nptl/tst-thread-exit-clobber: Run with any C++ compiler
[glibc.git] / manual / llio.texi
blob642e56e7109d6bf3c166889c905db213dc46ee26
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 * Copying File Data::                   Copying data between files.
45 * Memory-mapped I/O::                   Using files like memory.
46 * Waiting for I/O::                     How to check for input or output
47                                          on multiple file descriptors.
48 * Synchronizing I/O::                   Making sure all I/O actions completed.
49 * Asynchronous I/O::                    Perform I/O in parallel.
50 * Control Operations::                  Various other operations on file
51                                          descriptors.
52 * Duplicating Descriptors::             Fcntl commands for duplicating
53                                          file descriptors.
54 * Descriptor Flags::                    Fcntl commands for manipulating
55                                          flags associated with file
56                                          descriptors.
57 * File Status Flags::                   Fcntl commands for manipulating
58                                          flags associated with open files.
59 * File Locks::                          Fcntl commands for implementing
60                                          file locking.
61 * Open File Description Locks::         Fcntl commands for implementing
62                                          open file description locking.
63 * Open File Description Locks Example:: An example of open file description lock
64                                          usage
65 * Interrupt Input::                     Getting an asynchronous signal when
66                                          input arrives.
67 * IOCTLs::                              Generic I/O Control operations.
68 @end menu
71 @node Opening and Closing Files
72 @section Opening and Closing Files
74 @cindex opening a file descriptor
75 @cindex closing a file descriptor
76 This section describes the primitives for opening and closing files
77 using file descriptors.  The @code{open} and @code{creat} functions are
78 declared in the header file @file{fcntl.h}, while @code{close} is
79 declared in @file{unistd.h}.
80 @pindex unistd.h
81 @pindex fcntl.h
83 @deftypefun int open (const char *@var{filename}, int @var{flags}[, mode_t @var{mode}])
84 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
85 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{@acsfd{}}}
86 The @code{open} function creates and returns a new file descriptor for
87 the file named by @var{filename}.  Initially, the file position
88 indicator for the file is at the beginning of the file.  The argument
89 @var{mode} (@pxref{Permission Bits}) is used only when a file is
90 created, but it doesn't hurt to supply the argument in any case.
92 The @var{flags} argument controls how the file is to be opened.  This is
93 a bit mask; you create the value by the bitwise OR of the appropriate
94 parameters (using the @samp{|} operator in C).
95 @xref{File Status Flags}, for the parameters available.
97 The normal return value from @code{open} is a non-negative integer file
98 descriptor.  In the case of an error, a value of @math{-1} is returned
99 instead.  In addition to the usual file name errors (@pxref{File
100 Name Errors}), the following @code{errno} error conditions are defined
101 for this function:
103 @table @code
104 @item EACCES
105 The file exists but is not readable/writable as requested by the @var{flags}
106 argument, or the file does not exist and the directory is unwritable so
107 it cannot be created.
109 @item EEXIST
110 Both @code{O_CREAT} and @code{O_EXCL} are set, and the named file already
111 exists.
113 @item EINTR
114 The @code{open} operation was interrupted by a signal.
115 @xref{Interrupted Primitives}.
117 @item EISDIR
118 The @var{flags} argument specified write access, and the file is a directory.
120 @item EMFILE
121 The process has too many files open.
122 The maximum number of file descriptors is controlled by the
123 @code{RLIMIT_NOFILE} resource limit; @pxref{Limits on Resources}.
125 @item ENFILE
126 The entire system, or perhaps the file system which contains the
127 directory, cannot support any additional open files at the moment.
128 (This problem cannot happen on @gnuhurdsystems{}.)
130 @item ENOENT
131 The named file does not exist, and @code{O_CREAT} is not specified.
133 @item ENOSPC
134 The directory or file system that would contain the new file cannot be
135 extended, because there is no disk space left.
137 @item ENXIO
138 @code{O_NONBLOCK} and @code{O_WRONLY} are both set in the @var{flags}
139 argument, the file named by @var{filename} is a FIFO (@pxref{Pipes and
140 FIFOs}), and no process has the file open for reading.
142 @item EROFS
143 The file resides on a read-only file system and any of @w{@code{O_WRONLY}},
144 @code{O_RDWR}, and @code{O_TRUNC} are set in the @var{flags} argument,
145 or @code{O_CREAT} is set and the file does not already exist.
146 @end table
148 @c !!! umask
150 If on a 32 bit machine the sources are translated with
151 @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the function @code{open} returns a file
152 descriptor opened in the large file mode which enables the file handling
153 functions to use files up to @twoexp{63} bytes in size and offset from
154 @minus{}@twoexp{63} to @twoexp{63}.  This happens transparently for the user
155 since all of the low-level file handling functions are equally replaced.
157 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
158 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
159 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{open} is
160 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
161 until the program ends.  To avoid this calls to @code{open} should be
162 protected using cancellation handlers.
163 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
165 The @code{open} function is the underlying primitive for the @code{fopen}
166 and @code{freopen} functions, that create streams.
167 @end deftypefun
169 @deftypefun int open64 (const char *@var{filename}, int @var{flags}[, mode_t @var{mode}])
170 @standards{Unix98, fcntl.h}
171 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{@acsfd{}}}
172 This function is similar to @code{open}.  It returns a file descriptor
173 which can be used to access the file named by @var{filename}.  The only
174 difference is that on 32 bit systems the file is opened in the
175 large file mode.  I.e., file length and file offsets can exceed 31 bits.
177 When the sources are translated with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
178 function is actually available under the name @code{open}.  I.e., the
179 new, extended API using 64 bit file sizes and offsets transparently
180 replaces the old API.
181 @end deftypefun
183 @deftypefn {Obsolete function} int creat (const char *@var{filename}, mode_t @var{mode})
184 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
185 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{@acsfd{}}}
186 This function is obsolete.  The call:
188 @smallexample
189 creat (@var{filename}, @var{mode})
190 @end smallexample
192 @noindent
193 is equivalent to:
195 @smallexample
196 open (@var{filename}, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, @var{mode})
197 @end smallexample
199 If on a 32 bit machine the sources are translated with
200 @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the function @code{creat} returns a file
201 descriptor opened in the large file mode which enables the file handling
202 functions to use files up to @twoexp{63} in size and offset from
203 @minus{}@twoexp{63} to @twoexp{63}.  This happens transparently for the user
204 since all of the low-level file handling functions are equally replaced.
205 @end deftypefn
207 @deftypefn {Obsolete function} int creat64 (const char *@var{filename}, mode_t @var{mode})
208 @standards{Unix98, fcntl.h}
209 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{@acsfd{}}}
210 This function is similar to @code{creat}.  It returns a file descriptor
211 which can be used to access the file named by @var{filename}.  The only
212 difference is that on 32 bit systems the file is opened in the
213 large file mode.  I.e., file length and file offsets can exceed 31 bits.
215 To use this file descriptor one must not use the normal operations but
216 instead the counterparts named @code{*64}, e.g., @code{read64}.
218 When the sources are translated with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
219 function is actually available under the name @code{open}.  I.e., the
220 new, extended API using 64 bit file sizes and offsets transparently
221 replaces the old API.
222 @end deftypefn
224 @deftypefun int close (int @var{filedes})
225 @standards{POSIX.1, unistd.h}
226 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{@acsfd{}}}
227 The function @code{close} closes the file descriptor @var{filedes}.
228 Closing a file has the following consequences:
230 @itemize @bullet
231 @item
232 The file descriptor is deallocated.
234 @item
235 Any record locks owned by the process on the file are unlocked.
237 @item
238 When all file descriptors associated with a pipe or FIFO have been closed,
239 any unread data is discarded.
240 @end itemize
242 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
243 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
244 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{close} is
245 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
246 until the program ends.  To avoid this, calls to @code{close} should be
247 protected using cancellation handlers.
248 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
250 The normal return value from @code{close} is @math{0}; a value of @math{-1}
251 is returned in case of failure.  The following @code{errno} error
252 conditions are defined for this function:
254 @table @code
255 @item EBADF
256 The @var{filedes} argument is not a valid file descriptor.
258 @item EINTR
259 The @code{close} call was interrupted by a signal.
260 @xref{Interrupted Primitives}.
261 Here is an example of how to handle @code{EINTR} properly:
263 @smallexample
264 TEMP_FAILURE_RETRY (close (desc));
265 @end smallexample
267 @item ENOSPC
268 @itemx EIO
269 @itemx EDQUOT
270 When the file is accessed by NFS, these errors from @code{write} can sometimes
271 not be detected until @code{close}.  @xref{I/O Primitives}, for details
272 on their meaning.
273 @end table
275 Please note that there is @emph{no} separate @code{close64} function.
276 This is not necessary since this function does not determine nor depend
277 on the mode of the file.  The kernel which performs the @code{close}
278 operation knows which mode the descriptor is used for and can handle
279 this situation.
280 @end deftypefun
282 To close a stream, call @code{fclose} (@pxref{Closing Streams}) instead
283 of trying to close its underlying file descriptor with @code{close}.
284 This flushes any buffered output and updates the stream object to
285 indicate that it is closed.
287 @node I/O Primitives
288 @section Input and Output Primitives
290 This section describes the functions for performing primitive input and
291 output operations on file descriptors: @code{read}, @code{write}, and
292 @code{lseek}.  These functions are declared in the header file
293 @file{unistd.h}.
294 @pindex unistd.h
296 @deftp {Data Type} ssize_t
297 @standards{POSIX.1, unistd.h}
298 This data type is used to represent the sizes of blocks that can be
299 read or written in a single operation.  It is similar to @code{size_t},
300 but must be a signed type.
301 @end deftp
303 @cindex reading from a file descriptor
304 @deftypefun ssize_t read (int @var{filedes}, void *@var{buffer}, size_t @var{size})
305 @standards{POSIX.1, unistd.h}
306 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
307 The @code{read} function reads up to @var{size} bytes from the file
308 with descriptor @var{filedes}, storing the results in the @var{buffer}.
309 (This is not necessarily a character string, and no terminating null
310 character is added.)
312 @cindex end-of-file, on a file descriptor
313 The return value is the number of bytes actually read.  This might be
314 less than @var{size}; for example, if there aren't that many bytes left
315 in the file or if there aren't that many bytes immediately available.
316 The exact behavior depends on what kind of file it is.  Note that
317 reading less than @var{size} bytes is not an error.
319 A value of zero indicates end-of-file (except if the value of the
320 @var{size} argument is also zero).  This is not considered an error.
321 If you keep calling @code{read} while at end-of-file, it will keep
322 returning zero and doing nothing else.
324 If @code{read} returns at least one character, there is no way you can
325 tell whether end-of-file was reached.  But if you did reach the end, the
326 next read will return zero.
328 In case of an error, @code{read} returns @math{-1}.  The following
329 @code{errno} error conditions are defined for this function:
331 @table @code
332 @item EAGAIN
333 Normally, when no input is immediately available, @code{read} waits for
334 some input.  But if the @code{O_NONBLOCK} flag is set for the file
335 (@pxref{File Status Flags}), @code{read} returns immediately without
336 reading any data, and reports this error.
338 @strong{Compatibility Note:} Most versions of BSD Unix use a different
339 error code for this: @code{EWOULDBLOCK}.  In @theglibc{},
340 @code{EWOULDBLOCK} is an alias for @code{EAGAIN}, so it doesn't matter
341 which name you use.
343 On some systems, reading a large amount of data from a character special
344 file can also fail with @code{EAGAIN} if the kernel cannot find enough
345 physical memory to lock down the user's pages.  This is limited to
346 devices that transfer with direct memory access into the user's memory,
347 which means it does not include terminals, since they always use
348 separate buffers inside the kernel.  This problem never happens on
349 @gnuhurdsystems{}.
351 Any condition that could result in @code{EAGAIN} can instead result in a
352 successful @code{read} which returns fewer bytes than requested.
353 Calling @code{read} again immediately would result in @code{EAGAIN}.
355 @item EBADF
356 The @var{filedes} argument is not a valid file descriptor,
357 or is not open for reading.
359 @item EINTR
360 @code{read} was interrupted by a signal while it was waiting for input.
361 @xref{Interrupted Primitives}.  A signal will not necessarily cause
362 @code{read} to return @code{EINTR}; it may instead result in a
363 successful @code{read} which returns fewer bytes than requested.
365 @item EIO
366 For many devices, and for disk files, this error code indicates
367 a hardware error.
369 @code{EIO} also occurs when a background process tries to read from the
370 controlling terminal, and the normal action of stopping the process by
371 sending it a @code{SIGTTIN} signal isn't working.  This might happen if
372 the signal is being blocked or ignored, or because the process group is
373 orphaned.  @xref{Job Control}, for more information about job control,
374 and @ref{Signal Handling}, for information about signals.
376 @item EINVAL
377 In some systems, when reading from a character or block device, position
378 and size offsets must be aligned to a particular block size.  This error
379 indicates that the offsets were not properly aligned.
380 @end table
382 Please note that there is no function named @code{read64}.  This is not
383 necessary since this function does not directly modify or handle the
384 possibly wide file offset.  Since the kernel handles this state
385 internally, the @code{read} function can be used for all cases.
387 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
388 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
389 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{read} is
390 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
391 until the program ends.  To avoid this, calls to @code{read} should be
392 protected using cancellation handlers.
393 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
395 The @code{read} function is the underlying primitive for all of the
396 functions that read from streams, such as @code{fgetc}.
397 @end deftypefun
399 @deftypefun ssize_t pread (int @var{filedes}, void *@var{buffer}, size_t @var{size}, off_t @var{offset})
400 @standards{Unix98, unistd.h}
401 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
402 @c This is usually a safe syscall.  The sysdeps/posix fallback emulation
403 @c is not MT-Safe because it uses lseek, read and lseek back, but is it
404 @c used anywhere?
405 The @code{pread} function is similar to the @code{read} function.  The
406 first three arguments are identical, and the return values and error
407 codes also correspond.
409 The difference is the fourth argument and its handling.  The data block
410 is not read from the current position of the file descriptor
411 @code{filedes}.  Instead the data is read from the file starting at
412 position @var{offset}.  The position of the file descriptor itself is
413 not affected by the operation.  The value is the same as before the call.
415 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
416 @code{pread} function is in fact @code{pread64} and the type
417 @code{off_t} has 64 bits, which makes it possible to handle files up to
418 @twoexp{63} bytes in length.
420 The return value of @code{pread} describes the number of bytes read.
421 In the error case it returns @math{-1} like @code{read} does and the
422 error codes are also the same, with these additions:
424 @table @code
425 @item EINVAL
426 The value given for @var{offset} is negative and therefore illegal.
428 @item ESPIPE
429 The file descriptor @var{filedes} is associated with a pipe or a FIFO and
430 this device does not allow positioning of the file pointer.
431 @end table
433 The function is an extension defined in the Unix Single Specification
434 version 2.
435 @end deftypefun
437 @deftypefun ssize_t pread64 (int @var{filedes}, void *@var{buffer}, size_t @var{size}, off64_t @var{offset})
438 @standards{Unix98, unistd.h}
439 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
440 @c This is usually a safe syscall.  The sysdeps/posix fallback emulation
441 @c is not MT-Safe because it uses lseek64, read and lseek64 back, but is
442 @c it used anywhere?
443 This function is similar to the @code{pread} function.  The difference
444 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
445 @code{off_t} which makes it possible on 32 bit machines to address
446 files larger than @twoexp{31} bytes and up to @twoexp{63} bytes.  The
447 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
448 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
449 errors with a descriptor in small file mode.
451 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
452 32 bit machine this function is actually available under the name
453 @code{pread} and so transparently replaces the 32 bit interface.
454 @end deftypefun
456 @cindex writing to a file descriptor
457 @deftypefun ssize_t write (int @var{filedes}, const void *@var{buffer}, size_t @var{size})
458 @standards{POSIX.1, unistd.h}
459 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
460 @c Some say write is thread-unsafe on Linux without O_APPEND.  In the VFS layer
461 @c the vfs_write() does no locking around the acquisition of a file offset and
462 @c therefore multiple threads / kernel tasks may race and get the same offset
463 @c resulting in data loss.
465 @c See:
466 @c http://thread.gmane.org/gmane.linux.kernel/397980
467 @c http://lwn.net/Articles/180387/
469 @c The counter argument is that POSIX only says that the write starts at the
470 @c file position and that the file position is updated *before* the function
471 @c returns.  What that really means is that any expectation of atomic writes is
472 @c strictly an invention of the interpretation of the reader.  Data loss could
473 @c happen if two threads start the write at the same time.  Only writes that
474 @c come after the return of another write are guaranteed to follow the other
475 @c write.
477 @c The other side of the coin is that POSIX goes on further to say in
478 @c "2.9.7 Thread Interactions with Regular File Operations" that threads
479 @c should never see interleaving sets of file operations, but it is insane
480 @c to do anything like that because it kills performance, so you don't get
481 @c those guarantees in Linux.
483 @c So we mark it thread safe, it doesn't blow up, but you might loose
484 @c data, and we don't strictly meet the POSIX requirements.
486 @c The fix for file offsets racing was merged in 3.14, the commits were:
487 @c 9c225f2655e36a470c4f58dbbc99244c5fc7f2d4, and
488 @c d7a15f8d0777955986a2ab00ab181795cab14b01.  Therefore after Linux 3.14 you
489 @c should get mostly MT-safe writes.
490 The @code{write} function writes up to @var{size} bytes from
491 @var{buffer} to the file with descriptor @var{filedes}.  The data in
492 @var{buffer} is not necessarily a character string and a null character is
493 output like any other character.
495 The return value is the number of bytes actually written.  This may be
496 @var{size}, but can always be smaller.  Your program should always call
497 @code{write} in a loop, iterating until all the data is written.
499 Once @code{write} returns, the data is enqueued to be written and can be
500 read back right away, but it is not necessarily written out to permanent
501 storage immediately.  You can use @code{fsync} when you need to be sure
502 your data has been permanently stored before continuing.  (It is more
503 efficient for the system to batch up consecutive writes and do them all
504 at once when convenient.  Normally they will always be written to disk
505 within a minute or less.)  Modern systems provide another function
506 @code{fdatasync} which guarantees integrity only for the file data and
507 is therefore faster.
508 @c !!! xref fsync, fdatasync
509 You can use the @code{O_FSYNC} open mode to make @code{write} always
510 store the data to disk before returning; @pxref{Operating Modes}.
512 In the case of an error, @code{write} returns @math{-1}.  The following
513 @code{errno} error conditions are defined for this function:
515 @table @code
516 @item EAGAIN
517 Normally, @code{write} blocks until the write operation is complete.
518 But if the @code{O_NONBLOCK} flag is set for the file (@pxref{Control
519 Operations}), it returns immediately without writing any data and
520 reports this error.  An example of a situation that might cause the
521 process to block on output is writing to a terminal device that supports
522 flow control, where output has been suspended by receipt of a STOP
523 character.
525 @strong{Compatibility Note:} Most versions of BSD Unix use a different
526 error code for this: @code{EWOULDBLOCK}.  In @theglibc{},
527 @code{EWOULDBLOCK} is an alias for @code{EAGAIN}, so it doesn't matter
528 which name you use.
530 On some systems, writing a large amount of data from a character special
531 file can also fail with @code{EAGAIN} if the kernel cannot find enough
532 physical memory to lock down the user's pages.  This is limited to
533 devices that transfer with direct memory access into the user's memory,
534 which means it does not include terminals, since they always use
535 separate buffers inside the kernel.  This problem does not arise on
536 @gnuhurdsystems{}.
538 @item EBADF
539 The @var{filedes} argument is not a valid file descriptor,
540 or is not open for writing.
542 @item EFBIG
543 The size of the file would become larger than the implementation can support.
545 @item EINTR
546 The @code{write} operation was interrupted by a signal while it was
547 blocked waiting for completion.  A signal will not necessarily cause
548 @code{write} to return @code{EINTR}; it may instead result in a
549 successful @code{write} which writes fewer bytes than requested.
550 @xref{Interrupted Primitives}.
552 @item EIO
553 For many devices, and for disk files, this error code indicates
554 a hardware error.
556 @item ENOSPC
557 The device containing the file is full.
559 @item EPIPE
560 This error is returned when you try to write to a pipe or FIFO that
561 isn't open for reading by any process.  When this happens, a @code{SIGPIPE}
562 signal is also sent to the process; see @ref{Signal Handling}.
564 @item EINVAL
565 In some systems, when writing to a character or block device, position
566 and size offsets must be aligned to a particular block size.  This error
567 indicates that the offsets were not properly aligned.
568 @end table
570 Unless you have arranged to prevent @code{EINTR} failures, you should
571 check @code{errno} after each failing call to @code{write}, and if the
572 error was @code{EINTR}, you should simply repeat the call.
573 @xref{Interrupted Primitives}.  The easy way to do this is with the
574 macro @code{TEMP_FAILURE_RETRY}, as follows:
576 @smallexample
577 nbytes = TEMP_FAILURE_RETRY (write (desc, buffer, count));
578 @end smallexample
580 Please note that there is no function named @code{write64}.  This is not
581 necessary since this function does not directly modify or handle the
582 possibly wide file offset.  Since the kernel handles this state
583 internally the @code{write} function can be used for all cases.
585 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
586 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
587 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{write} is
588 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
589 until the program ends.  To avoid this, calls to @code{write} should be
590 protected using cancellation handlers.
591 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
593 The @code{write} function is the underlying primitive for all of the
594 functions that write to streams, such as @code{fputc}.
595 @end deftypefun
597 @deftypefun ssize_t pwrite (int @var{filedes}, const void *@var{buffer}, size_t @var{size}, off_t @var{offset})
598 @standards{Unix98, unistd.h}
599 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
600 @c This is usually a safe syscall.  The sysdeps/posix fallback emulation
601 @c is not MT-Safe because it uses lseek, write and lseek back, but is it
602 @c used anywhere?
603 The @code{pwrite} function is similar to the @code{write} function.  The
604 first three arguments are identical, and the return values and error codes
605 also correspond.
607 The difference is the fourth argument and its handling.  The data block
608 is not written to the current position of the file descriptor
609 @code{filedes}.  Instead the data is written to the file starting at
610 position @var{offset}.  The position of the file descriptor itself is
611 not affected by the operation.  The value is the same as before the call.
613 However, on Linux, if a file is opened with @code{O_APPEND},  @code{pwrite}
614 appends data to the end of the file, regardless of the value of
615 @code{offset}.
