}.
3620 @end deftypevr
3622 @deftypevr Macro int O_NDELAY
3623 @standards{BSD, fcntl.h}
3624 This is an obsolete name for @code{O_NONBLOCK}, provided for
3625 compatibility with BSD.  It is not defined by the POSIX.1 standard.
3626 @end deftypevr
3628 The remaining operating modes are BSD and GNU extensions.  They exist only
3629 on some systems.  On other systems, these macros are not defined.
3631 @deftypevr Macro int O_ASYNC
3632 @standards{BSD, fcntl.h}
3633 The bit that enables asynchronous input mode.  If set, then @code{SIGIO}
3634 signals will be generated when input is available.  @xref{Interrupt Input}.
3636 Asynchronous input mode is a BSD feature.
3637 @end deftypevr
3639 @deftypevr Macro int O_FSYNC
3640 @standards{BSD, fcntl.h}
3641 The bit that enables synchronous writing for the file.  If set, each
3642 @code{write} call will make sure the data is reliably stored on disk before
3643 returning. @c !!! xref fsync
3645 Synchronous writing is a BSD feature.
3646 @end deftypevr
3648 @deftypevr Macro int O_SYNC
3649 @standards{BSD, fcntl.h}
3650 This is another name for @code{O_FSYNC}.  They have the same value.
3651 @end deftypevr
3653 @deftypevr Macro int O_NOATIME
3654 @standards{GNU, fcntl.h}
3655 If this bit is set, @code{read} will not update the access time of the
3656 file.  @xref{File Times}.  This is used by programs that do backups, so
3657 that backing a file up does not count as reading it.
3658 Only the owner of the file or the superuser may use this bit.
3660 This is a GNU extension.
3661 @end deftypevr
3663 @node Getting File Status Flags
3664 @subsection Getting and Setting File Status Flags
3666 The @code{fcntl} function can fetch or change file status flags.
3668 @deftypevr Macro int F_GETFL
3669 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3670 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3671 read the file status flags for the open file with descriptor
3672 @var{filedes}.
3674 The normal return value from @code{fcntl} with this command is a
3675 nonnegative number which can be interpreted as the bitwise OR of the
3676 individual flags.  Since the file access modes are not single-bit values,
3677 you can mask off other bits in the returned flags with @code{O_ACCMODE}
3678 to compare them.
3680 In case of an error, @code{fcntl} returns @math{-1}.  The following
3681 @code{errno} error conditions are defined for this command:
3683 @table @code
3684 @item EBADF
3685 The @var{filedes} argument is invalid.
3686 @end table
3687 @end deftypevr
3689 @deftypevr Macro int F_SETFL
3690 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3691 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to set
3692 the file status flags for the open file corresponding to the
3693 @var{filedes} argument.  This command requires a third @code{int}
3694 argument to specify the new flags, so the call looks like this:
3696 @smallexample
3697 fcntl (@var{filedes}, F_SETFL, @var{new-flags})
3698 @end smallexample
3700 You can't change the access mode for the file in this way; that is,
3701 whether the file descriptor was opened for reading or writing.
3703 The normal return value from @code{fcntl} with this command is an
3704 unspecified value other than @math{-1}, which indicates an error.  The
3705 error conditions are the same as for the @code{F_GETFL} command.
