Update.
[glibc.git] / manual / llio.texi
blobe9bf1d0d60d653708afa198725e6cf6815c30b5e
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
82 for 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} is used only when a file is created, but it doesn't hurt
85 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 the GNU system.)
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 the GNU library,
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 in the
345 GNU system.
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.
371 @end table
373 Please note that there is no function named @code{read64}.  This is not
374 necessary since this function does not directly modify or handle the
375 possibly wide file offset.  Since the kernel handles this state
376 internally, the @code{read} function can be used for all cases.
378 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
379 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
380 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{read} is
381 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
382 until the program ends.  To avoid this, calls to @code{read} should be
383 protected using cancellation handlers.
384 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
386 The @code{read} function is the underlying primitive for all of the
387 functions that read from streams, such as @code{fgetc}.
388 @end deftypefun
390 @comment unistd.h
391 @comment Unix98
392 @deftypefun ssize_t pread (int @var{filedes}, void *@var{buffer}, size_t @var{size}, off_t @var{offset})
393 The @code{pread} function is similar to the @code{read} function.  The
394 first three arguments are identical, and the return values and error
395 codes also correspond.
397 The difference is the fourth argument and its handling.  The data block
398 is not read from the current position of the file descriptor
399 @code{filedes}.  Instead the data is read from the file starting at
400 position @var{offset}.  The position of the file descriptor itself is
401 not affected by the operation.  The value is the same as before the call.
403 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
404 @code{pread} function is in fact @code{pread64} and the type
405 @code{off_t} has 64 bits, which makes it possible to handle files up to
406 @math{2^63} bytes in length.
408 The return value of @code{pread} describes the number of bytes read.
409 In the error case it returns @math{-1} like @code{read} does and the
410 error codes are also the same, with these additions:
412 @table @code
413 @item EINVAL
414 The value given for @var{offset} is negative and therefore illegal.
416 @item ESPIPE
417 The file descriptor @var{filedes} is associate with a pipe or a FIFO and
418 this device does not allow positioning of the file pointer.
419 @end table
421 The function is an extension defined in the Unix Single Specification
422 version 2.
423 @end deftypefun
425 @comment unistd.h
426 @comment Unix98
427 @deftypefun ssize_t pread64 (int @var{filedes}, void *@var{buffer}, size_t @var{size}, off64_t @var{offset})
428 This function is similar to the @code{pread} function.  The difference
429 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
430 @code{off_t} which makes it possible on 32 bit machines to address
431 files larger than @math{2^31} bytes and up to @math{2^63} bytes.  The
432 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
433 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
434 errors with a descriptor in small file mode.
436 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
437 32 bit machine this function is actually available under the name
438 @code{pread} and so transparently replaces the 32 bit interface.
439 @end deftypefun
441 @cindex writing to a file descriptor
442 @comment unistd.h
443 @comment POSIX.1
444 @deftypefun ssize_t write (int @var{filedes}, const void *@var{buffer}, size_t @var{size})
445 The @code{write} function writes up to @var{size} bytes from
446 @var{buffer} to the file with descriptor @var{filedes}.  The data in
447 @var{buffer} is not necessarily a character string and a null character is
448 output like any other character.
450 The return value is the number of bytes actually written.  This may be
451 @var{size}, but can always be smaller.  Your program should always call
452 @code{write} in a loop, iterating until all the data is written.
454 Once @code{write} returns, the data is enqueued to be written and can be
455 read back right away, but it is not necessarily written out to permanent
456 storage immediately.  You can use @code{fsync} when you need to be sure
457 your data has been permanently stored before continuing.  (It is more
458 efficient for the system to batch up consecutive writes and do them all
459 at once when convenient.  Normally they will always be written to disk
460 within a minute or less.)  Modern systems provide another function
461 @code{fdatasync} which guarantees integrity only for the file data and
462 is therefore faster.
463 @c !!! xref fsync, fdatasync
464 You can use the @code{O_FSYNC} open mode to make @code{write} always
465 store the data to disk before returning; @pxref{Operating Modes}.
467 In the case of an error, @code{write} returns @math{-1}.  The following
468 @code{errno} error conditions are defined for this function:
470 @table @code
471 @item EAGAIN
472 Normally, @code{write} blocks until the write operation is complete.
473 But if the @code{O_NONBLOCK} flag is set for the file (@pxref{Control
474 Operations}), it returns immediately without writing any data and
475 reports this error.  An example of a situation that might cause the
476 process to block on output is writing to a terminal device that supports
477 flow control, where output has been suspended by receipt of a STOP
478 character.
