Document that mmap() returns MAP_FAILED on error, as per the POSIX standard.
[glibc.git] / manual / llio.texi
blobdd0eaa3cb99b00fcb2c2851640b90c9de47fc6af
1 @node Low-Level I/O, File System Interface, I/O on Streams, Top
2 @c %MENU% Low-level, less portable I/O
3 @chapter Low-Level Input/Output
5 This chapter describes functions for performing low-level input/output
6 operations on file descriptors.  These functions include the primitives
7 for the higher-level I/O functions described in @ref{I/O on Streams}, as
8 well as functions for performing low-level control operations for which
9 there are no equivalents on streams.
11 Stream-level I/O is more flexible and usually more convenient;
12 therefore, programmers generally use the descriptor-level functions only
13 when necessary.  These are some of the usual reasons:
15 @itemize @bullet
16 @item
17 For reading binary files in large chunks.
19 @item
20 For reading an entire file into core before parsing it.
22 @item
23 To perform operations other than data transfer, which can only be done
24 with a descriptor.  (You can use @code{fileno} to get the descriptor
25 corresponding to a stream.)
27 @item
28 To pass descriptors to a child process.  (The child can create its own
29 stream to use a descriptor that it inherits, but cannot inherit a stream
30 directly.)
31 @end itemize
33 @menu
34 * Opening and Closing Files::           How to open and close file
35                                          descriptors.
36 * I/O Primitives::                      Reading and writing data.
37 * File Position Primitive::             Setting a descriptor's file
38                                          position.
39 * Descriptors and Streams::             Converting descriptor to stream
40                                          or vice-versa.
41 * Stream/Descriptor Precautions::       Precautions needed if you use both
42                                          descriptors and streams.
43 * Scatter-Gather::                      Fast I/O to discontinuous buffers.
44 * Memory-mapped I/O::                   Using files like memory.
45 * Waiting for I/O::                     How to check for input or output
46                                          on multiple file descriptors.
47 * Synchronizing I/O::                   Making sure all I/O actions completed.
48 * Asynchronous I/O::                    Perform I/O in parallel.
49 * Control Operations::                  Various other operations on file
50                                          descriptors.
51 * Duplicating Descriptors::             Fcntl commands for duplicating
52                                          file descriptors.
53 * Descriptor Flags::                    Fcntl commands for manipulating
54                                          flags associated with file
55                                          descriptors.
56 * File Status Flags::                   Fcntl commands for manipulating
57                                          flags associated with open files.
58 * File Locks::                          Fcntl commands for implementing
59                                          file locking.
60 * Interrupt Input::                     Getting an asynchronous signal when
61                                          input arrives.
62 * IOCTLs::                              Generic I/O Control operations.
63 @end menu
66 @node Opening and Closing Files
67 @section Opening and Closing Files
69 @cindex opening a file descriptor
70 @cindex closing a file descriptor
71 This section describes the primitives for opening and closing files
72 using file descriptors.  The @code{open} and @code{creat} functions are
73 declared in the header file @file{fcntl.h}, while @code{close} is
74 declared in @file{unistd.h}.
75 @pindex unistd.h
76 @pindex fcntl.h
78 @comment fcntl.h
79 @comment POSIX.1
80 @deftypefun int open (const char *@var{filename}, int @var{flags}[, mode_t @var{mode}])
81 The @code{open} function creates and returns a new file descriptor for
82 the file named by @var{filename}.  Initially, the file position
83 indicator for the file is at the beginning of the file.  The argument
84 @var{mode} (@pxref{Permission Bits}) is used only when a file is
85 created, but it doesn't hurt to supply the argument in any case.
87 The @var{flags} argument controls how the file is to be opened.  This is
88 a bit mask; you create the value by the bitwise OR of the appropriate
89 parameters (using the @samp{|} operator in C).
90 @xref{File Status Flags}, for the parameters available.
92 The normal return value from @code{open} is a non-negative integer file
93 descriptor.  In the case of an error, a value of @math{-1} is returned
94 instead.  In addition to the usual file name errors (@pxref{File
95 Name Errors}), the following @code{errno} error conditions are defined
96 for this function:
98 @table @code
99 @item EACCES
100 The file exists but is not readable/writable as requested by the @var{flags}
101 argument, the file does not exist and the directory is unwritable so
102 it cannot be created.
104 @item EEXIST
105 Both @code{O_CREAT} and @code{O_EXCL} are set, and the named file already
106 exists.
108 @item EINTR
109 The @code{open} operation was interrupted by a signal.
110 @xref{Interrupted Primitives}.
112 @item EISDIR
113 The @var{flags} argument specified write access, and the file is a directory.
115 @item EMFILE
116 The process has too many files open.
117 The maximum number of file descriptors is controlled by the
118 @code{RLIMIT_NOFILE} resource limit; @pxref{Limits on Resources}.
120 @item ENFILE
121 The entire system, or perhaps the file system which contains the
122 directory, cannot support any additional open files at the moment.
123 (This problem cannot happen on @gnuhurdsystems{}.)
125 @item ENOENT
126 The named file does not exist, and @code{O_CREAT} is not specified.
128 @item ENOSPC
129 The directory or file system that would contain the new file cannot be
130 extended, because there is no disk space left.
132 @item ENXIO
133 @code{O_NONBLOCK} and @code{O_WRONLY} are both set in the @var{flags}
134 argument, the file named by @var{filename} is a FIFO (@pxref{Pipes and
135 FIFOs}), and no process has the file open for reading.
137 @item EROFS
138 The file resides on a read-only file system and any of @w{@code{O_WRONLY}},
139 @code{O_RDWR}, and @code{O_TRUNC} are set in the @var{flags} argument,
140 or @code{O_CREAT} is set and the file does not already exist.
141 @end table
143 @c !!! umask
145 If on a 32 bit machine the sources are translated with
146 @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the function @code{open} returns a file
147 descriptor opened in the large file mode which enables the file handling
148 functions to use files up to @math{2^63} bytes in size and offset from
149 @math{-2^63} to @math{2^63}.  This happens transparently for the user
150 since all of the lowlevel file handling functions are equally replaced.
152 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
153 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
154 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{open} is
155 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
156 until the program ends.  To avoid this calls to @code{open} should be
157 protected using cancellation handlers.
158 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
160 The @code{open} function is the underlying primitive for the @code{fopen}
161 and @code{freopen} functions, that create streams.
162 @end deftypefun
164 @comment fcntl.h
165 @comment Unix98
166 @deftypefun int open64 (const char *@var{filename}, int @var{flags}[, mode_t @var{mode}])
167 This function is similar to @code{open}.  It returns a file descriptor
168 which can be used to access the file named by @var{filename}.  The only
169 difference is that on 32 bit systems the file is opened in the
170 large file mode.  I.e., file length and file offsets can exceed 31 bits.
172 When the sources are translated with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
173 function is actually available under the name @code{open}.  I.e., the
174 new, extended API using 64 bit file sizes and offsets transparently
175 replaces the old API.
176 @end deftypefun
178 @comment fcntl.h
179 @comment POSIX.1
180 @deftypefn {Obsolete function} int creat (const char *@var{filename}, mode_t @var{mode})
181 This function is obsolete.  The call:
183 @smallexample
184 creat (@var{filename}, @var{mode})
185 @end smallexample
187 @noindent
188 is equivalent to:
190 @smallexample
191 open (@var{filename}, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, @var{mode})
192 @end smallexample
194 If on a 32 bit machine the sources are translated with
195 @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the function @code{creat} returns a file
196 descriptor opened in the large file mode which enables the file handling
197 functions to use files up to @math{2^63} in size and offset from
198 @math{-2^63} to @math{2^63}.  This happens transparently for the user
199 since all of the lowlevel file handling functions are equally replaced.
200 @end deftypefn
202 @comment fcntl.h
203 @comment Unix98
204 @deftypefn {Obsolete function} int creat64 (const char *@var{filename}, mode_t @var{mode})
205 This function is similar to @code{creat}.  It returns a file descriptor
206 which can be used to access the file named by @var{filename}.  The only
207 the difference is that on 32 bit systems the file is opened in the
208 large file mode.  I.e., file length and file offsets can exceed 31 bits.
210 To use this file descriptor one must not use the normal operations but
211 instead the counterparts named @code{*64}, e.g., @code{read64}.
213 When the sources are translated with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
214 function is actually available under the name @code{open}.  I.e., the
215 new, extended API using 64 bit file sizes and offsets transparently
216 replaces the old API.
217 @end deftypefn
219 @comment unistd.h
220 @comment POSIX.1
221 @deftypefun int close (int @var{filedes})
222 The function @code{close} closes the file descriptor @var{filedes}.
223 Closing a file has the following consequences:
225 @itemize @bullet
226 @item
227 The file descriptor is deallocated.
229 @item
230 Any record locks owned by the process on the file are unlocked.
232 @item
233 When all file descriptors associated with a pipe or FIFO have been closed,
234 any unread data is discarded.
235 @end itemize
237 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
238 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
239 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{close} is
240 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
241 until the program ends.  To avoid this, calls to @code{close} should be
242 protected using cancellation handlers.
243 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
245 The normal return value from @code{close} is @math{0}; a value of @math{-1}
246 is returned in case of failure.  The following @code{errno} error
247 conditions are defined for this function:
249 @table @code
250 @item EBADF
251 The @var{filedes} argument is not a valid file descriptor.
253 @item EINTR
254 The @code{close} call was interrupted by a signal.
255 @xref{Interrupted Primitives}.
256 Here is an example of how to handle @code{EINTR} properly:
258 @smallexample
259 TEMP_FAILURE_RETRY (close (desc));
260 @end smallexample
262 @item ENOSPC
263 @itemx EIO
264 @itemx EDQUOT
265 When the file is accessed by NFS, these errors from @code{write} can sometimes
266 not be detected until @code{close}.  @xref{I/O Primitives}, for details
267 on their meaning.
268 @end table
270 Please note that there is @emph{no} separate @code{close64} function.
271 This is not necessary since this function does not determine nor depend
272 on the mode of the file.  The kernel which performs the @code{close}
273 operation knows which mode the descriptor is used for and can handle
274 this situation.
275 @end deftypefun
277 To close a stream, call @code{fclose} (@pxref{Closing Streams}) instead
278 of trying to close its underlying file descriptor with @code{close}.
279 This flushes any buffered output and updates the stream object to
280 indicate that it is closed.
282 @node I/O Primitives
283 @section Input and Output Primitives
285 This section describes the functions for performing primitive input and
286 output operations on file descriptors: @code{read}, @code{write}, and
287 @code{lseek}.  These functions are declared in the header file
288 @file{unistd.h}.
289 @pindex unistd.h
291 @comment unistd.h
292 @comment POSIX.1
293 @deftp {Data Type} ssize_t
294 This data type is used to represent the sizes of blocks that can be
295 read or written in a single operation.  It is similar to @code{size_t},
296 but must be a signed type.
297 @end deftp
299 @cindex reading from a file descriptor
300 @comment unistd.h
301 @comment POSIX.1
302 @deftypefun ssize_t read (int @var{filedes}, void *@var{buffer}, size_t @var{size})
303 The @code{read} function reads up to @var{size} bytes from the file
304 with descriptor @var{filedes}, storing the results in the @var{buffer}.
305 (This is not necessarily a character string, and no terminating null
306 character is added.)
308 @cindex end-of-file, on a file descriptor
309 The return value is the number of bytes actually read.  This might be
310 less than @var{size}; for example, if there aren't that many bytes left
311 in the file or if there aren't that many bytes immediately available.
312 The exact behavior depends on what kind of file it is.  Note that
313 reading less than @var{size} bytes is not an error.
315 A value of zero indicates end-of-file (except if the value of the
316 @var{size} argument is also zero).  This is not considered an error.
317 If you keep calling @code{read} while at end-of-file, it will keep
318 returning zero and doing nothing else.
320 If @code{read} returns at least one character, there is no way you can
321 tell whether end-of-file was reached.  But if you did reach the end, the
322 next read will return zero.
324 In case of an error, @code{read} returns @math{-1}.  The following
325 @code{errno} error conditions are defined for this function:
327 @table @code
328 @item EAGAIN
329 Normally, when no input is immediately available, @code{read} waits for
330 some input.  But if the @code{O_NONBLOCK} flag is set for the file
331 (@pxref{File Status Flags}), @code{read} returns immediately without
332 reading any data, and reports this error.
334 @strong{Compatibility Note:} Most versions of BSD Unix use a different
335 error code for this: @code{EWOULDBLOCK}.  In @theglibc{},
336 @code{EWOULDBLOCK} is an alias for @code{EAGAIN}, so it doesn't matter
337 which name you use.
339 On some systems, reading a large amount of data from a character special
340 file can also fail with @code{EAGAIN} if the kernel cannot find enough
341 physical memory to lock down the user's pages.  This is limited to
342 devices that transfer with direct memory access into the user's memory,
343 which means it does not include terminals, since they always use
344 separate buffers inside the kernel.  This problem never happens on
345 @gnuhurdsystems{}.
347 Any condition that could result in @code{EAGAIN} can instead result in a
348 successful @code{read} which returns fewer bytes than requested.
349 Calling @code{read} again immediately would result in @code{EAGAIN}.
351 @item EBADF
352 The @var{filedes} argument is not a valid file descriptor,
353 or is not open for reading.
355 @item EINTR
356 @code{read} was interrupted by a signal while it was waiting for input.
357 @xref{Interrupted Primitives}.  A signal will not necessary cause
358 @code{read} to return @code{EINTR}; it may instead result in a
359 successful @code{read} which returns fewer bytes than requested.
361 @item EIO
362 For many devices, and for disk files, this error code indicates
363 a hardware error.
365 @code{EIO} also occurs when a background process tries to read from the
366 controlling terminal, and the normal action of stopping the process by
367 sending it a @code{SIGTTIN} signal isn't working.  This might happen if
368 the signal is being blocked or ignored, or because the process group is
369 orphaned.  @xref{Job Control}, for more information about job control,
370 and @ref{Signal Handling}, for information about signals.
372 @item EINVAL
373 In some systems, when reading from a character or block device, position
374 and size offsets must be aligned to a particular block size.  This error
375 indicates that the offsets were not properly aligned.
376 @end table
378 Please note that there is no function named @code{read64}.  This is not
379 necessary since this function does not directly modify or handle the
380 possibly wide file offset.  Since the kernel handles this state
381 internally, the @code{read} function can be used for all cases.
383 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
384 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
385 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{read} is
386 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
387 until the program ends.  To avoid this, calls to @code{read} should be
388 protected using cancellation handlers.
389 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
391 The @code{read} function is the underlying primitive for all of the
392 functions that read from streams, such as @code{fgetc}.
393 @end deftypefun
395 @comment unistd.h
396 @comment Unix98
397 @deftypefun ssize_t pread (int @var{filedes}, void *@var{buffer}, size_t @var{size}, off_t @var{offset})
398 The @code{pread} function is similar to the @code{read} function.  The
399 first three arguments are identical, and the return values and error
400 codes also correspond.
402 The difference is the fourth argument and its handling.  The data block
403 is not read from the current position of the file descriptor
404 @code{filedes}.  Instead the data is read from the file starting at
405 position @var{offset}.  The position of the file descriptor itself is
406 not affected by the operation.  The value is the same as before the call.
408 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
409 @code{pread} function is in fact @code{pread64} and the type
410 @code{off_t} has 64 bits, which makes it possible to handle files up to
411 @math{2^63} bytes in length.
413 The return value of @code{pread} describes the number of bytes read.
414 In the error case it returns @math{-1} like @code{read} does and the
415 error codes are also the same, with these additions:
417 @table @code
418 @item EINVAL
419 The value given for @var{offset} is negative and therefore illegal.
421 @item ESPIPE
422 The file descriptor @var{filedes} is associate with a pipe or a FIFO and
423 this device does not allow positioning of the file pointer.
424 @end table
426 The function is an extension defined in the Unix Single Specification
427 version 2.
428 @end deftypefun
430 @comment unistd.h
431 @comment Unix98
432 @deftypefun ssize_t pread64 (int @var{filedes}, void *@var{buffer}, size_t @var{size}, off64_t @var{offset})
433 This function is similar to the @code{pread} function.  The difference
434 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
435 @code{off_t} which makes it possible on 32 bit machines to address
436 files larger than @math{2^31} bytes and up to @math{2^63} bytes.  The
437 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
438 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
439 errors with a descriptor in small file mode.
441 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
442 32 bit machine this function is actually available under the name
443 @code{pread} and so transparently replaces the 32 bit interface.
444 @end deftypefun
446 @cindex writing to a file descriptor
447 @comment unistd.h
448 @comment POSIX.1
449 @deftypefun ssize_t write (int @var{filedes}, const void *@var{buffer}, size_t @var{size})
450 The @code{write} function writes up to @var{size} bytes from
451 @var{buffer} to the file with descriptor @var{filedes}.  The data in
452 @var{buffer} is not necessarily a character string and a null character is
453 output like any other character.
455 The return value is the number of bytes actually written.  This may be
456 @var{size}, but can always be smaller.  Your program should always call
457 @code{write} in a loop, iterating until all the data is written.
459 Once @code{write} returns, the data is enqueued to be written and can be
460 read back right away, but it is not necessarily written out to permanent
461 storage immediately.  You can use @code{fsync} when you need to be sure
462 your data has been permanently stored before continuing.  (It is more
463 efficient for the system to batch up consecutive writes and do them all
464 at once when convenient.  Normally they will always be written to disk
465 within a minute or less.)  Modern systems provide another function
466 @code{fdatasync} which guarantees integrity only for the file data and
467 is therefore faster.
468 @c !!! xref fsync, fdatasync
469 You can use the @code{O_FSYNC} open mode to make @code{write} always
470 store the data to disk before returning; @pxref{Operating Modes}.