3706 @end deftypevr
3708 If you want to modify the file status flags, you should get the current
3709 flags with @code{F_GETFL} and modify the value.  Don't assume that the
3710 flags listed here are the only ones that are implemented; your program
3711 may be run years from now and more flags may exist then.  For example,
3712 here is a function to set or clear the flag @code{O_NONBLOCK} without
3713 altering any other flags:
3715 @smallexample
3716 @group
3717 /* @r{Set the @code{O_NONBLOCK} flag of @var{desc} if @var{value} is nonzero,}
3718    @r{or clear the flag if @var{value} is 0.}
3719    @r{Return 0 on success, or -1 on error with @code{errno} set.} */
3722 set_nonblock_flag (int desc, int value)
3724   int oldflags = fcntl (desc, F_GETFL, 0);
3725   /* @r{If reading the flags failed, return error indication now.} */
3726   if (oldflags == -1)
3727     return -1;
3728   /* @r{Set just the flag we want to set.} */
3729   if (value != 0)
3730     oldflags |= O_NONBLOCK;
3731   else
3732     oldflags &= ~O_NONBLOCK;
3733   /* @r{Store modified flag word in the descriptor.} */
3734   return fcntl (desc, F_SETFL, oldflags);
3736 @end group
3737 @end smallexample
3739 @node File Locks
3740 @section File Locks
3742 @cindex file locks
3743 @cindex record locking
3744 This section describes record locks that are associated with the process.
3745 There is also a different type of record lock that is associated with the
3746 open file description instead of the process.  @xref{Open File Description Locks}.
3748 The remaining @code{fcntl} commands are used to support @dfn{record
3749 locking}, which permits multiple cooperating programs to prevent each
3750 other from simultaneously accessing parts of a file in error-prone
3751 ways.
3753 @cindex exclusive lock
3754 @cindex write lock
3755 An @dfn{exclusive} or @dfn{write} lock gives a process exclusive access
3756 for writing to the specified part of the file.  While a write lock is in
3757 place, no other process can lock that part of the file.
3759 @cindex shared lock
3760 @cindex read lock
3761 A @dfn{shared} or @dfn{read} lock prohibits any other process from
3762 requesting a write lock on the specified part of the file.  However,
3763 other processes can request read locks.
3765 The @code{read} and @code{write} functions do not actually check to see
3766 whether there are any locks in place.  If you want to implement a
3767 locking protocol for a file shared by multiple processes, your application
3768 must do explicit @code{fcntl} calls to request and clear locks at the
3769 appropriate points.
3771 Locks are associated with processes.  A process can only have one kind
3772 of lock set for each byte of a given file.  When any file descriptor for
3773 that file is closed by the process, all of the locks that process holds
3774 on that file are released, even if the locks were made using other
3775 descriptors that remain open.  Likewise, locks are released when a
3776 process exits, and are not inherited by child processes created using
3777 @code{fork} (@pxref{Creating a Process}).
3779 When making a lock, use a @code{struct flock} to specify what kind of
3780 lock and where.  This data type and the associated macros for the
3781 @code{fcntl} function are declared in the header file @file{fcntl.h}.
3782 @pindex fcntl.h
3784 @deftp {Data Type} {struct flock}
3785 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3786 This structure is used with the @code{fcntl} function to describe a file
3787 lock.  It has these members:
3789 @table @code
3790 @item short int l_type
3791 Specifies the type of the lock; one of @code{F_RDLCK}, @code{F_WRLCK}, or
3792 @code{F_UNLCK}.
3794 @item short int l_whence
3795 This corresponds to the @var{whence} argument to @code{fseek} or
3796 @code{lseek}, and specifies what the offset is relative to.  Its value
3797 can be one of @code{SEEK_SET}, @code{SEEK_CUR}, or @code{SEEK_END}.
3799 @item off_t l_start
3800 This specifies the offset of the start of the region to which the lock
3801 applies, and is given in bytes relative to the point specified by the
3802 @code{l_whence} member.
3804 @item off_t l_len
3805 This specifies the length of the region to be locked.  A value of
3806 @code{0} is treated specially; it means the region extends to the end of
3807 the file.
3809 @item pid_t l_pid
3810 This field is the process ID (@pxref{Process Creation Concepts}) of the
3811 process holding the lock.  It is filled in by calling @code{fcntl} with
3812 the @code{F_GETLK} command, but is ignored when making a lock.  If the
3813 conflicting lock is an open file description lock
3814 (@pxref{Open File Description Locks}), then this field will be set to
3815 @math{-1}.