480 @strong{Compatibility Note:} Most versions of BSD Unix use a different
481 error code for this: @code{EWOULDBLOCK}.  In the GNU library,
482 @code{EWOULDBLOCK} is an alias for @code{EAGAIN}, so it doesn't matter
483 which name you use.
485 On some systems, writing a large amount of data from a character special
486 file can also fail with @code{EAGAIN} if the kernel cannot find enough
487 physical memory to lock down the user's pages.  This is limited to
488 devices that transfer with direct memory access into the user's memory,
489 which means it does not include terminals, since they always use
490 separate buffers inside the kernel.  This problem does not arise in the
491 GNU system.
493 @item EBADF
494 The @var{filedes} argument is not a valid file descriptor,
495 or is not open for writing.
497 @item EFBIG
498 The size of the file would become larger than the implementation can support.
500 @item EINTR
501 The @code{write} operation was interrupted by a signal while it was
502 blocked waiting for completion.  A signal will not necessarily cause
503 @code{write} to return @code{EINTR}; it may instead result in a
504 successful @code{write} which writes fewer bytes than requested.
505 @xref{Interrupted Primitives}.
507 @item EIO
508 For many devices, and for disk files, this error code indicates
509 a hardware error.
511 @item ENOSPC
512 The device containing the file is full.
514 @item EPIPE
515 This error is returned when you try to write to a pipe or FIFO that
516 isn't open for reading by any process.  When this happens, a @code{SIGPIPE}
517 signal is also sent to the process; see @ref{Signal Handling}.
518 @end table
520 Unless you have arranged to prevent @code{EINTR} failures, you should
521 check @code{errno} after each failing call to @code{write}, and if the
522 error was @code{EINTR}, you should simply repeat the call.
523 @xref{Interrupted Primitives}.  The easy way to do this is with the
524 macro @code{TEMP_FAILURE_RETRY}, as follows:
526 @smallexample
527 nbytes = TEMP_FAILURE_RETRY (write (desc, buffer, count));
528 @end smallexample
530 Please note that there is no function named @code{write64}.  This is not
531 necessary since this function does not directly modify or handle the
532 possibly wide file offset.  Since the kernel handles this state
533 internally the @code{write} function can be used for all cases.
535 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
536 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
537 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{write} is
538 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
539 until the program ends.  To avoid this, calls to @code{write} should be
540 protected using cancellation handlers.
541 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
543 The @code{write} function is the underlying primitive for all of the
544 functions that write to streams, such as @code{fputc}.
545 @end deftypefun
547 @comment unistd.h
548 @comment Unix98
549 @deftypefun ssize_t pwrite (int @var{filedes}, const void *@var{buffer}, size_t @var{size}, off_t @var{offset})
550 The @code{pwrite} function is similar to the @code{write} function.  The
551 first three arguments are identical, and the return values and error codes
552 also correspond.
554 The difference is the fourth argument and its handling.  The data block
555 is not written to the current position of the file descriptor
556 @code{filedes}.  Instead the data is written to the file starting at
557 position @var{offset}.  The position of the file descriptor itself is
558 not affected by the operation.  The value is the same as before the call.
560 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
561 @code{pwrite} function is in fact @code{pwrite64} and the type
562 @code{off_t} has 64 bits, which makes it possible to handle files up to
563 @math{2^63} bytes in length.
565 The return value of @code{pwrite} describes the number of written bytes.
566 In the error case it returns @math{-1} like @code{write} does and the
567 error codes are also the same, with these additions:
569 @table @code
570 @item EINVAL
571 The value given for @var{offset} is negative and therefore illegal.
573 @item ESPIPE
574 The file descriptor @var{filedes} is associated with a pipe or a FIFO and
575 this device does not allow positioning of the file pointer.
576 @end table
578 The function is an extension defined in the Unix Single Specification
579 version 2.
580 @end deftypefun
582 @comment unistd.h
583 @comment Unix98
584 @deftypefun ssize_t pwrite64 (int @var{filedes}, const void *@var{buffer}, size_t @var{size}, off64_t @var{offset})
585 This function is similar to the @code{pwrite} function.  The difference
586 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
587 @code{off_t} which makes it possible on 32 bit machines to address
588 files larger than @math{2^31} bytes and up to @math{2^63} bytes.  The
589 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
590 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
591 errors with a descriptor in small file mode.
593 When the source file is compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
594 32 bit machine this function is actually available under the name
595 @code{pwrite} and so transparently replaces the 32 bit interface.
596 @end deftypefun
599 @node File Position Primitive
600 @section Setting the File Position of a Descriptor
602 Just as you can set the file position of a stream with @code{fseek}, you
603 can set the file position of a descriptor with @code{lseek}.  This
604 specifies the position in the file for the next @code{read} or
605 @code{write} operation.  @xref{File Positioning}, for more information
606 on the file position and what it means.