472 In the case of an error, @code{write} returns @math{-1}.  The following
473 @code{errno} error conditions are defined for this function:
475 @table @code
476 @item EAGAIN
477 Normally, @code{write} blocks until the write operation is complete.
478 But if the @code{O_NONBLOCK} flag is set for the file (@pxref{Control
479 Operations}), it returns immediately without writing any data and
480 reports this error.  An example of a situation that might cause the
481 process to block on output is writing to a terminal device that supports
482 flow control, where output has been suspended by receipt of a STOP
483 character.
485 @strong{Compatibility Note:} Most versions of BSD Unix use a different
486 error code for this: @code{EWOULDBLOCK}.  In @theglibc{},
487 @code{EWOULDBLOCK} is an alias for @code{EAGAIN}, so it doesn't matter
488 which name you use.
490 On some systems, writing a large amount of data from a character special
491 file can also fail with @code{EAGAIN} if the kernel cannot find enough
492 physical memory to lock down the user's pages.  This is limited to
493 devices that transfer with direct memory access into the user's memory,
494 which means it does not include terminals, since they always use
495 separate buffers inside the kernel.  This problem does not arise on
496 @gnuhurdsystems{}.
498 @item EBADF
499 The @var{filedes} argument is not a valid file descriptor,
500 or is not open for writing.
502 @item EFBIG
503 The size of the file would become larger than the implementation can support.
505 @item EINTR
506 The @code{write} operation was interrupted by a signal while it was
507 blocked waiting for completion.  A signal will not necessarily cause
508 @code{write} to return @code{EINTR}; it may instead result in a
509 successful @code{write} which writes fewer bytes than requested.
510 @xref{Interrupted Primitives}.
512 @item EIO
513 For many devices, and for disk files, this error code indicates
514 a hardware error.
516 @item ENOSPC
517 The device containing the file is full.
519 @item EPIPE
520 This error is returned when you try to write to a pipe or FIFO that
521 isn't open for reading by any process.  When this happens, a @code{SIGPIPE}
522 signal is also sent to the process; see @ref{Signal Handling}.
524 @item EINVAL
525 In some systems, when writing to a character or block device, position
526 and size offsets must be aligned to a particular block size.  This error
527 indicates that the offsets were not properly aligned.
528 @end table
530 Unless you have arranged to prevent @code{EINTR} failures, you should
531 check @code{errno} after each failing call to @code{write}, and if the
532 error was @code{EINTR}, you should simply repeat the call.
533 @xref{Interrupted Primitives}.  The easy way to do this is with the
534 macro @code{TEMP_FAILURE_RETRY}, as follows:
536 @smallexample
537 nbytes = TEMP_FAILURE_RETRY (write (desc, buffer, count));
538 @end smallexample
540 Please note that there is no function named @code{write64}.  This is not
541 necessary since this function does not directly modify or handle the
542 possibly wide file offset.  Since the kernel handles this state
543 internally the @code{write} function can be used for all cases.
545 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
546 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
547 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{write} is
548 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
549 until the program ends.  To avoid this, calls to @code{write} should be
550 protected using cancellation handlers.
551 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
553 The @code{write} function is the underlying primitive for all of the
554 functions that write to streams, such as @code{fputc}.
555 @end deftypefun
557 @comment unistd.h
558 @comment Unix98
559 @deftypefun ssize_t pwrite (int @var{filedes}, const void *@var{buffer}, size_t @var{size}, off_t @var{offset})
560 The @code{pwrite} function is similar to the @code{write} function.  The
561 first three arguments are identical, and the return values and error codes
562 also correspond.
564 The difference is the fourth argument and its handling.  The data block
565 is not written to the current position of the file descriptor
566 @code{filedes}.  Instead the data is written to the file starting at
567 position @var{offset}.  The position of the file descriptor itself is
568 not affected by the operation.  The value is the same as before the call.
570 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
571 @code{pwrite} function is in fact @code{pwrite64} and the type
572 @code{off_t} has 64 bits, which makes it possible to handle files up to
573 @math{2^63} bytes in length.
575 The return value of @code{pwrite} describes the number of written bytes.
576 In the error case it returns @math{-1} like @code{write} does and the
577 error codes are also the same, with these additions:
579 @table @code
580 @item EINVAL
581 The value given for @var{offset} is negative and therefore illegal.
583 @item ESPIPE
584 The file descriptor @var{filedes} is associated with a pipe or a FIFO and
585 this device does not allow positioning of the file pointer.
586 @end table
588 The function is an extension defined in the Unix Single Specification
589 version 2.
590 @end deftypefun
592 @comment unistd.h
593 @comment Unix98
594 @deftypefun ssize_t pwrite64 (int @var{filedes}, const void *@var{buffer}, size_t @var{size}, off64_t @var{offset})
595 This function is similar to the @code{pwrite} function.  The difference
596 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
597 @code{off_t} which makes it possible on 32 bit machines to address
598 files larger than @math{2^31} bytes and up to @math{2^63} bytes.  The
599 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
600 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
601 errors with a descriptor in small file mode.
603 When the source file is compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
604 32 bit machine this function is actually available under the name
605 @code{pwrite} and so transparently replaces the 32 bit interface.
606 @end deftypefun
609 @node File Position Primitive
610 @section Setting the File Position of a Descriptor
612 Just as you can set the file position of a stream with @code{fseek}, you
613 can set the file position of a descriptor with @code{lseek}.  This
614 specifies the position in the file for the next @code{read} or
615 @code{write} operation.  @xref{File Positioning}, for more information
616 on the file position and what it means.
618 To read the current file position value from a descriptor, use
619 @code{lseek (@var{desc}, 0, SEEK_CUR)}.
621 @cindex file positioning on a file descriptor
622 @cindex positioning a file descriptor
623 @cindex seeking on a file descriptor
624 @comment unistd.h
625 @comment POSIX.1
626 @deftypefun off_t lseek (int @var{filedes}, off_t @var{offset}, int @var{whence})
627 The @code{lseek} function is used to change the file position of the
628 file with descriptor @var{filedes}.
630 The @var{whence} argument specifies how the @var{offset} should be
631 interpreted, in the same way as for the @code{fseek} function, and it must
632 be one of the symbolic constants @code{SEEK_SET}, @code{SEEK_CUR}, or
633 @code{SEEK_END}.
635 @table @code
636 @item SEEK_SET
637 Specifies that @var{offset} is a count of characters from the beginning
638 of the file.
640 @item SEEK_CUR
641 Specifies that @var{offset} is a count of characters from the current
642 file position.  This count may be positive or negative.
644 @item SEEK_END
645 Specifies that @var{offset} is a count of characters from the end of
646 the file.  A negative count specifies a position within the current
647 extent of the file; a positive count specifies a position past the
648 current end.  If you set the position past the current end, and
649 actually write data, you will extend the file with zeros up to that
650 position.
651 @end table
653 The return value from @code{lseek} is normally the resulting file
654 position, measured in bytes from the beginning of the file.
655 You can use this feature together with @code{SEEK_CUR} to read the
656 current file position.
658 If you want to append to the file, setting the file position to the
659 current end of file with @code{SEEK_END} is not sufficient.  Another
660 process may write more data after you seek but before you write,
661 extending the file so the position you write onto clobbers their data.
662 Instead, use the @code{O_APPEND} operating mode; @pxref{Operating Modes}.
664 You can set the file position past the current end of the file.  This
665 does not by itself make the file longer; @code{lseek} never changes the
666 file.  But subsequent output at that position will extend the file.
667 Characters between the previous end of file and the new position are
668 filled with zeros.  Extending the file in this way can create a
669 ``hole'': the blocks of zeros are not actually allocated on disk, so the
670 file takes up less space than it appears to; it is then called a
671 ``sparse file''.
672 @cindex sparse files
673 @cindex holes in files
675 If the file position cannot be changed, or the operation is in some way
676 invalid, @code{lseek} returns a value of @math{-1}.  The following
677 @code{errno} error conditions are defined for this function:
679 @table @code
680 @item EBADF
681 The @var{filedes} is not a valid file descriptor.
683 @item EINVAL
684 The @var{whence} argument value is not valid, or the resulting
685 file offset is not valid.  A file offset is invalid.
687 @item ESPIPE
688 The @var{filedes} corresponds to an object that cannot be positioned,
689 such as a pipe, FIFO or terminal device.  (POSIX.1 specifies this error
690 only for pipes and FIFOs, but on @gnusystems{}, you always get
691 @code{ESPIPE} if the object is not seekable.)
692 @end table
694 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
695 @code{lseek} function is in fact @code{lseek64} and the type
696 @code{off_t} has 64 bits which makes it possible to handle files up to
697 @math{2^63} bytes in length.
699 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
700 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
701 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{lseek} is
702 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
703 until the program ends.  To avoid this calls to @code{lseek} should be
704 protected using cancellation handlers.
705 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
707 The @code{lseek} function is the underlying primitive for the
708 @code{fseek}, @code{fseeko}, @code{ftell}, @code{ftello} and
709 @code{rewind} functions, which operate on streams instead of file
710 descriptors.
711 @end deftypefun
713 @comment unistd.h
714 @comment Unix98
715 @deftypefun off64_t lseek64 (int @var{filedes}, off64_t @var{offset}, int @var{whence})
716 This function is similar to the @code{lseek} function.  The difference
717 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
718 @code{off_t} which makes it possible on 32 bit machines to address
719 files larger than @math{2^31} bytes and up to @math{2^63} bytes.  The
720 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
721 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
722 errors with a descriptor in small file mode.
724 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
725 32 bits machine this function is actually available under the name
726 @code{lseek} and so transparently replaces the 32 bit interface.
727 @end deftypefun
729 You can have multiple descriptors for the same file if you open the file
730 more than once, or if you duplicate a descriptor with @code{dup}.
731 Descriptors that come from separate calls to @code{open} have independent
732 file positions; using @code{lseek} on one descriptor has no effect on the
733 other.  For example,
735 @smallexample
736 @group
738   int d1, d2;
739   char buf[4];
740   d1 = open ("foo", O_RDONLY);
741   d2 = open ("foo", O_RDONLY);
742   lseek (d1, 1024, SEEK_SET);
743   read (d2, buf, 4);
745 @end group
746 @end smallexample
748 @noindent
749 will read the first four characters of the file @file{foo}.  (The
750 error-checking code necessary for a real program has been omitted here
751 for brevity.)
753 By contrast, descriptors made by duplication share a common file
754 position with the original descriptor that was duplicated.  Anything
755 which alters the file position of one of the duplicates, including
756 reading or writing data, affects all of them alike.  Thus, for example,
758 @smallexample
760   int d1, d2, d3;
761   char buf1[4], buf2[4];
762   d1 = open ("foo", O_RDONLY);
763   d2 = dup (d1);
764   d3 = dup (d2);
765   lseek (d3, 1024, SEEK_SET);
766   read (d1, buf1, 4);
767   read (d2, buf2, 4);
769 @end smallexample
771 @noindent
772 will read four characters starting with the 1024'th character of
773 @file{foo}, and then four more characters starting with the 1028'th
774 character.
776 @comment sys/types.h
777 @comment POSIX.1
778 @deftp {Data Type} off_t
779 This is a signed integer type used to represent file sizes.  In
780 @theglibc{}, this type is no narrower than @code{int}.
782 If the source is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this type
783 is transparently replaced by @code{off64_t}.
784 @end deftp
786 @comment sys/types.h
787 @comment Unix98
788 @deftp {Data Type} off64_t
789 This type is used similar to @code{off_t}.  The difference is that even
790 on 32 bit machines, where the @code{off_t} type would have 32 bits,
791 @code{off64_t} has 64 bits and so is able to address files up to
792 @math{2^63} bytes in length.
794 When compiling with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this type is
795 available under the name @code{off_t}.
796 @end deftp
798 These aliases for the @samp{SEEK_@dots{}} constants exist for the sake
799 of compatibility with older BSD systems.  They are defined in two
800 different header files: @file{fcntl.h} and @file{sys/file.h}.
802 @table @code
803 @item L_SET
804 An alias for @code{SEEK_SET}.
806 @item L_INCR
807 An alias for @code{SEEK_CUR}.
809 @item L_XTND
810 An alias for @code{SEEK_END}.
811 @end table
813 @node Descriptors and Streams
814 @section Descriptors and Streams
815 @cindex streams, and file descriptors
816 @cindex converting file descriptor to stream
817 @cindex extracting file descriptor from stream
819 Given an open file descriptor, you can create a stream for it with the
820 @code{fdopen} function.  You can get the underlying file descriptor for
821 an existing stream with the @code{fileno} function.  These functions are
822 declared in the header file @file{stdio.h}.
823 @pindex stdio.h
825 @comment stdio.h
826 @comment POSIX.1
827 @deftypefun {FILE *} fdopen (int @var{filedes}, const char *@var{opentype})
828 The @code{fdopen} function returns a new stream for the file descriptor
829 @var{filedes}.
831 The @var{opentype} argument is interpreted in the same way as for the
832 @code{fopen} function (@pxref{Opening Streams}), except that
833 the @samp{b} option is not permitted; this is because @gnusystems{} make no
834 distinction between text and binary files.  Also, @code{"w"} and
835 @code{"w+"} do not cause truncation of the file; these have an effect only
836 when opening a file, and in this case the file has already been opened.
837 You must make sure that the @var{opentype} argument matches the actual
838 mode of the open file descriptor.
840 The return value is the new stream.  If the stream cannot be created
841 (for example, if the modes for the file indicated by the file descriptor
842 do not permit the access specified by the @var{opentype} argument), a
843 null pointer is returned instead.
845 In some other systems, @code{fdopen} may fail to detect that the modes
846 for file descriptor do not permit the access specified by
847 @code{opentype}.  @Theglibc{} always checks for this.
848 @end deftypefun
850 For an example showing the use of the @code{fdopen} function,
851 see @ref{Creating a Pipe}.
853 @comment stdio.h
854 @comment POSIX.1
855 @deftypefun int fileno (FILE *@var{stream})
856 This function returns the file descriptor associated with the stream
857 @var{stream}.  If an error is detected (for example, if the @var{stream}
858 is not valid) or if @var{stream} does not do I/O to a file,
859 @code{fileno} returns @math{-1}.
860 @end deftypefun
862 @comment stdio.h
863 @comment GNU
864 @deftypefun int fileno_unlocked (FILE *@var{stream})
865 The @code{fileno_unlocked} function is equivalent to the @code{fileno}
866 function except that it does not implicitly lock the stream if the state
867 is @code{FSETLOCKING_INTERNAL}.
869 This function is a GNU extension.
870 @end deftypefun
872 @cindex standard file descriptors
873 @cindex file descriptors, standard
874 There are also symbolic constants defined in @file{unistd.h} for the
875 file descriptors belonging to the standard streams @code{stdin},
876 @code{stdout}, and @code{stderr}; see @ref{Standard Streams}.
877 @pindex unistd.h
879 @comment unistd.h
880 @comment POSIX.1
881 @table @code
882 @item STDIN_FILENO
883 @vindex STDIN_FILENO
884 This macro has value @code{0}, which is the file descriptor for
885 standard input.
886 @cindex standard input file descriptor
888 @comment unistd.h
889 @comment POSIX.1
890 @item STDOUT_FILENO
891 @vindex STDOUT_FILENO
892 This macro has value @code{1}, which is the file descriptor for
893 standard output.
894 @cindex standard output file descriptor
896 @comment unistd.h
897 @comment POSIX.1
898 @item STDERR_FILENO
899 @vindex STDERR_FILENO
900 This macro has value @code{2}, which is the file descriptor for
901 standard error output.
902 @end table
903 @cindex standard error file descriptor
905 @node Stream/Descriptor Precautions
906 @section Dangers of Mixing Streams and Descriptors
907 @cindex channels
908 @cindex streams and descriptors
909 @cindex descriptors and streams
910 @cindex mixing descriptors and streams
912 You can have multiple file descriptors and streams (let's call both
913 streams and descriptors ``channels'' for short) connected to the same
914 file, but you must take care to avoid confusion between channels.  There
915 are two cases to consider: @dfn{linked} channels that share a single
916 file position value, and @dfn{independent} channels that have their own
917 file positions.
919 It's best to use just one channel in your program for actual data
920 transfer to any given file, except when all the access is for input.
921 For example, if you open a pipe (something you can only do at the file
922 descriptor level), either do all I/O with the descriptor, or construct a
923 stream from the descriptor with @code{fdopen} and then do all I/O with
924 the stream.
926 @menu
927 * Linked Channels::        Dealing with channels sharing a file position.
928 * Independent Channels::   Dealing with separately opened, unlinked channels.
929 * Cleaning Streams::       Cleaning a stream makes it safe to use
930                             another channel.
931 @end menu
933 @node Linked Channels
934 @subsection Linked Channels
935 @cindex linked channels
937 Channels that come from a single opening share the same file position;
938 we call them @dfn{linked} channels.  Linked channels result when you
939 make a stream from a descriptor using @code{fdopen}, when you get a
940 descriptor from a stream with @code{fileno}, when you copy a descriptor
941 with @code{dup} or @code{dup2}, and when descriptors are inherited
942 during @code{fork}.  For files that don't support random access, such as
943 terminals and pipes, @emph{all} channels are effectively linked.  On
944 random-access files, all append-type output streams are effectively
945 linked to each other.
947 @cindex cleaning up a stream
948 If you have been using a stream for I/O (or have just opened the stream),
949 and you want to do I/O using
950 another channel (either a stream or a descriptor) that is linked to it,
951 you must first @dfn{clean up} the stream that you have been using.
952 @xref{Cleaning Streams}.