617 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
618 @code{pwrite} function is in fact @code{pwrite64} and the type
619 @code{off_t} has 64 bits, which makes it possible to handle files up to
620 @twoexp{63} bytes in length.
622 The return value of @code{pwrite} describes the number of written bytes.
623 In the error case it returns @math{-1} like @code{write} does and the
624 error codes are also the same, with these additions:
626 @table @code
627 @item EINVAL
628 The value given for @var{offset} is negative and therefore illegal.
630 @item ESPIPE
631 The file descriptor @var{filedes} is associated with a pipe or a FIFO and
632 this device does not allow positioning of the file pointer.
633 @end table
635 The function is an extension defined in the Unix Single Specification
636 version 2.
637 @end deftypefun
639 @deftypefun ssize_t pwrite64 (int @var{filedes}, const void *@var{buffer}, size_t @var{size}, off64_t @var{offset})
640 @standards{Unix98, unistd.h}
641 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
642 @c This is usually a safe syscall.  The sysdeps/posix fallback emulation
643 @c is not MT-Safe because it uses lseek64, write and lseek64 back, but
644 @c is it used anywhere?
645 This function is similar to the @code{pwrite} function.  The difference
646 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
647 @code{off_t} which makes it possible on 32 bit machines to address
648 files larger than @twoexp{31} bytes and up to @twoexp{63} bytes.  The
649 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
650 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
651 errors with a descriptor in small file mode.
653 When the source file is compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
654 32 bit machine this function is actually available under the name
655 @code{pwrite} and so transparently replaces the 32 bit interface.
656 @end deftypefun
658 @node File Position Primitive
659 @section Setting the File Position of a Descriptor
661 Just as you can set the file position of a stream with @code{fseek}, you
662 can set the file position of a descriptor with @code{lseek}.  This
663 specifies the position in the file for the next @code{read} or
664 @code{write} operation.  @xref{File Positioning}, for more information
665 on the file position and what it means.
667 To read the current file position value from a descriptor, use
668 @code{lseek (@var{desc}, 0, SEEK_CUR)}.
670 @cindex file positioning on a file descriptor
671 @cindex positioning a file descriptor
672 @cindex seeking on a file descriptor
673 @deftypefun off_t lseek (int @var{filedes}, off_t @var{offset}, int @var{whence})
674 @standards{POSIX.1, unistd.h}
675 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
676 The @code{lseek} function is used to change the file position of the
677 file with descriptor @var{filedes}.
679 The @var{whence} argument specifies how the @var{offset} should be
680 interpreted, in the same way as for the @code{fseek} function, and it must
681 be one of the symbolic constants @code{SEEK_SET}, @code{SEEK_CUR}, or
682 @code{SEEK_END}.
684 @vtable @code
685 @item SEEK_SET
686 Specifies that @var{offset} is a count of characters from the beginning
687 of the file.
689 @item SEEK_CUR
690 Specifies that @var{offset} is a count of characters from the current
691 file position.  This count may be positive or negative.
693 @item SEEK_END
694 Specifies that @var{offset} is a count of characters from the end of
695 the file.  A negative count specifies a position within the current
696 extent of the file; a positive count specifies a position past the
697 current end.  If you set the position past the current end, and
698 actually write data, you will extend the file with zeros up to that
699 position.
700 @end vtable
702 The return value from @code{lseek} is normally the resulting file
703 position, measured in bytes from the beginning of the file.
704 You can use this feature together with @code{SEEK_CUR} to read the
705 current file position.
707 If you want to append to the file, setting the file position to the
708 current end of file with @code{SEEK_END} is not sufficient.  Another
709 process may write more data after you seek but before you write,
710 extending the file so the position you write onto clobbers their data.
711 Instead, use the @code{O_APPEND} operating mode; @pxref{Operating Modes}.
713 You can set the file position past the current end of the file.  This
714 does not by itself make the file longer; @code{lseek} never changes the
715 file.  But subsequent output at that position will extend the file.
716 Characters between the previous end of file and the new position are
717 filled with zeros.  Extending the file in this way can create a
718 ``hole'': the blocks of zeros are not actually allocated on disk, so the
719 file takes up less space than it appears to; it is then called a
720 ``sparse file''.
721 @cindex sparse files
722 @cindex holes in files
724 If the file position cannot be changed, or the operation is in some way
725 invalid, @code{lseek} returns a value of @math{-1}.  The following
726 @code{errno} error conditions are defined for this function:
728 @table @code
729 @item EBADF
730 The @var{filedes} is not a valid file descriptor.
732 @item EINVAL
733 The @var{whence} argument value is not valid, or the resulting
734 file offset is not valid.  A file offset is invalid.
736 @item ESPIPE
737 The @var{filedes} corresponds to an object that cannot be positioned,
738 such as a pipe, FIFO or terminal device.  (POSIX.1 specifies this error
739 only for pipes and FIFOs, but on @gnusystems{}, you always get
740 @code{ESPIPE} if the object is not seekable.)
741 @end table
743 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
744 @code{lseek} function is in fact @code{lseek64} and the type
745 @code{off_t} has 64 bits which makes it possible to handle files up to
746 @twoexp{63} bytes in length.
748 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
749 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
750 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{lseek} is
751 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
752 until the program ends.  To avoid this calls to @code{lseek} should be
753 protected using cancellation handlers.
754 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
756 The @code{lseek} function is the underlying primitive for the
757 @code{fseek}, @code{fseeko}, @code{ftell}, @code{ftello} and
758 @code{rewind} functions, which operate on streams instead of file
759 descriptors.
760 @end deftypefun
762 @deftypefun off64_t lseek64 (int @var{filedes}, off64_t @var{offset}, int @var{whence})
763 @standards{Unix98, unistd.h}
764 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
765 This function is similar to the @code{lseek} function.  The difference
766 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
767 @code{off_t} which makes it possible on 32 bit machines to address
768 files larger than @twoexp{31} bytes and up to @twoexp{63} bytes.  The
769 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
770 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
771 errors with a descriptor in small file mode.
773 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
774 32 bits machine this function is actually available under the name
775 @code{lseek} and so transparently replaces the 32 bit interface.
776 @end deftypefun
778 You can have multiple descriptors for the same file if you open the file
779 more than once, or if you duplicate a descriptor with @code{dup}.
780 Descriptors that come from separate calls to @code{open} have independent
781 file positions; using @code{lseek} on one descriptor has no effect on the
782 other.  For example,
784 @smallexample
785 @group
787   int d1, d2;
788   char buf[4];
789   d1 = open ("foo", O_RDONLY);
790   d2 = open ("foo", O_RDONLY);
791   lseek (d1, 1024, SEEK_SET);
792   read (d2, buf, 4);
794 @end group
795 @end smallexample
797 @noindent
798 will read the first four characters of the file @file{foo}.  (The
799 error-checking code necessary for a real program has been omitted here
800 for brevity.)
802 By contrast, descriptors made by duplication share a common file
803 position with the original descriptor that was duplicated.  Anything
804 which alters the file position of one of the duplicates, including
805 reading or writing data, affects all of them alike.  Thus, for example,
807 @smallexample
809   int d1, d2, d3;
810   char buf1[4], buf2[4];
811   d1 = open ("foo", O_RDONLY);
812   d2 = dup (d1);
813   d3 = dup (d2);
814   lseek (d3, 1024, SEEK_SET);
815   read (d1, buf1, 4);
816   read (d2, buf2, 4);
818 @end smallexample
820 @noindent
821 will read four characters starting with the 1024'th character of
822 @file{foo}, and then four more characters starting with the 1028'th
823 character.
825 @deftp {Data Type} off_t
826 @standards{POSIX.1, sys/types.h}
827 This is a signed integer type used to represent file sizes.  In
828 @theglibc{}, this type is no narrower than @code{int}.
830 If the source is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this type
831 is transparently replaced by @code{off64_t}.
832 @end deftp
834 @deftp {Data Type} off64_t
835 @standards{Unix98, sys/types.h}
836 This type is used similar to @code{off_t}.  The difference is that even
837 on 32 bit machines, where the @code{off_t} type would have 32 bits,
838 @code{off64_t} has 64 bits and so is able to address files up to
839 @twoexp{63} bytes in length.
841 When compiling with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this type is
842 available under the name @code{off_t}.
843 @end deftp
845 These aliases for the @samp{SEEK_@dots{}} constants exist for the sake
846 of compatibility with older BSD systems.  They are defined in two
847 different header files: @file{fcntl.h} and @file{sys/file.h}.
849 @vtable @code
850 @item L_SET
851 An alias for @code{SEEK_SET}.
853 @item L_INCR
854 An alias for @code{SEEK_CUR}.
856 @item L_XTND
857 An alias for @code{SEEK_END}.
858 @end vtable
860 @node Descriptors and Streams
861 @section Descriptors and Streams
862 @cindex streams, and file descriptors
863 @cindex converting file descriptor to stream
864 @cindex extracting file descriptor from stream
866 Given an open file descriptor, you can create a stream for it with the
867 @code{fdopen} function.  You can get the underlying file descriptor for
868 an existing stream with the @code{fileno} function.  These functions are
869 declared in the header file @file{stdio.h}.
870 @pindex stdio.h
872 @deftypefun {FILE *} fdopen (int @var{filedes}, const char *@var{opentype})
873 @standards{POSIX.1, stdio.h}
874 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@ascuheap{} @asulock{}}@acunsafe{@acsmem{} @aculock{}}}
875 The @code{fdopen} function returns a new stream for the file descriptor
876 @var{filedes}.
878 The @var{opentype} argument is interpreted in the same way as for the
879 @code{fopen} function (@pxref{Opening Streams}), except that
880 the @samp{b} option is not permitted; this is because @gnusystems{} make no
881 distinction between text and binary files.  Also, @code{"w"} and
882 @code{"w+"} do not cause truncation of the file; these have an effect only
883 when opening a file, and in this case the file has already been opened.
884 You must make sure that the @var{opentype} argument matches the actual
885 mode of the open file descriptor.
887 The return value is the new stream.  If the stream cannot be created
888 (for example, if the modes for the file indicated by the file descriptor
889 do not permit the access specified by the @var{opentype} argument), a
890 null pointer is returned instead.
892 In some other systems, @code{fdopen} may fail to detect that the modes
893 for file descriptors do not permit the access specified by
894 @code{opentype}.  @Theglibc{} always checks for this.
895 @end deftypefun
897 For an example showing the use of the @code{fdopen} function,
898 see @ref{Creating a Pipe}.
900 @deftypefun int fileno (FILE *@var{stream})
901 @standards{POSIX.1, stdio.h}
902 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
903 This function returns the file descriptor associated with the stream
904 @var{stream}.  If an error is detected (for example, if the @var{stream}
905 is not valid) or if @var{stream} does not do I/O to a file,
906 @code{fileno} returns @math{-1}.
907 @end deftypefun
909 @deftypefun int fileno_unlocked (FILE *@var{stream})
910 @standards{GNU, stdio.h}
911 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
912 The @code{fileno_unlocked} function is equivalent to the @code{fileno}
913 function except that it does not implicitly lock the stream if the state
914 is @code{FSETLOCKING_INTERNAL}.
916 This function is a GNU extension.
917 @end deftypefun
919 @cindex standard file descriptors
920 @cindex file descriptors, standard
921 There are also symbolic constants defined in @file{unistd.h} for the
922 file descriptors belonging to the standard streams @code{stdin},
923 @code{stdout}, and @code{stderr}; see @ref{Standard Streams}.
924 @pindex unistd.h
926 @vtable @code
927 @item STDIN_FILENO
928 @standards{POSIX.1, unistd.h}
929 This macro has value @code{0}, which is the file descriptor for
930 standard input.
931 @cindex standard input file descriptor
933 @item STDOUT_FILENO
934 @standards{POSIX.1, unistd.h}
935 This macro has value @code{1}, which is the file descriptor for
936 standard output.
937 @cindex standard output file descriptor
939 @item STDERR_FILENO
940 @standards{POSIX.1, unistd.h}
941 This macro has value @code{2}, which is the file descriptor for
942 standard error output.
943 @end vtable
944 @cindex standard error file descriptor
946 @node Stream/Descriptor Precautions
947 @section Dangers of Mixing Streams and Descriptors
948 @cindex channels
949 @cindex streams and descriptors
950 @cindex descriptors and streams
951 @cindex mixing descriptors and streams
953 You can have multiple file descriptors and streams (let's call both
954 streams and descriptors ``channels'' for short) connected to the same
955 file, but you must take care to avoid confusion between channels.  There
956 are two cases to consider: @dfn{linked} channels that share a single
957 file position value, and @dfn{independent} channels that have their own
958 file positions.
960 It's best to use just one channel in your program for actual data
961 transfer to any given file, except when all the access is for input.
962 For example, if you open a pipe (something you can only do at the file
963 descriptor level), either do all I/O with the descriptor, or construct a
964 stream from the descriptor with @code{fdopen} and then do all I/O with
965 the stream.
967 @menu
968 * Linked Channels::        Dealing with channels sharing a file position.
969 * Independent Channels::   Dealing with separately opened, unlinked channels.
970 * Cleaning Streams::       Cleaning a stream makes it safe to use
971                             another channel.
972 @end menu
974 @node Linked Channels
975 @subsection Linked Channels
976 @cindex linked channels
978 Channels that come from a single opening share the same file position;
979 we call them @dfn{linked} channels.  Linked channels result when you
980 make a stream from a descriptor using @code{fdopen}, when you get a
981 descriptor from a stream with @code{fileno}, when you copy a descriptor
982 with @code{dup} or @code{dup2}, and when descriptors are inherited
983 during @code{fork}.  For files that don't support random access, such as
984 terminals and pipes, @emph{all} channels are effectively linked.  On
985 random-access files, all append-type output streams are effectively
986 linked to each other.
988 @cindex cleaning up a stream
989 If you have been using a stream for I/O (or have just opened the stream),
990 and you want to do I/O using
991 another channel (either a stream or a descriptor) that is linked to it,
992 you must first @dfn{clean up} the stream that you have been using.
993 @xref{Cleaning Streams}.
995 Terminating a process, or executing a new program in the process,
996 destroys all the streams in the process.  If descriptors linked to these
997 streams persist in other processes, their file positions become
998 undefined as a result.  To prevent this, you must clean up the streams
999 before destroying them.
1001 @node Independent Channels
1002 @subsection Independent Channels
1003 @cindex independent channels
1005 When you open channels (streams or descriptors) separately on a seekable
1006 file, each channel has its own file position.  These are called
1007 @dfn{independent channels}.
1009 The system handles each channel independently.  Most of the time, this
1010 is quite predictable and natural (especially for input): each channel
1011 can read or write sequentially at its own place in the file.  However,
1012 if some of the channels are streams, you must take these precautions:
1014 @itemize @bullet
1015 @item
1016 You should clean an output stream after use, before doing anything else
1017 that might read or write from the same part of the file.
1019 @item
1020 You should clean an input stream before reading data that may have been
1021 modified using an independent channel.  Otherwise, you might read
1022 obsolete data that had been in the stream's buffer.
1023 @end itemize
1025 If you do output to one channel at the end of the file, this will
1026 certainly leave the other independent channels positioned somewhere
1027 before the new end.  You cannot reliably set their file positions to the
1028 new end of file before writing, because the file can always be extended
1029 by another process between when you set the file position and when you
1030 write the data.  Instead, use an append-type descriptor or stream; they
1031 always output at the current end of the file.  In order to make the
1032 end-of-file position accurate, you must clean the output channel you
1033 were using, if it is a stream.
1035 It's impossible for two channels to have separate file pointers for a
1036 file that doesn't support random access.  Thus, channels for reading or
1037 writing such files are always linked, never independent.  Append-type
1038 channels are also always linked.  For these channels, follow the rules
1039 for linked channels; see @ref{Linked Channels}.
1041 @node Cleaning Streams
1042 @subsection Cleaning Streams
1044 You can use @code{fflush} to clean a stream in most
1045 cases.
1047 You can skip the @code{fflush} if you know the stream
1048 is already clean.  A stream is clean whenever its buffer is empty.  For
1049 example, an unbuffered stream is always clean.  An input stream that is
1050 at end-of-file is clean.  A line-buffered stream is clean when the last
1051 character output was a newline.  However, a just-opened input stream
1052 might not be clean, as its input buffer might not be empty.
1054 There is one case in which cleaning a stream is impossible on most
1055 systems.  This is when the stream is doing input from a file that is not
1056 random-access.  Such streams typically read ahead, and when the file is
1057 not random access, there is no way to give back the excess data already
1058 read.  When an input stream reads from a random-access file,
1059 @code{fflush} does clean the stream, but leaves the file pointer at an
1060 unpredictable place; you must set the file pointer before doing any
1061 further I/O.
1063 Closing an output-only stream also does @code{fflush}, so this is a
1064 valid way of cleaning an output stream.
1066 You need not clean a stream before using its descriptor for control
1067 operations such as setting terminal modes; these operations don't affect
1068 the file position and are not affected by it.  You can use any
1069 descriptor for these operations, and all channels are affected
1070 simultaneously.  However, text already ``output'' to a stream but still
1071 buffered by the stream will be subject to the new terminal modes when
1072 subsequently flushed.  To make sure ``past'' output is covered by the
1073 terminal settings that were in effect at the time, flush the output
1074 streams for that terminal before setting the modes.  @xref{Terminal
1075 Modes}.
1077 @node Scatter-Gather
1078 @section Fast Scatter-Gather I/O
1079 @cindex scatter-gather
1081 Some applications may need to read or write data to multiple buffers,
1082 which are separated in memory.  Although this can be done easily enough
1083 with multiple calls to @code{read} and @code{write}, it is inefficient
1084 because there is overhead associated with each kernel call.
1086 Instead, many platforms provide special high-speed primitives to perform
1087 these @dfn{scatter-gather} operations in a single kernel call.  @Theglibc{}
1088 will provide an emulation on any system that lacks these
1089 primitives, so they are not a portability threat.  They are defined in
1090 @code{sys/uio.h}.
1092 These functions are controlled with arrays of @code{iovec} structures,
1093 which describe the location and size of each buffer.
1095 @deftp {Data Type} {struct iovec}
1096 @standards{BSD, sys/uio.h}
1098 The @code{iovec} structure describes a buffer.  It contains two fields:
1100 @table @code
1102 @item void *iov_base
1103 Contains the address of a buffer.
1105 @item size_t iov_len
1106 Contains the length of the buffer.
1108 @end table
1109 @end deftp
1111 @deftypefun ssize_t readv (int @var{filedes}, const struct iovec *@var{vector}, int @var{count})
1112 @standards{BSD, sys/uio.h}
1113 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@ascuheap{}}@acunsafe{@acsmem{}}}
1114 @c The fallback sysdeps/posix implementation, used even on GNU/Linux
1115 @c with old kernels that lack a full readv/writev implementation, may
1116 @c malloc the buffer into which data is read, if the total read size is
1117 @c too large for alloca.
1119 The @code{readv} function reads data from @var{filedes} and scatters it
1120 into the buffers described in @var{vector}, which is taken to be
1121 @var{count} structures long.  As each buffer is filled, data is sent to the
1122 next.
1124 Note that @code{readv} is not guaranteed to fill all the buffers.
1125 It may stop at any point, for the same reasons @code{read} would.
1127 The return value is a count of bytes (@emph{not} buffers) read, @math{0}
1128 indicating end-of-file, or @math{-1} indicating an error.  The possible
1129 errors are the same as in @code{read}.
1131 @end deftypefun
1133 @deftypefun ssize_t writev (int @var{filedes}, const struct iovec *@var{vector}, int @var{count})
1134 @standards{BSD, sys/uio.h}
1135 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@ascuheap{}}@acunsafe{@acsmem{}}}
1136 @c The fallback sysdeps/posix implementation, used even on GNU/Linux
1137 @c with old kernels that lack a full readv/writev implementation, may
1138 @c malloc the buffer from which data is written, if the total write size
1139 @c is too large for alloca.
1141 The @code{writev} function gathers data from the buffers described in
1142 @var{vector}, which is taken to be @var{count} structures long, and writes
1143 them to @code{filedes}.  As each buffer is written, it moves on to the
1144 next.
1146 Like @code{readv}, @code{writev} may stop midstream under the same
1147 conditions @code{write} would.
1149 The return value is a count of bytes written, or @math{-1} indicating an
1150 error.  The possible errors are the same as in @code{write}.
1152 @end deftypefun
1154 @deftypefun ssize_t preadv (int @var{fd}, const struct iovec *@var{iov}, int @var{iovcnt}, off_t @var{offset})
1155 @standards{BSD, sys/uio.h}
1156 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1157 @c This is a syscall for Linux 3.2 for all architectures but microblaze
1158 @c (which was added on 3.15).  The sysdeps/posix fallback emulation
1159 @c is also MT-Safe since it calls pread, and it is now a syscall on all
1160 @c targets.
1162 This function is similar to the @code{readv} function, with the difference
1163 it adds an extra @var{offset} parameter of type @code{off_t} similar to
1164 @code{pread}.  The data is written to the file starting at position
1165 @var{offset}.  The position of the file descriptor itself is not affected
1166 by the operation.  The value is the same as before the call.
1168 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
1169 @code{preadv} function is in fact @code{preadv64} and the type
1170 @code{off_t} has 64 bits, which makes it possible to handle files up to
1171 @twoexp{63} bytes in length.
1173 The return value is a count of bytes (@emph{not} buffers) read, @math{0}
1174 indicating end-of-file, or @math{-1} indicating an error.  The possible
1175 errors are the same as in @code{readv} and @code{pread}.
1176 @end deftypefun
1178 @deftypefun ssize_t preadv64 (int @var{fd}, const struct iovec *@var{iov}, int @var{iovcnt}, off64_t @var{offset})
1179 @standards{BSD, unistd.h}
1180 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1181 @c This is a syscall for Linux 3.2 for all architectures but microblaze
1182 @c (which was added on 3.15).  The sysdeps/posix fallback emulation
1183 @c is also MT-Safe since it calls pread64, and it is now a syscall on all
1184 @c targets.
1186 This function is similar to the @code{preadv} function with the difference
1187 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
1188 @code{off_t}.  It makes it possible on 32 bit machines to address
1189 files larger than @twoexp{31} bytes and up to @twoexp{63} bytes.  The
1190 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
1191 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
1192 errors with a descriptor in small file mode.
1194 When the source file is compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
1195 32 bit machine this function is actually available under the name
1196 @code{preadv} and so transparently replaces the 32 bit interface.