608 To read the current file position value from a descriptor, use
609 @code{lseek (@var{desc}, 0, SEEK_CUR)}.
611 @cindex file positioning on a file descriptor
612 @cindex positioning a file descriptor
613 @cindex seeking on a file descriptor
614 @comment unistd.h
615 @comment POSIX.1
616 @deftypefun off_t lseek (int @var{filedes}, off_t @var{offset}, int @var{whence})
617 The @code{lseek} function is used to change the file position of the
618 file with descriptor @var{filedes}.
620 The @var{whence} argument specifies how the @var{offset} should be
621 interpreted, in the same way as for the @code{fseek} function, and it must
622 be one of the symbolic constants @code{SEEK_SET}, @code{SEEK_CUR}, or
623 @code{SEEK_END}.
625 @table @code
626 @item SEEK_SET
627 Specifies that @var{whence} is a count of characters from the beginning
628 of the file.
630 @item SEEK_CUR
631 Specifies that @var{whence} is a count of characters from the current
632 file position.  This count may be positive or negative.
634 @item SEEK_END
635 Specifies that @var{whence} is a count of characters from the end of
636 the file.  A negative count specifies a position within the current
637 extent of the file; a positive count specifies a position past the
638 current end.  If you set the position past the current end, and
639 actually write data, you will extend the file with zeros up to that
640 position.
641 @end table
643 The return value from @code{lseek} is normally the resulting file
644 position, measured in bytes from the beginning of the file.
645 You can use this feature together with @code{SEEK_CUR} to read the
646 current file position.
648 If you want to append to the file, setting the file position to the
649 current end of file with @code{SEEK_END} is not sufficient.  Another
650 process may write more data after you seek but before you write,
651 extending the file so the position you write onto clobbers their data.
652 Instead, use the @code{O_APPEND} operating mode; @pxref{Operating Modes}.
654 You can set the file position past the current end of the file.  This
655 does not by itself make the file longer; @code{lseek} never changes the
656 file.  But subsequent output at that position will extend the file.
657 Characters between the previous end of file and the new position are
658 filled with zeros.  Extending the file in this way can create a
659 ``hole'': the blocks of zeros are not actually allocated on disk, so the
660 file takes up less space than it appears to; it is then called a
661 ``sparse file''.
662 @cindex sparse files
663 @cindex holes in files
665 If the file position cannot be changed, or the operation is in some way
666 invalid, @code{lseek} returns a value of @math{-1}.  The following
667 @code{errno} error conditions are defined for this function:
669 @table @code
670 @item EBADF
671 The @var{filedes} is not a valid file descriptor.
673 @item EINVAL
674 The @var{whence} argument value is not valid, or the resulting
675 file offset is not valid.  A file offset is invalid.
677 @item ESPIPE
678 The @var{filedes} corresponds to an object that cannot be positioned,
679 such as a pipe, FIFO or terminal device.  (POSIX.1 specifies this error
680 only for pipes and FIFOs, but in the GNU system, you always get
681 @code{ESPIPE} if the object is not seekable.)
682 @end table
684 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} the
685 @code{lseek} function is in fact @code{lseek64} and the type
686 @code{off_t} has 64 bits which makes it possible to handle files up to
687 @math{2^63} bytes in length.
689 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
690 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
691 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{lseek} is
692 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
693 until the program ends.  To avoid this calls to @code{lseek} should be
694 protected using cancellation handlers.
695 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
697 The @code{lseek} function is the underlying primitive for the
698 @code{fseek}, @code{fseeko}, @code{ftell}, @code{ftello} and
699 @code{rewind} functions, which operate on streams instead of file
700 descriptors.
701 @end deftypefun
703 @comment unistd.h
704 @comment Unix98
705 @deftypefun off64_t lseek64 (int @var{filedes}, off64_t @var{offset}, int @var{whence})
706 This function is similar to the @code{lseek} function.  The difference
707 is that the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t} instead of
708 @code{off_t} which makes it possible on 32 bit machines to address
709 files larger than @math{2^31} bytes and up to @math{2^63} bytes.  The
710 file descriptor @code{filedes} must be opened using @code{open64} since
711 otherwise the large offsets possible with @code{off64_t} will lead to
712 errors with a descriptor in small file mode.
714 When the source file is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
715 32 bits machine this function is actually available under the name
716 @code{lseek} and so transparently replaces the 32 bit interface.