954 Terminating a process, or executing a new program in the process,
955 destroys all the streams in the process.  If descriptors linked to these
956 streams persist in other processes, their file positions become
957 undefined as a result.  To prevent this, you must clean up the streams
958 before destroying them.
960 @node Independent Channels
961 @subsection Independent Channels
962 @cindex independent channels
964 When you open channels (streams or descriptors) separately on a seekable
965 file, each channel has its own file position.  These are called
966 @dfn{independent channels}.
968 The system handles each channel independently.  Most of the time, this
969 is quite predictable and natural (especially for input): each channel
970 can read or write sequentially at its own place in the file.  However,
971 if some of the channels are streams, you must take these precautions:
973 @itemize @bullet
974 @item
975 You should clean an output stream after use, before doing anything else
976 that might read or write from the same part of the file.
978 @item
979 You should clean an input stream before reading data that may have been
980 modified using an independent channel.  Otherwise, you might read
981 obsolete data that had been in the stream's buffer.
982 @end itemize
984 If you do output to one channel at the end of the file, this will
985 certainly leave the other independent channels positioned somewhere
986 before the new end.  You cannot reliably set their file positions to the
987 new end of file before writing, because the file can always be extended
988 by another process between when you set the file position and when you
989 write the data.  Instead, use an append-type descriptor or stream; they
990 always output at the current end of the file.  In order to make the
991 end-of-file position accurate, you must clean the output channel you
992 were using, if it is a stream.
994 It's impossible for two channels to have separate file pointers for a
995 file that doesn't support random access.  Thus, channels for reading or
996 writing such files are always linked, never independent.  Append-type
997 channels are also always linked.  For these channels, follow the rules
998 for linked channels; see @ref{Linked Channels}.
1000 @node Cleaning Streams
1001 @subsection Cleaning Streams
1003 You can use @code{fflush} to clean a stream in most
1004 cases.
1006 You can skip the @code{fflush} if you know the stream
1007 is already clean.  A stream is clean whenever its buffer is empty.  For
1008 example, an unbuffered stream is always clean.  An input stream that is
1009 at end-of-file is clean.  A line-buffered stream is clean when the last
1010 character output was a newline.  However, a just-opened input stream
1011 might not be clean, as its input buffer might not be empty.
1013 There is one case in which cleaning a stream is impossible on most
1014 systems.  This is when the stream is doing input from a file that is not
1015 random-access.  Such streams typically read ahead, and when the file is
1016 not random access, there is no way to give back the excess data already
1017 read.  When an input stream reads from a random-access file,
1018 @code{fflush} does clean the stream, but leaves the file pointer at an
1019 unpredictable place; you must set the file pointer before doing any
1020 further I/O.
1022 Closing an output-only stream also does @code{fflush}, so this is a
1023 valid way of cleaning an output stream.
1025 You need not clean a stream before using its descriptor for control
1026 operations such as setting terminal modes; these operations don't affect
1027 the file position and are not affected by it.  You can use any
1028 descriptor for these operations, and all channels are affected
1029 simultaneously.  However, text already ``output'' to a stream but still
1030 buffered by the stream will be subject to the new terminal modes when
1031 subsequently flushed.  To make sure ``past'' output is covered by the
1032 terminal settings that were in effect at the time, flush the output
1033 streams for that terminal before setting the modes.  @xref{Terminal
1034 Modes}.
1036 @node Scatter-Gather
1037 @section Fast Scatter-Gather I/O
1038 @cindex scatter-gather
1040 Some applications may need to read or write data to multiple buffers,
1041 which are separated in memory.  Although this can be done easily enough
1042 with multiple calls to @code{read} and @code{write}, it is inefficient
1043 because there is overhead associated with each kernel call.
1045 Instead, many platforms provide special high-speed primitives to perform
1046 these @dfn{scatter-gather} operations in a single kernel call.  @Theglibc{}
1047 will provide an emulation on any system that lacks these
1048 primitives, so they are not a portability threat.  They are defined in
1049 @code{sys/uio.h}.
1051 These functions are controlled with arrays of @code{iovec} structures,
1052 which describe the location and size of each buffer.
1054 @comment sys/uio.h
1055 @comment BSD
1056 @deftp {Data Type} {struct iovec}
1058 The @code{iovec} structure describes a buffer. It contains two fields:
1060 @table @code
1062 @item void *iov_base
1063 Contains the address of a buffer.
1065 @item size_t iov_len
1066 Contains the length of the buffer.
1068 @end table
1069 @end deftp
1071 @comment sys/uio.h
1072 @comment BSD
1073 @deftypefun ssize_t readv (int @var{filedes}, const struct iovec *@var{vector}, int @var{count})
1075 The @code{readv} function reads data from @var{filedes} and scatters it
1076 into the buffers described in @var{vector}, which is taken to be
1077 @var{count} structures long.  As each buffer is filled, data is sent to the
1078 next.
1080 Note that @code{readv} is not guaranteed to fill all the buffers.
1081 It may stop at any point, for the same reasons @code{read} would.
1083 The return value is a count of bytes (@emph{not} buffers) read, @math{0}
1084 indicating end-of-file, or @math{-1} indicating an error.  The possible
1085 errors are the same as in @code{read}.
1087 @end deftypefun
1089 @comment sys/uio.h
1090 @comment BSD
1091 @deftypefun ssize_t writev (int @var{filedes}, const struct iovec *@var{vector}, int @var{count})
1093 The @code{writev} function gathers data from the buffers described in
1094 @var{vector}, which is taken to be @var{count} structures long, and writes
1095 them to @code{filedes}.  As each buffer is written, it moves on to the
1096 next.
1098 Like @code{readv}, @code{writev} may stop midstream under the same
1099 conditions @code{write} would.
1101 The return value is a count of bytes written, or @math{-1} indicating an
1102 error.  The possible errors are the same as in @code{write}.
1104 @end deftypefun
1106 @c Note - I haven't read this anywhere. I surmised it from my knowledge
1107 @c of computer science. Thus, there could be subtleties I'm missing.
1109 Note that if the buffers are small (under about 1kB), high-level streams
1110 may be easier to use than these functions.  However, @code{readv} and
1111 @code{writev} are more efficient when the individual buffers themselves
1112 (as opposed to the total output), are large.  In that case, a high-level
1113 stream would not be able to cache the data effectively.
1115 @node Memory-mapped I/O
1116 @section Memory-mapped I/O
1118 On modern operating systems, it is possible to @dfn{mmap} (pronounced
1119 ``em-map'') a file to a region of memory.  When this is done, the file can
1120 be accessed just like an array in the program.
1122 This is more efficient than @code{read} or @code{write}, as only the regions
1123 of the file that a program actually accesses are loaded.  Accesses to
1124 not-yet-loaded parts of the mmapped region are handled in the same way as
1125 swapped out pages.
1127 Since mmapped pages can be stored back to their file when physical
1128 memory is low, it is possible to mmap files orders of magnitude larger
1129 than both the physical memory @emph{and} swap space.  The only limit is
1130 address space.  The theoretical limit is 4GB on a 32-bit machine -
1131 however, the actual limit will be smaller since some areas will be
1132 reserved for other purposes.  If the LFS interface is used the file size
1133 on 32-bit systems is not limited to 2GB (offsets are signed which
1134 reduces the addressable area of 4GB by half); the full 64-bit are
1135 available.
1137 Memory mapping only works on entire pages of memory.  Thus, addresses
1138 for mapping must be page-aligned, and length values will be rounded up.
1139 To determine the size of a page the machine uses one should use
1141 @vindex _SC_PAGESIZE
1142 @smallexample
1143 size_t page_size = (size_t) sysconf (_SC_PAGESIZE);
1144 @end smallexample
1146 @noindent
1147 These functions are declared in @file{sys/mman.h}.
1149 @comment sys/mman.h
1150 @comment POSIX
1151 @deftypefun {void *} mmap (void *@var{address}, size_t @var{length}, int @var{protect}, int @var{flags}, int @var{filedes}, off_t @var{offset})
1153 The @code{mmap} function creates a new mapping, connected to bytes
1154 (@var{offset}) to (@var{offset} + @var{length} - 1) in the file open on
1155 @var{filedes}.  A new reference for the file specified by @var{filedes}
1156 is created, which is not removed by closing the file.
1158 @var{address} gives a preferred starting address for the mapping.
1159 @code{NULL} expresses no preference. Any previous mapping at that
1160 address is automatically removed. The address you give may still be
1161 changed, unless you use the @code{MAP_FIXED} flag.
1163 @vindex PROT_READ
1164 @vindex PROT_WRITE
1165 @vindex PROT_EXEC
1166 @var{protect} contains flags that control what kind of access is
1167 permitted.  They include @code{PROT_READ}, @code{PROT_WRITE}, and
1168 @code{PROT_EXEC}, which permit reading, writing, and execution,
1169 respectively.  Inappropriate access will cause a segfault (@pxref{Program
1170 Error Signals}).
1172 Note that most hardware designs cannot support write permission without
1173 read permission, and many do not distinguish read and execute permission.
1174 Thus, you may receive wider permissions than you ask for, and mappings of
1175 write-only files may be denied even if you do not use @code{PROT_READ}.
1177 @var{flags} contains flags that control the nature of the map.
1178 One of @code{MAP_SHARED} or @code{MAP_PRIVATE} must be specified.
1180 They include:
1182 @vtable @code
1183 @item MAP_PRIVATE
1184 This specifies that writes to the region should never be written back
1185 to the attached file.  Instead, a copy is made for the process, and the
1186 region will be swapped normally if memory runs low.  No other process will
1187 see the changes.
1189 Since private mappings effectively revert to ordinary memory
1190 when written to, you must have enough virtual memory for a copy of
1191 the entire mmapped region if you use this mode with @code{PROT_WRITE}.
1193 @item MAP_SHARED
1194 This specifies that writes to the region will be written back to the
1195 file.  Changes made will be shared immediately with other processes
1196 mmaping the same file.
1198 Note that actual writing may take place at any time.  You need to use
1199 @code{msync}, described below, if it is important that other processes
1200 using conventional I/O get a consistent view of the file.
1202 @item MAP_FIXED
1203 This forces the system to use the exact mapping address specified in
1204 @var{address} and fail if it can't.
1206 @c One of these is official - the other is obviously an obsolete synonym
1207 @c Which is which?
1208 @item MAP_ANONYMOUS
1209 @itemx MAP_ANON
1210 This flag tells the system to create an anonymous mapping, not connected
1211 to a file.  @var{filedes} and @var{off} are ignored, and the region is
1212 initialized with zeros.
1214 Anonymous maps are used as the basic primitive to extend the heap on some
1215 systems.  They are also useful to share data between multiple tasks
1216 without creating a file.
1218 On some systems using private anonymous mmaps is more efficient than using
1219 @code{malloc} for large blocks.  This is not an issue with @theglibc{},
1220 as the included @code{malloc} automatically uses @code{mmap} where appropriate.
1222 @c Linux has some other MAP_ options, which I have not discussed here.
1223 @c MAP_DENYWRITE, MAP_EXECUTABLE and MAP_GROWSDOWN don't seem applicable to
1224 @c user programs (and I don't understand the last two). MAP_LOCKED does
1225 @c not appear to be implemented.
1227 @end vtable
1229 @code{mmap} returns the address of the new mapping, or
1230 @code{MAP_FAILED} for an error.
1232 Possible errors include:
1234 @table @code
1236 @item EINVAL
1238 Either @var{address} was unusable, or inconsistent @var{flags} were
1239 given.
1241 @item EACCES
1243 @var{filedes} was not open for the type of access specified in @var{protect}.
1245 @item ENOMEM
1247 Either there is not enough memory for the operation, or the process is
1248 out of address space.
1250 @item ENODEV
1252 This file is of a type that doesn't support mapping.
1254 @item ENOEXEC
1256 The file is on a filesystem that doesn't support mapping.
1258 @c On Linux, EAGAIN will appear if the file has a conflicting mandatory lock.
1259 @c However mandatory locks are not discussed in this manual.
1261 @c Similarly, ETXTBSY will occur if the MAP_DENYWRITE flag (not documented
1262 @c here) is used and the file is already open for writing.
1264 @end table
1266 @end deftypefun
1268 @comment sys/mman.h
1269 @comment LFS
1270 @deftypefun {void *} mmap64 (void *@var{address}, size_t @var{length}, int @var{protect}, int @var{flags}, int @var{filedes}, off64_t @var{offset})
1271 The @code{mmap64} function is equivalent to the @code{mmap} function but
1272 the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t}.  On 32-bit systems
1273 this allows the file associated with the @var{filedes} descriptor to be
1274 larger than 2GB.  @var{filedes} must be a descriptor returned from a
1275 call to @code{open64} or @code{fopen64} and @code{freopen64} where the
1276 descriptor is retrieved with @code{fileno}.
1278 When the sources are translated with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
1279 function is actually available under the name @code{mmap}.  I.e., the
1280 new, extended API using 64 bit file sizes and offsets transparently
1281 replaces the old API.
1282 @end deftypefun
1284 @comment sys/mman.h
1285 @comment POSIX
1286 @deftypefun int munmap (void *@var{addr}, size_t @var{length})
1288 @code{munmap} removes any memory maps from (@var{addr}) to (@var{addr} +
1289 @var{length}).  @var{length} should be the length of the mapping.
1291 It is safe to unmap multiple mappings in one command, or include unmapped
1292 space in the range.  It is also possible to unmap only part of an existing
1293 mapping.  However, only entire pages can be removed.  If @var{length} is not
1294 an even number of pages, it will be rounded up.
1296 It returns @math{0} for success and @math{-1} for an error.
1298 One error is possible:
1300 @table @code
1302 @item EINVAL
1303 The memory range given was outside the user mmap range or wasn't page
1304 aligned.
1306 @end table
1308 @end deftypefun
1310 @comment sys/mman.h
1311 @comment POSIX
1312 @deftypefun int msync (void *@var{address}, size_t @var{length}, int @var{flags})
1314 When using shared mappings, the kernel can write the file at any time
1315 before the mapping is removed.  To be certain data has actually been
1316 written to the file and will be accessible to non-memory-mapped I/O, it
1317 is necessary to use this function.
1319 It operates on the region @var{address} to (@var{address} + @var{length}).
1320 It may be used on part of a mapping or multiple mappings, however the
1321 region given should not contain any unmapped space.
1323 @var{flags} can contain some options:
1325 @vtable @code
1327 @item MS_SYNC
1329 This flag makes sure the data is actually written @emph{to disk}.
1330 Normally @code{msync} only makes sure that accesses to a file with
1331 conventional I/O reflect the recent changes.
1333 @item MS_ASYNC
1335 This tells @code{msync} to begin the synchronization, but not to wait for
1336 it to complete.
1338 @c Linux also has MS_INVALIDATE, which I don't understand.
1340 @end vtable
1342 @code{msync} returns @math{0} for success and @math{-1} for
1343 error.  Errors include:
1345 @table @code
1347 @item EINVAL
1348 An invalid region was given, or the @var{flags} were invalid.
1350 @item EFAULT
1351 There is no existing mapping in at least part of the given region.
1353 @end table
1355 @end deftypefun
1357 @comment sys/mman.h
1358 @comment GNU
1359 @deftypefun {void *} mremap (void *@var{address}, size_t @var{length}, size_t @var{new_length}, int @var{flag})
1361 This function can be used to change the size of an existing memory
1362 area. @var{address} and @var{length} must cover a region entirely mapped
1363 in the same @code{mmap} statement. A new mapping with the same
1364 characteristics will be returned with the length @var{new_length}.
1366 One option is possible, @code{MREMAP_MAYMOVE}. If it is given in
1367 @var{flags}, the system may remove the existing mapping and create a new
1368 one of the desired length in another location.
1370 The address of the resulting mapping is returned, or @math{-1}. Possible
1371 error codes include:
1373 @table @code
1375 @item EFAULT
1376 There is no existing mapping in at least part of the original region, or
1377 the region covers two or more distinct mappings.
1379 @item EINVAL
1380 The address given is misaligned or inappropriate.
1382 @item EAGAIN
1383 The region has pages locked, and if extended it would exceed the
1384 process's resource limit for locked pages.  @xref{Limits on Resources}.
1386 @item ENOMEM
1387 The region is private writable, and insufficient virtual memory is
1388 available to extend it.  Also, this error will occur if
1389 @code{MREMAP_MAYMOVE} is not given and the extension would collide with
1390 another mapped region.
1392 @end table
1393 @end deftypefun
1395 This function is only available on a few systems.  Except for performing
1396 optional optimizations one should not rely on this function.
1398 Not all file descriptors may be mapped.  Sockets, pipes, and most devices
1399 only allow sequential access and do not fit into the mapping abstraction.
1400 In addition, some regular files may not be mmapable, and older kernels may
1401 not support mapping at all.  Thus, programs using @code{mmap} should
1402 have a fallback method to use should it fail. @xref{Mmap,,,standards,GNU
1403 Coding Standards}.
1405 @comment sys/mman.h
1406 @comment POSIX
1407 @deftypefun int madvise (void *@var{addr}, size_t @var{length}, int @var{advice})
1409 This function can be used to provide the system with @var{advice} about
1410 the intended usage patterns of the memory region starting at @var{addr}
1411 and extending @var{length} bytes.
1413 The valid BSD values for @var{advice} are:
1415 @table @code
1417 @item MADV_NORMAL
1418 The region should receive no further special treatment.
1420 @item MADV_RANDOM
1421 The region will be accessed via random page references. The kernel
1422 should page-in the minimal number of pages for each page fault.
1424 @item MADV_SEQUENTIAL
1425 The region will be accessed via sequential page references. This
1426 may cause the kernel to aggressively read-ahead, expecting further
1427 sequential references after any page fault within this region.