1197 @end deftypefun
1199 @deftypefun ssize_t pwritev (int @var{fd}, const struct iovec *@var{iov}, int @var{iovcnt}, off_t @var{offset})
1200 @standards{BSD, sys/uio.h}
1201 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1202 @c This is a syscall for Linux 3.2 for all architectures but microblaze
1203 @c (which was added on 3.15).  The sysdeps/posix fallback emulation
1204 @c is also MT-Safe since it calls pwrite, and it is now a syscall on all
1205 @c targets.
1207 This function is similar to the @code{writev} function, with the difference
1208 it adds an extra @var{offset} parameter of type @code{off_t} similar to
1209 @code{pwrite}.  The data is written to the file starting at position
1210 @var{offset}.  The position of the file descriptor itself is not affected
1211 by the operation.  The value is the same as before the call.
1213 However, on Linux, if a file is opened with @code{O_APPEND},  @code{pwrite}
1214 appends data to the end of the file, regardless of the value of
1215 @code{offset}.
1217 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
1218 @code{pwritev} function is in fact @code{pwritev64} and the type
1219 @code{off_t} has 64 bits, which makes it possible to handle files up to
1220 @twoexp{63} bytes in length.
1222 The return value is a count of bytes (@emph{not} buffers) written, @math{0}
1223 indicating end-of-file, or @math{-1} indicating an error.  The possible
1224 errors are the same as in @code{writev} and @code{pwrite}.
1225 @end deftypefun
1227 @deftypefun ssize_t pwritev64 (int @var{fd}, const struct iovec *@var{iov}, int @var{iovcnt}, off64_t @var{offset})
1228 @standards{BSD, unistd.h}
1229 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1230 @c This is a syscall for Linux 3.2 for all architectures but microblaze
1231 @c (which was added on 3.15).  The sysdeps/posix fallback emulation
1232 @c is also MT-Safe since it calls pwrite64, and it is now a syscall on all
1233 @c targets.
1235 This function is similar to the @code{pwritev} function with the difference
1236 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
1237 @code{off_t}.  It makes it possible on 32 bit machines to address
1238 files larger than @twoexp{31} bytes and up to @twoexp{63} bytes.  The
1239 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
1240 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
1241 errors with a descriptor in small file mode.
1243 When the source file is compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
1244 32 bit machine this function is actually available under the name
1245 @code{pwritev} and so transparently replaces the 32 bit interface.
1246 @end deftypefun
1248 @deftypefun ssize_t preadv2 (int @var{fd}, const struct iovec *@var{iov}, int @var{iovcnt}, off_t @var{offset}, int @var{flags})
1249 @standards{GNU, sys/uio.h}
1250 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1251 @c This is a syscall for Linux v4.6.  The sysdeps/posix fallback emulation
1252 @c is also MT-Safe since it calls preadv.
1254 This function is similar to the @code{preadv} function, with the difference
1255 it adds an extra @var{flags} parameter of type @code{int}.  The supported
1256 @var{flags} are dependent of the underlying system.  For Linux it supports:
1258 @vtable @code
1259 @item RWF_HIPRI
1260 High priority request.  This adds a flag that tells the file system that
1261 this is a high priority request for which it is worth to poll the hardware.
1262 The flag is purely advisory and can be ignored if not supported.  The
1263 @var{fd} must be opened using @code{O_DIRECT}.
1265 @item RWF_DSYNC
1266 Per-IO synchronization as if the file was opened with @code{O_DSYNC} flag.
1268 @item RWF_SYNC
1269 Per-IO synchronization as if the file was opened with @code{O_SYNC} flag.
1271 @item RWF_NOWAIT
1272 Use nonblocking mode for this operation; that is, this call to @code{preadv2}
1273 will fail and set @code{errno} to @code{EAGAIN} if the operation would block.
1274 @end vtable
1276 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
1277 @code{preadv2} function is in fact @code{preadv64v2} and the type
1278 @code{off_t} has 64 bits, which makes it possible to handle files up to
1279 @twoexp{63} bytes in length.
1281 The return value is a count of bytes (@emph{not} buffers) read, @math{0}
1282 indicating end-of-file, or @math{-1} indicating an error.  The possible
1283 errors are the same as in @code{preadv} with the addition of:
1285 @table @code
1287 @item EOPNOTSUPP
1289 @c The default sysdeps/posix code will return it for any flags value
1290 @c different than 0.
1291 An unsupported @var{flags} was used.
1293 @end table
1295 @end deftypefun
1297 @deftypefun ssize_t preadv64v2 (int @var{fd}, const struct iovec *@var{iov}, int @var{iovcnt}, off64_t @var{offset}, int @var{flags})
1298 @standards{GNU, unistd.h}
1299 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1300 @c This is a syscall for Linux v4.6.  The sysdeps/posix fallback emulation
1301 @c is also MT-Safe since it calls preadv.
1303 This function is similar to the @code{preadv2} function with the difference
1304 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
1305 @code{off_t}.  It makes it possible on 32 bit machines to address
1306 files larger than @twoexp{31} bytes and up to @twoexp{63} bytes.  The
1307 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
1308 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
1309 errors with a descriptor in small file mode.
1311 When the source file is compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
1312 32 bit machine this function is actually available under the name
1313 @code{preadv2} and so transparently replaces the 32 bit interface.
1314 @end deftypefun
1317 @deftypefun ssize_t pwritev2 (int @var{fd}, const struct iovec *@var{iov}, int @var{iovcnt}, off_t @var{offset}, int @var{flags})
1318 @standards{GNU, sys/uio.h}
1319 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1320 @c This is a syscall for Linux v4.6.  The sysdeps/posix fallback emulation
1321 @c is also MT-Safe since it calls pwritev.
1323 This function is similar to the @code{pwritev} function, with the difference
1324 it adds an extra @var{flags} parameter of type @code{int}.  The supported
1325 @var{flags} are dependent of the underlying system and for Linux it supports
1326 the same ones as for @code{preadv2}.
1328 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
1329 @code{pwritev2} function is in fact @code{pwritev64v2} and the type
1330 @code{off_t} has 64 bits, which makes it possible to handle files up to
1331 @twoexp{63} bytes in length.
1333 The return value is a count of bytes (@emph{not} buffers) write, @math{0}
1334 indicating end-of-file, or @math{-1} indicating an error.  The possible
1335 errors are the same as in @code{preadv2}.
1336 @end deftypefun
1338 @deftypefun ssize_t pwritev64v2 (int @var{fd}, const struct iovec *@var{iov}, int @var{iovcnt}, off64_t @var{offset}, int @var{flags})
1339 @standards{GNU, unistd.h}
1340 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1341 @c This is a syscall for Linux v4.6.  The sysdeps/posix fallback emulation
1342 @c is also MT-Safe since it calls pwritev.
1344 This function is similar to the @code{pwritev2} function with the difference
1345 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
1346 @code{off_t}.  It makes it possible on 32 bit machines to address
1347 files larger than @twoexp{31} bytes and up to @twoexp{63} bytes.  The
1348 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
1349 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
1350 errors with a descriptor in small file mode.
1352 When the source file is compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
1353 32 bit machine this function is actually available under the name
1354 @code{pwritev2} and so transparently replaces the 32 bit interface.
1355 @end deftypefun
1357 @node Copying File Data
1358 @section Copying data between two files
1359 @cindex copying files
1360 @cindex file copy
1362 A special function is provided to copy data between two files on the
1363 same file system.  The system can optimize such copy operations.  This
1364 is particularly important on network file systems, where the data would
1365 otherwise have to be transferred twice over the network.
1367 Note that this function only copies file data, but not metadata such as
1368 file permissions or extended attributes.
1370 @deftypefun ssize_t copy_file_range (int @var{inputfd}, off64_t *@var{inputpos}, int @var{outputfd}, off64_t *@var{outputpos}, ssize_t @var{length}, unsigned int @var{flags})
1371 @standards{GNU, unistd.h}
1372 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1374 This function copies up to @var{length} bytes from the file descriptor
1375 @var{inputfd} to the file descriptor @var{outputfd}.
1377 The function can operate on both the current file position (like
1378 @code{read} and @code{write}) and an explicit offset (like @code{pread}
1379 and @code{pwrite}).  If the @var{inputpos} pointer is null, the file
1380 position of @var{inputfd} is used as the starting point of the copy
1381 operation, and the file position is advanced during it.  If
1382 @var{inputpos} is not null, then @code{*@var{inputpos}} is used as the
1383 starting point of the copy operation, and @code{*@var{inputpos}} is
1384 incremented by the number of copied bytes, but the file position remains
1385 unchanged.  Similar rules apply to @var{outputfd} and @var{outputpos}
1386 for the output file position.
1388 The @var{flags} argument is currently reserved and must be zero.
1390 The @code{copy_file_range} function returns the number of bytes copied.
1391 This can be less than the specified @var{length} in case the input file
1392 contains fewer remaining bytes than @var{length}, or if a read or write
1393 failure occurs.  The return value is zero if the end of the input file
1394 is encountered immediately.
1396 If no bytes can be copied, to report an error, @code{copy_file_range}
1397 returns the value @math{-1} and sets @code{errno}.  The following
1398 @code{errno} error conditions are specific to this function:
1400 @table @code
1401 @item EISDIR
1402 At least one of the descriptors @var{inputfd} or @var{outputfd} refers
1403 to a directory.
1405 @item EINVAL
1406 At least one of the descriptors @var{inputfd} or @var{outputfd} refers
1407 to a non-regular, non-directory file (such as a socket or a FIFO).
1409 The input or output positions before are after the copy operations are
1410 outside of an implementation-defined limit.
1412 The @var{flags} argument is not zero.
1414 @item EFBIG
1415 The new file size would exceed the process file size limit.
1416 @xref{Limits on Resources}.
1418 The input or output positions before are after the copy operations are
1419 outside of an implementation-defined limit.  This can happen if the file
1420 was not opened with large file support (LFS) on 32-bit machines, and the
1421 copy operation would create a file which is larger than what
1422 @code{off_t} could represent.
1424 @item EBADF
1425 The argument @var{inputfd} is not a valid file descriptor open for
1426 reading.
1428 The argument @var{outputfd} is not a valid file descriptor open for
1429 writing, or @var{outputfd} has been opened with @code{O_APPEND}.
1431 @item EXDEV
1432 The input and output files reside on different file systems.
1433 @end table
1435 In addition, @code{copy_file_range} can fail with the error codes
1436 which are used by @code{read}, @code{pread}, @code{write}, and
1437 @code{pwrite}.
1439 The @code{copy_file_range} function is a cancellation point.  In case of
1440 cancellation, the input location (the file position or the value at
1441 @code{*@var{inputpos}}) is indeterminate.
1442 @end deftypefun
1444 @node Memory-mapped I/O
1445 @section Memory-mapped I/O
1447 On modern operating systems, it is possible to @dfn{mmap} (pronounced
1448 ``em-map'') a file to a region of memory.  When this is done, the file can
1449 be accessed just like an array in the program.
1451 This is more efficient than @code{read} or @code{write}, as only the regions
1452 of the file that a program actually accesses are loaded.  Accesses to
1453 not-yet-loaded parts of the mmapped region are handled in the same way as
1454 swapped out pages.
1456 Since mmapped pages can be stored back to their file when physical
1457 memory is low, it is possible to mmap files orders of magnitude larger
1458 than both the physical memory @emph{and} swap space.  The only limit is
1459 address space.  The theoretical limit is 4GB on a 32-bit machine -
1460 however, the actual limit will be smaller since some areas will be
1461 reserved for other purposes.  If the LFS interface is used the file size
1462 on 32-bit systems is not limited to 2GB (offsets are signed which
1463 reduces the addressable area of 4GB by half); the full 64-bit are
1464 available.
1466 Memory mapping only works on entire pages of memory.  Thus, addresses
1467 for mapping must be page-aligned, and length values will be rounded up.
1468 To determine the default size of a page the machine uses one should use:
1470 @vindex _SC_PAGESIZE
1471 @smallexample
1472 size_t page_size = (size_t) sysconf (_SC_PAGESIZE);
1473 @end smallexample
1475 On some systems, mappings can use larger page sizes
1476 for certain files, and applications can request larger page sizes for
1477 anonymous mappings as well (see the @code{MAP_HUGETLB} flag below).
1479 The following functions are declared in @file{sys/mman.h}:
1481 @deftypefun {void *} mmap (void *@var{address}, size_t @var{length}, int @var{protect}, int @var{flags}, int @var{filedes}, off_t @var{offset})
1482 @standards{POSIX, sys/mman.h}
1483 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1485 The @code{mmap} function creates a new mapping, connected to bytes
1486 (@var{offset}) to (@var{offset} + @var{length} - 1) in the file open on
1487 @var{filedes}.  A new reference for the file specified by @var{filedes}
1488 is created, which is not removed by closing the file.
1490 @var{address} gives a preferred starting address for the mapping.
1491 @code{NULL} expresses no preference.  Any previous mapping at that
1492 address is automatically removed.  The address you give may still be
1493 changed, unless you use the @code{MAP_FIXED} flag.
1495 @var{protect} contains flags that control what kind of access is
1496 permitted.  They include @code{PROT_READ}, @code{PROT_WRITE}, and
1497 @code{PROT_EXEC}.  The special flag @code{PROT_NONE} reserves a region
1498 of address space for future use.  The @code{mprotect} function can be
1499 used to change the protection flags.  @xref{Memory Protection}.
1501 @var{flags} contains flags that control the nature of the map.
1502 One of @code{MAP_SHARED} or @code{MAP_PRIVATE} must be specified.
1504 They include:
1506 @vtable @code
1507 @item MAP_PRIVATE
1508 This specifies that writes to the region should never be written back
1509 to the attached file.  Instead, a copy is made for the process, and the
1510 region will be swapped normally if memory runs low.  No other process will
1511 see the changes.
1513 Since private mappings effectively revert to ordinary memory
1514 when written to, you must have enough virtual memory for a copy of
1515 the entire mmapped region if you use this mode with @code{PROT_WRITE}.
1517 @item MAP_SHARED
1518 This specifies that writes to the region will be written back to the
1519 file.  Changes made will be shared immediately with other processes
1520 mmaping the same file.
1522 Note that actual writing may take place at any time.  You need to use
1523 @code{msync}, described below, if it is important that other processes
1524 using conventional I/O get a consistent view of the file.
1526 @item MAP_FIXED
1527 This forces the system to use the exact mapping address specified in
1528 @var{address} and fail if it can't.
1530 @c One of these is official - the other is obviously an obsolete synonym
1531 @c Which is which?
1532 @item MAP_ANONYMOUS
1533 @itemx MAP_ANON
1534 This flag tells the system to create an anonymous mapping, not connected
1535 to a file.  @var{filedes} and @var{offset} are ignored, and the region is
1536 initialized with zeros.
1538 Anonymous maps are used as the basic primitive to extend the heap on some
1539 systems.  They are also useful to share data between multiple tasks
1540 without creating a file.
1542 On some systems using private anonymous mmaps is more efficient than using
1543 @code{malloc} for large blocks.  This is not an issue with @theglibc{},
1544 as the included @code{malloc} automatically uses @code{mmap} where appropriate.
1546 @item MAP_HUGETLB
1547 @standards{Linux, sys/mman.h}
1548 This requests that the system uses an alternative page size which is
1549 larger than the default page size for the mapping.  For some workloads,
1550 increasing the page size for large mappings improves performance because
1551 the system needs to handle far fewer pages.  For other workloads which
1552 require frequent transfer of pages between storage or different nodes,
1553 the decreased page granularity may cause performance problems due to the
1554 increased page size and larger transfers.
1556 In order to create the mapping, the system needs physically contiguous
1557 memory of the size of the increased page size.  As a result,
1558 @code{MAP_HUGETLB} mappings are affected by memory fragmentation, and
1559 their creation can fail even if plenty of memory is available in the
1560 system.
1562 Not all file systems support mappings with an increased page size.
1564 The @code{MAP_HUGETLB} flag is specific to Linux.
1566 @c There is a mechanism to select different hugepage sizes; see
1567 @c include/uapi/asm-generic/hugetlb_encode.h in the kernel sources.
1569 @c Linux has some other MAP_ options, which I have not discussed here.
1570 @c MAP_DENYWRITE, MAP_EXECUTABLE and MAP_GROWSDOWN don't seem applicable to
1571 @c user programs (and I don't understand the last two).  MAP_LOCKED does
1572 @c not appear to be implemented.
1574 @end vtable
1576 @code{mmap} returns the address of the new mapping, or
1577 @code{MAP_FAILED} for an error.
1579 Possible errors include:
1581 @table @code
1583 @item EINVAL
1585 Either @var{address} was unusable (because it is not a multiple of the
1586 applicable page size), or inconsistent @var{flags} were given.
1588 If @code{MAP_HUGETLB} was specified, the file or system does not support
1589 large page sizes.
1591 @item EACCES
1593 @var{filedes} was not open for the type of access specified in @var{protect}.
1595 @item ENOMEM
1597 Either there is not enough memory for the operation, or the process is
1598 out of address space.
1600 @item ENODEV
1602 This file is of a type that doesn't support mapping.
1604 @item ENOEXEC
1606 The file is on a filesystem that doesn't support mapping.
1608 @c On Linux, EAGAIN will appear if the file has a conflicting mandatory lock.
1609 @c However mandatory locks are not discussed in this manual.
1611 @c Similarly, ETXTBSY will occur if the MAP_DENYWRITE flag (not documented
1612 @c here) is used and the file is already open for writing.
1614 @end table
1616 @end deftypefun
1618 @deftypefun {void *} mmap64 (void *@var{address}, size_t @var{length}, int @var{protect}, int @var{flags}, int @var{filedes}, off64_t @var{offset})
1619 @standards{LFS, sys/mman.h}
1620 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1621 @c The page_shift auto detection when MMAP2_PAGE_SHIFT is -1 (it never
1622 @c is) would be thread-unsafe.
1623 The @code{mmap64} function is equivalent to the @code{mmap} function but
1624 the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t}.  On 32-bit systems
1625 this allows the file associated with the @var{filedes} descriptor to be
1626 larger than 2GB.  @var{filedes} must be a descriptor returned from a
1627 call to @code{open64} or @code{fopen64} and @code{freopen64} where the
1628 descriptor is retrieved with @code{fileno}.
1630 When the sources are translated with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
1631 function is actually available under the name @code{mmap}.  I.e., the
1632 new, extended API using 64 bit file sizes and offsets transparently
1633 replaces the old API.
1634 @end deftypefun
1636 @deftypefun int munmap (void *@var{addr}, size_t @var{length})
1637 @standards{POSIX, sys/mman.h}
1638 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1640 @code{munmap} removes any memory maps from (@var{addr}) to (@var{addr} +
1641 @var{length}).  @var{length} should be the length of the mapping.
1643 It is safe to unmap multiple mappings in one command, or include unmapped
1644 space in the range.  It is also possible to unmap only part of an existing
1645 mapping.  However, only entire pages can be removed.  If @var{length} is not
1646 an even number of pages, it will be rounded up.
1648 It returns @math{0} for success and @math{-1} for an error.
1650 One error is possible:
1652 @table @code
1654 @item EINVAL
1655 The memory range given was outside the user mmap range or wasn't page
1656 aligned.
1658 @end table
1660 @end deftypefun
1662 @deftypefun int msync (void *@var{address}, size_t @var{length}, int @var{flags})
1663 @standards{POSIX, sys/mman.h}
1664 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1666 When using shared mappings, the kernel can write the file at any time
1667 before the mapping is removed.  To be certain data has actually been
1668 written to the file and will be accessible to non-memory-mapped I/O, it
1669 is necessary to use this function.
1671 It operates on the region @var{address} to (@var{address} + @var{length}).
1672 It may be used on part of a mapping or multiple mappings, however the
1673 region given should not contain any unmapped space.
1675 @var{flags} can contain some options:
1677 @vtable @code
1679 @item MS_SYNC
1681 This flag makes sure the data is actually written @emph{to disk}.
1682 Normally @code{msync} only makes sure that accesses to a file with
1683 conventional I/O reflect the recent changes.
1685 @item MS_ASYNC
1687 This tells @code{msync} to begin the synchronization, but not to wait for
1688 it to complete.
1690 @c Linux also has MS_INVALIDATE, which I don't understand.
1692 @end vtable
1694 @code{msync} returns @math{0} for success and @math{-1} for
1695 error.  Errors include:
1697 @table @code
1699 @item EINVAL
1700 An invalid region was given, or the @var{flags} were invalid.
1702 @item EFAULT
1703 There is no existing mapping in at least part of the given region.
1705 @end table
1707 @end deftypefun
1709 @deftypefun {void *} mremap (void *@var{address}, size_t @var{length}, size_t @var{new_length}, int @var{flag})
1710 @standards{GNU, sys/mman.h}
1711 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1713 This function can be used to change the size of an existing memory
1714 area. @var{address} and @var{length} must cover a region entirely mapped
1715 in the same @code{mmap} statement.  A new mapping with the same
1716 characteristics will be returned with the length @var{new_length}.
1718 One option is possible, @code{MREMAP_MAYMOVE}.  If it is given in
1719 @var{flags}, the system may remove the existing mapping and create a new
1720 one of the desired length in another location.
1722 The address of the resulting mapping is returned, or @math{-1}.  Possible
1723 error codes include:
1725 @table @code
1727 @item EFAULT
1728 There is no existing mapping in at least part of the original region, or
1729 the region covers two or more distinct mappings.
1731 @item EINVAL
1732 The address given is misaligned or inappropriate.
1734 @item EAGAIN
1735 The region has pages locked, and if extended it would exceed the
1736 process's resource limit for locked pages.  @xref{Limits on Resources}.
1738 @item ENOMEM
1739 The region is private writable, and insufficient virtual memory is
1740 available to extend it.  Also, this error will occur if
1741 @code{MREMAP_MAYMOVE} is not given and the extension would collide with
1742 another mapped region.
1744 @end table
1745 @end deftypefun
1747 This function is only available on a few systems.  Except for performing
1748 optional optimizations one should not rely on this function.
1750 Not all file descriptors may be mapped.  Sockets, pipes, and most devices
1751 only allow sequential access and do not fit into the mapping abstraction.
1752 In addition, some regular files may not be mmapable, and older kernels may
1753 not support mapping at all.  Thus, programs using @code{mmap} should
1754 have a fallback method to use should it fail. @xref{Mmap,,,standards,GNU
1755 Coding Standards}.
1757 @deftypefun int madvise (void *@var{addr}, size_t @var{length}, int @var{advice})
1758 @standards{POSIX, sys/mman.h}
1759 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1761 This function can be used to provide the system with @var{advice} about
1762 the intended usage patterns of the memory region starting at @var{addr}
1763 and extending @var{length} bytes.