3816 @end table
3817 @end deftp
3819 @deftypevr Macro int F_GETLK
3820 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3821 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3822 specify that it should get information about a lock.  This command
3823 requires a third argument of type @w{@code{struct flock *}} to be passed
3824 to @code{fcntl}, so that the form of the call is:
3826 @smallexample
3827 fcntl (@var{filedes}, F_GETLK, @var{lockp})
3828 @end smallexample
3830 If there is a lock already in place that would block the lock described
3831 by the @var{lockp} argument, information about that lock overwrites
3832 @code{*@var{lockp}}.  Existing locks are not reported if they are
3833 compatible with making a new lock as specified.  Thus, you should
3834 specify a lock type of @code{F_WRLCK} if you want to find out about both
3835 read and write locks, or @code{F_RDLCK} if you want to find out about
3836 write locks only.
3838 There might be more than one lock affecting the region specified by the
3839 @var{lockp} argument, but @code{fcntl} only returns information about
3840 one of them.  The @code{l_whence} member of the @var{lockp} structure is
3841 set to @code{SEEK_SET} and the @code{l_start} and @code{l_len} fields
3842 set to identify the locked region.
3844 If no lock applies, the only change to the @var{lockp} structure is to
3845 update the @code{l_type} to a value of @code{F_UNLCK}.
3847 The normal return value from @code{fcntl} with this command is an
3848 unspecified value other than @math{-1}, which is reserved to indicate an
3849 error.  The following @code{errno} error conditions are defined for
3850 this command:
3852 @table @code
3853 @item EBADF
3854 The @var{filedes} argument is invalid.
3856 @item EINVAL
3857 Either the @var{lockp} argument doesn't specify valid lock information,
3858 or the file associated with @var{filedes} doesn't support locks.
3859 @end table
3860 @end deftypevr
3862 @deftypevr Macro int F_SETLK
3863 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3864 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3865 specify that it should set or clear a lock.  This command requires a
3866 third argument of type @w{@code{struct flock *}} to be passed to
3867 @code{fcntl}, so that the form of the call is:
3869 @smallexample
3870 fcntl (@var{filedes}, F_SETLK, @var{lockp})
3871 @end smallexample
3873 If the process already has a lock on any part of the region, the old lock
3874 on that part is replaced with the new lock.  You can remove a lock
3875 by specifying a lock type of @code{F_UNLCK}.
3877 If the lock cannot be set, @code{fcntl} returns immediately with a value
3878 of @math{-1}.  This function does not block while waiting for other processes
3879 to release locks.  If @code{fcntl} succeeds, it returns a value other
3880 than @math{-1}.
3882 The following @code{errno} error conditions are defined for this
3883 function:
3885 @table @code
3886 @item EAGAIN
3887 @itemx EACCES
3888 The lock cannot be set because it is blocked by an existing lock on the
3889 file.  Some systems use @code{EAGAIN} in this case, and other systems
3890 use @code{EACCES}; your program should treat them alike, after
3891 @code{F_SETLK}.  (@gnulinuxhurdsystems{} always use @code{EAGAIN}.)
3893 @item EBADF
3894 Either: the @var{filedes} argument is invalid; you requested a read lock
3895 but the @var{filedes} is not open for read access; or, you requested a
3896 write lock but the @var{filedes} is not open for write access.
3898 @item EINVAL
3899 Either the @var{lockp} argument doesn't specify valid lock information,
3900 or the file associated with @var{filedes} doesn't support locks.
3902 @item ENOLCK
3903 The system has run out of file lock resources; there are already too
3904 many file locks in place.
3906 Well-designed file systems never report this error, because they have no
3907 limitation on the number of locks.  However, you must still take account
3908 of the possibility of this error, as it could result from network access
3909 to a file system on another machine.
3910 @end table
3911 @end deftypevr
3913 @deftypevr Macro int F_SETLKW
3914 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3915 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3916 specify that it should set or clear a lock.  It is just like the
3917 @code{F_SETLK} command, but causes the process to block (or wait)
3918 until the request can be specified.
3920 This command requires a third argument of type @code{struct flock *}, as
3921 for the @code{F_SETLK} command.