1429 @item MADV_WILLNEED
1430 The region will be needed.  The pages within this region may
1431 be pre-faulted in by the kernel.
1433 @item MADV_DONTNEED
1434 The region is no longer needed.  The kernel may free these pages,
1435 causing any changes to the pages to be lost, as well as swapped
1436 out pages to be discarded.
1438 @end table
1440 The POSIX names are slightly different, but with the same meanings:
1442 @table @code
1444 @item POSIX_MADV_NORMAL
1445 This corresponds with BSD's @code{MADV_NORMAL}.
1447 @item POSIX_MADV_RANDOM
1448 This corresponds with BSD's @code{MADV_RANDOM}.
1450 @item POSIX_MADV_SEQUENTIAL
1451 This corresponds with BSD's @code{MADV_SEQUENTIAL}.
1453 @item POSIX_MADV_WILLNEED
1454 This corresponds with BSD's @code{MADV_WILLNEED}.
1456 @item POSIX_MADV_DONTNEED
1457 This corresponds with BSD's @code{MADV_DONTNEED}.
1459 @end table
1461 @code{madvise} returns @math{0} for success and @math{-1} for
1462 error.  Errors include:
1463 @table @code
1465 @item EINVAL
1466 An invalid region was given, or the @var{advice} was invalid.
1468 @item EFAULT
1469 There is no existing mapping in at least part of the given region.
1471 @end table
1472 @end deftypefun
1474 @node Waiting for I/O
1475 @section Waiting for Input or Output
1476 @cindex waiting for input or output
1477 @cindex multiplexing input
1478 @cindex input from multiple files
1480 Sometimes a program needs to accept input on multiple input channels
1481 whenever input arrives.  For example, some workstations may have devices
1482 such as a digitizing tablet, function button box, or dial box that are
1483 connected via normal asynchronous serial interfaces; good user interface
1484 style requires responding immediately to input on any device.  Another
1485 example is a program that acts as a server to several other processes
1486 via pipes or sockets.
1488 You cannot normally use @code{read} for this purpose, because this
1489 blocks the program until input is available on one particular file
1490 descriptor; input on other channels won't wake it up.  You could set
1491 nonblocking mode and poll each file descriptor in turn, but this is very
1492 inefficient.
1494 A better solution is to use the @code{select} function.  This blocks the
1495 program until input or output is ready on a specified set of file
1496 descriptors, or until a timer expires, whichever comes first.  This
1497 facility is declared in the header file @file{sys/types.h}.
1498 @pindex sys/types.h
1500 In the case of a server socket (@pxref{Listening}), we say that
1501 ``input'' is available when there are pending connections that could be
1502 accepted (@pxref{Accepting Connections}).  @code{accept} for server
1503 sockets blocks and interacts with @code{select} just as @code{read} does
1504 for normal input.
1506 @cindex file descriptor sets, for @code{select}
1507 The file descriptor sets for the @code{select} function are specified
1508 as @code{fd_set} objects.  Here is the description of the data type
1509 and some macros for manipulating these objects.
1511 @comment sys/types.h
1512 @comment BSD
1513 @deftp {Data Type} fd_set
1514 The @code{fd_set} data type represents file descriptor sets for the
1515 @code{select} function.  It is actually a bit array.
1516 @end deftp
1518 @comment sys/types.h
1519 @comment BSD
1520 @deftypevr Macro int FD_SETSIZE
1521 The value of this macro is the maximum number of file descriptors that a
1522 @code{fd_set} object can hold information about.  On systems with a
1523 fixed maximum number, @code{FD_SETSIZE} is at least that number.  On
1524 some systems, including GNU, there is no absolute limit on the number of
1525 descriptors open, but this macro still has a constant value which
1526 controls the number of bits in an @code{fd_set}; if you get a file
1527 descriptor with a value as high as @code{FD_SETSIZE}, you cannot put
1528 that descriptor into an @code{fd_set}.
1529 @end deftypevr
1531 @comment sys/types.h
1532 @comment BSD
1533 @deftypefn Macro void FD_ZERO (fd_set *@var{set})
1534 This macro initializes the file descriptor set @var{set} to be the
1535 empty set.
1536 @end deftypefn
1538 @comment sys/types.h
1539 @comment BSD
1540 @deftypefn Macro void FD_SET (int @var{filedes}, fd_set *@var{set})
1541 This macro adds @var{filedes} to the file descriptor set @var{set}.
1543 The @var{filedes} parameter must not have side effects since it is
1544 evaluated more than once.
1545 @end deftypefn
1547 @comment sys/types.h
1548 @comment BSD
1549 @deftypefn Macro void FD_CLR (int @var{filedes}, fd_set *@var{set})
1550 This macro removes @var{filedes} from the file descriptor set @var{set}.
1552 The @var{filedes} parameter must not have side effects since it is
1553 evaluated more than once.
1554 @end deftypefn
1556 @comment sys/types.h
1557 @comment BSD
1558 @deftypefn Macro int FD_ISSET (int @var{filedes}, const fd_set *@var{set})
1559 This macro returns a nonzero value (true) if @var{filedes} is a member
1560 of the file descriptor set @var{set}, and zero (false) otherwise.
1562 The @var{filedes} parameter must not have side effects since it is
1563 evaluated more than once.
1564 @end deftypefn
1566 Next, here is the description of the @code{select} function itself.
1568 @comment sys/types.h
1569 @comment BSD
1570 @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})
1571 The @code{select} function blocks the calling process until there is
1572 activity on any of the specified sets of file descriptors, or until the
1573 timeout period has expired.
1575 The file descriptors specified by the @var{read-fds} argument are
1576 checked to see if they are ready for reading; the @var{write-fds} file
1577 descriptors are checked to see if they are ready for writing; and the
1578 @var{except-fds} file descriptors are checked for exceptional
1579 conditions.  You can pass a null pointer for any of these arguments if
1580 you are not interested in checking for that kind of condition.
1582 A file descriptor is considered ready for reading if a @code{read}
1583 call will not block.  This usually includes the read offset being at
1584 the end of the file or there is an error to report.  A server socket
1585 is considered ready for reading if there is a pending connection which
1586 can be accepted with @code{accept}; @pxref{Accepting Connections}.  A
1587 client socket is ready for writing when its connection is fully
1588 established; @pxref{Connecting}.
1590 ``Exceptional conditions'' does not mean errors---errors are reported
1591 immediately when an erroneous system call is executed, and do not
1592 constitute a state of the descriptor.  Rather, they include conditions
1593 such as the presence of an urgent message on a socket.  (@xref{Sockets},
1594 for information on urgent messages.)
1596 The @code{select} function checks only the first @var{nfds} file
1597 descriptors.  The usual thing is to pass @code{FD_SETSIZE} as the value
1598 of this argument.
1600 The @var{timeout} specifies the maximum time to wait.  If you pass a
1601 null pointer for this argument, it means to block indefinitely until one
1602 of the file descriptors is ready.  Otherwise, you should provide the
1603 time in @code{struct timeval} format; see @ref{High-Resolution
1604 Calendar}.  Specify zero as the time (a @code{struct timeval} containing
1605 all zeros) if you want to find out which descriptors are ready without
1606 waiting if none are ready.
1608 The normal return value from @code{select} is the total number of ready file
1609 descriptors in all of the sets.  Each of the argument sets is overwritten
1610 with information about the descriptors that are ready for the corresponding
1611 operation.  Thus, to see if a particular descriptor @var{desc} has input,
1612 use @code{FD_ISSET (@var{desc}, @var{read-fds})} after @code{select} returns.
1614 If @code{select} returns because the timeout period expires, it returns
1615 a value of zero.
1617 Any signal will cause @code{select} to return immediately.  So if your
1618 program uses signals, you can't rely on @code{select} to keep waiting
1619 for the full time specified.  If you want to be sure of waiting for a
1620 particular amount of time, you must check for @code{EINTR} and repeat
1621 the @code{select} with a newly calculated timeout based on the current
1622 time.  See the example below.  See also @ref{Interrupted Primitives}.
1624 If an error occurs, @code{select} returns @code{-1} and does not modify
1625 the argument file descriptor sets.  The following @code{errno} error
1626 conditions are defined for this function:
1628 @table @code
1629 @item EBADF
1630 One of the file descriptor sets specified an invalid file descriptor.
1632 @item EINTR
1633 The operation was interrupted by a signal.  @xref{Interrupted Primitives}.
1635 @item EINVAL
1636 The @var{timeout} argument is invalid; one of the components is negative
1637 or too large.
1638 @end table
1639 @end deftypefun
1641 @strong{Portability Note:}  The @code{select} function is a BSD Unix
1642 feature.
1644 Here is an example showing how you can use @code{select} to establish a
1645 timeout period for reading from a file descriptor.  The @code{input_timeout}
1646 function blocks the calling process until input is available on the
1647 file descriptor, or until the timeout period expires.
1649 @smallexample
1650 @include select.c.texi
1651 @end smallexample
1653 There is another example showing the use of @code{select} to multiplex
1654 input from multiple sockets in @ref{Server Example}.
1657 @node Synchronizing I/O
1658 @section Synchronizing I/O operations
1660 @cindex synchronizing
1661 In most modern operating systems, the normal I/O operations are not
1662 executed synchronously.  I.e., even if a @code{write} system call
1663 returns, this does not mean the data is actually written to the media,
1664 e.g., the disk.
1666 In situations where synchronization points are necessary, you can use
1667 special functions which ensure that all operations finish before
1668 they return.
1670 @comment unistd.h
1671 @comment X/Open
1672 @deftypefun void sync (void)
1673 A call to this function will not return as long as there is data which
1674 has not been written to the device.  All dirty buffers in the kernel will
1675 be written and so an overall consistent system can be achieved (if no
1676 other process in parallel writes data).
1678 A prototype for @code{sync} can be found in @file{unistd.h}.
1679 @end deftypefun
1681 Programs more often want to ensure that data written to a given file is
1682 committed, rather than all data in the system.  For this, @code{sync} is overkill.
1685 @comment unistd.h
1686 @comment POSIX
1687 @deftypefun int fsync (int @var{fildes})
1688 The @code{fsync} function can be used to make sure all data associated with
1689 the open file @var{fildes} is written to the device associated with the
1690 descriptor.  The function call does not return unless all actions have
1691 finished.
1693 A prototype for @code{fsync} can be found in @file{unistd.h}.
1695 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
1696 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
1697 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{fsync} is
1698 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
1699 until the program ends.  To avoid this, calls to @code{fsync} should be
1700 protected using cancellation handlers.
1701 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
1703 The return value of the function is zero if no error occurred.  Otherwise
1704 it is @math{-1} and the global variable @var{errno} is set to the
1705 following values:
1706 @table @code
1707 @item EBADF
1708 The descriptor @var{fildes} is not valid.
1710 @item EINVAL
1711 No synchronization is possible since the system does not implement this.
1712 @end table
1713 @end deftypefun
1715 Sometimes it is not even necessary to write all data associated with a
1716 file descriptor.  E.g., in database files which do not change in size it
1717 is enough to write all the file content data to the device.
1718 Meta-information, like the modification time etc., are not that important
1719 and leaving such information uncommitted does not prevent a successful
1720 recovering of the file in case of a problem.
1722 @comment unistd.h
1723 @comment POSIX
1724 @deftypefun int fdatasync (int @var{fildes})
1725 When a call to the @code{fdatasync} function returns, it is ensured
1726 that all of the file data is written to the device.  For all pending I/O
1727 operations, the parts guaranteeing data integrity finished.
1729 Not all systems implement the @code{fdatasync} operation.  On systems
1730 missing this functionality @code{fdatasync} is emulated by a call to
1731 @code{fsync} since the performed actions are a superset of those
1732 required by @code{fdatasync}.
1734 The prototype for @code{fdatasync} is in @file{unistd.h}.
1736 The return value of the function is zero if no error occurred.  Otherwise
1737 it is @math{-1} and the global variable @var{errno} is set to the
1738 following values:
1739 @table @code
1740 @item EBADF
1741 The descriptor @var{fildes} is not valid.
1743 @item EINVAL
1744 No synchronization is possible since the system does not implement this.
1745 @end table
1746 @end deftypefun
1749 @node Asynchronous I/O
1750 @section Perform I/O Operations in Parallel
1752 The POSIX.1b standard defines a new set of I/O operations which can
1753 significantly reduce the time an application spends waiting at I/O.  The
1754 new functions allow a program to initiate one or more I/O operations and
1755 then immediately resume normal work while the I/O operations are
1756 executed in parallel.  This functionality is available if the
1757 @file{unistd.h} file defines the symbol @code{_POSIX_ASYNCHRONOUS_IO}.
1759 These functions are part of the library with realtime functions named
1760 @file{librt}.  They are not actually part of the @file{libc} binary.
1761 The implementation of these functions can be done using support in the
1762 kernel (if available) or using an implementation based on threads at
1763 userlevel.  In the latter case it might be necessary to link applications
1764 with the thread library @file{libpthread} in addition to @file{librt}.
1766 All AIO operations operate on files which were opened previously.  There
1767 might be arbitrarily many operations running for one file.  The
1768 asynchronous I/O operations are controlled using a data structure named
1769 @code{struct aiocb} (@dfn{AIO control block}).  It is defined in
1770 @file{aio.h} as follows.
1772 @comment aio.h
1773 @comment POSIX.1b
1774 @deftp {Data Type} {struct aiocb}
1775 The POSIX.1b standard mandates that the @code{struct aiocb} structure
1776 contains at least the members described in the following table.  There
1777 might be more elements which are used by the implementation, but
1778 depending upon these elements is not portable and is highly deprecated.
1780 @table @code
1781 @item int aio_fildes
1782 This element specifies the file descriptor to be used for the
1783 operation.  It must be a legal descriptor, otherwise the operation will
1784 fail.
1786 The device on which the file is opened must allow the seek operation.
1787 I.e., it is not possible to use any of the AIO operations on devices
1788 like terminals where an @code{lseek} call would lead to an error.
1790 @item off_t aio_offset
1791 This element specifies the offset in the file at which the operation (input
1792 or output) is performed.  Since the operations are carried out in arbitrary
1793 order and more than one operation for one file descriptor can be
1794 started, one cannot expect a current read/write position of the file
1795 descriptor.
1797 @item volatile void *aio_buf
1798 This is a pointer to the buffer with the data to be written or the place
1799 where the read data is stored.
1801 @item size_t aio_nbytes
1802 This element specifies the length of the buffer pointed to by @code{aio_buf}.
1804 @item int aio_reqprio
1805 If the platform has defined @code{_POSIX_PRIORITIZED_IO} and
1806 @code{_POSIX_PRIORITY_SCHEDULING}, the AIO requests are
1807 processed based on the current scheduling priority.  The
1808 @code{aio_reqprio} element can then be used to lower the priority of the
1809 AIO operation.
1811 @item struct sigevent aio_sigevent
1812 This element specifies how the calling process is notified once the
1813 operation terminates.  If the @code{sigev_notify} element is
1814 @code{SIGEV_NONE}, no notification is sent.  If it is @code{SIGEV_SIGNAL},
1815 the signal determined by @code{sigev_signo} is sent.  Otherwise,
1816 @code{sigev_notify} must be @code{SIGEV_THREAD}.  In this case, a thread
1817 is created which starts executing the function pointed to by
1818 @code{sigev_notify_function}.
1820 @item int aio_lio_opcode
1821 This element is only used by the @code{lio_listio} and
1822 @code{lio_listio64} functions.  Since these functions allow an
1823 arbitrary number of operations to start at once, and each operation can be
1824 input or output (or nothing), the information must be stored in the
1825 control block.  The possible values are:
1827 @vtable @code
1828 @item LIO_READ
1829 Start a read operation.  Read from the file at position
1830 @code{aio_offset} and store the next @code{aio_nbytes} bytes in the
1831 buffer pointed to by @code{aio_buf}.
1833 @item LIO_WRITE
1834 Start a write operation.  Write @code{aio_nbytes} bytes starting at
1835 @code{aio_buf} into the file starting at position @code{aio_offset}.
1837 @item LIO_NOP
1838 Do nothing for this control block.  This value is useful sometimes when
1839 an array of @code{struct aiocb} values contains holes, i.e., some of the
1840 values must not be handled although the whole array is presented to the
1841 @code{lio_listio} function.
1842 @end vtable
1843 @end table
1845 When the sources are compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
1846 32 bit machine, this type is in fact @code{struct aiocb64}, since the LFS
1847 interface transparently replaces the @code{struct aiocb} definition.
1848 @end deftp
1850 For use with the AIO functions defined in the LFS, there is a similar type
1851 defined which replaces the types of the appropriate members with larger
1852 types but otherwise is equivalent to @code{struct aiocb}.  Particularly,
1853 all member names are the same.
1855 @comment aio.h
1856 @comment POSIX.1b
1857 @deftp {Data Type} {struct aiocb64}
1858 @table @code
1859 @item int aio_fildes
1860 This element specifies the file descriptor which is used for the
1861 operation.  It must be a legal descriptor since otherwise the operation
1862 fails for obvious reasons.
1864 The device on which the file is opened must allow the seek operation.
1865 I.e., it is not possible to use any of the AIO operations on devices
1866 like terminals where an @code{lseek} call would lead to an error.
1868 @item off64_t aio_offset
1869 This element specifies at which offset in the file the operation (input
1870 or output) is performed.  Since the operation are carried in arbitrary
1871 order and more than one operation for one file descriptor can be
1872 started, one cannot expect a current read/write position of the file
1873 descriptor.
1875 @item volatile void *aio_buf
1876 This is a pointer to the buffer with the data to be written or the place
1877 where the read data is stored.