1765 The valid BSD values for @var{advice} are:
1767 @vtable @code
1769 @item MADV_NORMAL
1770 The region should receive no further special treatment.
1772 @item MADV_RANDOM
1773 The region will be accessed via random page references.  The kernel
1774 should page-in the minimal number of pages for each page fault.
1776 @item MADV_SEQUENTIAL
1777 The region will be accessed via sequential page references.  This
1778 may cause the kernel to aggressively read-ahead, expecting further
1779 sequential references after any page fault within this region.
1781 @item MADV_WILLNEED
1782 The region will be needed.  The pages within this region may
1783 be pre-faulted in by the kernel.
1785 @item MADV_DONTNEED
1786 The region is no longer needed.  The kernel may free these pages,
1787 causing any changes to the pages to be lost, as well as swapped
1788 out pages to be discarded.
1790 @item MADV_HUGEPAGE
1791 @standards{Linux, sys/mman.h}
1792 Indicate that it is beneficial to increase the page size for this
1793 mapping.  This can improve performance for larger mappings because the
1794 system needs to handle far fewer pages.  However, if parts of the
1795 mapping are frequently transferred between storage or different nodes,
1796 performance may suffer because individual transfers can become
1797 substantially larger due to the increased page size.
1799 This flag is specific to Linux.
1801 @item MADV_NOHUGEPAGE
1802 Undo the effect of a previous @code{MADV_HUGEPAGE} advice.  This flag
1803 is specific to Linux.
1805 @end vtable
1807 The POSIX names are slightly different, but with the same meanings:
1809 @vtable @code
1811 @item POSIX_MADV_NORMAL
1812 This corresponds with BSD's @code{MADV_NORMAL}.
1814 @item POSIX_MADV_RANDOM
1815 This corresponds with BSD's @code{MADV_RANDOM}.
1817 @item POSIX_MADV_SEQUENTIAL
1818 This corresponds with BSD's @code{MADV_SEQUENTIAL}.
1820 @item POSIX_MADV_WILLNEED
1821 This corresponds with BSD's @code{MADV_WILLNEED}.
1823 @item POSIX_MADV_DONTNEED
1824 This corresponds with BSD's @code{MADV_DONTNEED}.
1826 @end vtable
1828 @code{madvise} returns @math{0} for success and @math{-1} for
1829 error.  Errors include:
1830 @table @code
1832 @item EINVAL
1833 An invalid region was given, or the @var{advice} was invalid.
1835 @item EFAULT
1836 There is no existing mapping in at least part of the given region.
1838 @end table
1839 @end deftypefun
1841 @deftypefn Function int shm_open (const char *@var{name}, int @var{oflag}, mode_t @var{mode})
1842 @standards{POSIX, sys/mman.h}
1843 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtslocale{}}@asunsafe{@asuinit{} @ascuheap{} @asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{} @acsfd{}}}
1844 @c shm_open @mtslocale @asuinit @ascuheap @asulock @aculock @acsmem @acsfd
1845 @c  libc_once(where_is_shmfs) @mtslocale @asuinit @ascuheap @asulock @aculock @acsmem @acsfd
1846 @c   where_is_shmfs @mtslocale @ascuheap @asulock @aculock @acsmem @acsfd
1847 @c    statfs dup ok
1848 @c    setmntent dup @ascuheap @asulock @acsmem @acsfd @aculock
1849 @c    getmntent_r dup @mtslocale @ascuheap @aculock @acsmem [no @asucorrupt @acucorrupt; exclusive stream]
1850 @c    strcmp dup ok
1851 @c    strlen dup ok
1852 @c    malloc dup @ascuheap @acsmem
1853 @c    mempcpy dup ok
1854 @c    endmntent dup @ascuheap @asulock @aculock @acsmem @acsfd
1855 @c  strlen dup ok
1856 @c  strchr dup ok
1857 @c  mempcpy dup ok
1858 @c  open dup @acsfd
1859 @c  fcntl dup ok
1860 @c  close dup @acsfd
1862 This function returns a file descriptor that can be used to allocate shared
1863 memory via mmap.  Unrelated processes can use same @var{name} to create or
1864 open existing shared memory objects.
1866 A @var{name} argument specifies the shared memory object to be opened.
1867 In @theglibc{} it must be a string smaller than @code{NAME_MAX} bytes starting
1868 with an optional slash but containing no other slashes.
1870 The semantics of @var{oflag} and @var{mode} arguments is same as in @code{open}.
1872 @code{shm_open} returns the file descriptor on success or @math{-1} on error.
1873 On failure @code{errno} is set.
1874 @end deftypefn
1876 @deftypefn Function int shm_unlink (const char *@var{name})
1877 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtslocale{}}@asunsafe{@asuinit{} @ascuheap{} @asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{} @acsfd{}}}
1878 @c shm_unlink @mtslocale @asuinit @ascuheap @asulock @aculock @acsmem @acsfd
1879 @c  libc_once(where_is_shmfs) dup @mtslocale @asuinit @ascuheap @asulock @aculock @acsmem @acsfd
1880 @c  strlen dup ok
1881 @c  strchr dup ok
1882 @c  mempcpy dup ok
1883 @c  unlink dup ok
1885 This function is the inverse of @code{shm_open} and removes the object with
1886 the given @var{name} previously created by @code{shm_open}.
1888 @code{shm_unlink} returns @math{0} on success or @math{-1} on error.
1889 On failure @code{errno} is set.
1890 @end deftypefn
1892 @deftypefun int memfd_create (const char *@var{name}, unsigned int @var{flags})
1893 @standards{Linux, sys/mman.h}
1894 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{@acsfd{}}}
1895 The @code{memfd_create} function returns a file descriptor which can be
1896 used to create memory mappings using the @code{mmap} function.  It is
1897 similar to the @code{shm_open} function in the sense that these mappings
1898 are not backed by actual files.  However, the descriptor returned by
1899 @code{memfd_create} does not correspond to a named object; the
1900 @var{name} argument is used for debugging purposes only (e.g., will
1901 appear in @file{/proc}), and separate invocations of @code{memfd_create}
1902 with the same @var{name} will not return descriptors for the same region
1903 of memory.  The descriptor can also be used to create alias mappings
1904 within the same process.
1906 The descriptor initially refers to a zero-length file.  Before mappings
1907 can be created which are backed by memory, the file size needs to be
1908 increased with the @code{ftruncate} function.  @xref{File Size}.
1910 The @var{flags} argument can be a combination of the following flags:
1912 @vtable @code
1913 @item MFD_CLOEXEC
1914 @standards{Linux, sys/mman.h}
1915 The descriptor is created with the @code{O_CLOEXEC} flag.
1917 @item MFD_ALLOW_SEALING
1918 @standards{Linux, sys/mman.h}
1919 The descriptor supports the addition of seals using the @code{fcntl}
1920 function.
1922 @item MFD_HUGETLB
1923 @standards{Linux, sys/mman.h}
1924 This requests that mappings created using the returned file descriptor
1925 use a larger page size.  See @code{MAP_HUGETLB} above for details.
1927 This flag is incompatible with @code{MFD_ALLOW_SEALING}.
1928 @end vtable
1930 @code{memfd_create} returns a file descriptor on success, and @math{-1}
1931 on failure.
1933 The following @code{errno} error conditions are defined for this
1934 function:
1936 @table @code
1937 @item EINVAL
1938 An invalid combination is specified in @var{flags}, or @var{name} is
1939 too long.
1941 @item EFAULT
1942 The @var{name} argument does not point to a string.
1944 @item EMFILE
1945 The operation would exceed the file descriptor limit for this process.
1947 @item ENFILE
1948 The operation would exceed the system-wide file descriptor limit.
1950 @item ENOMEM
1951 There is not enough memory for the operation.
1952 @end table
1953 @end deftypefun
1955 @node Waiting for I/O
1956 @section Waiting for Input or Output
1957 @cindex waiting for input or output
1958 @cindex multiplexing input
1959 @cindex input from multiple files
1961 Sometimes a program needs to accept input on multiple input channels
1962 whenever input arrives.  For example, some workstations may have devices
1963 such as a digitizing tablet, function button box, or dial box that are
1964 connected via normal asynchronous serial interfaces; good user interface
1965 style requires responding immediately to input on any device.  Another
1966 example is a program that acts as a server to several other processes
1967 via pipes or sockets.
1969 You cannot normally use @code{read} for this purpose, because this
1970 blocks the program until input is available on one particular file
1971 descriptor; input on other channels won't wake it up.  You could set
1972 nonblocking mode and poll each file descriptor in turn, but this is very
1973 inefficient.
1975 A better solution is to use the @code{select} function.  This blocks the
1976 program until input or output is ready on a specified set of file
1977 descriptors, or until a timer expires, whichever comes first.  This
1978 facility is declared in the header file @file{sys/types.h}.
1979 @pindex sys/types.h
1981 In the case of a server socket (@pxref{Listening}), we say that
1982 ``input'' is available when there are pending connections that could be
1983 accepted (@pxref{Accepting Connections}).  @code{accept} for server
1984 sockets blocks and interacts with @code{select} just as @code{read} does
1985 for normal input.
1987 @cindex file descriptor sets, for @code{select}
1988 The file descriptor sets for the @code{select} function are specified
1989 as @code{fd_set} objects.  Here is the description of the data type
1990 and some macros for manipulating these objects.
1992 @deftp {Data Type} fd_set
1993 @standards{BSD, sys/types.h}
1994 The @code{fd_set} data type represents file descriptor sets for the
1995 @code{select} function.  It is actually a bit array.
1996 @end deftp
1998 @deftypevr Macro int FD_SETSIZE
1999 @standards{BSD, sys/types.h}
2000 The value of this macro is the maximum number of file descriptors that a
2001 @code{fd_set} object can hold information about.  On systems with a
2002 fixed maximum number, @code{FD_SETSIZE} is at least that number.  On
2003 some systems, including GNU, there is no absolute limit on the number of
2004 descriptors open, but this macro still has a constant value which
2005 controls the number of bits in an @code{fd_set}; if you get a file
2006 descriptor with a value as high as @code{FD_SETSIZE}, you cannot put
2007 that descriptor into an @code{fd_set}.
2008 @end deftypevr
2010 @deftypefn Macro void FD_ZERO (fd_set *@var{set})
2011 @standards{BSD, sys/types.h}
2012 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:set}}@assafe{}@acsafe{}}
2013 This macro initializes the file descriptor set @var{set} to be the
2014 empty set.
2015 @end deftypefn
2017 @deftypefn Macro void FD_SET (int @var{filedes}, fd_set *@var{set})
2018 @standards{BSD, sys/types.h}
2019 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:set}}@assafe{}@acsafe{}}
2020 @c Setting a bit isn't necessarily atomic, so there's a potential race
2021 @c here if set is not used exclusively.
2022 This macro adds @var{filedes} to the file descriptor set @var{set}.
2024 The @var{filedes} parameter must not have side effects since it is
2025 evaluated more than once.
2026 @end deftypefn
2028 @deftypefn Macro void FD_CLR (int @var{filedes}, fd_set *@var{set})
2029 @standards{BSD, sys/types.h}
2030 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:set}}@assafe{}@acsafe{}}
2031 @c Setting a bit isn't necessarily atomic, so there's a potential race
2032 @c here if set is not used exclusively.
2033 This macro removes @var{filedes} from the file descriptor set @var{set}.
2035 The @var{filedes} parameter must not have side effects since it is
2036 evaluated more than once.
2037 @end deftypefn
2039 @deftypefn Macro int FD_ISSET (int @var{filedes}, const fd_set *@var{set})
2040 @standards{BSD, sys/types.h}
2041 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:set}}@assafe{}@acsafe{}}
2042 This macro returns a nonzero value (true) if @var{filedes} is a member
2043 of the file descriptor set @var{set}, and zero (false) otherwise.
2045 The @var{filedes} parameter must not have side effects since it is
2046 evaluated more than once.
2047 @end deftypefn
2049 Next, here is the description of the @code{select} function itself.
2051 @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})
2052 @standards{BSD, sys/types.h}
2053 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:read-fds} @mtsrace{:write-fds} @mtsrace{:except-fds}}@assafe{}@acsafe{}}
2054 @c The select syscall is preferred, but pselect6 may be used instead,
2055 @c which requires converting timeout to a timespec and back.  The
2056 @c conversions are not atomic.
2057 The @code{select} function blocks the calling process until there is
2058 activity on any of the specified sets of file descriptors, or until the
2059 timeout period has expired.
2061 The file descriptors specified by the @var{read-fds} argument are
2062 checked to see if they are ready for reading; the @var{write-fds} file
2063 descriptors are checked to see if they are ready for writing; and the
2064 @var{except-fds} file descriptors are checked for exceptional
2065 conditions.  You can pass a null pointer for any of these arguments if
2066 you are not interested in checking for that kind of condition.
2068 A file descriptor is considered ready for reading if a @code{read}
2069 call will not block.  This usually includes the read offset being at
2070 the end of the file or there is an error to report.  A server socket
2071 is considered ready for reading if there is a pending connection which
2072 can be accepted with @code{accept}; @pxref{Accepting Connections}.  A
2073 client socket is ready for writing when its connection is fully
2074 established; @pxref{Connecting}.
2076 ``Exceptional conditions'' does not mean errors---errors are reported
2077 immediately when an erroneous system call is executed, and do not
2078 constitute a state of the descriptor.  Rather, they include conditions
2079 such as the presence of an urgent message on a socket.  (@xref{Sockets},
2080 for information on urgent messages.)
2082 The @code{select} function checks only the first @var{nfds} file
2083 descriptors.  The usual thing is to pass @code{FD_SETSIZE} as the value
2084 of this argument.
2086 The @var{timeout} specifies the maximum time to wait.  If you pass a
2087 null pointer for this argument, it means to block indefinitely until one
2088 of the file descriptors is ready.  Otherwise, you should provide the
2089 time in @code{struct timeval} format; see @ref{High-Resolution
2090 Calendar}.  Specify zero as the time (a @code{struct timeval} containing
2091 all zeros) if you want to find out which descriptors are ready without
2092 waiting if none are ready.
2094 The normal return value from @code{select} is the total number of ready file
2095 descriptors in all of the sets.  Each of the argument sets is overwritten
2096 with information about the descriptors that are ready for the corresponding
2097 operation.  Thus, to see if a particular descriptor @var{desc} has input,
2098 use @code{FD_ISSET (@var{desc}, @var{read-fds})} after @code{select} returns.
2100 If @code{select} returns because the timeout period expires, it returns
2101 a value of zero.
2103 Any signal will cause @code{select} to return immediately.  So if your
2104 program uses signals, you can't rely on @code{select} to keep waiting
2105 for the full time specified.  If you want to be sure of waiting for a
2106 particular amount of time, you must check for @code{EINTR} and repeat
2107 the @code{select} with a newly calculated timeout based on the current
2108 time.  See the example below.  See also @ref{Interrupted Primitives}.
2110 If an error occurs, @code{select} returns @code{-1} and does not modify
2111 the argument file descriptor sets.  The following @code{errno} error
2112 conditions are defined for this function:
2114 @table @code
2115 @item EBADF
2116 One of the file descriptor sets specified an invalid file descriptor.
2118 @item EINTR
2119 The operation was interrupted by a signal.  @xref{Interrupted Primitives}.
2121 @item EINVAL
2122 The @var{timeout} argument is invalid; one of the components is negative
2123 or too large.
2124 @end table
2125 @end deftypefun
2127 @strong{Portability Note:}  The @code{select} function is a BSD Unix
2128 feature.
2130 Here is an example showing how you can use @code{select} to establish a
2131 timeout period for reading from a file descriptor.  The @code{input_timeout}
2132 function blocks the calling process until input is available on the
2133 file descriptor, or until the timeout period expires.
2135 @smallexample
2136 @include select.c.texi
2137 @end smallexample
2139 There is another example showing the use of @code{select} to multiplex
2140 input from multiple sockets in @ref{Server Example}.
2143 @node Synchronizing I/O
2144 @section Synchronizing I/O operations
2146 @cindex synchronizing
2147 In most modern operating systems, the normal I/O operations are not
2148 executed synchronously.  I.e., even if a @code{write} system call
2149 returns, this does not mean the data is actually written to the media,
2150 e.g., the disk.
2152 In situations where synchronization points are necessary, you can use
2153 special functions which ensure that all operations finish before
2154 they return.
2156 @deftypefun void sync (void)
2157 @standards{X/Open, unistd.h}
2158 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2159 A call to this function will not return as long as there is data which
2160 has not been written to the device.  All dirty buffers in the kernel will
2161 be written and so an overall consistent system can be achieved (if no
2162 other process in parallel writes data).
2164 A prototype for @code{sync} can be found in @file{unistd.h}.
2165 @end deftypefun
2167 Programs more often want to ensure that data written to a given file is
2168 committed, rather than all data in the system.  For this, @code{sync} is overkill.
2171 @deftypefun int fsync (int @var{fildes})
2172 @standards{POSIX, unistd.h}
2173 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2174 The @code{fsync} function can be used to make sure all data associated with
2175 the open file @var{fildes} is written to the device associated with the
2176 descriptor.  The function call does not return unless all actions have
2177 finished.
2179 A prototype for @code{fsync} can be found in @file{unistd.h}.
2181 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
2182 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
2183 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{fsync} is
2184 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
2185 until the program ends.  To avoid this, calls to @code{fsync} should be
2186 protected using cancellation handlers.
2187 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
2189 The return value of the function is zero if no error occurred.  Otherwise
2190 it is @math{-1} and the global variable @var{errno} is set to the
2191 following values:
2192 @table @code
2193 @item EBADF
2194 The descriptor @var{fildes} is not valid.
2196 @item EINVAL
2197 No synchronization is possible since the system does not implement this.
2198 @end table
2199 @end deftypefun
2201 Sometimes it is not even necessary to write all data associated with a
2202 file descriptor.  E.g., in database files which do not change in size it
2203 is enough to write all the file content data to the device.
2204 Meta-information, like the modification time etc., are not that important
2205 and leaving such information uncommitted does not prevent a successful
2206 recovery of the file in case of a problem.
2208 @deftypefun int fdatasync (int @var{fildes})
2209 @standards{POSIX, unistd.h}
2210 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2211 When a call to the @code{fdatasync} function returns, it is ensured
2212 that all of the file data is written to the device.  For all pending I/O
2213 operations, the parts guaranteeing data integrity finished.
2215 Not all systems implement the @code{fdatasync} operation.  On systems
2216 missing this functionality @code{fdatasync} is emulated by a call to
2217 @code{fsync} since the performed actions are a superset of those
2218 required by @code{fdatasync}.
2220 The prototype for @code{fdatasync} is in @file{unistd.h}.
2222 The return value of the function is zero if no error occurred.  Otherwise
2223 it is @math{-1} and the global variable @var{errno} is set to the
2224 following values:
2225 @table @code
2226 @item EBADF
2227 The descriptor @var{fildes} is not valid.
2229 @item EINVAL
2230 No synchronization is possible since the system does not implement this.
2231 @end table
2232 @end deftypefun
2235 @node Asynchronous I/O
2236 @section Perform I/O Operations in Parallel
2238 The POSIX.1b standard defines a new set of I/O operations which can
2239 significantly reduce the time an application spends waiting for I/O.  The
2240 new functions allow a program to initiate one or more I/O operations and
2241 then immediately resume normal work while the I/O operations are
2242 executed in parallel.  This functionality is available if the
2243 @file{unistd.h} file defines the symbol @code{_POSIX_ASYNCHRONOUS_IO}.
2245 These functions are part of the library with realtime functions named
2246 @file{librt}.  They are not actually part of the @file{libc} binary.
2247 The implementation of these functions can be done using support in the
2248 kernel (if available) or using an implementation based on threads at
2249 userlevel.  In the latter case it might be necessary to link applications
2250 with the thread library @file{libpthread} in addition to @file{librt}.
2252 All AIO operations operate on files which were opened previously.  There
2253 might be arbitrarily many operations running for one file.  The
2254 asynchronous I/O operations are controlled using a data structure named
2255 @code{struct aiocb} (@dfn{AIO control block}).  It is defined in
2256 @file{aio.h} as follows.
2258 @deftp {Data Type} {struct aiocb}
2259 @standards{POSIX.1b, aio.h}
2260 The POSIX.1b standard mandates that the @code{struct aiocb} structure
2261 contains at least the members described in the following table.  There
2262 might be more elements which are used by the implementation, but
2263 depending upon these elements is not portable and is highly deprecated.
2265 @table @code
2266 @item int aio_fildes
2267 This element specifies the file descriptor to be used for the
2268 operation.  It must be a legal descriptor, otherwise the operation will
2269 fail.
2271 The device on which the file is opened must allow the seek operation.
2272 I.e., it is not possible to use any of the AIO operations on devices
2273 like terminals where an @code{lseek} call would lead to an error.
2275 @item off_t aio_offset
2276 This element specifies the offset in the file at which the operation (input
2277 or output) is performed.  Since the operations are carried out in arbitrary
2278 order and more than one operation for one file descriptor can be
2279 started, one cannot expect a current read/write position of the file
2280 descriptor.
2282 @item volatile void *aio_buf
2283 This is a pointer to the buffer with the data to be written or the place
2284 where the read data is stored.
2286 @item size_t aio_nbytes
2287 This element specifies the length of the buffer pointed to by @code{aio_buf}.
2289 @item int aio_reqprio
2290 If the platform has defined @code{_POSIX_PRIORITIZED_IO} and
2291 @code{_POSIX_PRIORITY_SCHEDULING}, the AIO requests are
2292 processed based on the current scheduling priority.  The
2293 @code{aio_reqprio} element can then be used to lower the priority of the
2294 AIO operation.
2296 @item struct sigevent aio_sigevent
2297 This element specifies how the calling process is notified once the
2298 operation terminates.  If the @code{sigev_notify} element is
2299 @code{SIGEV_NONE}, no notification is sent.  If it is @code{SIGEV_SIGNAL},
2300 the signal determined by @code{sigev_signo} is sent.  Otherwise,
2301 @code{sigev_notify} must be @code{SIGEV_THREAD}.  In this case, a thread
2302 is created which starts executing the function pointed to by
2303 @code{sigev_notify_function}.