3923 The @code{fcntl} return values and errors are the same as for the
3924 @code{F_SETLK} command, but these additional @code{errno} error conditions
3925 are defined for this command:
3927 @table @code
3928 @item EINTR
3929 The function was interrupted by a signal while it was waiting.
3930 @xref{Interrupted Primitives}.
3932 @item EDEADLK
3933 The specified region is being locked by another process.  But that
3934 process is waiting to lock a region which the current process has
3935 locked, so waiting for the lock would result in deadlock.  The system
3936 does not guarantee that it will detect all such conditions, but it lets
3937 you know if it notices one.
3938 @end table
3939 @end deftypevr
3942 The following macros are defined for use as values for the @code{l_type}
3943 member of the @code{flock} structure.  The values are integer constants.
3945 @vtable @code
3946 @item F_RDLCK
3947 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3948 This macro is used to specify a read (or shared) lock.
3950 @item F_WRLCK
3951 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3952 This macro is used to specify a write (or exclusive) lock.
3954 @item F_UNLCK
3955 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3956 This macro is used to specify that the region is unlocked.
3957 @end vtable
3959 As an example of a situation where file locking is useful, consider a
3960 program that can be run simultaneously by several different users, that
3961 logs status information to a common file.  One example of such a program
3962 might be a game that uses a file to keep track of high scores.  Another
3963 example might be a program that records usage or accounting information
3964 for billing purposes.
3966 Having multiple copies of the program simultaneously writing to the
3967 file could cause the contents of the file to become mixed up.  But
3968 you can prevent this kind of problem by setting a write lock on the
3969 file before actually writing to the file.
3971 If the program also needs to read the file and wants to make sure that
3972 the contents of the file are in a consistent state, then it can also use
3973 a read lock.  While the read lock is set, no other process can lock
3974 that part of the file for writing.
3976 @c ??? This section could use an example program.
3978 Remember that file locks are only an @emph{advisory} protocol for
3979 controlling access to a file.  There is still potential for access to
3980 the file by programs that don't use the lock protocol.
3982 @node Open File Description Locks
3983 @section Open File Description Locks
3985 In contrast to process-associated record locks (@pxref{File Locks}),
3986 open file description record locks are associated with an open file
3987 description rather than a process.
3989 Using @code{fcntl} to apply an open file description lock on a region that
3990 already has an existing open file description lock that was created via the
3991 same file descriptor will never cause a lock conflict.
3993 Open file description locks are also inherited by child processes across
3994 @code{fork}, or @code{clone} with @code{CLONE_FILES} set
3995 (@pxref{Creating a Process}), along with the file descriptor.
3997 It is important to distinguish between the open file @emph{description} (an
3998 instance of an open file, usually created by a call to @code{open}) and
3999 an open file @emph{descriptor}, which is a numeric value that refers to the
4000 open file description.  The locks described here are associated with the
4001 open file @emph{description} and not the open file @emph{descriptor}.
4003 Using @code{dup} (@pxref{Duplicating Descriptors}) to copy a file
4004 descriptor does not give you a new open file description, but rather copies a
4005 reference to an existing open file description and assigns it to a new
4006 file descriptor.  Thus, open file description locks set on a file
4007 descriptor cloned by @code{dup} will never conflict with open file
4008 description locks set on the original descriptor since they refer to the
4009 same open file description.  Depending on the range and type of lock
4010 involved, the original lock may be modified by a @code{F_OFD_SETLK} or
4011 @code{F_OFD_SETLKW} command in this situation however.
4013 Open file description locks always conflict with process-associated locks,
4014 even if acquired by the same process or on the same open file
4015 descriptor.
4017 Open file description locks use the same @code{struct flock} as
4018 process-associated locks as an argument (@pxref{File Locks}) and the
4019 macros for the @code{command} values are also declared in the header file
4020 @file{fcntl.h}. To use them, the macro @code{_GNU_SOURCE} must be
4021 defined prior to including any header file.