1879 @item size_t aio_nbytes
1880 This element specifies the length of the buffer pointed to by @code{aio_buf}.
1882 @item int aio_reqprio
1883 If for the platform @code{_POSIX_PRIORITIZED_IO} and
1884 @code{_POSIX_PRIORITY_SCHEDULING} are defined the AIO requests are
1885 processed based on the current scheduling priority.  The
1886 @code{aio_reqprio} element can then be used to lower the priority of the
1887 AIO operation.
1889 @item struct sigevent aio_sigevent
1890 This element specifies how the calling process is notified once the
1891 operation terminates.  If the @code{sigev_notify}, element is
1892 @code{SIGEV_NONE} no notification is sent.  If it is @code{SIGEV_SIGNAL},
1893 the signal determined by @code{sigev_signo} is sent.  Otherwise,
1894 @code{sigev_notify} must be @code{SIGEV_THREAD} in which case a thread
1895 which starts executing the function pointed to by
1896 @code{sigev_notify_function}.
1898 @item int aio_lio_opcode
1899 This element is only used by the @code{lio_listio} and
1900 @code{[lio_listio64} functions.  Since these functions allow an
1901 arbitrary number of operations to start at once, and since each operation can be
1902 input or output (or nothing), the information must be stored in the
1903 control block.  See the description of @code{struct aiocb} for a description
1904 of the possible values.
1905 @end table
1907 When the sources are compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
1908 32 bit machine, this type is available under the name @code{struct
1909 aiocb64}, since the LFS transparently replaces the old interface.
1910 @end deftp
1912 @menu
1913 * Asynchronous Reads/Writes::    Asynchronous Read and Write Operations.
1914 * Status of AIO Operations::     Getting the Status of AIO Operations.
1915 * Synchronizing AIO Operations:: Getting into a consistent state.
1916 * Cancel AIO Operations::        Cancellation of AIO Operations.
1917 * Configuration of AIO::         How to optimize the AIO implementation.
1918 @end menu
1920 @node Asynchronous Reads/Writes
1921 @subsection Asynchronous Read and Write Operations
1923 @comment aio.h
1924 @comment POSIX.1b
1925 @deftypefun int aio_read (struct aiocb *@var{aiocbp})
1926 This function initiates an asynchronous read operation.  It
1927 immediately returns after the operation was enqueued or when an
1928 error was encountered.
1930 The first @code{aiocbp->aio_nbytes} bytes of the file for which
1931 @code{aiocbp->aio_fildes} is a descriptor are written to the buffer
1932 starting at @code{aiocbp->aio_buf}.  Reading starts at the absolute
1933 position @code{aiocbp->aio_offset} in the file.
1935 If prioritized I/O is supported by the platform the
1936 @code{aiocbp->aio_reqprio} value is used to adjust the priority before
1937 the request is actually enqueued.
1939 The calling process is notified about the termination of the read
1940 request according to the @code{aiocbp->aio_sigevent} value.
1942 When @code{aio_read} returns, the return value is zero if no error
1943 occurred that can be found before the process is enqueued.  If such an
1944 early error is found, the function returns @math{-1} and sets
1945 @code{errno} to one of the following values:
1947 @table @code
1948 @item EAGAIN
1949 The request was not enqueued due to (temporarily) exceeded resource
1950 limitations.
1951 @item ENOSYS
1952 The @code{aio_read} function is not implemented.
1953 @item EBADF
1954 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.  This condition
1955 need not be recognized before enqueueing the request and so this error
1956 might also be signaled asynchronously.
1957 @item EINVAL
1958 The @code{aiocbp->aio_offset} or @code{aiocbp->aio_reqpiro} value is
1959 invalid.  This condition need not be recognized before enqueueing the
1960 request and so this error might also be signaled asynchronously.
1961 @end table
1963 If @code{aio_read} returns zero, the current status of the request
1964 can be queried using @code{aio_error} and @code{aio_return} functions.
1965 As long as the value returned by @code{aio_error} is @code{EINPROGRESS}
1966 the operation has not yet completed.  If @code{aio_error} returns zero,
1967 the operation successfully terminated, otherwise the value is to be
1968 interpreted as an error code.  If the function terminated, the result of
1969 the operation can be obtained using a call to @code{aio_return}.  The
1970 returned value is the same as an equivalent call to @code{read} would
1971 have returned.  Possible error codes returned by @code{aio_error} are:
1973 @table @code
1974 @item EBADF
1975 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.
1976 @item ECANCELED
1977 The operation was canceled before the operation was finished
1978 (@pxref{Cancel AIO Operations})
1979 @item EINVAL
1980 The @code{aiocbp->aio_offset} value is invalid.
1981 @end table
1983 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
1984 function is in fact @code{aio_read64} since the LFS interface transparently
1985 replaces the normal implementation.
1986 @end deftypefun
1988 @comment aio.h
1989 @comment Unix98
1990 @deftypefun int aio_read64 (struct aiocb64 *@var{aiocbp})
1991 This function is similar to the @code{aio_read} function.  The only
1992 difference is that on @w{32 bit} machines, the file descriptor should
1993 be opened in the large file mode.  Internally, @code{aio_read64} uses
1994 functionality equivalent to @code{lseek64} (@pxref{File Position
1995 Primitive}) to position the file descriptor correctly for the reading,
1996 as opposed to @code{lseek} functionality used in @code{aio_read}.
1998 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
1999 function is available under the name @code{aio_read} and so transparently
2000 replaces the interface for small files on 32 bit machines.
2001 @end deftypefun
2003 To write data asynchronously to a file, there exists an equivalent pair
2004 of functions with a very similar interface.
2006 @comment aio.h
2007 @comment POSIX.1b
2008 @deftypefun int aio_write (struct aiocb *@var{aiocbp})
2009 This function initiates an asynchronous write operation.  The function
2010 call immediately returns after the operation was enqueued or if before
2011 this happens an error was encountered.
2013 The first @code{aiocbp->aio_nbytes} bytes from the buffer starting at
2014 @code{aiocbp->aio_buf} are written to the file for which
2015 @code{aiocbp->aio_fildes} is an descriptor, starting at the absolute
2016 position @code{aiocbp->aio_offset} in the file.
2018 If prioritized I/O is supported by the platform, the
2019 @code{aiocbp->aio_reqprio} value is used to adjust the priority before
2020 the request is actually enqueued.
2022 The calling process is notified about the termination of the read
2023 request according to the @code{aiocbp->aio_sigevent} value.
2025 When @code{aio_write} returns, the return value is zero if no error
2026 occurred that can be found before the process is enqueued.  If such an
2027 early error is found the function returns @math{-1} and sets
2028 @code{errno} to one of the following values.
2030 @table @code
2031 @item EAGAIN
2032 The request was not enqueued due to (temporarily) exceeded resource
2033 limitations.
2034 @item ENOSYS
2035 The @code{aio_write} function is not implemented.
2036 @item EBADF
2037 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.  This condition
2038 may not be recognized before enqueueing the request, and so this error
2039 might also be signaled asynchronously.
2040 @item EINVAL
2041 The @code{aiocbp->aio_offset} or @code{aiocbp->aio_reqprio} value is
2042 invalid.  This condition may not be recognized before enqueueing the
2043 request and so this error might also be signaled asynchronously.
2044 @end table
2046 In the case @code{aio_write} returns zero, the current status of the
2047 request can be queried using @code{aio_error} and @code{aio_return}
2048 functions.  As long as the value returned by @code{aio_error} is
2049 @code{EINPROGRESS} the operation has not yet completed.  If
2050 @code{aio_error} returns zero, the operation successfully terminated,
2051 otherwise the value is to be interpreted as an error code.  If the
2052 function terminated, the result of the operation can be get using a call
2053 to @code{aio_return}.  The returned value is the same as an equivalent
2054 call to @code{read} would have returned.  Possible error codes returned
2055 by @code{aio_error} are:
2057 @table @code
2058 @item EBADF
2059 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.
2060 @item ECANCELED
2061 The operation was canceled before the operation was finished.
2062 (@pxref{Cancel AIO Operations})
2063 @item EINVAL
2064 The @code{aiocbp->aio_offset} value is invalid.
2065 @end table
2067 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2068 function is in fact @code{aio_write64} since the LFS interface transparently
2069 replaces the normal implementation.
2070 @end deftypefun
2072 @comment aio.h
2073 @comment Unix98
2074 @deftypefun int aio_write64 (struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2075 This function is similar to the @code{aio_write} function.  The only
2076 difference is that on @w{32 bit} machines the file descriptor should
2077 be opened in the large file mode.  Internally @code{aio_write64} uses
2078 functionality equivalent to @code{lseek64} (@pxref{File Position
2079 Primitive}) to position the file descriptor correctly for the writing,
2080 as opposed to @code{lseek} functionality used in @code{aio_write}.
2082 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2083 function is available under the name @code{aio_write} and so transparently
2084 replaces the interface for small files on 32 bit machines.
2085 @end deftypefun
2087 Besides these functions with the more or less traditional interface,
2088 POSIX.1b also defines a function which can initiate more than one
2089 operation at a time, and which can handle freely mixed read and write
2090 operations.  It is therefore similar to a combination of @code{readv} and
2091 @code{writev}.
2093 @comment aio.h
2094 @comment POSIX.1b
2095 @deftypefun int lio_listio (int @var{mode}, struct aiocb *const @var{list}[], int @var{nent}, struct sigevent *@var{sig})
2096 The @code{lio_listio} function can be used to enqueue an arbitrary
2097 number of read and write requests at one time.  The requests can all be
2098 meant for the same file, all for different files or every solution in
2099 between.
2101 @code{lio_listio} gets the @var{nent} requests from the array pointed to
2102 by @var{list}.  The operation to be performed is determined by the
2103 @code{aio_lio_opcode} member in each element of @var{list}.  If this
2104 field is @code{LIO_READ} a read operation is enqueued, similar to a call
2105 of @code{aio_read} for this element of the array (except that the way
2106 the termination is signalled is different, as we will see below).  If
2107 the @code{aio_lio_opcode} member is @code{LIO_WRITE} a write operation
2108 is enqueued.  Otherwise the @code{aio_lio_opcode} must be @code{LIO_NOP}
2109 in which case this element of @var{list} is simply ignored.  This
2110 ``operation'' is useful in situations where one has a fixed array of
2111 @code{struct aiocb} elements from which only a few need to be handled at
2112 a time.  Another situation is where the @code{lio_listio} call was
2113 canceled before all requests are processed (@pxref{Cancel AIO
2114 Operations}) and the remaining requests have to be reissued.
2116 The other members of each element of the array pointed to by
2117 @code{list} must have values suitable for the operation as described in
2118 the documentation for @code{aio_read} and @code{aio_write} above.
2120 The @var{mode} argument determines how @code{lio_listio} behaves after
2121 having enqueued all the requests.  If @var{mode} is @code{LIO_WAIT} it
2122 waits until all requests terminated.  Otherwise @var{mode} must be
2123 @code{LIO_NOWAIT} and in this case the function returns immediately after
2124 having enqueued all the requests.  In this case the caller gets a
2125 notification of the termination of all requests according to the
2126 @var{sig} parameter.  If @var{sig} is @code{NULL} no notification is
2127 send.  Otherwise a signal is sent or a thread is started, just as
2128 described in the description for @code{aio_read} or @code{aio_write}.
2130 If @var{mode} is @code{LIO_WAIT}, the return value of @code{lio_listio}
2131 is @math{0} when all requests completed successfully.  Otherwise the
2132 function return @math{-1} and @code{errno} is set accordingly.  To find
2133 out which request or requests failed one has to use the @code{aio_error}
2134 function on all the elements of the array @var{list}.
2136 In case @var{mode} is @code{LIO_NOWAIT}, the function returns @math{0} if
2137 all requests were enqueued correctly.  The current state of the requests
2138 can be found using @code{aio_error} and @code{aio_return} as described
2139 above.  If @code{lio_listio} returns @math{-1} in this mode, the
2140 global variable @code{errno} is set accordingly.  If a request did not
2141 yet terminate, a call to @code{aio_error} returns @code{EINPROGRESS}.  If
2142 the value is different, the request is finished and the error value (or
2143 @math{0}) is returned and the result of the operation can be retrieved
2144 using @code{aio_return}.
2146 Possible values for @code{errno} are:
2148 @table @code
2149 @item EAGAIN
2150 The resources necessary to queue all the requests are not available at
2151 the moment.  The error status for each element of @var{list} must be
2152 checked to determine which request failed.
2154 Another reason could be that the system wide limit of AIO requests is
2155 exceeded.  This cannot be the case for the implementation on @gnusystems{}
2156 since no arbitrary limits exist.
2157 @item EINVAL
2158 The @var{mode} parameter is invalid or @var{nent} is larger than
2159 @code{AIO_LISTIO_MAX}.
2160 @item EIO
2161 One or more of the request's I/O operations failed.  The error status of
2162 each request should be checked to determine which one failed.
2163 @item ENOSYS
2164 The @code{lio_listio} function is not supported.
2165 @end table
2167 If the @var{mode} parameter is @code{LIO_NOWAIT} and the caller cancels
2168 a request, the error status for this request returned by
2169 @code{aio_error} is @code{ECANCELED}.
2171 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2172 function is in fact @code{lio_listio64} since the LFS interface
2173 transparently replaces the normal implementation.
2174 @end deftypefun
2176 @comment aio.h
2177 @comment Unix98
2178 @deftypefun int lio_listio64 (int @var{mode}, struct aiocb64 *const @var{list}[], int @var{nent}, struct sigevent *@var{sig})
2179 This function is similar to the @code{lio_listio} function.  The only
2180 difference is that on @w{32 bit} machines, the file descriptor should
2181 be opened in the large file mode.  Internally, @code{lio_listio64} uses
2182 functionality equivalent to @code{lseek64} (@pxref{File Position
2183 Primitive}) to position the file descriptor correctly for the reading or
2184 writing, as opposed to @code{lseek} functionality used in
2185 @code{lio_listio}.
2187 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2188 function is available under the name @code{lio_listio} and so
2189 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2190 machines.
2191 @end deftypefun
2193 @node Status of AIO Operations
2194 @subsection Getting the Status of AIO Operations
2196 As already described in the documentation of the functions in the last
2197 section, it must be possible to get information about the status of an I/O
2198 request.  When the operation is performed truly asynchronously (as with
2199 @code{aio_read} and @code{aio_write} and with @code{lio_listio} when the
2200 mode is @code{LIO_NOWAIT}), one sometimes needs to know whether a
2201 specific request already terminated and if so, what the result was.
2202 The following two functions allow you to get this kind of information.
2204 @comment aio.h
2205 @comment POSIX.1b
2206 @deftypefun int aio_error (const struct aiocb *@var{aiocbp})
2207 This function determines the error state of the request described by the
2208 @code{struct aiocb} variable pointed to by @var{aiocbp}.  If the
2209 request has not yet terminated the value returned is always
2210 @code{EINPROGRESS}.  Once the request has terminated the value
2211 @code{aio_error} returns is either @math{0} if the request completed
2212 successfully or it returns the value which would be stored in the
2213 @code{errno} variable if the request would have been done using
2214 @code{read}, @code{write}, or @code{fsync}.
2216 The function can return @code{ENOSYS} if it is not implemented.  It
2217 could also return @code{EINVAL} if the @var{aiocbp} parameter does not
2218 refer to an asynchronous operation whose return status is not yet known.
2220 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2221 function is in fact @code{aio_error64} since the LFS interface
2222 transparently replaces the normal implementation.
2223 @end deftypefun
2225 @comment aio.h
2226 @comment Unix98
2227 @deftypefun int aio_error64 (const struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2228 This function is similar to @code{aio_error} with the only difference
2229 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2230 aiocb64}.
2232 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2233 function is available under the name @code{aio_error} and so
2234 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2235 machines.
2236 @end deftypefun
2238 @comment aio.h
2239 @comment POSIX.1b
2240 @deftypefun ssize_t aio_return (struct aiocb *@var{aiocbp})
2241 This function can be used to retrieve the return status of the operation
2242 carried out by the request described in the variable pointed to by
2243 @var{aiocbp}.  As long as the error status of this request as returned
2244 by @code{aio_error} is @code{EINPROGRESS} the return of this function is
2245 undefined.
2247 Once the request is finished this function can be used exactly once to
2248 retrieve the return value.  Following calls might lead to undefined
2249 behavior.  The return value itself is the value which would have been
2250 returned by the @code{read}, @code{write}, or @code{fsync} call.
2252 The function can return @code{ENOSYS} if it is not implemented.  It
2253 could also return @code{EINVAL} if the @var{aiocbp} parameter does not
2254 refer to an asynchronous operation whose return status is not yet known.
2256 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2257 function is in fact @code{aio_return64} since the LFS interface
2258 transparently replaces the normal implementation.
2259 @end deftypefun
2261 @comment aio.h
2262 @comment Unix98
2263 @deftypefun ssize_t aio_return64 (struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2264 This function is similar to @code{aio_return} with the only difference
2265 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2266 aiocb64}.
2268 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2269 function is available under the name @code{aio_return} and so
2270 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2271 machines.
2272 @end deftypefun
2274 @node Synchronizing AIO Operations
2275 @subsection Getting into a Consistent State
2277 When dealing with asynchronous operations it is sometimes necessary to
2278 get into a consistent state.  This would mean for AIO that one wants to
2279 know whether a certain request or a group of request were processed.
2280 This could be done by waiting for the notification sent by the system
2281 after the operation terminated, but this sometimes would mean wasting
2282 resources (mainly computation time).  Instead POSIX.1b defines two
2283 functions which will help with most kinds of consistency.
2285 The @code{aio_fsync} and @code{aio_fsync64} functions are only available
2286 if the symbol @code{_POSIX_SYNCHRONIZED_IO} is defined in @file{unistd.h}.