2305 @item int aio_lio_opcode
2306 This element is only used by the @code{lio_listio} and
2307 @code{lio_listio64} functions.  Since these functions allow an
2308 arbitrary number of operations to start at once, and each operation can be
2309 input or output (or nothing), the information must be stored in the
2310 control block.  The possible values are:
2312 @vtable @code
2313 @item LIO_READ
2314 Start a read operation.  Read from the file at position
2315 @code{aio_offset} and store the next @code{aio_nbytes} bytes in the
2316 buffer pointed to by @code{aio_buf}.
2318 @item LIO_WRITE
2319 Start a write operation.  Write @code{aio_nbytes} bytes starting at
2320 @code{aio_buf} into the file starting at position @code{aio_offset}.
2322 @item LIO_NOP
2323 Do nothing for this control block.  This value is useful sometimes when
2324 an array of @code{struct aiocb} values contains holes, i.e., some of the
2325 values must not be handled although the whole array is presented to the
2326 @code{lio_listio} function.
2327 @end vtable
2328 @end table
2330 When the sources are compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
2331 32 bit machine, this type is in fact @code{struct aiocb64}, since the LFS
2332 interface transparently replaces the @code{struct aiocb} definition.
2333 @end deftp
2335 For use with the AIO functions defined in the LFS, there is a similar type
2336 defined which replaces the types of the appropriate members with larger
2337 types but otherwise is equivalent to @code{struct aiocb}.  Particularly,
2338 all member names are the same.
2340 @deftp {Data Type} {struct aiocb64}
2341 @standards{POSIX.1b, aio.h}
2342 @table @code
2343 @item int aio_fildes
2344 This element specifies the file descriptor which is used for the
2345 operation.  It must be a legal descriptor since otherwise the operation
2346 fails for obvious reasons.
2348 The device on which the file is opened must allow the seek operation.
2349 I.e., it is not possible to use any of the AIO operations on devices
2350 like terminals where an @code{lseek} call would lead to an error.
2352 @item off64_t aio_offset
2353 This element specifies at which offset in the file the operation (input
2354 or output) is performed.  Since the operation are carried in arbitrary
2355 order and more than one operation for one file descriptor can be
2356 started, one cannot expect a current read/write position of the file
2357 descriptor.
2359 @item volatile void *aio_buf
2360 This is a pointer to the buffer with the data to be written or the place
2361 where the read data is stored.
2363 @item size_t aio_nbytes
2364 This element specifies the length of the buffer pointed to by @code{aio_buf}.
2366 @item int aio_reqprio
2367 If for the platform @code{_POSIX_PRIORITIZED_IO} and
2368 @code{_POSIX_PRIORITY_SCHEDULING} are defined the AIO requests are
2369 processed based on the current scheduling priority.  The
2370 @code{aio_reqprio} element can then be used to lower the priority of the
2371 AIO operation.
2373 @item struct sigevent aio_sigevent
2374 This element specifies how the calling process is notified once the
2375 operation terminates.  If the @code{sigev_notify} element is
2376 @code{SIGEV_NONE} no notification is sent.  If it is @code{SIGEV_SIGNAL},
2377 the signal determined by @code{sigev_signo} is sent.  Otherwise,
2378 @code{sigev_notify} must be @code{SIGEV_THREAD} in which case a thread
2379 is created which starts executing the function pointed to by
2380 @code{sigev_notify_function}.
2382 @item int aio_lio_opcode
2383 This element is only used by the @code{lio_listio} and
2384 @code{lio_listio64} functions.  Since these functions allow an
2385 arbitrary number of operations to start at once, and since each operation can be
2386 input or output (or nothing), the information must be stored in the
2387 control block.  See the description of @code{struct aiocb} for a description
2388 of the possible values.
2389 @end table
2391 When the sources are compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
2392 32 bit machine, this type is available under the name @code{struct
2393 aiocb64}, since the LFS transparently replaces the old interface.
2394 @end deftp
2396 @menu
2397 * Asynchronous Reads/Writes::    Asynchronous Read and Write Operations.
2398 * Status of AIO Operations::     Getting the Status of AIO Operations.
2399 * Synchronizing AIO Operations:: Getting into a consistent state.
2400 * Cancel AIO Operations::        Cancellation of AIO Operations.
2401 * Configuration of AIO::         How to optimize the AIO implementation.
2402 @end menu
2404 @node Asynchronous Reads/Writes
2405 @subsection Asynchronous Read and Write Operations
2407 @deftypefun int aio_read (struct aiocb *@var{aiocbp})
2408 @standards{POSIX.1b, aio.h}
2409 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
2410 @c Calls aio_enqueue_request.
2411 @c aio_enqueue_request @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2412 @c  pthread_self ok
2413 @c  pthread_getschedparam @asulock @aculock
2414 @c   lll_lock (pthread descriptor's lock) @asulock @aculock
2415 @c   sched_getparam ok
2416 @c   sched_getscheduler ok
2417 @c   lll_unlock @aculock
2418 @c  pthread_mutex_lock (aio_requests_mutex) @asulock @aculock
2419 @c  get_elem @ascuheap @acsmem [@asucorrupt @acucorrupt]
2420 @c   realloc @ascuheap @acsmem
2421 @c   calloc @ascuheap @acsmem
2422 @c  aio_create_helper_thread @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2423 @c   pthread_attr_init ok
2424 @c   pthread_attr_setdetachstate ok
2425 @c   pthread_get_minstack ok
2426 @c   pthread_attr_setstacksize ok
2427 @c   sigfillset ok
2428 @c    memset ok
2429 @c    sigdelset ok
2430 @c   SYSCALL rt_sigprocmask ok
2431 @c   pthread_create @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2432 @c    lll_lock (default_pthread_attr_lock) @asulock @aculock
2433 @c    alloca/malloc @ascuheap @acsmem
2434 @c    lll_unlock @aculock
2435 @c    allocate_stack @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2436 @c     getpagesize dup
2437 @c     lll_lock (default_pthread_attr_lock) @asulock @aculock
2438 @c     lll_unlock @aculock
2439 @c     _dl_allocate_tls @ascuheap @acsmem
2440 @c      _dl_allocate_tls_storage @ascuheap @acsmem
2441 @c       memalign @ascuheap @acsmem
2442 @c       memset ok
2443 @c       allocate_dtv dup
2444 @c       free @ascuheap @acsmem
2445 @c      allocate_dtv @ascuheap @acsmem
2446 @c       calloc @ascuheap @acsmem
2447 @c       INSTALL_DTV ok
2448 @c     list_add dup
2449 @c     get_cached_stack
2450 @c      lll_lock (stack_cache_lock) @asulock @aculock
2451 @c      list_for_each ok
2452 @c      list_entry dup
2453 @c      FREE_P dup
2454 @c      stack_list_del dup
2455 @c      stack_list_add dup
2456 @c      lll_unlock @aculock
2457 @c      _dl_allocate_tls_init ok
2458 @c       GET_DTV ok
2459 @c     mmap ok
2460 @c     atomic_increment_val ok
2461 @c     munmap ok
2462 @c     change_stack_perm ok
2463 @c      mprotect ok
2464 @c     mprotect ok
2465 @c     stack_list_del dup
2466 @c     _dl_deallocate_tls dup
2467 @c     munmap ok
2468 @c    THREAD_COPY_STACK_GUARD ok
2469 @c    THREAD_COPY_POINTER_GUARD ok
2470 @c    atomic_exchange_acq ok
2471 @c    lll_futex_wake ok
2472 @c    deallocate_stack @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2473 @c     lll_lock (state_cache_lock) @asulock @aculock
2474 @c     stack_list_del ok
2475 @c      atomic_write_barrier ok
2476 @c      list_del ok
2477 @c      atomic_write_barrier ok
2478 @c     queue_stack @ascuheap @acsmem
2479 @c      stack_list_add ok
2480 @c       atomic_write_barrier ok
2481 @c       list_add ok
2482 @c       atomic_write_barrier ok
2483 @c      free_stacks @ascuheap @acsmem
2484 @c       list_for_each_prev_safe ok
2485 @c       list_entry ok
2486 @c       FREE_P ok
2487 @c       stack_list_del dup
2488 @c       _dl_deallocate_tls dup
2489 @c       munmap ok
2490 @c     _dl_deallocate_tls @ascuheap @acsmem
2491 @c      free @ascuheap @acsmem
2492 @c     lll_unlock @aculock
2493 @c    create_thread @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2494 @c     td_eventword
2495 @c     td_eventmask
2496 @c     do_clone @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2497 @c      PREPARE_CREATE ok
2498 @c      lll_lock (pd->lock) @asulock @aculock
2499 @c      atomic_increment ok
2500 @c      clone ok
2501 @c      atomic_decrement ok
2502 @c      atomic_exchange_acq ok
2503 @c      lll_futex_wake ok
2504 @c      deallocate_stack dup
2505 @c      sched_setaffinity ok
2506 @c      tgkill ok
2507 @c      sched_setscheduler ok
2508 @c     atomic_compare_and_exchange_bool_acq ok
2509 @c     nptl_create_event ok
2510 @c     lll_unlock (pd->lock) @aculock
2511 @c    free @ascuheap @acsmem
2512 @c   pthread_attr_destroy ok (cpuset won't be set, so free isn't called)
2513 @c  add_request_to_runlist ok
2514 @c  pthread_cond_signal ok
2515 @c  aio_free_request ok
2516 @c  pthread_mutex_unlock @aculock
2518 @c (in the new thread, initiated with clone)
2519 @c    start_thread ok
2520 @c     HP_TIMING_NOW ok
2521 @c     ctype_init @mtslocale
2522 @c     atomic_exchange_acq ok
2523 @c     lll_futex_wake ok
2524 @c     sigemptyset ok
2525 @c     sigaddset ok
2526 @c     setjmp ok
2527 @c     CANCEL_ASYNC -> pthread_enable_asynccancel ok
2528 @c      do_cancel ok
2529 @c       pthread_unwind ok
2530 @c        Unwind_ForcedUnwind or longjmp ok [@ascuheap @acsmem?]
2531 @c     lll_lock @asulock @aculock
2532 @c     lll_unlock @asulock @aculock
2533 @c     CANCEL_RESET -> pthread_disable_asynccancel ok
2534 @c      lll_futex_wait ok
2535 @c     ->start_routine ok -----
2536 @c     call_tls_dtors @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2537 @c      user-supplied dtor
2538 @c      rtld_lock_lock_recursive (dl_load_lock) @asulock @aculock
2539 @c      rtld_lock_unlock_recursive @aculock
2540 @c      free @ascuheap @acsmem
2541 @c     nptl_deallocate_tsd @ascuheap @acsmem
2542 @c      tsd user-supplied dtors ok
2543 @c      free @ascuheap @acsmem
2544 @c     libc_thread_freeres
2545 @c      libc_thread_subfreeres ok
2546 @c     atomic_decrement_and_test ok
2547 @c     td_eventword ok
2548 @c     td_eventmask ok
2549 @c     atomic_compare_exchange_bool_acq ok
2550 @c     nptl_death_event ok
2551 @c     lll_robust_dead ok
2552 @c     getpagesize ok
2553 @c     madvise ok
2554 @c     free_tcb @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2555 @c      free @ascuheap @acsmem
2556 @c      deallocate_stack @asulock @ascuheap @aculock @acsmem
2557 @c     lll_futex_wait ok
2558 @c     exit_thread_inline ok
2559 @c      syscall(exit) ok
2561 This function initiates an asynchronous read operation.  It
2562 immediately returns after the operation was enqueued or when an
2563 error was encountered.
2565 The first @code{aiocbp->aio_nbytes} bytes of the file for which
2566 @code{aiocbp->aio_fildes} is a descriptor are written to the buffer
2567 starting at @code{aiocbp->aio_buf}.  Reading starts at the absolute
2568 position @code{aiocbp->aio_offset} in the file.
2570 If prioritized I/O is supported by the platform the
2571 @code{aiocbp->aio_reqprio} value is used to adjust the priority before
2572 the request is actually enqueued.
2574 The calling process is notified about the termination of the read
2575 request according to the @code{aiocbp->aio_sigevent} value.
2577 When @code{aio_read} returns, the return value is zero if no error
2578 occurred that can be found before the process is enqueued.  If such an
2579 early error is found, the function returns @math{-1} and sets
2580 @code{errno} to one of the following values:
2582 @table @code
2583 @item EAGAIN
2584 The request was not enqueued due to (temporarily) exceeded resource
2585 limitations.
2586 @item ENOSYS
2587 The @code{aio_read} function is not implemented.
2588 @item EBADF
2589 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.  This condition
2590 need not be recognized before enqueueing the request and so this error
2591 might also be signaled asynchronously.
2592 @item EINVAL
2593 The @code{aiocbp->aio_offset} or @code{aiocbp->aio_reqpiro} value is
2594 invalid.  This condition need not be recognized before enqueueing the
2595 request and so this error might also be signaled asynchronously.
2596 @end table
2598 If @code{aio_read} returns zero, the current status of the request
2599 can be queried using @code{aio_error} and @code{aio_return} functions.
2600 As long as the value returned by @code{aio_error} is @code{EINPROGRESS}
2601 the operation has not yet completed.  If @code{aio_error} returns zero,
2602 the operation successfully terminated, otherwise the value is to be
2603 interpreted as an error code.  If the function terminated, the result of
2604 the operation can be obtained using a call to @code{aio_return}.  The
2605 returned value is the same as an equivalent call to @code{read} would
2606 have returned.  Possible error codes returned by @code{aio_error} are:
2608 @table @code
2609 @item EBADF
2610 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.
2611 @item ECANCELED
2612 The operation was canceled before the operation was finished
2613 (@pxref{Cancel AIO Operations})
2614 @item EINVAL
2615 The @code{aiocbp->aio_offset} value is invalid.
2616 @end table
2618 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2619 function is in fact @code{aio_read64} since the LFS interface transparently
2620 replaces the normal implementation.
2621 @end deftypefun
2623 @deftypefun int aio_read64 (struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2624 @standards{Unix98, aio.h}
2625 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
2626 This function is similar to the @code{aio_read} function.  The only
2627 difference is that on @w{32 bit} machines, the file descriptor should
2628 be opened in the large file mode.  Internally, @code{aio_read64} uses
2629 functionality equivalent to @code{lseek64} (@pxref{File Position
2630 Primitive}) to position the file descriptor correctly for the reading,
2631 as opposed to the @code{lseek} functionality used in @code{aio_read}.
2633 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2634 function is available under the name @code{aio_read} and so transparently
2635 replaces the interface for small files on 32 bit machines.
2636 @end deftypefun
2638 To write data asynchronously to a file, there exists an equivalent pair
2639 of functions with a very similar interface.
2641 @deftypefun int aio_write (struct aiocb *@var{aiocbp})
2642 @standards{POSIX.1b, aio.h}
2643 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
2644 This function initiates an asynchronous write operation.  The function
2645 call immediately returns after the operation was enqueued or if before
2646 this happens an error was encountered.
2648 The first @code{aiocbp->aio_nbytes} bytes from the buffer starting at
2649 @code{aiocbp->aio_buf} are written to the file for which
2650 @code{aiocbp->aio_fildes} is a descriptor, starting at the absolute
2651 position @code{aiocbp->aio_offset} in the file.
2653 If prioritized I/O is supported by the platform, the
2654 @code{aiocbp->aio_reqprio} value is used to adjust the priority before
2655 the request is actually enqueued.
2657 The calling process is notified about the termination of the read
2658 request according to the @code{aiocbp->aio_sigevent} value.
2660 When @code{aio_write} returns, the return value is zero if no error
2661 occurred that can be found before the process is enqueued.  If such an
2662 early error is found the function returns @math{-1} and sets
2663 @code{errno} to one of the following values.
2665 @table @code
2666 @item EAGAIN
2667 The request was not enqueued due to (temporarily) exceeded resource
2668 limitations.
2669 @item ENOSYS
2670 The @code{aio_write} function is not implemented.
2671 @item EBADF
2672 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.  This condition
2673 may not be recognized before enqueueing the request, and so this error
2674 might also be signaled asynchronously.
2675 @item EINVAL
2676 The @code{aiocbp->aio_offset} or @code{aiocbp->aio_reqprio} value is
2677 invalid.  This condition may not be recognized before enqueueing the
2678 request and so this error might also be signaled asynchronously.
2679 @end table
2681 In the case @code{aio_write} returns zero, the current status of the
2682 request can be queried using the @code{aio_error} and @code{aio_return}
2683 functions.  As long as the value returned by @code{aio_error} is
2684 @code{EINPROGRESS} the operation has not yet completed.  If
2685 @code{aio_error} returns zero, the operation successfully terminated,
2686 otherwise the value is to be interpreted as an error code.  If the
2687 function terminated, the result of the operation can be obtained using a call
2688 to @code{aio_return}.  The returned value is the same as an equivalent
2689 call to @code{read} would have returned.  Possible error codes returned
2690 by @code{aio_error} are:
2692 @table @code
2693 @item EBADF
2694 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.
2695 @item ECANCELED
2696 The operation was canceled before the operation was finished.
2697 (@pxref{Cancel AIO Operations})
2698 @item EINVAL
2699 The @code{aiocbp->aio_offset} value is invalid.
2700 @end table
2702 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2703 function is in fact @code{aio_write64} since the LFS interface transparently
2704 replaces the normal implementation.
2705 @end deftypefun
2707 @deftypefun int aio_write64 (struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2708 @standards{Unix98, aio.h}
2709 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
2710 This function is similar to the @code{aio_write} function.  The only
2711 difference is that on @w{32 bit} machines the file descriptor should
2712 be opened in the large file mode.  Internally @code{aio_write64} uses
2713 functionality equivalent to @code{lseek64} (@pxref{File Position
2714 Primitive}) to position the file descriptor correctly for the writing,
2715 as opposed to the @code{lseek} functionality used in @code{aio_write}.
2717 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2718 function is available under the name @code{aio_write} and so transparently
2719 replaces the interface for small files on 32 bit machines.
2720 @end deftypefun
2722 Besides these functions with the more or less traditional interface,
2723 POSIX.1b also defines a function which can initiate more than one
2724 operation at a time, and which can handle freely mixed read and write
2725 operations.  It is therefore similar to a combination of @code{readv} and
2726 @code{writev}.
2728 @deftypefun int lio_listio (int @var{mode}, struct aiocb *const @var{list}[], int @var{nent}, struct sigevent *@var{sig})
2729 @standards{POSIX.1b, aio.h}
2730 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
2731 @c Call lio_listio_internal, that takes the aio_requests_mutex lock and
2732 @c enqueues each request.  Then, it waits for notification or prepares
2733 @c for it before releasing the lock.  Even though it performs memory
2734 @c allocation and locking of its own, it doesn't add any classes of
2735 @c safety issues that aren't already covered by aio_enqueue_request.
2736 The @code{lio_listio} function can be used to enqueue an arbitrary
2737 number of read and write requests at one time.  The requests can all be
2738 meant for the same file, all for different files or every solution in
2739 between.
2741 @code{lio_listio} gets the @var{nent} requests from the array pointed to
2742 by @var{list}.  The operation to be performed is determined by the
2743 @code{aio_lio_opcode} member in each element of @var{list}.  If this
2744 field is @code{LIO_READ} a read operation is enqueued, similar to a call
2745 of @code{aio_read} for this element of the array (except that the way
2746 the termination is signalled is different, as we will see below).  If
2747 the @code{aio_lio_opcode} member is @code{LIO_WRITE} a write operation
2748 is enqueued.  Otherwise the @code{aio_lio_opcode} must be @code{LIO_NOP}
2749 in which case this element of @var{list} is simply ignored.  This
2750 ``operation'' is useful in situations where one has a fixed array of
2751 @code{struct aiocb} elements from which only a few need to be handled at
2752 a time.  Another situation is where the @code{lio_listio} call was
2753 canceled before all requests are processed (@pxref{Cancel AIO
2754 Operations}) and the remaining requests have to be reissued.
2756 The other members of each element of the array pointed to by
2757 @code{list} must have values suitable for the operation as described in
2758 the documentation for @code{aio_read} and @code{aio_write} above.
2760 The @var{mode} argument determines how @code{lio_listio} behaves after
2761 having enqueued all the requests.  If @var{mode} is @code{LIO_WAIT} it
2762 waits until all requests terminated.  Otherwise @var{mode} must be
2763 @code{LIO_NOWAIT} and in this case the function returns immediately after
2764 having enqueued all the requests.  In this case the caller gets a
2765 notification of the termination of all requests according to the
2766 @var{sig} parameter.  If @var{sig} is @code{NULL} no notification is
2767 sent.  Otherwise a signal is sent or a thread is started, just as
2768 described in the description for @code{aio_read} or @code{aio_write}.
2770 If @var{mode} is @code{LIO_WAIT}, the return value of @code{lio_listio}
2771 is @math{0} when all requests completed successfully.  Otherwise the
2772 function returns @math{-1} and @code{errno} is set accordingly.  To find
2773 out which request or requests failed one has to use the @code{aio_error}
2774 function on all the elements of the array @var{list}.
2776 In case @var{mode} is @code{LIO_NOWAIT}, the function returns @math{0} if
2777 all requests were enqueued correctly.  The current state of the requests
2778 can be found using @code{aio_error} and @code{aio_return} as described
2779 above.  If @code{lio_listio} returns @math{-1} in this mode, the
2780 global variable @code{errno} is set accordingly.  If a request did not
2781 yet terminate, a call to @code{aio_error} returns @code{EINPROGRESS}.  If
2782 the value is different, the request is finished and the error value (or
2783 @math{0}) is returned and the result of the operation can be retrieved
2784 using @code{aio_return}.
2786 Possible values for @code{errno} are:
2788 @table @code
2789 @item EAGAIN
2790 The resources necessary to queue all the requests are not available at
2791 the moment.  The error status for each element of @var{list} must be
2792 checked to determine which request failed.
2794 Another reason could be that the system wide limit of AIO requests is
2795 exceeded.  This cannot be the case for the implementation on @gnusystems{}
2796 since no arbitrary limits exist.
2797 @item EINVAL
2798 The @var{mode} parameter is invalid or @var{nent} is larger than
2799 @code{AIO_LISTIO_MAX}.
2800 @item EIO
2801 One or more of the request's I/O operations failed.  The error status of
2802 each request should be checked to determine which one failed.
2803 @item ENOSYS
2804 The @code{lio_listio} function is not supported.
2805 @end table
2807 If the @var{mode} parameter is @code{LIO_NOWAIT} and the caller cancels
2808 a request, the error status for this request returned by
2809 @code{aio_error} is @code{ECANCELED}.
2811 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2812 function is in fact @code{lio_listio64} since the LFS interface
2813 transparently replaces the normal implementation.