717 @end deftypefun
719 You can have multiple descriptors for the same file if you open the file
720 more than once, or if you duplicate a descriptor with @code{dup}.
721 Descriptors that come from separate calls to @code{open} have independent
722 file positions; using @code{lseek} on one descriptor has no effect on the
723 other.  For example,
725 @smallexample
726 @group
728   int d1, d2;
729   char buf[4];
730   d1 = open ("foo", O_RDONLY);
731   d2 = open ("foo", O_RDONLY);
732   lseek (d1, 1024, SEEK_SET);
733   read (d2, buf, 4);
735 @end group
736 @end smallexample
738 @noindent
739 will read the first four characters of the file @file{foo}.  (The
740 error-checking code necessary for a real program has been omitted here
741 for brevity.)
743 By contrast, descriptors made by duplication share a common file
744 position with the original descriptor that was duplicated.  Anything
745 which alters the file position of one of the duplicates, including
746 reading or writing data, affects all of them alike.  Thus, for example,
748 @smallexample
750   int d1, d2, d3;
751   char buf1[4], buf2[4];
752   d1 = open ("foo", O_RDONLY);
753   d2 = dup (d1);
754   d3 = dup (d2);
755   lseek (d3, 1024, SEEK_SET);
756   read (d1, buf1, 4);
757   read (d2, buf2, 4);
759 @end smallexample
761 @noindent
762 will read four characters starting with the 1024'th character of
763 @file{foo}, and then four more characters starting with the 1028'th
764 character.
766 @comment sys/types.h
767 @comment POSIX.1
768 @deftp {Data Type} off_t
769 This is an arithmetic data type used to represent file sizes.
770 In the GNU system, this is equivalent to @code{fpos_t} or @code{long int}.
772 If the source is compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this type
773 is transparently replaced by @code{off64_t}.
774 @end deftp
776 @comment sys/types.h
777 @comment Unix98
778 @deftp {Data Type} off64_t
779 This type is used similar to @code{off_t}.  The difference is that even
780 on 32 bit machines, where the @code{off_t} type would have 32 bits,
781 @code{off64_t} has 64 bits and so is able to address files up to
782 @math{2^63} bytes in length.
784 When compiling with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this type is
785 available under the name @code{off_t}.
786 @end deftp
788 These aliases for the @samp{SEEK_@dots{}} constants exist for the sake
789 of compatibility with older BSD systems.  They are defined in two
790 different header files: @file{fcntl.h} and @file{sys/file.h}.
792 @table @code
793 @item L_SET
794 An alias for @code{SEEK_SET}.
796 @item L_INCR
797 An alias for @code{SEEK_CUR}.
799 @item L_XTND
800 An alias for @code{SEEK_END}.
801 @end table
803 @node Descriptors and Streams
804 @section Descriptors and Streams
805 @cindex streams, and file descriptors
806 @cindex converting file descriptor to stream
807 @cindex extracting file descriptor from stream
809 Given an open file descriptor, you can create a stream for it with the
810 @code{fdopen} function.  You can get the underlying file descriptor for
811 an existing stream with the @code{fileno} function.  These functions are
812 declared in the header file @file{stdio.h}.
813 @pindex stdio.h
815 @comment stdio.h
816 @comment POSIX.1
817 @deftypefun {FILE *} fdopen (int @var{filedes}, const char *@var{opentype})
818 The @code{fdopen} function returns a new stream for the file descriptor
819 @var{filedes}.
821 The @var{opentype} argument is interpreted in the same way as for the
822 @code{fopen} function (@pxref{Opening Streams}), except that
823 the @samp{b} option is not permitted; this is because GNU makes no
824 distinction between text and binary files.  Also, @code{"w"} and
825 @code{"w+"} do not cause truncation of the file; these have an effect only
826 when opening a file, and in this case the file has already been opened.
827 You must make sure that the @var{opentype} argument matches the actual
828 mode of the open file descriptor.
830 The return value is the new stream.  If the stream cannot be created
831 (for example, if the modes for the file indicated by the file descriptor
832 do not permit the access specified by the @var{opentype} argument), a
833 null pointer is returned instead.
835 In some other systems, @code{fdopen} may fail to detect that the modes
836 for file descriptor do not permit the access specified by
837 @code{opentype}.  The GNU C library always checks for this.
838 @end deftypefun
840 For an example showing the use of the @code{fdopen} function,
841 see @ref{Creating a Pipe}.
843 @comment stdio.h
844 @comment POSIX.1
845 @deftypefun int fileno (FILE *@var{stream})
846 This function returns the file descriptor associated with the stream
847 @var{stream}.  If an error is detected (for example, if the @var{stream}
848 is not valid) or if @var{stream} does not do I/O to a file,
849 @code{fileno} returns @math{-1}.