2288 @cindex synchronizing
2289 @comment aio.h
2290 @comment POSIX.1b
2291 @deftypefun int aio_fsync (int @var{op}, struct aiocb *@var{aiocbp})
2292 Calling this function forces all I/O operations operating queued at the
2293 time of the function call operating on the file descriptor
2294 @code{aiocbp->aio_fildes} into the synchronized I/O completion state
2295 (@pxref{Synchronizing I/O}).  The @code{aio_fsync} function returns
2296 immediately but the notification through the method described in
2297 @code{aiocbp->aio_sigevent} will happen only after all requests for this
2298 file descriptor have terminated and the file is synchronized.  This also
2299 means that requests for this very same file descriptor which are queued
2300 after the synchronization request are not affected.
2302 If @var{op} is @code{O_DSYNC} the synchronization happens as with a call
2303 to @code{fdatasync}.  Otherwise @var{op} should be @code{O_SYNC} and
2304 the synchronization happens as with @code{fsync}.
2306 As long as the synchronization has not happened, a call to
2307 @code{aio_error} with the reference to the object pointed to by
2308 @var{aiocbp} returns @code{EINPROGRESS}.  Once the synchronization is
2309 done @code{aio_error} return @math{0} if the synchronization was not
2310 successful.  Otherwise the value returned is the value to which the
2311 @code{fsync} or @code{fdatasync} function would have set the
2312 @code{errno} variable.  In this case nothing can be assumed about the
2313 consistency for the data written to this file descriptor.
2315 The return value of this function is @math{0} if the request was
2316 successfully enqueued.  Otherwise the return value is @math{-1} and
2317 @code{errno} is set to one of the following values:
2319 @table @code
2320 @item EAGAIN
2321 The request could not be enqueued due to temporary lack of resources.
2322 @item EBADF
2323 The file descriptor @code{@var{aiocbp}->aio_fildes} is not valid.
2324 @item EINVAL
2325 The implementation does not support I/O synchronization or the @var{op}
2326 parameter is other than @code{O_DSYNC} and @code{O_SYNC}.
2327 @item ENOSYS
2328 This function is not implemented.
2329 @end table
2331 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2332 function is in fact @code{aio_fsync64} since the LFS interface
2333 transparently replaces the normal implementation.
2334 @end deftypefun
2336 @comment aio.h
2337 @comment Unix98
2338 @deftypefun int aio_fsync64 (int @var{op}, struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2339 This function is similar to @code{aio_fsync} with the only difference
2340 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2341 aiocb64}.
2343 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2344 function is available under the name @code{aio_fsync} and so
2345 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2346 machines.
2347 @end deftypefun
2349 Another method of synchronization is to wait until one or more requests of a
2350 specific set terminated.  This could be achieved by the @code{aio_*}
2351 functions to notify the initiating process about the termination but in
2352 some situations this is not the ideal solution.  In a program which
2353 constantly updates clients somehow connected to the server it is not
2354 always the best solution to go round robin since some connections might
2355 be slow.  On the other hand letting the @code{aio_*} function notify the
2356 caller might also be not the best solution since whenever the process
2357 works on preparing data for on client it makes no sense to be
2358 interrupted by a notification since the new client will not be handled
2359 before the current client is served.  For situations like this
2360 @code{aio_suspend} should be used.
2362 @comment aio.h
2363 @comment POSIX.1b
2364 @deftypefun int aio_suspend (const struct aiocb *const @var{list}[], int @var{nent}, const struct timespec *@var{timeout})
2365 When calling this function, the calling thread is suspended until at
2366 least one of the requests pointed to by the @var{nent} elements of the
2367 array @var{list} has completed.  If any of the requests has already
2368 completed at the time @code{aio_suspend} is called, the function returns
2369 immediately.  Whether a request has terminated or not is determined by
2370 comparing the error status of the request with @code{EINPROGRESS}.  If
2371 an element of @var{list} is @code{NULL}, the entry is simply ignored.
2373 If no request has finished, the calling process is suspended.  If
2374 @var{timeout} is @code{NULL}, the process is not woken until a request
2375 has finished.  If @var{timeout} is not @code{NULL}, the process remains
2376 suspended at least as long as specified in @var{timeout}.  In this case,
2377 @code{aio_suspend} returns with an error.
2379 The return value of the function is @math{0} if one or more requests
2380 from the @var{list} have terminated.  Otherwise the function returns
2381 @math{-1} and @code{errno} is set to one of the following values:
2383 @table @code
2384 @item EAGAIN
2385 None of the requests from the @var{list} completed in the time specified
2386 by @var{timeout}.
2387 @item EINTR
2388 A signal interrupted the @code{aio_suspend} function.  This signal might
2389 also be sent by the AIO implementation while signalling the termination
2390 of one of the requests.
2391 @item ENOSYS
2392 The @code{aio_suspend} function is not implemented.
2393 @end table
2395 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2396 function is in fact @code{aio_suspend64} since the LFS interface
2397 transparently replaces the normal implementation.
2398 @end deftypefun
2400 @comment aio.h
2401 @comment Unix98
2402 @deftypefun int aio_suspend64 (const struct aiocb64 *const @var{list}[], int @var{nent}, const struct timespec *@var{timeout})
2403 This function is similar to @code{aio_suspend} with the only difference
2404 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2405 aiocb64}.
2407 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2408 function is available under the name @code{aio_suspend} and so
2409 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2410 machines.
2411 @end deftypefun
2413 @node Cancel AIO Operations
2414 @subsection Cancellation of AIO Operations
2416 When one or more requests are asynchronously processed, it might be
2417 useful in some situations to cancel a selected operation, e.g., if it
2418 becomes obvious that the written data is no longer accurate and would
2419 have to be overwritten soon.  As an example, assume an application, which
2420 writes data in files in a situation where new incoming data would have
2421 to be written in a file which will be updated by an enqueued request.
2422 The POSIX AIO implementation provides such a function, but this function
2423 is not capable of forcing the cancellation of the request.  It is up to the
2424 implementation to decide whether it is possible to cancel the operation
2425 or not.  Therefore using this function is merely a hint.
2427 @comment aio.h
2428 @comment POSIX.1b
2429 @deftypefun int aio_cancel (int @var{fildes}, struct aiocb *@var{aiocbp})
2430 The @code{aio_cancel} function can be used to cancel one or more
2431 outstanding requests.  If the @var{aiocbp} parameter is @code{NULL}, the
2432 function tries to cancel all of the outstanding requests which would process
2433 the file descriptor @var{fildes} (i.e., whose @code{aio_fildes} member
2434 is @var{fildes}).  If @var{aiocbp} is not @code{NULL}, @code{aio_cancel}
2435 attempts to cancel the specific request pointed to by @var{aiocbp}.
2437 For requests which were successfully canceled, the normal notification
2438 about the termination of the request should take place.  I.e., depending
2439 on the @code{struct sigevent} object which controls this, nothing
2440 happens, a signal is sent or a thread is started.  If the request cannot
2441 be canceled, it terminates the usual way after performing the operation.
2443 After a request is successfully canceled, a call to @code{aio_error} with
2444 a reference to this request as the parameter will return
2445 @code{ECANCELED} and a call to @code{aio_return} will return @math{-1}.
2446 If the request wasn't canceled and is still running the error status is
2447 still @code{EINPROGRESS}.
2449 The return value of the function is @code{AIO_CANCELED} if there were
2450 requests which haven't terminated and which were successfully canceled.
2451 If there is one or more requests left which couldn't be canceled, the
2452 return value is @code{AIO_NOTCANCELED}.  In this case @code{aio_error}
2453 must be used to find out which of the, perhaps multiple, requests (in
2454 @var{aiocbp} is @code{NULL}) weren't successfully canceled.  If all
2455 requests already terminated at the time @code{aio_cancel} is called the
2456 return value is @code{AIO_ALLDONE}.
2458 If an error occurred during the execution of @code{aio_cancel} the
2459 function returns @math{-1} and sets @code{errno} to one of the following
2460 values.
2462 @table @code
2463 @item EBADF
2464 The file descriptor @var{fildes} is not valid.
2465 @item ENOSYS
2466 @code{aio_cancel} is not implemented.
2467 @end table
2469 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2470 function is in fact @code{aio_cancel64} since the LFS interface
2471 transparently replaces the normal implementation.
2472 @end deftypefun
2474 @comment aio.h
2475 @comment Unix98
2476 @deftypefun int aio_cancel64 (int @var{fildes}, struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2477 This function is similar to @code{aio_cancel} with the only difference
2478 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2479 aiocb64}.
2481 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2482 function is available under the name @code{aio_cancel} and so
2483 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2484 machines.
2485 @end deftypefun
2487 @node Configuration of AIO
2488 @subsection How to optimize the AIO implementation
2490 The POSIX standard does not specify how the AIO functions are
2491 implemented.  They could be system calls, but it is also possible to
2492 emulate them at userlevel.
2494 At the point of this writing, the available implementation is a userlevel
2495 implementation which uses threads for handling the enqueued requests.
2496 While this implementation requires making some decisions about
2497 limitations, hard limitations are something which is best avoided
2498 in @theglibc{}.  Therefore, @theglibc{} provides a means
2499 for tuning the AIO implementation according to the individual use.
2501 @comment aio.h
2502 @comment GNU
2503 @deftp {Data Type} {struct aioinit}
2504 This data type is used to pass the configuration or tunable parameters
2505 to the implementation.  The program has to initialize the members of
2506 this struct and pass it to the implementation using the @code{aio_init}
2507 function.
2509 @table @code
2510 @item int aio_threads
2511 This member specifies the maximal number of threads which may be used
2512 at any one time.
2513 @item int aio_num
2514 This number provides an estimate on the maximal number of simultaneously
2515 enqueued requests.
2516 @item int aio_locks
2517 Unused.
2518 @item int aio_usedba
2519 Unused.
2520 @item int aio_debug
2521 Unused.
2522 @item int aio_numusers
2523 Unused.
2524 @item int aio_reserved[2]
2525 Unused.
2526 @end table
2527 @end deftp
2529 @comment aio.h
2530 @comment GNU
2531 @deftypefun void aio_init (const struct aioinit *@var{init})
2532 This function must be called before any other AIO function.  Calling it
2533 is completely voluntary, as it is only meant to help the AIO
2534 implementation perform better.
2536 Before calling the @code{aio_init}, function the members of a variable of
2537 type @code{struct aioinit} must be initialized.  Then a reference to
2538 this variable is passed as the parameter to @code{aio_init} which itself
2539 may or may not pay attention to the hints.
2541 The function has no return value and no error cases are defined.  It is
2542 a extension which follows a proposal from the SGI implementation in
2543 @w{Irix 6}.  It is not covered by POSIX.1b or Unix98.
2544 @end deftypefun
2546 @node Control Operations
2547 @section Control Operations on Files
2549 @cindex control operations on files
2550 @cindex @code{fcntl} function
2551 This section describes how you can perform various other operations on
2552 file descriptors, such as inquiring about or setting flags describing
2553 the status of the file descriptor, manipulating record locks, and the
2554 like.  All of these operations are performed by the function @code{fcntl}.
2556 The second argument to the @code{fcntl} function is a command that
2557 specifies which operation to perform.  The function and macros that name
2558 various flags that are used with it are declared in the header file
2559 @file{fcntl.h}.  Many of these flags are also used by the @code{open}
2560 function; see @ref{Opening and Closing Files}.
2561 @pindex fcntl.h
2563 @comment fcntl.h
2564 @comment POSIX.1
2565 @deftypefun int fcntl (int @var{filedes}, int @var{command}, @dots{})
2566 The @code{fcntl} function performs the operation specified by
2567 @var{command} on the file descriptor @var{filedes}.  Some commands
2568 require additional arguments to be supplied.  These additional arguments
2569 and the return value and error conditions are given in the detailed
2570 descriptions of the individual commands.
2572 Briefly, here is a list of what the various commands are.
2574 @table @code
2575 @item F_DUPFD
2576 Duplicate the file descriptor (return another file descriptor pointing
2577 to the same open file).  @xref{Duplicating Descriptors}.
2579 @item F_GETFD
2580 Get flags associated with the file descriptor.  @xref{Descriptor Flags}.
2582 @item F_SETFD
2583 Set flags associated with the file descriptor.  @xref{Descriptor Flags}.
2585 @item F_GETFL
2586 Get flags associated with the open file.  @xref{File Status Flags}.
2588 @item F_SETFL
2589 Set flags associated with the open file.  @xref{File Status Flags}.
2591 @item F_GETLK
2592 Get a file lock.  @xref{File Locks}.
2594 @item F_SETLK
2595 Set or clear a file lock.  @xref{File Locks}.
2597 @item F_SETLKW
2598 Like @code{F_SETLK}, but wait for completion.  @xref{File Locks}.
2600 @item F_GETOWN
2601 Get process or process group ID to receive @code{SIGIO} signals.
2602 @xref{Interrupt Input}.
2604 @item F_SETOWN
2605 Set process or process group ID to receive @code{SIGIO} signals.
2606 @xref{Interrupt Input}.
2607 @end table
2609 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
2610 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
2611 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{fcntl} is
2612 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
2613 until the program ends.  To avoid this calls to @code{fcntl} should be
2614 protected using cancellation handlers.
2615 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
2616 @end deftypefun
2619 @node Duplicating Descriptors
2620 @section Duplicating Descriptors
2622 @cindex duplicating file descriptors
2623 @cindex redirecting input and output
2625 You can @dfn{duplicate} a file descriptor, or allocate another file
2626 descriptor that refers to the same open file as the original.  Duplicate
2627 descriptors share one file position and one set of file status flags
2628 (@pxref{File Status Flags}), but each has its own set of file descriptor
2629 flags (@pxref{Descriptor Flags}).
2631 The major use of duplicating a file descriptor is to implement
2632 @dfn{redirection} of input or output:  that is, to change the
2633 file or pipe that a particular file descriptor corresponds to.
2635 You can perform this operation using the @code{fcntl} function with the
2636 @code{F_DUPFD} command, but there are also convenient functions
2637 @code{dup} and @code{dup2} for duplicating descriptors.
2639 @pindex unistd.h
2640 @pindex fcntl.h
2641 The @code{fcntl} function and flags are declared in @file{fcntl.h},
2642 while prototypes for @code{dup} and @code{dup2} are in the header file
2643 @file{unistd.h}.
2645 @comment unistd.h
2646 @comment POSIX.1
2647 @deftypefun int dup (int @var{old})
2648 This function copies descriptor @var{old} to the first available
2649 descriptor number (the first number not currently open).  It is
2650 equivalent to @code{fcntl (@var{old}, F_DUPFD, 0)}.
2651 @end deftypefun
2653 @comment unistd.h
2654 @comment POSIX.1
2655 @deftypefun int dup2 (int @var{old}, int @var{new})
2656 This function copies the descriptor @var{old} to descriptor number
2657 @var{new}.
2659 If @var{old} is an invalid descriptor, then @code{dup2} does nothing; it
2660 does not close @var{new}.  Otherwise, the new duplicate of @var{old}
2661 replaces any previous meaning of descriptor @var{new}, as if @var{new}
2662 were closed first.
2664 If @var{old} and @var{new} are different numbers, and @var{old} is a
2665 valid descriptor number, then @code{dup2} is equivalent to:
2667 @smallexample
2668 close (@var{new});
2669 fcntl (@var{old}, F_DUPFD, @var{new})
2670 @end smallexample
2672 However, @code{dup2} does this atomically; there is no instant in the
2673 middle of calling @code{dup2} at which @var{new} is closed and not yet a
2674 duplicate of @var{old}.
2675 @end deftypefun
2677 @comment fcntl.h
2678 @comment POSIX.1
2679 @deftypevr Macro int F_DUPFD
2680 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
2681 copy the file descriptor given as the first argument.
2683 The form of the call in this case is:
2685 @smallexample
2686 fcntl (@var{old}, F_DUPFD, @var{next-filedes})
2687 @end smallexample
2689 The @var{next-filedes} argument is of type @code{int} and specifies that
2690 the file descriptor returned should be the next available one greater
2691 than or equal to this value.
2693 The return value from @code{fcntl} with this command is normally the value
2694 of the new file descriptor.  A return value of @math{-1} indicates an
2695 error.  The following @code{errno} error conditions are defined for
2696 this command:
2698 @table @code
2699 @item EBADF
2700 The @var{old} argument is invalid.
2702 @item EINVAL
2703 The @var{next-filedes} argument is invalid.
2705 @item EMFILE
2706 There are no more file descriptors available---your program is already
2707 using the maximum.  In BSD and GNU, the maximum is controlled by a
2708 resource limit that can be changed; @pxref{Limits on Resources}, for
2709 more information about the @code{RLIMIT_NOFILE} limit.
2710 @end table
2712 @code{ENFILE} is not a possible error code for @code{dup2} because
2713 @code{dup2} does not create a new opening of a file; duplicate
2714 descriptors do not count toward the limit which @code{ENFILE}
2715 indicates.  @code{EMFILE} is possible because it refers to the limit on
2716 distinct descriptor numbers in use in one process.
2717 @end deftypevr
2719 Here is an example showing how to use @code{dup2} to do redirection.
2720 Typically, redirection of the standard streams (like @code{stdin}) is
2721 done by a shell or shell-like program before calling one of the
2722 @code{exec} functions (@pxref{Executing a File}) to execute a new
2723 program in a child process.  When the new program is executed, it
2724 creates and initializes the standard streams to point to the
2725 corresponding file descriptors, before its @code{main} function is
2726 invoked.