2814 @end deftypefun
2816 @deftypefun int lio_listio64 (int @var{mode}, struct aiocb64 *const @var{list}[], int @var{nent}, struct sigevent *@var{sig})
2817 @standards{Unix98, aio.h}
2818 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
2819 This function is similar to the @code{lio_listio} function.  The only
2820 difference is that on @w{32 bit} machines, the file descriptor should
2821 be opened in the large file mode.  Internally, @code{lio_listio64} uses
2822 functionality equivalent to @code{lseek64} (@pxref{File Position
2823 Primitive}) to position the file descriptor correctly for the reading or
2824 writing, as opposed to the @code{lseek} functionality used in
2825 @code{lio_listio}.
2827 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2828 function is available under the name @code{lio_listio} and so
2829 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2830 machines.
2831 @end deftypefun
2833 @node Status of AIO Operations
2834 @subsection Getting the Status of AIO Operations
2836 As already described in the documentation of the functions in the last
2837 section, it must be possible to get information about the status of an I/O
2838 request.  When the operation is performed truly asynchronously (as with
2839 @code{aio_read} and @code{aio_write} and with @code{lio_listio} when the
2840 mode is @code{LIO_NOWAIT}), one sometimes needs to know whether a
2841 specific request already terminated and if so, what the result was.
2842 The following two functions allow you to get this kind of information.
2844 @deftypefun int aio_error (const struct aiocb *@var{aiocbp})
2845 @standards{POSIX.1b, aio.h}
2846 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2847 This function determines the error state of the request described by the
2848 @code{struct aiocb} variable pointed to by @var{aiocbp}.  If the
2849 request has not yet terminated the value returned is always
2850 @code{EINPROGRESS}.  Once the request has terminated the value
2851 @code{aio_error} returns is either @math{0} if the request completed
2852 successfully or it returns the value which would be stored in the
2853 @code{errno} variable if the request would have been done using
2854 @code{read}, @code{write}, or @code{fsync}.
2856 The function can return @code{ENOSYS} if it is not implemented.  It
2857 could also return @code{EINVAL} if the @var{aiocbp} parameter does not
2858 refer to an asynchronous operation whose return status is not yet known.
2860 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2861 function is in fact @code{aio_error64} since the LFS interface
2862 transparently replaces the normal implementation.
2863 @end deftypefun
2865 @deftypefun int aio_error64 (const struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2866 @standards{Unix98, aio.h}
2867 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2868 This function is similar to @code{aio_error} with the only difference
2869 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2870 aiocb64}.
2872 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2873 function is available under the name @code{aio_error} and so
2874 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2875 machines.
2876 @end deftypefun
2878 @deftypefun ssize_t aio_return (struct aiocb *@var{aiocbp})
2879 @standards{POSIX.1b, aio.h}
2880 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2881 This function can be used to retrieve the return status of the operation
2882 carried out by the request described in the variable pointed to by
2883 @var{aiocbp}.  As long as the error status of this request as returned
2884 by @code{aio_error} is @code{EINPROGRESS} the return value of this function is
2885 undefined.
2887 Once the request is finished this function can be used exactly once to
2888 retrieve the return value.  Following calls might lead to undefined
2889 behavior.  The return value itself is the value which would have been
2890 returned by the @code{read}, @code{write}, or @code{fsync} call.
2892 The function can return @code{ENOSYS} if it is not implemented.  It
2893 could also return @code{EINVAL} if the @var{aiocbp} parameter does not
2894 refer to an asynchronous operation whose return status is not yet known.
2896 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2897 function is in fact @code{aio_return64} since the LFS interface
2898 transparently replaces the normal implementation.
2899 @end deftypefun
2901 @deftypefun ssize_t aio_return64 (struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2902 @standards{Unix98, aio.h}
2903 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
2904 This function is similar to @code{aio_return} with the only difference
2905 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2906 aiocb64}.
2908 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2909 function is available under the name @code{aio_return} and so
2910 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2911 machines.
2912 @end deftypefun
2914 @node Synchronizing AIO Operations
2915 @subsection Getting into a Consistent State
2917 When dealing with asynchronous operations it is sometimes necessary to
2918 get into a consistent state.  This would mean for AIO that one wants to
2919 know whether a certain request or a group of requests were processed.
2920 This could be done by waiting for the notification sent by the system
2921 after the operation terminated, but this sometimes would mean wasting
2922 resources (mainly computation time).  Instead POSIX.1b defines two
2923 functions which will help with most kinds of consistency.
2925 The @code{aio_fsync} and @code{aio_fsync64} functions are only available
2926 if the symbol @code{_POSIX_SYNCHRONIZED_IO} is defined in @file{unistd.h}.
2928 @cindex synchronizing
2929 @deftypefun int aio_fsync (int @var{op}, struct aiocb *@var{aiocbp})
2930 @standards{POSIX.1b, aio.h}
2931 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
2932 @c After fcntl to check that the FD is open, it calls
2933 @c aio_enqueue_request.
2934 Calling this function forces all I/O operations queued at the
2935 time of the function call operating on the file descriptor
2936 @code{aiocbp->aio_fildes} into the synchronized I/O completion state
2937 (@pxref{Synchronizing I/O}).  The @code{aio_fsync} function returns
2938 immediately but the notification through the method described in
2939 @code{aiocbp->aio_sigevent} will happen only after all requests for this
2940 file descriptor have terminated and the file is synchronized.  This also
2941 means that requests for this very same file descriptor which are queued
2942 after the synchronization request are not affected.
2944 If @var{op} is @code{O_DSYNC} the synchronization happens as with a call
2945 to @code{fdatasync}.  Otherwise @var{op} should be @code{O_SYNC} and
2946 the synchronization happens as with @code{fsync}.
2948 As long as the synchronization has not happened, a call to
2949 @code{aio_error} with the reference to the object pointed to by
2950 @var{aiocbp} returns @code{EINPROGRESS}.  Once the synchronization is
2951 done @code{aio_error} return @math{0} if the synchronization was not
2952 successful.  Otherwise the value returned is the value to which the
2953 @code{fsync} or @code{fdatasync} function would have set the
2954 @code{errno} variable.  In this case nothing can be assumed about the
2955 consistency of the data written to this file descriptor.
2957 The return value of this function is @math{0} if the request was
2958 successfully enqueued.  Otherwise the return value is @math{-1} and
2959 @code{errno} is set to one of the following values:
2961 @table @code
2962 @item EAGAIN
2963 The request could not be enqueued due to temporary lack of resources.
2964 @item EBADF
2965 The file descriptor @code{@var{aiocbp}->aio_fildes} is not valid.
2966 @item EINVAL
2967 The implementation does not support I/O synchronization or the @var{op}
2968 parameter is other than @code{O_DSYNC} and @code{O_SYNC}.
2969 @item ENOSYS
2970 This function is not implemented.
2971 @end table
2973 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2974 function is in fact @code{aio_fsync64} since the LFS interface
2975 transparently replaces the normal implementation.
2976 @end deftypefun
2978 @deftypefun int aio_fsync64 (int @var{op}, struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2979 @standards{Unix98, aio.h}
2980 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
2981 This function is similar to @code{aio_fsync} with the only difference
2982 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2983 aiocb64}.
2985 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2986 function is available under the name @code{aio_fsync} and so
2987 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2988 machines.
2989 @end deftypefun
2991 Another method of synchronization is to wait until one or more requests of a
2992 specific set terminated.  This could be achieved by the @code{aio_*}
2993 functions to notify the initiating process about the termination but in
2994 some situations this is not the ideal solution.  In a program which
2995 constantly updates clients somehow connected to the server it is not
2996 always the best solution to go round robin since some connections might
2997 be slow.  On the other hand letting the @code{aio_*} functions notify the
2998 caller might also be not the best solution since whenever the process
2999 works on preparing data for a client it makes no sense to be
3000 interrupted by a notification since the new client will not be handled
3001 before the current client is served.  For situations like this
3002 @code{aio_suspend} should be used.
3004 @deftypefun int aio_suspend (const struct aiocb *const @var{list}[], int @var{nent}, const struct timespec *@var{timeout})
3005 @standards{POSIX.1b, aio.h}
3006 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
3007 @c Take aio_requests_mutex, set up waitlist and requestlist, wait
3008 @c for completion or timeout, and release the mutex.
3009 When calling this function, the calling thread is suspended until at
3010 least one of the requests pointed to by the @var{nent} elements of the
3011 array @var{list} has completed.  If any of the requests has already
3012 completed at the time @code{aio_suspend} is called, the function returns
3013 immediately.  Whether a request has terminated or not is determined by
3014 comparing the error status of the request with @code{EINPROGRESS}.  If
3015 an element of @var{list} is @code{NULL}, the entry is simply ignored.
3017 If no request has finished, the calling process is suspended.  If
3018 @var{timeout} is @code{NULL}, the process is not woken until a request
3019 has finished.  If @var{timeout} is not @code{NULL}, the process remains
3020 suspended at least as long as specified in @var{timeout}.  In this case,
3021 @code{aio_suspend} returns with an error.
3023 The return value of the function is @math{0} if one or more requests
3024 from the @var{list} have terminated.  Otherwise the function returns
3025 @math{-1} and @code{errno} is set to one of the following values:
3027 @table @code
3028 @item EAGAIN
3029 None of the requests from the @var{list} completed in the time specified
3030 by @var{timeout}.
3031 @item EINTR
3032 A signal interrupted the @code{aio_suspend} function.  This signal might
3033 also be sent by the AIO implementation while signalling the termination
3034 of one of the requests.
3035 @item ENOSYS
3036 The @code{aio_suspend} function is not implemented.
3037 @end table
3039 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
3040 function is in fact @code{aio_suspend64} since the LFS interface
3041 transparently replaces the normal implementation.
3042 @end deftypefun
3044 @deftypefun int aio_suspend64 (const struct aiocb64 *const @var{list}[], int @var{nent}, const struct timespec *@var{timeout})
3045 @standards{Unix98, aio.h}
3046 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
3047 This function is similar to @code{aio_suspend} with the only difference
3048 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
3049 aiocb64}.
3051 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
3052 function is available under the name @code{aio_suspend} and so
3053 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
3054 machines.
3055 @end deftypefun
3057 @node Cancel AIO Operations
3058 @subsection Cancellation of AIO Operations
3060 When one or more requests are asynchronously processed, it might be
3061 useful in some situations to cancel a selected operation, e.g., if it
3062 becomes obvious that the written data is no longer accurate and would
3063 have to be overwritten soon.  As an example, assume an application, which
3064 writes data in files in a situation where new incoming data would have
3065 to be written in a file which will be updated by an enqueued request.
3066 The POSIX AIO implementation provides such a function, but this function
3067 is not capable of forcing the cancellation of the request.  It is up to the
3068 implementation to decide whether it is possible to cancel the operation
3069 or not.  Therefore using this function is merely a hint.
3071 @deftypefun int aio_cancel (int @var{fildes}, struct aiocb *@var{aiocbp})
3072 @standards{POSIX.1b, aio.h}
3073 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
3074 @c After fcntl to check the fd is open, hold aio_requests_mutex, call
3075 @c aio_find_req_fd, aio_remove_request, then aio_notify and
3076 @c aio_free_request each request before releasing the lock.
3077 @c aio_notify calls aio_notify_only and free, besides cond signal or
3078 @c similar.  aio_notify_only calls pthread_attr_init,
3079 @c pthread_attr_setdetachstate, malloc, pthread_create,
3080 @c notify_func_wrapper, aio_sigqueue, getpid, raise.
3081 @c notify_func_wraper calls aio_start_notify_thread, free and then the
3082 @c notifier function.
3083 The @code{aio_cancel} function can be used to cancel one or more
3084 outstanding requests.  If the @var{aiocbp} parameter is @code{NULL}, the
3085 function tries to cancel all of the outstanding requests which would process
3086 the file descriptor @var{fildes} (i.e., whose @code{aio_fildes} member
3087 is @var{fildes}).  If @var{aiocbp} is not @code{NULL}, @code{aio_cancel}
3088 attempts to cancel the specific request pointed to by @var{aiocbp}.
3090 For requests which were successfully canceled, the normal notification
3091 about the termination of the request should take place.  I.e., depending
3092 on the @code{struct sigevent} object which controls this, nothing
3093 happens, a signal is sent or a thread is started.  If the request cannot
3094 be canceled, it terminates the usual way after performing the operation.
3096 After a request is successfully canceled, a call to @code{aio_error} with
3097 a reference to this request as the parameter will return
3098 @code{ECANCELED} and a call to @code{aio_return} will return @math{-1}.
3099 If the request wasn't canceled and is still running the error status is
3100 still @code{EINPROGRESS}.
3102 The return value of the function is @code{AIO_CANCELED} if there were
3103 requests which haven't terminated and which were successfully canceled.
3104 If there is one or more requests left which couldn't be canceled, the
3105 return value is @code{AIO_NOTCANCELED}.  In this case @code{aio_error}
3106 must be used to find out which of the, perhaps multiple, requests (if
3107 @var{aiocbp} is @code{NULL}) weren't successfully canceled.  If all
3108 requests already terminated at the time @code{aio_cancel} is called the
3109 return value is @code{AIO_ALLDONE}.
3111 If an error occurred during the execution of @code{aio_cancel} the
3112 function returns @math{-1} and sets @code{errno} to one of the following
3113 values.
3115 @table @code
3116 @item EBADF
3117 The file descriptor @var{fildes} is not valid.
3118 @item ENOSYS
3119 @code{aio_cancel} is not implemented.
3120 @end table
3122 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
3123 function is in fact @code{aio_cancel64} since the LFS interface
3124 transparently replaces the normal implementation.
3125 @end deftypefun
3127 @deftypefun int aio_cancel64 (int @var{fildes}, struct aiocb64 *@var{aiocbp})
3128 @standards{Unix98, aio.h}
3129 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{} @ascuheap{}}@acunsafe{@aculock{} @acsmem{}}}
3130 This function is similar to @code{aio_cancel} with the only difference
3131 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
3132 aiocb64}.
3134 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
3135 function is available under the name @code{aio_cancel} and so
3136 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
3137 machines.
3138 @end deftypefun
3140 @node Configuration of AIO
3141 @subsection How to optimize the AIO implementation
3143 The POSIX standard does not specify how the AIO functions are
3144 implemented.  They could be system calls, but it is also possible to
3145 emulate them at userlevel.
3147 At the time of writing, the available implementation is a user-level
3148 implementation which uses threads for handling the enqueued requests.
3149 While this implementation requires making some decisions about
3150 limitations, hard limitations are something best avoided
3151 in @theglibc{}.  Therefore, @theglibc{} provides a means
3152 for tuning the AIO implementation according to the individual use.
3154 @deftp {Data Type} {struct aioinit}
3155 @standards{GNU, aio.h}
3156 This data type is used to pass the configuration or tunable parameters
3157 to the implementation.  The program has to initialize the members of
3158 this struct and pass it to the implementation using the @code{aio_init}
3159 function.
3161 @table @code
3162 @item int aio_threads
3163 This member specifies the maximal number of threads which may be used
3164 at any one time.
3165 @item int aio_num
3166 This number provides an estimate on the maximal number of simultaneously
3167 enqueued requests.
3168 @item int aio_locks
3169 Unused.
3170 @item int aio_usedba
3171 Unused.
3172 @item int aio_debug
3173 Unused.
3174 @item int aio_numusers
3175 Unused.
3176 @item int aio_reserved[2]
3177 Unused.
3178 @end table
3179 @end deftp
3181 @deftypefun void aio_init (const struct aioinit *@var{init})
3182 @standards{GNU, aio.h}
3183 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
3184 @c All changes to global objects are guarded by aio_requests_mutex.
3185 This function must be called before any other AIO function.  Calling it
3186 is completely voluntary, as it is only meant to help the AIO
3187 implementation perform better.
3189 Before calling @code{aio_init}, the members of a variable of
3190 type @code{struct aioinit} must be initialized.  Then a reference to
3191 this variable is passed as the parameter to @code{aio_init} which itself
3192 may or may not pay attention to the hints.
3194 The function has no return value and no error cases are defined.  It is
3195 an extension which follows a proposal from the SGI implementation in
3196 @w{Irix 6}.  It is not covered by POSIX.1b or Unix98.
3197 @end deftypefun
3199 @node Control Operations
3200 @section Control Operations on Files
3202 @cindex control operations on files
3203 @cindex @code{fcntl} function
3204 This section describes how you can perform various other operations on
3205 file descriptors, such as inquiring about or setting flags describing
3206 the status of the file descriptor, manipulating record locks, and the
3207 like.  All of these operations are performed by the function @code{fcntl}.
3209 The second argument to the @code{fcntl} function is a command that
3210 specifies which operation to perform.  The function and macros that name
3211 various flags that are used with it are declared in the header file
3212 @file{fcntl.h}.  Many of these flags are also used by the @code{open}
3213 function; see @ref{Opening and Closing Files}.
3214 @pindex fcntl.h
3216 @deftypefun int fcntl (int @var{filedes}, int @var{command}, @dots{})
3217 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3218 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3219 The @code{fcntl} function performs the operation specified by
3220 @var{command} on the file descriptor @var{filedes}.  Some commands
3221 require additional arguments to be supplied.  These additional arguments
3222 and the return value and error conditions are given in the detailed
3223 descriptions of the individual commands.
3225 Briefly, here is a list of what the various commands are.
3227 @vtable @code
3228 @item F_DUPFD
3229 Duplicate the file descriptor (return another file descriptor pointing
3230 to the same open file).  @xref{Duplicating Descriptors}.
3232 @item F_GETFD
3233 Get flags associated with the file descriptor.  @xref{Descriptor Flags}.
3235 @item F_SETFD
3236 Set flags associated with the file descriptor.  @xref{Descriptor Flags}.
3238 @item F_GETFL
3239 Get flags associated with the open file.  @xref{File Status Flags}.
3241 @item F_SETFL
3242 Set flags associated with the open file.  @xref{File Status Flags}.
3244 @item F_GETLK
3245 Test a file lock.  @xref{File Locks}.
3247 @item F_SETLK
3248 Set or clear a file lock.  @xref{File Locks}.
3250 @item F_SETLKW
3251 Like @code{F_SETLK}, but wait for completion.  @xref{File Locks}.
3253 @item F_OFD_GETLK
3254 Test an open file description lock.  @xref{Open File Description Locks}.
3255 Specific to Linux.
3257 @item F_OFD_SETLK
3258 Set or clear an open file description lock.  @xref{Open File Description Locks}.
3259 Specific to Linux.
3261 @item F_OFD_SETLKW
3262 Like @code{F_OFD_SETLK}, but block until lock is acquired.
3263 @xref{Open File Description Locks}.  Specific to Linux.
3265 @item F_GETOWN
3266 Get process or process group ID to receive @code{SIGIO} signals.
3267 @xref{Interrupt Input}.
3269 @item F_SETOWN
3270 Set process or process group ID to receive @code{SIGIO} signals.
3271 @xref{Interrupt Input}.
3272 @end vtable
3274 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
3275 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
3276 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{fcntl} is
3277 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
3278 until the program ends.  To avoid this calls to @code{fcntl} should be
3279 protected using cancellation handlers.
3280 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
3281 @end deftypefun
3284 @node Duplicating Descriptors
3285 @section Duplicating Descriptors
3287 @cindex duplicating file descriptors
3288 @cindex redirecting input and output
3290 You can @dfn{duplicate} a file descriptor, or allocate another file
3291 descriptor that refers to the same open file as the original.  Duplicate
3292 descriptors share one file position and one set of file status flags
3293 (@pxref{File Status Flags}), but each has its own set of file descriptor
3294 flags (@pxref{Descriptor Flags}).
3296 The major use of duplicating a file descriptor is to implement
3297 @dfn{redirection} of input or output:  that is, to change the
3298 file or pipe that a particular file descriptor corresponds to.
3300 You can perform this operation using the @code{fcntl} function with the
3301 @code{F_DUPFD} command, but there are also convenient functions
3302 @code{dup} and @code{dup2} for duplicating descriptors.
3304 @pindex unistd.h
3305 @pindex fcntl.h
3306 The @code{fcntl} function and flags are declared in @file{fcntl.h},
3307 while prototypes for @code{dup} and @code{dup2} are in the header file
3308 @file{unistd.h}.
3310 @deftypefun int dup (int @var{old})
3311 @standards{POSIX.1, unistd.h}
3312 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3313 This function copies descriptor @var{old} to the first available
3314 descriptor number (the first number not currently open).  It is
3315 equivalent to @code{fcntl (@var{old}, F_DUPFD, 0)}.
3316 @end deftypefun
3318 @deftypefun int dup2 (int @var{old}, int @var{new})
3319 @standards{POSIX.1, unistd.h}
3320 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
3321 This function copies the descriptor @var{old} to descriptor number
3322 @var{new}.
3324 If @var{old} is an invalid descriptor, then @code{dup2} does nothing; it
3325 does not close @var{new}.  Otherwise, the new duplicate of @var{old}
3326 replaces any previous meaning of descriptor @var{new}, as if @var{new}
3327 were closed first.
3329 If @var{old} and @var{new} are different numbers, and @var{old} is a
3330 valid descriptor number, then @code{dup2} is equivalent to:
3332 @smallexample
3333 close (@var{new});
3334 fcntl (@var{old}, F_DUPFD, @var{new})
3335 @end smallexample
3337 However, @code{dup2} does this atomically; there is no instant in the
3338 middle of calling @code{dup2} at which @var{new} is closed and not yet a
3339 duplicate of @var{old}.
3340 @end deftypefun
3342 @deftypevr Macro int F_DUPFD
3343 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3344 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3345 copy the file descriptor given as the first argument.
3347 The form of the call in this case is:
3349 @smallexample
3350 fcntl (@var{old}, F_DUPFD, @var{next-filedes})
3351 @end smallexample
3353 The @var{next-filedes} argument is of type @code{int} and specifies that
3354 the file descriptor returned should be the next available one greater
3355 than or equal to this value.
3357 The return value from @code{fcntl} with this command is normally the value
3358 of the new file descriptor.  A return value of @math{-1} indicates an
3359 error.  The following @code{errno} error conditions are defined for
3360 this command:
3362 @table @code
3363 @item EBADF
3364 The @var{old} argument is invalid.
3366 @item EINVAL
3367 The @var{next-filedes} argument is invalid.
3369 @item EMFILE
3370 There are no more file descriptors available---your program is already
3371 using the maximum.  In BSD and GNU, the maximum is controlled by a
3372 resource limit that can be changed; @pxref{Limits on Resources}, for
3373 more information about the @code{RLIMIT_NOFILE} limit.