4023 In contrast to process-associated locks, any @code{struct flock} used as
4024 an argument to open file description lock commands must have the @code{l_pid}
4025 value set to @math{0}.  Also, when returning information about an
4026 open file description lock in a @code{F_GETLK} or @code{F_OFD_GETLK} request,
4027 the @code{l_pid} field in @code{struct flock} will be set to @math{-1}
4028 to indicate that the lock is not associated with a process.
4030 When the same @code{struct flock} is reused as an argument to a
4031 @code{F_OFD_SETLK} or @code{F_OFD_SETLKW} request after being used for an
4032 @code{F_OFD_GETLK} request, it is necessary to inspect and reset the
4033 @code{l_pid} field to @math{0}.
4035 @pindex fcntl.h.
4037 @deftypevr Macro int F_OFD_GETLK
4038 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
4039 specify that it should get information about a lock.  This command
4040 requires a third argument of type @w{@code{struct flock *}} to be passed
4041 to @code{fcntl}, so that the form of the call is:
4043 @smallexample
4044 fcntl (@var{filedes}, F_OFD_GETLK, @var{lockp})
4045 @end smallexample
4047 If there is a lock already in place that would block the lock described
4048 by the @var{lockp} argument, information about that lock is written to
4049 @code{*@var{lockp}}.  Existing locks are not reported if they are
4050 compatible with making a new lock as specified.  Thus, you should
4051 specify a lock type of @code{F_WRLCK} if you want to find out about both
4052 read and write locks, or @code{F_RDLCK} if you want to find out about
4053 write locks only.
4055 There might be more than one lock affecting the region specified by the
4056 @var{lockp} argument, but @code{fcntl} only returns information about
4057 one of them. Which lock is returned in this situation is undefined.
4059 The @code{l_whence} member of the @var{lockp} structure are set to
4060 @code{SEEK_SET} and the @code{l_start} and @code{l_len} fields are set
4061 to identify the locked region.
4063 If no conflicting lock exists, the only change to the @var{lockp} structure
4064 is to update the @code{l_type} field to the value @code{F_UNLCK}.
4066 The normal return value from @code{fcntl} with this command is either @math{0}
4067 on success or @math{-1}, which indicates an error. The following @code{errno}
4068 error conditions are defined for this command:
4070 @table @code
4071 @item EBADF
4072 The @var{filedes} argument is invalid.
4074 @item EINVAL
4075 Either the @var{lockp} argument doesn't specify valid lock information,
4076 the operating system kernel doesn't support open file description locks, or the file
4077 associated with @var{filedes} doesn't support locks.
4078 @end table
4079 @end deftypevr
4081 @deftypevr Macro int F_OFD_SETLK
4082 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
4083 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
4084 specify that it should set or clear a lock.  This command requires a
4085 third argument of type @w{@code{struct flock *}} to be passed to
4086 @code{fcntl}, so that the form of the call is:
4088 @smallexample
4089 fcntl (@var{filedes}, F_OFD_SETLK, @var{lockp})
4090 @end smallexample
4092 If the open file already has a lock on any part of the
4093 region, the old lock on that part is replaced with the new lock.  You
4094 can remove a lock by specifying a lock type of @code{F_UNLCK}.
4096 If the lock cannot be set, @code{fcntl} returns immediately with a value
4097 of @math{-1}.  This command does not wait for other tasks
4098 to release locks.  If @code{fcntl} succeeds, it returns @math{0}.
4100 The following @code{errno} error conditions are defined for this
4101 command:
4103 @table @code
4104 @item EAGAIN
4105 The lock cannot be set because it is blocked by an existing lock on the
4106 file.
4108 @item EBADF
4109 Either: the @var{filedes} argument is invalid; you requested a read lock
4110 but the @var{filedes} is not open for read access; or, you requested a
4111 write lock but the @var{filedes} is not open for write access.