2728 So, to redirect standard input to a file, the shell could do something
2729 like:
2731 @smallexample
2732 pid = fork ();
2733 if (pid == 0)
2734   @{
2735     char *filename;
2736     char *program;
2737     int file;
2738     @dots{}
2739     file = TEMP_FAILURE_RETRY (open (filename, O_RDONLY));
2740     dup2 (file, STDIN_FILENO);
2741     TEMP_FAILURE_RETRY (close (file));
2742     execv (program, NULL);
2743   @}
2744 @end smallexample
2746 There is also a more detailed example showing how to implement redirection
2747 in the context of a pipeline of processes in @ref{Launching Jobs}.
2750 @node Descriptor Flags
2751 @section File Descriptor Flags
2752 @cindex file descriptor flags
2754 @dfn{File descriptor flags} are miscellaneous attributes of a file
2755 descriptor.  These flags are associated with particular file
2756 descriptors, so that if you have created duplicate file descriptors
2757 from a single opening of a file, each descriptor has its own set of flags.
2759 Currently there is just one file descriptor flag: @code{FD_CLOEXEC},
2760 which causes the descriptor to be closed if you use any of the
2761 @code{exec@dots{}} functions (@pxref{Executing a File}).
2763 The symbols in this section are defined in the header file
2764 @file{fcntl.h}.
2765 @pindex fcntl.h
2767 @comment fcntl.h
2768 @comment POSIX.1
2769 @deftypevr Macro int F_GETFD
2770 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
2771 specify that it should return the file descriptor flags associated
2772 with the @var{filedes} argument.
2774 The normal return value from @code{fcntl} with this command is a
2775 nonnegative number which can be interpreted as the bitwise OR of the
2776 individual flags (except that currently there is only one flag to use).
2778 In case of an error, @code{fcntl} returns @math{-1}.  The following
2779 @code{errno} error conditions are defined for this command:
2781 @table @code
2782 @item EBADF
2783 The @var{filedes} argument is invalid.
2784 @end table
2785 @end deftypevr
2788 @comment fcntl.h
2789 @comment POSIX.1
2790 @deftypevr Macro int F_SETFD
2791 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
2792 specify that it should set the file descriptor flags associated with the
2793 @var{filedes} argument.  This requires a third @code{int} argument to
2794 specify the new flags, so the form of the call is:
2796 @smallexample
2797 fcntl (@var{filedes}, F_SETFD, @var{new-flags})
2798 @end smallexample
2800 The normal return value from @code{fcntl} with this command is an
2801 unspecified value other than @math{-1}, which indicates an error.
2802 The flags and error conditions are the same as for the @code{F_GETFD}
2803 command.
2804 @end deftypevr
2806 The following macro is defined for use as a file descriptor flag with
2807 the @code{fcntl} function.  The value is an integer constant usable
2808 as a bit mask value.
2810 @comment fcntl.h
2811 @comment POSIX.1
2812 @deftypevr Macro int FD_CLOEXEC
2813 @cindex close-on-exec (file descriptor flag)
2814 This flag specifies that the file descriptor should be closed when
2815 an @code{exec} function is invoked; see @ref{Executing a File}.  When
2816 a file descriptor is allocated (as with @code{open} or @code{dup}),
2817 this bit is initially cleared on the new file descriptor, meaning that
2818 descriptor will survive into the new program after @code{exec}.
2819 @end deftypevr
2821 If you want to modify the file descriptor flags, you should get the
2822 current flags with @code{F_GETFD} and modify the value.  Don't assume
2823 that the flags listed here are the only ones that are implemented; your
2824 program may be run years from now and more flags may exist then.  For
2825 example, here is a function to set or clear the flag @code{FD_CLOEXEC}
2826 without altering any other flags:
2828 @smallexample
2829 /* @r{Set the @code{FD_CLOEXEC} flag of @var{desc} if @var{value} is nonzero,}
2830    @r{or clear the flag if @var{value} is 0.}
2831    @r{Return 0 on success, or -1 on error with @code{errno} set.} */
2834 set_cloexec_flag (int desc, int value)
2836   int oldflags = fcntl (desc, F_GETFD, 0);
2837   /* @r{If reading the flags failed, return error indication now.} */
2838   if (oldflags < 0)
2839     return oldflags;
2840   /* @r{Set just the flag we want to set.} */
2841   if (value != 0)
2842     oldflags |= FD_CLOEXEC;
2843   else
2844     oldflags &= ~FD_CLOEXEC;
2845   /* @r{Store modified flag word in the descriptor.} */
2846   return fcntl (desc, F_SETFD, oldflags);
2848 @end smallexample
2850 @node File Status Flags
2851 @section File Status Flags
2852 @cindex file status flags
2854 @dfn{File status flags} are used to specify attributes of the opening of a
2855 file.  Unlike the file descriptor flags discussed in @ref{Descriptor
2856 Flags}, the file status flags are shared by duplicated file descriptors
2857 resulting from a single opening of the file.  The file status flags are
2858 specified with the @var{flags} argument to @code{open};
2859 @pxref{Opening and Closing Files}.
2861 File status flags fall into three categories, which are described in the
2862 following sections.
2864 @itemize @bullet
2865 @item
2866 @ref{Access Modes}, specify what type of access is allowed to the
2867 file: reading, writing, or both.  They are set by @code{open} and are
2868 returned by @code{fcntl}, but cannot be changed.
2870 @item
2871 @ref{Open-time Flags}, control details of what @code{open} will do.
2872 These flags are not preserved after the @code{open} call.
2874 @item
2875 @ref{Operating Modes}, affect how operations such as @code{read} and
2876 @code{write} are done.  They are set by @code{open}, and can be fetched or
2877 changed with @code{fcntl}.
2878 @end itemize
2880 The symbols in this section are defined in the header file
2881 @file{fcntl.h}.
2882 @pindex fcntl.h
2884 @menu
2885 * Access Modes::                Whether the descriptor can read or write.
2886 * Open-time Flags::             Details of @code{open}.
2887 * Operating Modes::             Special modes to control I/O operations.
2888 * Getting File Status Flags::   Fetching and changing these flags.
2889 @end menu
2891 @node Access Modes
2892 @subsection File Access Modes
2894 The file access modes allow a file descriptor to be used for reading,
2895 writing, or both.  (On @gnuhurdsystems{}, they can also allow none of these,
2896 and allow execution of the file as a program.)  The access modes are chosen
2897 when the file is opened, and never change.
2899 @comment fcntl.h
2900 @comment POSIX.1
2901 @deftypevr Macro int O_RDONLY
2902 Open the file for read access.
2903 @end deftypevr
2905 @comment fcntl.h
2906 @comment POSIX.1
2907 @deftypevr Macro int O_WRONLY
2908 Open the file for write access.
2909 @end deftypevr
2911 @comment fcntl.h
2912 @comment POSIX.1
2913 @deftypevr Macro int O_RDWR
2914 Open the file for both reading and writing.
2915 @end deftypevr
2917 On @gnuhurdsystems{} (and not on other systems), @code{O_RDONLY} and
2918 @code{O_WRONLY} are independent bits that can be bitwise-ORed together,
2919 and it is valid for either bit to be set or clear.  This means that
2920 @code{O_RDWR} is the same as @code{O_RDONLY|O_WRONLY}.  A file access
2921 mode of zero is permissible; it allows no operations that do input or
2922 output to the file, but does allow other operations such as
2923 @code{fchmod}.  On @gnuhurdsystems{}, since ``read-only'' or ``write-only''
2924 is a misnomer, @file{fcntl.h} defines additional names for the file
2925 access modes.  These names are preferred when writing GNU-specific code.
2926 But most programs will want to be portable to other POSIX.1 systems and
2927 should use the POSIX.1 names above instead.
2929 @comment fcntl.h (optional)
2930 @comment GNU
2931 @deftypevr Macro int O_READ
2932 Open the file for reading.  Same as @code{O_RDONLY}; only defined on GNU.
2933 @end deftypevr
2935 @comment fcntl.h (optional)
2936 @comment GNU
2937 @deftypevr Macro int O_WRITE
2938 Open the file for writing.  Same as @code{O_WRONLY}; only defined on GNU.
2939 @end deftypevr
2941 @comment fcntl.h (optional)
2942 @comment GNU
2943 @deftypevr Macro int O_EXEC
2944 Open the file for executing.  Only defined on GNU.
2945 @end deftypevr
2947 To determine the file access mode with @code{fcntl}, you must extract
2948 the access mode bits from the retrieved file status flags.  On
2949 @gnuhurdsystems{},
2950 you can just test the @code{O_READ} and @code{O_WRITE} bits in
2951 the flags word.  But in other POSIX.1 systems, reading and writing
2952 access modes are not stored as distinct bit flags.  The portable way to
2953 extract the file access mode bits is with @code{O_ACCMODE}.
2955 @comment fcntl.h
2956 @comment POSIX.1
2957 @deftypevr Macro int O_ACCMODE
2958 This macro stands for a mask that can be bitwise-ANDed with the file
2959 status flag value to produce a value representing the file access mode.
2960 The mode will be @code{O_RDONLY}, @code{O_WRONLY}, or @code{O_RDWR}.
2961 (On @gnuhurdsystems{} it could also be zero, and it never includes the
2962 @code{O_EXEC} bit.)
2963 @end deftypevr
2965 @node Open-time Flags
2966 @subsection Open-time Flags
2968 The open-time flags specify options affecting how @code{open} will behave.
2969 These options are not preserved once the file is open.  The exception to
2970 this is @code{O_NONBLOCK}, which is also an I/O operating mode and so it
2971 @emph{is} saved.  @xref{Opening and Closing Files}, for how to call
2972 @code{open}.
2974 There are two sorts of options specified by open-time flags.
2976 @itemize @bullet
2977 @item
2978 @dfn{File name translation flags} affect how @code{open} looks up the
2979 file name to locate the file, and whether the file can be created.
2980 @cindex file name translation flags
2981 @cindex flags, file name translation
2983 @item
2984 @dfn{Open-time action flags} specify extra operations that @code{open} will
2985 perform on the file once it is open.
2986 @cindex open-time action flags
2987 @cindex flags, open-time action
2988 @end itemize
2990 Here are the file name translation flags.
2992 @comment fcntl.h
2993 @comment POSIX.1
2994 @deftypevr Macro int O_CREAT
2995 If set, the file will be created if it doesn't already exist.
2996 @c !!! mode arg, umask
2997 @cindex create on open (file status flag)
2998 @end deftypevr
3000 @comment fcntl.h
3001 @comment POSIX.1
3002 @deftypevr Macro int O_EXCL
3003 If both @code{O_CREAT} and @code{O_EXCL} are set, then @code{open} fails
3004 if the specified file already exists.  This is guaranteed to never
3005 clobber an existing file.
3006 @end deftypevr
3008 @comment fcntl.h
3009 @comment POSIX.1
3010 @deftypevr Macro int O_NONBLOCK
3011 @cindex non-blocking open
3012 This prevents @code{open} from blocking for a ``long time'' to open the
3013 file.  This is only meaningful for some kinds of files, usually devices
3014 such as serial ports; when it is not meaningful, it is harmless and
3015 ignored.  Often opening a port to a modem blocks until the modem reports
3016 carrier detection; if @code{O_NONBLOCK} is specified, @code{open} will
3017 return immediately without a carrier.
3019 Note that the @code{O_NONBLOCK} flag is overloaded as both an I/O operating
3020 mode and a file name translation flag.  This means that specifying
3021 @code{O_NONBLOCK} in @code{open} also sets nonblocking I/O mode;
3022 @pxref{Operating Modes}.  To open the file without blocking but do normal
3023 I/O that blocks, you must call @code{open} with @code{O_NONBLOCK} set and
3024 then call @code{fcntl} to turn the bit off.
3025 @end deftypevr
3027 @comment fcntl.h
3028 @comment POSIX.1
3029 @deftypevr Macro int O_NOCTTY
3030 If the named file is a terminal device, don't make it the controlling
3031 terminal for the process.  @xref{Job Control}, for information about
3032 what it means to be the controlling terminal.
3034 On @gnuhurdsystems{} and 4.4 BSD, opening a file never makes it the
3035 controlling terminal and @code{O_NOCTTY} is zero.  However, @gnulinuxsystems{}
3036 and some other systems use a nonzero value for @code{O_NOCTTY} and set the
3037 controlling terminal when you open a file that is a terminal device; so
3038 to be portable, use @code{O_NOCTTY} when it is important to avoid this.
3039 @cindex controlling terminal, setting
3040 @end deftypevr
3042 The following three file name translation flags exist only on
3043 @gnuhurdsystems{}.
3045 @comment fcntl.h (optional)
3046 @comment GNU
3047 @deftypevr Macro int O_IGNORE_CTTY
3048 Do not recognize the named file as the controlling terminal, even if it
3049 refers to the process's existing controlling terminal device.  Operations
3050 on the new file descriptor will never induce job control signals.
3051 @xref{Job Control}.
3052 @end deftypevr
3054 @comment fcntl.h (optional)
3055 @comment GNU
3056 @deftypevr Macro int O_NOLINK
3057 If the named file is a symbolic link, open the link itself instead of
3058 the file it refers to.  (@code{fstat} on the new file descriptor will
3059 return the information returned by @code{lstat} on the link's name.)
3060 @cindex symbolic link, opening
3061 @end deftypevr
3063 @comment fcntl.h (optional)
3064 @comment GNU
3065 @deftypevr Macro int O_NOTRANS
3066 If the named file is specially translated, do not invoke the translator.
3067 Open the bare file the translator itself sees.
3068 @end deftypevr
3071 The open-time action flags tell @code{open} to do additional operations
3072 which are not really related to opening the file.  The reason to do them
3073 as part of @code{open} instead of in separate calls is that @code{open}
3074 can do them @i{atomically}.
3076 @comment fcntl.h
3077 @comment POSIX.1
3078 @deftypevr Macro int O_TRUNC
3079 Truncate the file to zero length.  This option is only useful for
3080 regular files, not special files such as directories or FIFOs.  POSIX.1
3081 requires that you open the file for writing to use @code{O_TRUNC}.  In
3082 BSD and GNU you must have permission to write the file to truncate it,
3083 but you need not open for write access.
3085 This is the only open-time action flag specified by POSIX.1.  There is
3086 no good reason for truncation to be done by @code{open}, instead of by
3087 calling @code{ftruncate} afterwards.  The @code{O_TRUNC} flag existed in
3088 Unix before @code{ftruncate} was invented, and is retained for backward
3089 compatibility.
3090 @end deftypevr
3092 The remaining operating modes are BSD extensions.  They exist only
3093 on some systems.  On other systems, these macros are not defined.
3095 @comment fcntl.h (optional)
3096 @comment BSD
3097 @deftypevr Macro int O_SHLOCK
3098 Acquire a shared lock on the file, as with @code{flock}.
3099 @xref{File Locks}.
3101 If @code{O_CREAT} is specified, the locking is done atomically when
3102 creating the file.  You are guaranteed that no other process will get
3103 the lock on the new file first.
3104 @end deftypevr
3106 @comment fcntl.h (optional)
3107 @comment BSD
3108 @deftypevr Macro int O_EXLOCK
3109 Acquire an exclusive lock on the file, as with @code{flock}.
3110 @xref{File Locks}.  This is atomic like @code{O_SHLOCK}.
3111 @end deftypevr
3113 @node Operating Modes
3114 @subsection I/O Operating Modes
3116 The operating modes affect how input and output operations using a file
3117 descriptor work.  These flags are set by @code{open} and can be fetched
3118 and changed with @code{fcntl}.
3120 @comment fcntl.h
3121 @comment POSIX.1
3122 @deftypevr Macro int O_APPEND
3123 The bit that enables append mode for the file.  If set, then all
3124 @code{write} operations write the data at the end of the file, extending
3125 it, regardless of the current file position.  This is the only reliable
3126 way to append to a file.  In append mode, you are guaranteed that the
3127 data you write will always go to the current end of the file, regardless
3128 of other processes writing to the file.  Conversely, if you simply set
3129 the file position to the end of file and write, then another process can
3130 extend the file after you set the file position but before you write,
3131 resulting in your data appearing someplace before the real end of file.
3132 @end deftypevr
3134 @comment fcntl.h
3135 @comment POSIX.1
3136 @deftypevr Macro int O_NONBLOCK
3137 The bit that enables nonblocking mode for the file.  If this bit is set,
3138 @code{read} requests on the file can return immediately with a failure
3139 status if there is no input immediately available, instead of blocking.
3140 Likewise, @code{write} requests can also return immediately with a
3141 failure status if the output can't be written immediately.
3143 Note that the @code{O_NONBLOCK} flag is overloaded as both an I/O
3144 operating mode and a file name translation flag; @pxref{Open-time Flags}.
3145 @end deftypevr
3147 @comment fcntl.h
3148 @comment BSD
3149 @deftypevr Macro int O_NDELAY
3150 This is an obsolete name for @code{O_NONBLOCK}, provided for
3151 compatibility with BSD.  It is not defined by the POSIX.1 standard.
3152 @end deftypevr
3154 The remaining operating modes are BSD and GNU extensions.  They exist only
3155 on some systems.  On other systems, these macros are not defined.
3157 @comment fcntl.h
3158 @comment BSD
3159 @deftypevr Macro int O_ASYNC
3160 The bit that enables asynchronous input mode.  If set, then @code{SIGIO}
3161 signals will be generated when input is available.  @xref{Interrupt Input}.