3374 @end table
3376 @code{ENFILE} is not a possible error code for @code{dup2} because
3377 @code{dup2} does not create a new opening of a file; duplicate
3378 descriptors do not count toward the limit which @code{ENFILE}
3379 indicates.  @code{EMFILE} is possible because it refers to the limit on
3380 distinct descriptor numbers in use in one process.
3381 @end deftypevr
3383 Here is an example showing how to use @code{dup2} to do redirection.
3384 Typically, redirection of the standard streams (like @code{stdin}) is
3385 done by a shell or shell-like program before calling one of the
3386 @code{exec} functions (@pxref{Executing a File}) to execute a new
3387 program in a child process.  When the new program is executed, it
3388 creates and initializes the standard streams to point to the
3389 corresponding file descriptors, before its @code{main} function is
3390 invoked.
3392 So, to redirect standard input to a file, the shell could do something
3393 like:
3395 @smallexample
3396 pid = fork ();
3397 if (pid == 0)
3398   @{
3399     char *filename;
3400     char *program;
3401     int file;
3402     @dots{}
3403     file = TEMP_FAILURE_RETRY (open (filename, O_RDONLY));
3404     dup2 (file, STDIN_FILENO);
3405     TEMP_FAILURE_RETRY (close (file));
3406     execv (program, NULL);
3407   @}
3408 @end smallexample
3410 There is also a more detailed example showing how to implement redirection
3411 in the context of a pipeline of processes in @ref{Launching Jobs}.
3414 @node Descriptor Flags
3415 @section File Descriptor Flags
3416 @cindex file descriptor flags
3418 @dfn{File descriptor flags} are miscellaneous attributes of a file
3419 descriptor.  These flags are associated with particular file
3420 descriptors, so that if you have created duplicate file descriptors
3421 from a single opening of a file, each descriptor has its own set of flags.
3423 Currently there is just one file descriptor flag: @code{FD_CLOEXEC},
3424 which causes the descriptor to be closed if you use any of the
3425 @code{exec@dots{}} functions (@pxref{Executing a File}).
3427 The symbols in this section are defined in the header file
3428 @file{fcntl.h}.
3429 @pindex fcntl.h
3431 @deftypevr Macro int F_GETFD
3432 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3433 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3434 specify that it should return the file descriptor flags associated
3435 with the @var{filedes} argument.
3437 The normal return value from @code{fcntl} with this command is a
3438 nonnegative number which can be interpreted as the bitwise OR of the
3439 individual flags (except that currently there is only one flag to use).
3441 In case of an error, @code{fcntl} returns @math{-1}.  The following
3442 @code{errno} error conditions are defined for this command:
3444 @table @code
3445 @item EBADF
3446 The @var{filedes} argument is invalid.
3447 @end table
3448 @end deftypevr
3451 @deftypevr Macro int F_SETFD
3452 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3453 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3454 specify that it should set the file descriptor flags associated with the
3455 @var{filedes} argument.  This requires a third @code{int} argument to
3456 specify the new flags, so the form of the call is:
3458 @smallexample
3459 fcntl (@var{filedes}, F_SETFD, @var{new-flags})
3460 @end smallexample
3462 The normal return value from @code{fcntl} with this command is an
3463 unspecified value other than @math{-1}, which indicates an error.
3464 The flags and error conditions are the same as for the @code{F_GETFD}
3465 command.
3466 @end deftypevr
3468 The following macro is defined for use as a file descriptor flag with
3469 the @code{fcntl} function.  The value is an integer constant usable
3470 as a bit mask value.
3472 @deftypevr Macro int FD_CLOEXEC
3473 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3474 @cindex close-on-exec (file descriptor flag)
3475 This flag specifies that the file descriptor should be closed when
3476 an @code{exec} function is invoked; see @ref{Executing a File}.  When
3477 a file descriptor is allocated (as with @code{open} or @code{dup}),
3478 this bit is initially cleared on the new file descriptor, meaning that
3479 descriptor will survive into the new program after @code{exec}.
3480 @end deftypevr
3482 If you want to modify the file descriptor flags, you should get the
3483 current flags with @code{F_GETFD} and modify the value.  Don't assume
3484 that the flags listed here are the only ones that are implemented; your
3485 program may be run years from now and more flags may exist then.  For
3486 example, here is a function to set or clear the flag @code{FD_CLOEXEC}
3487 without altering any other flags:
3489 @smallexample
3490 /* @r{Set the @code{FD_CLOEXEC} flag of @var{desc} if @var{value} is nonzero,}
3491    @r{or clear the flag if @var{value} is 0.}
3492    @r{Return 0 on success, or -1 on error with @code{errno} set.} */
3495 set_cloexec_flag (int desc, int value)
3497   int oldflags = fcntl (desc, F_GETFD, 0);
3498   /* @r{If reading the flags failed, return error indication now.} */
3499   if (oldflags < 0)
3500     return oldflags;
3501   /* @r{Set just the flag we want to set.} */
3502   if (value != 0)
3503     oldflags |= FD_CLOEXEC;
3504   else
3505     oldflags &= ~FD_CLOEXEC;
3506   /* @r{Store modified flag word in the descriptor.} */
3507   return fcntl (desc, F_SETFD, oldflags);
3509 @end smallexample
3511 @node File Status Flags
3512 @section File Status Flags
3513 @cindex file status flags
3515 @dfn{File status flags} are used to specify attributes of the opening of a
3516 file.  Unlike the file descriptor flags discussed in @ref{Descriptor
3517 Flags}, the file status flags are shared by duplicated file descriptors
3518 resulting from a single opening of the file.  The file status flags are
3519 specified with the @var{flags} argument to @code{open};
3520 @pxref{Opening and Closing Files}.
3522 File status flags fall into three categories, which are described in the
3523 following sections.
3525 @itemize @bullet
3526 @item
3527 @ref{Access Modes}, specify what type of access is allowed to the
3528 file: reading, writing, or both.  They are set by @code{open} and are
3529 returned by @code{fcntl}, but cannot be changed.
3531 @item
3532 @ref{Open-time Flags}, control details of what @code{open} will do.
3533 These flags are not preserved after the @code{open} call.
3535 @item
3536 @ref{Operating Modes}, affect how operations such as @code{read} and
3537 @code{write} are done.  They are set by @code{open}, and can be fetched or
3538 changed with @code{fcntl}.
3539 @end itemize
3541 The symbols in this section are defined in the header file
3542 @file{fcntl.h}.
3543 @pindex fcntl.h
3545 @menu
3546 * Access Modes::                Whether the descriptor can read or write.
3547 * Open-time Flags::             Details of @code{open}.
3548 * Operating Modes::             Special modes to control I/O operations.
3549 * Getting File Status Flags::   Fetching and changing these flags.
3550 @end menu
3552 @node Access Modes
3553 @subsection File Access Modes
3555 The file access modes allow a file descriptor to be used for reading,
3556 writing, or both.  (On @gnuhurdsystems{}, they can also allow none of these,
3557 and allow execution of the file as a program.)  The access modes are chosen
3558 when the file is opened, and never change.
3560 @deftypevr Macro int O_RDONLY
3561 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3562 Open the file for read access.
3563 @end deftypevr
3565 @deftypevr Macro int O_WRONLY
3566 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3567 Open the file for write access.
3568 @end deftypevr
3570 @deftypevr Macro int O_RDWR
3571 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3572 Open the file for both reading and writing.
3573 @end deftypevr
3575 On @gnuhurdsystems{} (and not on other systems), @code{O_RDONLY} and
3576 @code{O_WRONLY} are independent bits that can be bitwise-ORed together,
3577 and it is valid for either bit to be set or clear.  This means that
3578 @code{O_RDWR} is the same as @code{O_RDONLY|O_WRONLY}.  A file access
3579 mode of zero is permissible; it allows no operations that do input or
3580 output to the file, but does allow other operations such as
3581 @code{fchmod}.  On @gnuhurdsystems{}, since ``read-only'' or ``write-only''
3582 is a misnomer, @file{fcntl.h} defines additional names for the file
3583 access modes.  These names are preferred when writing GNU-specific code.
3584 But most programs will want to be portable to other POSIX.1 systems and
3585 should use the POSIX.1 names above instead.
3587 @deftypevr Macro int O_READ
3588 @standards{GNU, fcntl.h (optional)}
3589 Open the file for reading.  Same as @code{O_RDONLY}; only defined on GNU.
3590 @end deftypevr
3592 @deftypevr Macro int O_WRITE
3593 @standards{GNU, fcntl.h (optional)}
3594 Open the file for writing.  Same as @code{O_WRONLY}; only defined on GNU.
3595 @end deftypevr
3597 @deftypevr Macro int O_EXEC
3598 @standards{GNU, fcntl.h (optional)}
3599 Open the file for executing.  Only defined on GNU.
3600 @end deftypevr
3602 To determine the file access mode with @code{fcntl}, you must extract
3603 the access mode bits from the retrieved file status flags.  On
3604 @gnuhurdsystems{},
3605 you can just test the @code{O_READ} and @code{O_WRITE} bits in
3606 the flags word.  But in other POSIX.1 systems, reading and writing
3607 access modes are not stored as distinct bit flags.  The portable way to
3608 extract the file access mode bits is with @code{O_ACCMODE}.
3610 @deftypevr Macro int O_ACCMODE
3611 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3612 This macro stands for a mask that can be bitwise-ANDed with the file
3613 status flag value to produce a value representing the file access mode.
3614 The mode will be @code{O_RDONLY}, @code{O_WRONLY}, or @code{O_RDWR}.
3615 (On @gnuhurdsystems{} it could also be zero, and it never includes the
3616 @code{O_EXEC} bit.)
3617 @end deftypevr
3619 @node Open-time Flags
3620 @subsection Open-time Flags
3622 The open-time flags specify options affecting how @code{open} will behave.
3623 These options are not preserved once the file is open.  The exception to
3624 this is @code{O_NONBLOCK}, which is also an I/O operating mode and so it
3625 @emph{is} saved.  @xref{Opening and Closing Files}, for how to call
3626 @code{open}.
3628 There are two sorts of options specified by open-time flags.
3630 @itemize @bullet
3631 @item
3632 @dfn{File name translation flags} affect how @code{open} looks up the
3633 file name to locate the file, and whether the file can be created.
3634 @cindex file name translation flags
3635 @cindex flags, file name translation
3637 @item
3638 @dfn{Open-time action flags} specify extra operations that @code{open} will
3639 perform on the file once it is open.
3640 @cindex open-time action flags
3641 @cindex flags, open-time action
3642 @end itemize
3644 Here are the file name translation flags.
3646 @deftypevr Macro int O_CREAT
3647 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3648 If set, the file will be created if it doesn't already exist.
3649 @c !!! mode arg, umask
3650 @cindex create on open (file status flag)
3651 @end deftypevr
3653 @deftypevr Macro int O_EXCL
3654 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3655 If both @code{O_CREAT} and @code{O_EXCL} are set, then @code{open} fails
3656 if the specified file already exists.  This is guaranteed to never
3657 clobber an existing file.
3659 The @code{O_EXCL} flag has a special meaning in combination with
3660 @code{O_TMPFILE}; see below.
3661 @end deftypevr
3663 @deftypevr Macro int O_TMPFILE
3664 @standards{GNU, fcntl.h}
3665 If this flag is specified, functions in the @code{open} family create an
3666 unnamed temporary file.  In this case, the pathname argument to the
3667 @code{open} family of functions (@pxref{Opening and Closing Files}) is
3668 interpreted as the directory in which the temporary file is created
3669 (thus determining the file system which provides the storage for the
3670 file).  The @code{O_TMPFILE} flag must be combined with @code{O_WRONLY}
3671 or @code{O_RDWR}, and the @var{mode} argument is required.
3673 The temporary file can later be given a name using @code{linkat},
3674 turning it into a regular file.  This allows the atomic creation of a
3675 file with the specific file attributes (mode and extended attributes)
3676 and file contents.  If, for security reasons, it is not desirable that a
3677 name can be given to the file, the @code{O_EXCL} flag can be specified
3678 along with @code{O_TMPFILE}.
3680 Not all kernels support this open flag.  If this flag is unsupported, an
3681 attempt to create an unnamed temporary file fails with an error of
3682 @code{EINVAL}.  If the underlying file system does not support the
3683 @code{O_TMPFILE} flag, an @code{EOPNOTSUPP} error is the result.
3685 The @code{O_TMPFILE} flag is a GNU extension.
3686 @end deftypevr
3688 @deftypevr Macro int O_NONBLOCK
3689 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3690 @cindex non-blocking open
3691 This prevents @code{open} from blocking for a ``long time'' to open the
3692 file.  This is only meaningful for some kinds of files, usually devices
3693 such as serial ports; when it is not meaningful, it is harmless and
3694 ignored.  Often, opening a port to a modem blocks until the modem reports
3695 carrier detection; if @code{O_NONBLOCK} is specified, @code{open} will
3696 return immediately without a carrier.
3698 Note that the @code{O_NONBLOCK} flag is overloaded as both an I/O operating
3699 mode and a file name translation flag.  This means that specifying
3700 @code{O_NONBLOCK} in @code{open} also sets nonblocking I/O mode;
3701 @pxref{Operating Modes}.  To open the file without blocking but do normal
3702 I/O that blocks, you must call @code{open} with @code{O_NONBLOCK} set and
3703 then call @code{fcntl} to turn the bit off.
3704 @end deftypevr
3706 @deftypevr Macro int O_NOCTTY
3707 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3708 If the named file is a terminal device, don't make it the controlling
3709 terminal for the process.  @xref{Job Control}, for information about
3710 what it means to be the controlling terminal.
3712 On @gnuhurdsystems{} and 4.4 BSD, opening a file never makes it the
3713 controlling terminal and @code{O_NOCTTY} is zero.  However, @gnulinuxsystems{}
3714 and some other systems use a nonzero value for @code{O_NOCTTY} and set the
3715 controlling terminal when you open a file that is a terminal device; so
3716 to be portable, use @code{O_NOCTTY} when it is important to avoid this.
3717 @cindex controlling terminal, setting
3718 @end deftypevr
3720 The following three file name translation flags exist only on
3721 @gnuhurdsystems{}.
3723 @deftypevr Macro int O_IGNORE_CTTY
3724 @standards{GNU, fcntl.h (optional)}
3725 Do not recognize the named file as the controlling terminal, even if it
3726 refers to the process's existing controlling terminal device.  Operations
3727 on the new file descriptor will never induce job control signals.
3728 @xref{Job Control}.
3729 @end deftypevr
3731 @deftypevr Macro int O_NOLINK
3732 @standards{GNU, fcntl.h (optional)}
3733 If the named file is a symbolic link, open the link itself instead of
3734 the file it refers to.  (@code{fstat} on the new file descriptor will
3735 return the information returned by @code{lstat} on the link's name.)
3736 @cindex symbolic link, opening
3737 @end deftypevr
3739 @deftypevr Macro int O_NOTRANS
3740 @standards{GNU, fcntl.h (optional)}
3741 If the named file is specially translated, do not invoke the translator.
3742 Open the bare file the translator itself sees.
3743 @end deftypevr
3746 The open-time action flags tell @code{open} to do additional operations
3747 which are not really related to opening the file.  The reason to do them
3748 as part of @code{open} instead of in separate calls is that @code{open}
3749 can do them @i{atomically}.
3751 @deftypevr Macro int O_TRUNC
3752 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3753 Truncate the file to zero length.  This option is only useful for
3754 regular files, not special files such as directories or FIFOs.  POSIX.1
3755 requires that you open the file for writing to use @code{O_TRUNC}.  In
3756 BSD and GNU you must have permission to write the file to truncate it,
3757 but you need not open for write access.
3759 This is the only open-time action flag specified by POSIX.1.  There is
3760 no good reason for truncation to be done by @code{open}, instead of by
3761 calling @code{ftruncate} afterwards.  The @code{O_TRUNC} flag existed in
3762 Unix before @code{ftruncate} was invented, and is retained for backward
3763 compatibility.
3764 @end deftypevr
3766 The remaining operating modes are BSD extensions.  They exist only
3767 on some systems.  On other systems, these macros are not defined.
3769 @deftypevr Macro int O_SHLOCK
3770 @standards{BSD, fcntl.h (optional)}
3771 Acquire a shared lock on the file, as with @code{flock}.
3772 @xref{File Locks}.
3774 If @code{O_CREAT} is specified, the locking is done atomically when
3775 creating the file.  You are guaranteed that no other process will get
3776 the lock on the new file first.
3777 @end deftypevr
3779 @deftypevr Macro int O_EXLOCK
3780 @standards{BSD, fcntl.h (optional)}
3781 Acquire an exclusive lock on the file, as with @code{flock}.
3782 @xref{File Locks}.  This is atomic like @code{O_SHLOCK}.
3783 @end deftypevr
3785 @node Operating Modes
3786 @subsection I/O Operating Modes
3788 The operating modes affect how input and output operations using a file
3789 descriptor work.  These flags are set by @code{open} and can be fetched
3790 and changed with @code{fcntl}.
3792 @deftypevr Macro int O_APPEND
3793 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3794 The bit that enables append mode for the file.  If set, then all
3795 @code{write} operations write the data at the end of the file, extending
3796 it, regardless of the current file position.  This is the only reliable
3797 way to append to a file.  In append mode, you are guaranteed that the
3798 data you write will always go to the current end of the file, regardless
3799 of other processes writing to the file.  Conversely, if you simply set
3800 the file position to the end of file and write, then another process can
3801 extend the file after you set the file position but before you write,
3802 resulting in your data appearing someplace before the real end of file.
3803 @end deftypevr
3805 @deftypevr Macro int O_NONBLOCK
3806 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3807 The bit that enables nonblocking mode for the file.  If this bit is set,
3808 @code{read} requests on the file can return immediately with a failure
3809 status if there is no input immediately available, instead of blocking.
3810 Likewise, @code{write} requests can also return immediately with a
3811 failure status if the output can't be written immediately.
3813 Note that the @code{O_NONBLOCK} flag is overloaded as both an I/O
3814 operating mode and a file name translation flag; @pxref{Open-time Flags}.
3815 @end deftypevr
3817 @deftypevr Macro int O_NDELAY
3818 @standards{BSD, fcntl.h}
3819 This is an obsolete name for @code{O_NONBLOCK}, provided for
3820 compatibility with BSD.  It is not defined by the POSIX.1 standard.
3821 @end deftypevr
3823 The remaining operating modes are BSD and GNU extensions.  They exist only
3824 on some systems.  On other systems, these macros are not defined.
3826 @deftypevr Macro int O_ASYNC
3827 @standards{BSD, fcntl.h}
3828 The bit that enables asynchronous input mode.  If set, then @code{SIGIO}
3829 signals will be generated when input is available.  @xref{Interrupt Input}.
3831 Asynchronous input mode is a BSD feature.
3832 @end deftypevr
3834 @deftypevr Macro int O_FSYNC
3835 @standards{BSD, fcntl.h}
3836 The bit that enables synchronous writing for the file.  If set, each
3837 @code{write} call will make sure the data is reliably stored on disk before
3838 returning. @c !!! xref fsync
3840 Synchronous writing is a BSD feature.
3841 @end deftypevr
3843 @deftypevr Macro int O_SYNC
3844 @standards{BSD, fcntl.h}
3845 This is another name for @code{O_FSYNC}.  They have the same value.
3846 @end deftypevr
3848 @deftypevr Macro int O_NOATIME
3849 @standards{GNU, fcntl.h}
3850 If this bit is set, @code{read} will not update the access time of the
3851 file.  @xref{File Times}.  This is used by programs that do backups, so
3852 that backing a file up does not count as reading it.
3853 Only the owner of the file or the superuser may use this bit.
3855 This is a GNU extension.
3856 @end deftypevr
3858 @node Getting File Status Flags
3859 @subsection Getting and Setting File Status Flags
3861 The @code{fcntl} function can fetch or change file status flags.
3863 @deftypevr Macro int F_GETFL
3864 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3865 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3866 read the file status flags for the open file with descriptor
3867 @var{filedes}.
3869 The normal return value from @code{fcntl} with this command is a
3870 nonnegative number which can be interpreted as the bitwise OR of the
3871 individual flags.  Since the file access modes are not single-bit values,
3872 you can mask off other bits in the returned flags with @code{O_ACCMODE}
3873 to compare them.
3875 In case of an error, @code{fcntl} returns @math{-1}.  The following
3876 @code{errno} error conditions are defined for this command:
3878 @table @code
3879 @item EBADF
3880 The @var{filedes} argument is invalid.
3881 @end table
3882 @end deftypevr
3884 @deftypevr Macro int F_SETFL
3885 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3886 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to set
3887 the file status flags for the open file corresponding to the
3888 @var{filedes} argument.  This command requires a third @code{int}
3889 argument to specify the new flags, so the call looks like this:
3891 @smallexample
3892 fcntl (@var{filedes}, F_SETFL, @var{new-flags})
3893 @end smallexample
3895 You can't change the access mode for the file in this way; that is,
3896 whether the file descriptor was opened for reading or writing.
3898 The normal return value from @code{fcntl} with this command is an
3899 unspecified value other than @math{-1}, which indicates an error.  The
3900 error conditions are the same as for the @code{F_GETFL} command.
3901 @end deftypevr
3903 If you want to modify the file status flags, you should get the current
3904 flags with @code{F_GETFL} and modify the value.  Don't assume that the
3905 flags listed here are the only ones that are implemented; your program
3906 may be run years from now and more flags may exist then.  For example,
3907 here is a function to set or clear the flag @code{O_NONBLOCK} without
3908 altering any other flags:
3910 @smallexample
3911 @group
3912 /* @r{Set the @code{O_NONBLOCK} flag of @var{desc} if @var{value} is nonzero,}
3913    @r{or clear the flag if @var{value} is 0.}
3914    @r{Return 0 on success, or -1 on error with @code{errno} set.} */
3917 set_nonblock_flag (int desc, int value)
3919   int oldflags = fcntl (desc, F_GETFL, 0);
3920   /* @r{If reading the flags failed, return error indication now.} */
3921   if (oldflags == -1)
3922     return -1;
3923   /* @r{Set just the flag we want to set.} */
3924   if (value != 0)
3925     oldflags |= O_NONBLOCK;
3926   else
3927     oldflags &= ~O_NONBLOCK;
3928   /* @r{Store modified flag word in the descriptor.} */
3929   return fcntl (desc, F_SETFL, oldflags);
3931 @end group
3932 @end smallexample
3934 @node File Locks
3935 @section File Locks
3937 @cindex file locks
3938 @cindex record locking
3939 This section describes record locks that are associated with the process.
3940 There is also a different type of record lock that is associated with the
3941 open file description instead of the process.  @xref{Open File Description Locks}.