4113 @item EINVAL
4114 Either the @var{lockp} argument doesn't specify valid lock information,
4115 the operating system kernel doesn't support open file description locks, or the
4116 file associated with @var{filedes} doesn't support locks.
4118 @item ENOLCK
4119 The system has run out of file lock resources; there are already too
4120 many file locks in place.
4122 Well-designed file systems never report this error, because they have no
4123 limitation on the number of locks.  However, you must still take account
4124 of the possibility of this error, as it could result from network access
4125 to a file system on another machine.
4126 @end table
4127 @end deftypevr
4129 @deftypevr Macro int F_OFD_SETLKW
4130 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
4131 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
4132 specify that it should set or clear a lock.  It is just like the
4133 @code{F_OFD_SETLK} command, but causes the process to wait until the request
4134 can be completed.
4136 This command requires a third argument of type @code{struct flock *}, as
4137 for the @code{F_OFD_SETLK} command.
4139 The @code{fcntl} return values and errors are the same as for the
4140 @code{F_OFD_SETLK} command, but these additional @code{errno} error conditions
4141 are defined for this command:
4143 @table @code
4144 @item EINTR
4145 The function was interrupted by a signal while it was waiting.
4146 @xref{Interrupted Primitives}.
4148 @end table
4149 @end deftypevr
4151 Open file description locks are useful in the same sorts of situations as
4152 process-associated locks. They can also be used to synchronize file
4153 access between threads within the same process by having each thread perform
4154 its own @code{open} of the file, to obtain its own open file description.
4156 Because open file description locks are automatically freed only upon
4157 closing the last file descriptor that refers to the open file
4158 description, this locking mechanism avoids the possibility that locks
4159 are inadvertently released due to a library routine opening and closing
4160 a file without the application being aware.
4162 As with process-associated locks, open file description locks are advisory.
4164 @node Open File Description Locks Example
4165 @section Open File Description Locks Example
4167 Here is an example of using open file description locks in a threaded
4168 program. If this program used process-associated locks, then it would be
4169 subject to data corruption because process-associated locks are shared
4170 by the threads inside a process, and thus cannot be used by one thread
4171 to lock out another thread in the same process.
4173 Proper error handling has been omitted in the following program for
4174 brevity.
4176 @smallexample
4177 @include ofdlocks.c.texi
4178 @end smallexample
4180 This example creates three threads each of which loops five times,
4181 appending to the file.  Access to the file is serialized via open file
4182 description locks. If we compile and run the above program, we'll end up
4183 with /tmp/foo that has 15 lines in it.
4185 If we, however, were to replace the @code{F_OFD_SETLK} and
4186 @code{F_OFD_SETLKW} commands with their process-associated lock
4187 equivalents, the locking essentially becomes a noop since it is all done
4188 within the context of the same process. That leads to data corruption
4189 (typically manifested as missing lines) as some threads race in and
4190 overwrite the data written by others.
4192 @node Interrupt Input
4193 @section Interrupt-Driven Input
4195 @cindex interrupt-driven input
4196 If you set the @code{O_ASYNC} status flag on a file descriptor
4197 (@pxref{File Status Flags}), a @code{SIGIO} signal is sent whenever
4198 input or output becomes possible on that file descriptor.  The process
4199 or process group to receive the signal can be selected by using the
4200 @code{F_SETOWN} command to the @code{fcntl} function.  If the file
4201 descriptor is a socket, this also selects the recipient of @code{SIGURG}
4202 signals that are delivered when out-of-band data arrives on that socket;
4203 see @ref{Out-of-Band Data}.  (@code{SIGURG} is sent in any situation
4204 where @code{select} would report the socket as having an ``exceptional
4205 condition''.  @xref{Waiting for I/O}.)
4207 If the file descriptor corresponds to a terminal device, then @code{SIGIO}
4208 signals are sent to the foreground process group of the terminal.
4209 @xref{Job Control}.
4211 @pindex fcntl.h
4212 The symbols in this section are defined in the header file
4213 @file{fcntl.h}.