3163 Asynchronous input mode is a BSD feature.
3164 @end deftypevr
3166 @comment fcntl.h
3167 @comment BSD
3168 @deftypevr Macro int O_FSYNC
3169 The bit that enables synchronous writing for the file.  If set, each
3170 @code{write} call will make sure the data is reliably stored on disk before
3171 returning. @c !!! xref fsync
3173 Synchronous writing is a BSD feature.
3174 @end deftypevr
3176 @comment fcntl.h
3177 @comment BSD
3178 @deftypevr Macro int O_SYNC
3179 This is another name for @code{O_FSYNC}.  They have the same value.
3180 @end deftypevr
3182 @comment fcntl.h
3183 @comment GNU
3184 @deftypevr Macro int O_NOATIME
3185 If this bit is set, @code{read} will not update the access time of the
3186 file.  @xref{File Times}.  This is used by programs that do backups, so
3187 that backing a file up does not count as reading it.
3188 Only the owner of the file or the superuser may use this bit.
3190 This is a GNU extension.
3191 @end deftypevr
3193 @node Getting File Status Flags
3194 @subsection Getting and Setting File Status Flags
3196 The @code{fcntl} function can fetch or change file status flags.
3198 @comment fcntl.h
3199 @comment POSIX.1
3200 @deftypevr Macro int F_GETFL
3201 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3202 read the file status flags for the open file with descriptor
3203 @var{filedes}.
3205 The normal return value from @code{fcntl} with this command is a
3206 nonnegative number which can be interpreted as the bitwise OR of the
3207 individual flags.  Since the file access modes are not single-bit values,
3208 you can mask off other bits in the returned flags with @code{O_ACCMODE}
3209 to compare them.
3211 In case of an error, @code{fcntl} returns @math{-1}.  The following
3212 @code{errno} error conditions are defined for this command:
3214 @table @code
3215 @item EBADF
3216 The @var{filedes} argument is invalid.
3217 @end table
3218 @end deftypevr
3220 @comment fcntl.h
3221 @comment POSIX.1
3222 @deftypevr Macro int F_SETFL
3223 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to set
3224 the file status flags for the open file corresponding to the
3225 @var{filedes} argument.  This command requires a third @code{int}
3226 argument to specify the new flags, so the call looks like this:
3228 @smallexample
3229 fcntl (@var{filedes}, F_SETFL, @var{new-flags})
3230 @end smallexample
3232 You can't change the access mode for the file in this way; that is,
3233 whether the file descriptor was opened for reading or writing.
3235 The normal return value from @code{fcntl} with this command is an
3236 unspecified value other than @math{-1}, which indicates an error.  The
3237 error conditions are the same as for the @code{F_GETFL} command.
3238 @end deftypevr
3240 If you want to modify the file status flags, you should get the current
3241 flags with @code{F_GETFL} and modify the value.  Don't assume that the
3242 flags listed here are the only ones that are implemented; your program
3243 may be run years from now and more flags may exist then.  For example,
3244 here is a function to set or clear the flag @code{O_NONBLOCK} without
3245 altering any other flags:
3247 @smallexample
3248 @group
3249 /* @r{Set the @code{O_NONBLOCK} flag of @var{desc} if @var{value} is nonzero,}
3250    @r{or clear the flag if @var{value} is 0.}
3251    @r{Return 0 on success, or -1 on error with @code{errno} set.} */
3254 set_nonblock_flag (int desc, int value)
3256   int oldflags = fcntl (desc, F_GETFL, 0);
3257   /* @r{If reading the flags failed, return error indication now.} */
3258   if (oldflags == -1)
3259     return -1;
3260   /* @r{Set just the flag we want to set.} */
3261   if (value != 0)
3262     oldflags |= O_NONBLOCK;
3263   else
3264     oldflags &= ~O_NONBLOCK;
3265   /* @r{Store modified flag word in the descriptor.} */
3266   return fcntl (desc, F_SETFL, oldflags);
3268 @end group
3269 @end smallexample
3271 @node File Locks
3272 @section File Locks
3274 @cindex file locks
3275 @cindex record locking
3276 The remaining @code{fcntl} commands are used to support @dfn{record
3277 locking}, which permits multiple cooperating programs to prevent each
3278 other from simultaneously accessing parts of a file in error-prone
3279 ways.
3281 @cindex exclusive lock
3282 @cindex write lock
3283 An @dfn{exclusive} or @dfn{write} lock gives a process exclusive access
3284 for writing to the specified part of the file.  While a write lock is in
3285 place, no other process can lock that part of the file.
3287 @cindex shared lock
3288 @cindex read lock
3289 A @dfn{shared} or @dfn{read} lock prohibits any other process from
3290 requesting a write lock on the specified part of the file.  However,
3291 other processes can request read locks.
3293 The @code{read} and @code{write} functions do not actually check to see
3294 whether there are any locks in place.  If you want to implement a
3295 locking protocol for a file shared by multiple processes, your application
3296 must do explicit @code{fcntl} calls to request and clear locks at the
3297 appropriate points.
3299 Locks are associated with processes.  A process can only have one kind
3300 of lock set for each byte of a given file.  When any file descriptor for
3301 that file is closed by the process, all of the locks that process holds
3302 on that file are released, even if the locks were made using other
3303 descriptors that remain open.  Likewise, locks are released when a
3304 process exits, and are not inherited by child processes created using
3305 @code{fork} (@pxref{Creating a Process}).
3307 When making a lock, use a @code{struct flock} to specify what kind of
3308 lock and where.  This data type and the associated macros for the
3309 @code{fcntl} function are declared in the header file @file{fcntl.h}.
3310 @pindex fcntl.h
3312 @comment fcntl.h
3313 @comment POSIX.1
3314 @deftp {Data Type} {struct flock}
3315 This structure is used with the @code{fcntl} function to describe a file
3316 lock.  It has these members:
3318 @table @code
3319 @item short int l_type
3320 Specifies the type of the lock; one of @code{F_RDLCK}, @code{F_WRLCK}, or
3321 @code{F_UNLCK}.
3323 @item short int l_whence
3324 This corresponds to the @var{whence} argument to @code{fseek} or
3325 @code{lseek}, and specifies what the offset is relative to.  Its value
3326 can be one of @code{SEEK_SET}, @code{SEEK_CUR}, or @code{SEEK_END}.
3328 @item off_t l_start
3329 This specifies the offset of the start of the region to which the lock
3330 applies, and is given in bytes relative to the point specified by
3331 @code{l_whence} member.
3333 @item off_t l_len
3334 This specifies the length of the region to be locked.  A value of
3335 @code{0} is treated specially; it means the region extends to the end of
3336 the file.
3338 @item pid_t l_pid
3339 This field is the process ID (@pxref{Process Creation Concepts}) of the
3340 process holding the lock.  It is filled in by calling @code{fcntl} with
3341 the @code{F_GETLK} command, but is ignored when making a lock.
3342 @end table
3343 @end deftp
3345 @comment fcntl.h
3346 @comment POSIX.1
3347 @deftypevr Macro int F_GETLK
3348 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3349 specify that it should get information about a lock.  This command
3350 requires a third argument of type @w{@code{struct flock *}} to be passed
3351 to @code{fcntl}, so that the form of the call is:
3353 @smallexample
3354 fcntl (@var{filedes}, F_GETLK, @var{lockp})
3355 @end smallexample
3357 If there is a lock already in place that would block the lock described
3358 by the @var{lockp} argument, information about that lock overwrites
3359 @code{*@var{lockp}}.  Existing locks are not reported if they are
3360 compatible with making a new lock as specified.  Thus, you should
3361 specify a lock type of @code{F_WRLCK} if you want to find out about both
3362 read and write locks, or @code{F_RDLCK} if you want to find out about
3363 write locks only.
3365 There might be more than one lock affecting the region specified by the
3366 @var{lockp} argument, but @code{fcntl} only returns information about
3367 one of them.  The @code{l_whence} member of the @var{lockp} structure is
3368 set to @code{SEEK_SET} and the @code{l_start} and @code{l_len} fields
3369 set to identify the locked region.
3371 If no lock applies, the only change to the @var{lockp} structure is to
3372 update the @code{l_type} to a value of @code{F_UNLCK}.
3374 The normal return value from @code{fcntl} with this command is an
3375 unspecified value other than @math{-1}, which is reserved to indicate an
3376 error.  The following @code{errno} error conditions are defined for
3377 this command:
3379 @table @code
3380 @item EBADF
3381 The @var{filedes} argument is invalid.
3383 @item EINVAL
3384 Either the @var{lockp} argument doesn't specify valid lock information,
3385 or the file associated with @var{filedes} doesn't support locks.
3386 @end table
3387 @end deftypevr
3389 @comment fcntl.h
3390 @comment POSIX.1
3391 @deftypevr Macro int F_SETLK
3392 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3393 specify that it should set or clear a lock.  This command requires a
3394 third argument of type @w{@code{struct flock *}} to be passed to
3395 @code{fcntl}, so that the form of the call is:
3397 @smallexample
3398 fcntl (@var{filedes}, F_SETLK, @var{lockp})
3399 @end smallexample
3401 If the process already has a lock on any part of the region, the old lock
3402 on that part is replaced with the new lock.  You can remove a lock
3403 by specifying a lock type of @code{F_UNLCK}.
3405 If the lock cannot be set, @code{fcntl} returns immediately with a value
3406 of @math{-1}.  This function does not block waiting for other processes
3407 to release locks.  If @code{fcntl} succeeds, it return a value other
3408 than @math{-1}.
3410 The following @code{errno} error conditions are defined for this
3411 function:
3413 @table @code
3414 @item EAGAIN
3415 @itemx EACCES
3416 The lock cannot be set because it is blocked by an existing lock on the
3417 file.  Some systems use @code{EAGAIN} in this case, and other systems
3418 use @code{EACCES}; your program should treat them alike, after
3419 @code{F_SETLK}.  (@gnulinuxhurdsystems{} always use @code{EAGAIN}.)
3421 @item EBADF
3422 Either: the @var{filedes} argument is invalid; you requested a read lock
3423 but the @var{filedes} is not open for read access; or, you requested a
3424 write lock but the @var{filedes} is not open for write access.
3426 @item EINVAL
3427 Either the @var{lockp} argument doesn't specify valid lock information,
3428 or the file associated with @var{filedes} doesn't support locks.
3430 @item ENOLCK
3431 The system has run out of file lock resources; there are already too
3432 many file locks in place.
3434 Well-designed file systems never report this error, because they have no
3435 limitation on the number of locks.  However, you must still take account
3436 of the possibility of this error, as it could result from network access
3437 to a file system on another machine.
3438 @end table
3439 @end deftypevr
3441 @comment fcntl.h
3442 @comment POSIX.1
3443 @deftypevr Macro int F_SETLKW
3444 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3445 specify that it should set or clear a lock.  It is just like the
3446 @code{F_SETLK} command, but causes the process to block (or wait)
3447 until the request can be specified.
3449 This command requires a third argument of type @code{struct flock *}, as
3450 for the @code{F_SETLK} command.
3452 The @code{fcntl} return values and errors are the same as for the
3453 @code{F_SETLK} command, but these additional @code{errno} error conditions
3454 are defined for this command:
3456 @table @code
3457 @item EINTR
3458 The function was interrupted by a signal while it was waiting.
3459 @xref{Interrupted Primitives}.
3461 @item EDEADLK
3462 The specified region is being locked by another process.  But that
3463 process is waiting to lock a region which the current process has
3464 locked, so waiting for the lock would result in deadlock.  The system
3465 does not guarantee that it will detect all such conditions, but it lets
3466 you know if it notices one.
3467 @end table
3468 @end deftypevr
3471 The following macros are defined for use as values for the @code{l_type}
3472 member of the @code{flock} structure.  The values are integer constants.
3474 @table @code
3475 @comment fcntl.h
3476 @comment POSIX.1
3477 @vindex F_RDLCK
3478 @item F_RDLCK
3479 This macro is used to specify a read (or shared) lock.
3481 @comment fcntl.h
3482 @comment POSIX.1
3483 @vindex F_WRLCK
3484 @item F_WRLCK
3485 This macro is used to specify a write (or exclusive) lock.
3487 @comment fcntl.h
3488 @comment POSIX.1
3489 @vindex F_UNLCK
3490 @item F_UNLCK
3491 This macro is used to specify that the region is unlocked.
3492 @end table
3494 As an example of a situation where file locking is useful, consider a
3495 program that can be run simultaneously by several different users, that
3496 logs status information to a common file.  One example of such a program
3497 might be a game that uses a file to keep track of high scores.  Another
3498 example might be a program that records usage or accounting information
3499 for billing purposes.
3501 Having multiple copies of the program simultaneously writing to the
3502 file could cause the contents of the file to become mixed up.  But
3503 you can prevent this kind of problem by setting a write lock on the
3504 file before actually writing to the file.
3506 If the program also needs to read the file and wants to make sure that
3507 the contents of the file are in a consistent state, then it can also use
3508 a read lock.  While the read lock is set, no other process can lock
3509 that part of the file for writing.
3511 @c ??? This section could use an example program.
3513 Remember that file locks are only a @emph{voluntary} protocol for
3514 controlling access to a file.  There is still potential for access to
3515 the file by programs that don't use the lock protocol.
3517 @node Interrupt Input
3518 @section Interrupt-Driven Input
3520 @cindex interrupt-driven input
3521 If you set the @code{O_ASYNC} status flag on a file descriptor
3522 (@pxref{File Status Flags}), a @code{SIGIO} signal is sent whenever
3523 input or output becomes possible on that file descriptor.  The process
3524 or process group to receive the signal can be selected by using the
3525 @code{F_SETOWN} command to the @code{fcntl} function.  If the file
3526 descriptor is a socket, this also selects the recipient of @code{SIGURG}
3527 signals that are delivered when out-of-band data arrives on that socket;
3528 see @ref{Out-of-Band Data}.  (@code{SIGURG} is sent in any situation
3529 where @code{select} would report the socket as having an ``exceptional
3530 condition''.  @xref{Waiting for I/O}.)
3532 If the file descriptor corresponds to a terminal device, then @code{SIGIO}
3533 signals are sent to the foreground process group of the terminal.
3534 @xref{Job Control}.
3536 @pindex fcntl.h
3537 The symbols in this section are defined in the header file
3538 @file{fcntl.h}.
3540 @comment fcntl.h
3541 @comment BSD
3542 @deftypevr Macro int F_GETOWN
3543 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3544 specify that it should get information about the process or process
3545 group to which @code{SIGIO} signals are sent.  (For a terminal, this is
3546 actually the foreground process group ID, which you can get using
3547 @code{tcgetpgrp}; see @ref{Terminal Access Functions}.)
3549 The return value is interpreted as a process ID; if negative, its
3550 absolute value is the process group ID.
3552 The following @code{errno} error condition is defined for this command:
3554 @table @code
3555 @item EBADF
3556 The @var{filedes} argument is invalid.
3557 @end table
3558 @end deftypevr
3560 @comment fcntl.h
3561 @comment BSD
3562 @deftypevr Macro int F_SETOWN
3563 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3564 specify that it should set the process or process group to which
3565 @code{SIGIO} signals are sent.  This command requires a third argument
3566 of type @code{pid_t} to be passed to @code{fcntl}, so that the form of
3567 the call is:
3569 @smallexample
3570 fcntl (@var{filedes}, F_SETOWN, @var{pid})
3571 @end smallexample
3573 The @var{pid} argument should be a process ID.  You can also pass a
3574 negative number whose absolute value is a process group ID.
3576 The return value from @code{fcntl} with this command is @math{-1}
3577 in case of error and some other value if successful.  The following
3578 @code{errno} error conditions are defined for this command:
3580 @table @code
3581 @item EBADF
3582 The @var{filedes} argument is invalid.
3584 @item ESRCH
3585 There is no process or process group corresponding to @var{pid}.
3586 @end table
3587 @end deftypevr
3589 @c ??? This section could use an example program.
3591 @node IOCTLs
3592 @section Generic I/O Control operations
3593 @cindex generic i/o control operations
3594 @cindex IOCTLs
3596 @gnusystems{} can handle most input/output operations on many different
3597 devices and objects in terms of a few file primitives - @code{read},
3598 @code{write} and @code{lseek}.  However, most devices also have a few
3599 peculiar operations which do not fit into this model. Such as:
3601 @itemize @bullet
3603 @item
3604 Changing the character font used on a terminal.
3606 @item
3607 Telling a magnetic tape system to rewind or fast forward.  (Since they
3608 cannot move in byte increments, @code{lseek} is inapplicable).
3610 @item
3611 Ejecting a disk from a drive.
3613 @item
3614 Playing an audio track from a CD-ROM drive.
3616 @item
3617 Maintaining routing tables for a network.
3619 @end itemize
3621 Although some such objects such as sockets and terminals
3622 @footnote{Actually, the terminal-specific functions are implemented with
3623 IOCTLs on many platforms.} have special functions of their own, it would
3624 not be practical to create functions for all these cases.
3626 Instead these minor operations, known as @dfn{IOCTL}s, are assigned code
3627 numbers and multiplexed through the @code{ioctl} function, defined in
3628 @code{sys/ioctl.h}.  The code numbers themselves are defined in many
3629 different headers.
3631 @comment sys/ioctl.h
3632 @comment BSD
3633 @deftypefun int ioctl (int @var{filedes}, int @var{command}, @dots{})
3635 The @code{ioctl} function performs the generic I/O operation
3636 @var{command} on @var{filedes}.
3638 A third argument is usually present, either a single number or a pointer
3639 to a structure.  The meaning of this argument, the returned value, and
3640 any error codes depends upon the command used.  Often @math{-1} is
3641 returned for a failure.
3643 @end deftypefun
3645 On some systems, IOCTLs used by different devices share the same numbers.
3646 Thus, although use of an inappropriate IOCTL @emph{usually} only produces
3647 an error, you should not attempt to use device-specific IOCTLs on an
3648 unknown device.
3650 Most IOCTLs are OS-specific and/or only used in special system utilities,
3651 and are thus beyond the scope of this document.  For an example of the use
3652 of an IOCTL, see @ref{Out-of-Band Data}.