3943 The remaining @code{fcntl} commands are used to support @dfn{record
3944 locking}, which permits multiple cooperating programs to prevent each
3945 other from simultaneously accessing parts of a file in error-prone
3946 ways.
3948 @cindex exclusive lock
3949 @cindex write lock
3950 An @dfn{exclusive} or @dfn{write} lock gives a process exclusive access
3951 for writing to the specified part of the file.  While a write lock is in
3952 place, no other process can lock that part of the file.
3954 @cindex shared lock
3955 @cindex read lock
3956 A @dfn{shared} or @dfn{read} lock prohibits any other process from
3957 requesting a write lock on the specified part of the file.  However,
3958 other processes can request read locks.
3960 The @code{read} and @code{write} functions do not actually check to see
3961 whether there are any locks in place.  If you want to implement a
3962 locking protocol for a file shared by multiple processes, your application
3963 must do explicit @code{fcntl} calls to request and clear locks at the
3964 appropriate points.
3966 Locks are associated with processes.  A process can only have one kind
3967 of lock set for each byte of a given file.  When any file descriptor for
3968 that file is closed by the process, all of the locks that process holds
3969 on that file are released, even if the locks were made using other
3970 descriptors that remain open.  Likewise, locks are released when a
3971 process exits, and are not inherited by child processes created using
3972 @code{fork} (@pxref{Creating a Process}).
3974 When making a lock, use a @code{struct flock} to specify what kind of
3975 lock and where.  This data type and the associated macros for the
3976 @code{fcntl} function are declared in the header file @file{fcntl.h}.
3977 @pindex fcntl.h
3979 @deftp {Data Type} {struct flock}
3980 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
3981 This structure is used with the @code{fcntl} function to describe a file
3982 lock.  It has these members:
3984 @table @code
3985 @item short int l_type
3986 Specifies the type of the lock; one of @code{F_RDLCK}, @code{F_WRLCK}, or
3987 @code{F_UNLCK}.
3989 @item short int l_whence
3990 This corresponds to the @var{whence} argument to @code{fseek} or
3991 @code{lseek}, and specifies what the offset is relative to.  Its value
3992 can be one of @code{SEEK_SET}, @code{SEEK_CUR}, or @code{SEEK_END}.
3994 @item off_t l_start
3995 This specifies the offset of the start of the region to which the lock
3996 applies, and is given in bytes relative to the point specified by the
3997 @code{l_whence} member.
3999 @item off_t l_len
4000 This specifies the length of the region to be locked.  A value of
4001 @code{0} is treated specially; it means the region extends to the end of
4002 the file.
4004 @item pid_t l_pid
4005 This field is the process ID (@pxref{Process Creation Concepts}) of the
4006 process holding the lock.  It is filled in by calling @code{fcntl} with
4007 the @code{F_GETLK} command, but is ignored when making a lock.  If the
4008 conflicting lock is an open file description lock
4009 (@pxref{Open File Description Locks}), then this field will be set to
4010 @math{-1}.
4011 @end table
4012 @end deftp
4014 @deftypevr Macro int F_GETLK
4015 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
4016 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
4017 specify that it should get information about a lock.  This command
4018 requires a third argument of type @w{@code{struct flock *}} to be passed
4019 to @code{fcntl}, so that the form of the call is:
4021 @smallexample
4022 fcntl (@var{filedes}, F_GETLK, @var{lockp})
4023 @end smallexample
4025 If there is a lock already in place that would block the lock described
4026 by the @var{lockp} argument, information about that lock overwrites
4027 @code{*@var{lockp}}.  Existing locks are not reported if they are
4028 compatible with making a new lock as specified.  Thus, you should
4029 specify a lock type of @code{F_WRLCK} if you want to find out about both
4030 read and write locks, or @code{F_RDLCK} if you want to find out about
4031 write locks only.
4033 There might be more than one lock affecting the region specified by the
4034 @var{lockp} argument, but @code{fcntl} only returns information about
4035 one of them.  The @code{l_whence} member of the @var{lockp} structure is
4036 set to @code{SEEK_SET} and the @code{l_start} and @code{l_len} fields
4037 set to identify the locked region.
4039 If no lock applies, the only change to the @var{lockp} structure is to
4040 update the @code{l_type} to a value of @code{F_UNLCK}.
4042 The normal return value from @code{fcntl} with this command is an
4043 unspecified value other than @math{-1}, which is reserved to indicate an
4044 error.  The following @code{errno} error conditions are defined for
4045 this command:
4047 @table @code
4048 @item EBADF
4049 The @var{filedes} argument is invalid.
4051 @item EINVAL
4052 Either the @var{lockp} argument doesn't specify valid lock information,
4053 or the file associated with @var{filedes} doesn't support locks.
4054 @end table
4055 @end deftypevr
4057 @deftypevr Macro int F_SETLK
4058 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
4059 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
4060 specify that it should set or clear a lock.  This command requires a
4061 third argument of type @w{@code{struct flock *}} to be passed to
4062 @code{fcntl}, so that the form of the call is:
4064 @smallexample
4065 fcntl (@var{filedes}, F_SETLK, @var{lockp})
4066 @end smallexample
4068 If the process already has a lock on any part of the region, the old lock
4069 on that part is replaced with the new lock.  You can remove a lock
4070 by specifying a lock type of @code{F_UNLCK}.
4072 If the lock cannot be set, @code{fcntl} returns immediately with a value
4073 of @math{-1}.  This function does not block while waiting for other processes
4074 to release locks.  If @code{fcntl} succeeds, it returns a value other
4075 than @math{-1}.
4077 The following @code{errno} error conditions are defined for this
4078 function:
4080 @table @code
4081 @item EAGAIN
4082 @itemx EACCES
4083 The lock cannot be set because it is blocked by an existing lock on the
4084 file.  Some systems use @code{EAGAIN} in this case, and other systems
4085 use @code{EACCES}; your program should treat them alike, after
4086 @code{F_SETLK}.  (@gnulinuxhurdsystems{} always use @code{EAGAIN}.)
4088 @item EBADF
4089 Either: the @var{filedes} argument is invalid; you requested a read lock
4090 but the @var{filedes} is not open for read access; or, you requested a
4091 write lock but the @var{filedes} is not open for write access.
4093 @item EINVAL
4094 Either the @var{lockp} argument doesn't specify valid lock information,
4095 or the file associated with @var{filedes} doesn't support locks.
4097 @item ENOLCK
4098 The system has run out of file lock resources; there are already too
4099 many file locks in place.
4101 Well-designed file systems never report this error, because they have no
4102 limitation on the number of locks.  However, you must still take account
4103 of the possibility of this error, as it could result from network access
4104 to a file system on another machine.
4105 @end table
4106 @end deftypevr
4108 @deftypevr Macro int F_SETLKW
4109 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
4110 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
4111 specify that it should set or clear a lock.  It is just like the
4112 @code{F_SETLK} command, but causes the process to block (or wait)
4113 until the request can be specified.
4115 This command requires a third argument of type @code{struct flock *}, as
4116 for the @code{F_SETLK} command.
4118 The @code{fcntl} return values and errors are the same as for the
4119 @code{F_SETLK} command, but these additional @code{errno} error conditions
4120 are defined for this command:
4122 @table @code
4123 @item EINTR
4124 The function was interrupted by a signal while it was waiting.
4125 @xref{Interrupted Primitives}.
4127 @item EDEADLK
4128 The specified region is being locked by another process.  But that
4129 process is waiting to lock a region which the current process has
4130 locked, so waiting for the lock would result in deadlock.  The system
4131 does not guarantee that it will detect all such conditions, but it lets
4132 you know if it notices one.
4133 @end table
4134 @end deftypevr
4137 The following macros are defined for use as values for the @code{l_type}
4138 member of the @code{flock} structure.  The values are integer constants.
4140 @vtable @code
4141 @item F_RDLCK
4142 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
4143 This macro is used to specify a read (or shared) lock.
4145 @item F_WRLCK
4146 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
4147 This macro is used to specify a write (or exclusive) lock.
4149 @item F_UNLCK
4150 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
4151 This macro is used to specify that the region is unlocked.
4152 @end vtable
4154 As an example of a situation where file locking is useful, consider a
4155 program that can be run simultaneously by several different users, that
4156 logs status information to a common file.  One example of such a program
4157 might be a game that uses a file to keep track of high scores.  Another
4158 example might be a program that records usage or accounting information
4159 for billing purposes.
4161 Having multiple copies of the program simultaneously writing to the
4162 file could cause the contents of the file to become mixed up.  But
4163 you can prevent this kind of problem by setting a write lock on the
4164 file before actually writing to the file.
4166 If the program also needs to read the file and wants to make sure that
4167 the contents of the file are in a consistent state, then it can also use
4168 a read lock.  While the read lock is set, no other process can lock
4169 that part of the file for writing.
4171 @c ??? This section could use an example program.
4173 Remember that file locks are only an @emph{advisory} protocol for
4174 controlling access to a file.  There is still potential for access to
4175 the file by programs that don't use the lock protocol.
4177 @node Open File Description Locks
4178 @section Open File Description Locks
4180 In contrast to process-associated record locks (@pxref{File Locks}),
4181 open file description record locks are associated with an open file
4182 description rather than a process.
4184 Using @code{fcntl} to apply an open file description lock on a region that
4185 already has an existing open file description lock that was created via the
4186 same file descriptor will never cause a lock conflict.
4188 Open file description locks are also inherited by child processes across
4189 @code{fork}, or @code{clone} with @code{CLONE_FILES} set
4190 (@pxref{Creating a Process}), along with the file descriptor.
4192 It is important to distinguish between the open file @emph{description} (an
4193 instance of an open file, usually created by a call to @code{open}) and
4194 an open file @emph{descriptor}, which is a numeric value that refers to the
4195 open file description.  The locks described here are associated with the
4196 open file @emph{description} and not the open file @emph{descriptor}.
4198 Using @code{dup} (@pxref{Duplicating Descriptors}) to copy a file
4199 descriptor does not give you a new open file description, but rather copies a
4200 reference to an existing open file description and assigns it to a new
4201 file descriptor.  Thus, open file description locks set on a file
4202 descriptor cloned by @code{dup} will never conflict with open file
4203 description locks set on the original descriptor since they refer to the
4204 same open file description.  Depending on the range and type of lock
4205 involved, the original lock may be modified by a @code{F_OFD_SETLK} or
4206 @code{F_OFD_SETLKW} command in this situation however.
4208 Open file description locks always conflict with process-associated locks,
4209 even if acquired by the same process or on the same open file
4210 descriptor.
4212 Open file description locks use the same @code{struct flock} as
4213 process-associated locks as an argument (@pxref{File Locks}) and the
4214 macros for the @code{command} values are also declared in the header file
4215 @file{fcntl.h}. To use them, the macro @code{_GNU_SOURCE} must be
4216 defined prior to including any header file.
4218 In contrast to process-associated locks, any @code{struct flock} used as
4219 an argument to open file description lock commands must have the @code{l_pid}
4220 value set to @math{0}.  Also, when returning information about an
4221 open file description lock in a @code{F_GETLK} or @code{F_OFD_GETLK} request,
4222 the @code{l_pid} field in @code{struct flock} will be set to @math{-1}
4223 to indicate that the lock is not associated with a process.
4225 When the same @code{struct flock} is reused as an argument to a
4226 @code{F_OFD_SETLK} or @code{F_OFD_SETLKW} request after being used for an
4227 @code{F_OFD_GETLK} request, it is necessary to inspect and reset the
4228 @code{l_pid} field to @math{0}.
4230 @pindex fcntl.h.
4232 @deftypevr Macro int F_OFD_GETLK
4233 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
4234 specify that it should get information about a lock.  This command
4235 requires a third argument of type @w{@code{struct flock *}} to be passed
4236 to @code{fcntl}, so that the form of the call is:
4238 @smallexample
4239 fcntl (@var{filedes}, F_OFD_GETLK, @var{lockp})
4240 @end smallexample
4242 If there is a lock already in place that would block the lock described
4243 by the @var{lockp} argument, information about that lock is written to
4244 @code{*@var{lockp}}.  Existing locks are not reported if they are
4245 compatible with making a new lock as specified.  Thus, you should
4246 specify a lock type of @code{F_WRLCK} if you want to find out about both
4247 read and write locks, or @code{F_RDLCK} if you want to find out about
4248 write locks only.
4250 There might be more than one lock affecting the region specified by the
4251 @var{lockp} argument, but @code{fcntl} only returns information about
4252 one of them. Which lock is returned in this situation is undefined.
4254 The @code{l_whence} member of the @var{lockp} structure are set to
4255 @code{SEEK_SET} and the @code{l_start} and @code{l_len} fields are set
4256 to identify the locked region.
4258 If no conflicting lock exists, the only change to the @var{lockp} structure
4259 is to update the @code{l_type} field to the value @code{F_UNLCK}.
4261 The normal return value from @code{fcntl} with this command is either @math{0}
4262 on success or @math{-1}, which indicates an error. The following @code{errno}
4263 error conditions are defined for this command:
4265 @table @code
4266 @item EBADF
4267 The @var{filedes} argument is invalid.
4269 @item EINVAL
4270 Either the @var{lockp} argument doesn't specify valid lock information,
4271 the operating system kernel doesn't support open file description locks, or the file
4272 associated with @var{filedes} doesn't support locks.
4273 @end table
4274 @end deftypevr
4276 @deftypevr Macro int F_OFD_SETLK
4277 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
4278 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
4279 specify that it should set or clear a lock.  This command requires a
4280 third argument of type @w{@code{struct flock *}} to be passed to
4281 @code{fcntl}, so that the form of the call is:
4283 @smallexample
4284 fcntl (@var{filedes}, F_OFD_SETLK, @var{lockp})
4285 @end smallexample
4287 If the open file already has a lock on any part of the
4288 region, the old lock on that part is replaced with the new lock.  You
4289 can remove a lock by specifying a lock type of @code{F_UNLCK}.
4291 If the lock cannot be set, @code{fcntl} returns immediately with a value
4292 of @math{-1}.  This command does not wait for other tasks
4293 to release locks.  If @code{fcntl} succeeds, it returns @math{0}.
4295 The following @code{errno} error conditions are defined for this
4296 command:
4298 @table @code
4299 @item EAGAIN
4300 The lock cannot be set because it is blocked by an existing lock on the
4301 file.
4303 @item EBADF
4304 Either: the @var{filedes} argument is invalid; you requested a read lock
4305 but the @var{filedes} is not open for read access; or, you requested a
4306 write lock but the @var{filedes} is not open for write access.
4308 @item EINVAL
4309 Either the @var{lockp} argument doesn't specify valid lock information,
4310 the operating system kernel doesn't support open file description locks, or the
4311 file associated with @var{filedes} doesn't support locks.
4313 @item ENOLCK
4314 The system has run out of file lock resources; there are already too
4315 many file locks in place.
4317 Well-designed file systems never report this error, because they have no
4318 limitation on the number of locks.  However, you must still take account
4319 of the possibility of this error, as it could result from network access
4320 to a file system on another machine.
4321 @end table
4322 @end deftypevr
4324 @deftypevr Macro int F_OFD_SETLKW
4325 @standards{POSIX.1, fcntl.h}
4326 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
4327 specify that it should set or clear a lock.  It is just like the
4328 @code{F_OFD_SETLK} command, but causes the process to wait until the request
4329 can be completed.
4331 This command requires a third argument of type @code{struct flock *}, as
4332 for the @code{F_OFD_SETLK} command.
4334 The @code{fcntl} return values and errors are the same as for the
4335 @code{F_OFD_SETLK} command, but these additional @code{errno} error conditions
4336 are defined for this command:
4338 @table @code
4339 @item EINTR
4340 The function was interrupted by a signal while it was waiting.
4341 @xref{Interrupted Primitives}.
4343 @end table
4344 @end deftypevr
4346 Open file description locks are useful in the same sorts of situations as
4347 process-associated locks. They can also be used to synchronize file
4348 access between threads within the same process by having each thread perform
4349 its own @code{open} of the file, to obtain its own open file description.
4351 Because open file description locks are automatically freed only upon
4352 closing the last file descriptor that refers to the open file
4353 description, this locking mechanism avoids the possibility that locks
4354 are inadvertently released due to a library routine opening and closing
4355 a file without the application being aware.
4357 As with process-associated locks, open file description locks are advisory.
4359 @node Open File Description Locks Example
4360 @section Open File Description Locks Example
4362 Here is an example of using open file description locks in a threaded
4363 program. If this program used process-associated locks, then it would be
4364 subject to data corruption because process-associated locks are shared
4365 by the threads inside a process, and thus cannot be used by one thread
4366 to lock out another thread in the same process.
4368 Proper error handling has been omitted in the following program for
4369 brevity.
4371 @smallexample
4372 @include ofdlocks.c.texi
4373 @end smallexample
4375 This example creates three threads each of which loops five times,
4376 appending to the file.  Access to the file is serialized via open file
4377 description locks. If we compile and run the above program, we'll end up
4378 with /tmp/foo that has 15 lines in it.
4380 If we, however, were to replace the @code{F_OFD_SETLK} and
4381 @code{F_OFD_SETLKW} commands with their process-associated lock
4382 equivalents, the locking essentially becomes a noop since it is all done
4383 within the context of the same process. That leads to data corruption
4384 (typically manifested as missing lines) as some threads race in and
4385 overwrite the data written by others.
4387 @node Interrupt Input
4388 @section Interrupt-Driven Input
4390 @cindex interrupt-driven input
4391 If you set the @code{O_ASYNC} status flag on a file descriptor
4392 (@pxref{File Status Flags}), a @code{SIGIO} signal is sent whenever
4393 input or output becomes possible on that file descriptor.  The process
4394 or process group to receive the signal can be selected by using the
4395 @code{F_SETOWN} command to the @code{fcntl} function.  If the file
4396 descriptor is a socket, this also selects the recipient of @code{SIGURG}
4397 signals that are delivered when out-of-band data arrives on that socket;
4398 see @ref{Out-of-Band Data}.  (@code{SIGURG} is sent in any situation
4399 where @code{select} would report the socket as having an ``exceptional
4400 condition''.  @xref{Waiting for I/O}.)
4402 If the file descriptor corresponds to a terminal device, then @code{SIGIO}
4403 signals are sent to the foreground process group of the terminal.
4404 @xref{Job Control}.
4406 @pindex fcntl.h
4407 The symbols in this section are defined in the header file
4408 @file{fcntl.h}.
4410 @deftypevr Macro int F_GETOWN
4411 @standards{BSD, fcntl.h}
4412 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
4413 specify that it should get information about the process or process
4414 group to which @code{SIGIO} signals are sent.  (For a terminal, this is
4415 actually the foreground process group ID, which you can get using
4416 @code{tcgetpgrp}; see @ref{Terminal Access Functions}.)
4418 The return value is interpreted as a process ID; if negative, its
4419 absolute value is the process group ID.
4421 The following @code{errno} error condition is defined for this command:
4423 @table @code
4424 @item EBADF
4425 The @var{filedes} argument is invalid.
4426 @end table
4427 @end deftypevr
4429 @deftypevr Macro int F_SETOWN
4430 @standards{BSD, fcntl.h}
4431 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
4432 specify that it should set the process or process group to which
4433 @code{SIGIO} signals are sent.  This command requires a third argument
4434 of type @code{pid_t} to be passed to @code{fcntl}, so that the form of
4435 the call is:
4437 @smallexample
4438 fcntl (@var{filedes}, F_SETOWN, @var{pid})
4439 @end smallexample
4441 The @var{pid} argument should be a process ID.  You can also pass a
4442 negative number whose absolute value is a process group ID.
4444 The return value from @code{fcntl} with this command is @math{-1}
4445 in case of error and some other value if successful.  The following
4446 @code{errno} error conditions are defined for this command:
4448 @table @code
4449 @item EBADF
4450 The @var{filedes} argument is invalid.
4452 @item ESRCH
4453 There is no process or process group corresponding to @var{pid}.
4454 @end table
4455 @end deftypevr
4457 @c ??? This section could use an example program.
4459 @node IOCTLs
4460 @section Generic I/O Control operations
4461 @cindex generic i/o control operations
4462 @cindex IOCTLs
4464 @gnusystems{} can handle most input/output operations on many different
4465 devices and objects in terms of a few file primitives - @code{read},
4466 @code{write} and @code{lseek}.  However, most devices also have a few
4467 peculiar operations which do not fit into this model.  Such as:
4469 @itemize @bullet
4471 @item
4472 Changing the character font used on a terminal.
4474 @item
4475 Telling a magnetic tape system to rewind or fast forward.  (Since they
4476 cannot move in byte increments, @code{lseek} is inapplicable).
4478 @item
4479 Ejecting a disk from a drive.
4481 @item
4482 Playing an audio track from a CD-ROM drive.
4484 @item
4485 Maintaining routing tables for a network.
4487 @end itemize
4489 Although some such objects such as sockets and terminals
4490 @footnote{Actually, the terminal-specific functions are implemented with
4491 IOCTLs on many platforms.} have special functions of their own, it would
4492 not be practical to create functions for all these cases.
4494 Instead these minor operations, known as @dfn{IOCTL}s, are assigned code
4495 numbers and multiplexed through the @code{ioctl} function, defined in
4496 @code{sys/ioctl.h}.  The code numbers themselves are defined in many
4497 different headers.
4499 @deftypefun int ioctl (int @var{filedes}, int @var{command}, @dots{})
4500 @standards{BSD, sys/ioctl.h}
4501 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
4503 The @code{ioctl} function performs the generic I/O operation
4504 @var{command} on @var{filedes}.
4506 A third argument is usually present, either a single number or a pointer
4507 to a structure.  The meaning of this argument, the returned value, and
4508 any error codes depends upon the command used.  Often @math{-1} is
4509 returned for a failure.
4511 @end deftypefun
4513 On some systems, IOCTLs used by different devices share the same numbers.
4514 Thus, although use of an inappropriate IOCTL @emph{usually} only produces
4515 an error, you should not attempt to use device-specific IOCTLs on an
4516 unknown device.
4518 Most IOCTLs are OS-specific and/or only used in special system utilities,
4519 and are thus beyond the scope of this document.  For an example of the use
4520 of an IOCTL, see @ref{Out-of-Band Data}.
4522 @c FIXME this is undocumented:
4523 @c dup3