4215 @deftypevr Macro int F_GETOWN
4216 @standards{BSD, fcntl.h}
4217 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
4218 specify that it should get information about the process or process
4219 group to which @code{SIGIO} signals are sent.  (For a terminal, this is
4220 actually the foreground process group ID, which you can get using
4221 @code{tcgetpgrp}; see @ref{Terminal Access Functions}.)
4223 The return value is interpreted as a process ID; if negative, its
4224 absolute value is the process group ID.
4226 The following @code{errno} error condition is defined for this command:
4228 @table @code
4229 @item EBADF
4230 The @var{filedes} argument is invalid.
4231 @end table
4232 @end deftypevr
4234 @deftypevr Macro int F_SETOWN
4235 @standards{BSD, fcntl.h}
4236 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
4237 specify that it should set the process or process group to which
4238 @code{SIGIO} signals are sent.  This command requires a third argument
4239 of type @code{pid_t} to be passed to @code{fcntl}, so that the form of
4240 the call is:
4242 @smallexample
4243 fcntl (@var{filedes}, F_SETOWN, @var{pid})
4244 @end smallexample
4246 The @var{pid} argument should be a process ID.  You can also pass a
4247 negative number whose absolute value is a process group ID.
4249 The return value from @code{fcntl} with this command is @math{-1}
4250 in case of error and some other value if successful.  The following
4251 @code{errno} error conditions are defined for this command:
4253 @table @code
4254 @item EBADF
4255 The @var{filedes} argument is invalid.
4257 @item ESRCH
4258 There is no process or process group corresponding to @var{pid}.
4259 @end table
4260 @end deftypevr
4262 @c ??? This section could use an example program.
4264 @node IOCTLs
4265 @section Generic I/O Control operations
4266 @cindex generic i/o control operations
4267 @cindex IOCTLs
4269 @gnusystems{} can handle most input/output operations on many different
4270 devices and objects in terms of a few file primitives - @code{read},
4271 @code{write} and @code{lseek}.  However, most devices also have a few
4272 peculiar operations which do not fit into this model.  Such as:
4274 @itemize @bullet
4276 @item
4277 Changing the character font used on a terminal.
4279 @item
4280 Telling a magnetic tape system to rewind or fast forward.  (Since they
4281 cannot move in byte increments, @code{lseek} is inapplicable).
4283 @item
4284 Ejecting a disk from a drive.
4286 @item
4287 Playing an audio track from a CD-ROM drive.
4289 @item
4290 Maintaining routing tables for a network.
4292 @end itemize
4294 Although some such objects such as sockets and terminals
4295 @footnote{Actually, the terminal-specific functions are implemented with
4296 IOCTLs on many platforms.} have special functions of their own, it would
4297 not be practical to create functions for all these cases.
4299 Instead these minor operations, known as @dfn{IOCTL}s, are assigned code
4300 numbers and multiplexed through the @code{ioctl} function, defined in
4301 @code{sys/ioctl.h}.  The code numbers themselves are defined in many
4302 different headers.
4304 @deftypefun int ioctl (int @var{filedes}, int @var{command}, @dots{})
4305 @standards{BSD, sys/ioctl.h}
4306 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
4308 The @code{ioctl} function performs the generic I/O operation
4309 @var{command} on @var{filedes}.
4311 A third argument is usually present, either a single number or a pointer
4312 to a structure.  The meaning of this argument, the returned value, and
4313 any error codes depends upon the command used.  Often @math{-1} is
4314 returned for a failure.
4316 @end deftypefun
4318 On some systems, IOCTLs used by different devices share the same numbers.
4319 Thus, although use of an inappropriate IOCTL @emph{usually} only produces
4320 an error, you should not attempt to use device-specific IOCTLs on an
4321 unknown device.
4323 Most IOCTLs are OS-specific and/or only used in special system utilities,
4324 and are thus beyond the scope of this document.  For an example of the use
4325 of an IOCTL, see @ref{Out-of-Band Data}.
4327 @c FIXME this is undocumented:
4328 @c dup3