850 @end deftypefun
852 @comment stdio.h
853 @comment GNU
854 @deftypefun int fileno_unlocked (FILE *@var{stream})
855 The @code{fileno_unlocked} function is equivalent to the @code{fileno}
856 function except that it does not implicitly lock the stream if the state
857 is @code{FSETLOCKING_INTERNAL}.
859 This function is a GNU extension.
860 @end deftypefun
862 @cindex standard file descriptors
863 @cindex file descriptors, standard
864 There are also symbolic constants defined in @file{unistd.h} for the
865 file descriptors belonging to the standard streams @code{stdin},
866 @code{stdout}, and @code{stderr}; see @ref{Standard Streams}.
867 @pindex unistd.h
869 @comment unistd.h
870 @comment POSIX.1
871 @table @code
872 @item STDIN_FILENO
873 @vindex STDIN_FILENO
874 This macro has value @code{0}, which is the file descriptor for
875 standard input.
876 @cindex standard input file descriptor
878 @comment unistd.h
879 @comment POSIX.1
880 @item STDOUT_FILENO
881 @vindex STDOUT_FILENO
882 This macro has value @code{1}, which is the file descriptor for
883 standard output.
884 @cindex standard output file descriptor
886 @comment unistd.h
887 @comment POSIX.1
888 @item STDERR_FILENO
889 @vindex STDERR_FILENO
890 This macro has value @code{2}, which is the file descriptor for
891 standard error output.
892 @end table
893 @cindex standard error file descriptor
895 @node Stream/Descriptor Precautions
896 @section Dangers of Mixing Streams and Descriptors
897 @cindex channels
898 @cindex streams and descriptors
899 @cindex descriptors and streams
900 @cindex mixing descriptors and streams
902 You can have multiple file descriptors and streams (let's call both
903 streams and descriptors ``channels'' for short) connected to the same
904 file, but you must take care to avoid confusion between channels.  There
905 are two cases to consider: @dfn{linked} channels that share a single
906 file position value, and @dfn{independent} channels that have their own
907 file positions.
909 It's best to use just one channel in your program for actual data
910 transfer to any given file, except when all the access is for input.
911 For example, if you open a pipe (something you can only do at the file
912 descriptor level), either do all I/O with the descriptor, or construct a
913 stream from the descriptor with @code{fdopen} and then do all I/O with
914 the stream.
916 @menu
917 * Linked Channels::        Dealing with channels sharing a file position.
918 * Independent Channels::   Dealing with separately opened, unlinked channels.
919 * Cleaning Streams::       Cleaning a stream makes it safe to use
920                             another channel.
921 @end menu
923 @node Linked Channels
924 @subsection Linked Channels
925 @cindex linked channels
927 Channels that come from a single opening share the same file position;
928 we call them @dfn{linked} channels.  Linked channels result when you
929 make a stream from a descriptor using @code{fdopen}, when you get a
930 descriptor from a stream with @code{fileno}, when you copy a descriptor
931 with @code{dup} or @code{dup2}, and when descriptors are inherited
932 during @code{fork}.  For files that don't support random access, such as
933 terminals and pipes, @emph{all} channels are effectively linked.  On
934 random-access files, all append-type output streams are effectively
935 linked to each other.
937 @cindex cleaning up a stream
938 If you have been using a stream for I/O (or have just opened the stream),
939 and you want to do I/O using
940 another channel (either a stream or a descriptor) that is linked to it,
941 you must first @dfn{clean up} the stream that you have been using.
942 @xref{Cleaning Streams}.
944 Terminating a process, or executing a new program in the process,
945 destroys all the streams in the process.  If descriptors linked to these
946 streams persist in other processes, their file positions become
947 undefined as a result.  To prevent this, you must clean up the streams
948 before destroying them.
950 @node Independent Channels
951 @subsection Independent Channels
952 @cindex independent channels
954 When you open channels (streams or descriptors) separately on a seekable
955 file, each channel has its own file position.  These are called
956 @dfn{independent channels}.
958 The system handles each channel independently.  Most of the time, this
959 is quite predictable and natural (especially for input): each channel
960 can read or write sequentially at its own place in the file.  However,
961 if some of the channels are streams, you must take these precautions:
963 @itemize @bullet
964 @item
965 You should clean an output stream after use, before doing anything else
966 that might read or write from the same part of the file.
968 @item
969 You should clean an input stream before reading data that may have been
970 modified using an independent channel.  Otherwise, you might read
971 obsolete data that had been in the stream's buffer.
972 @end itemize
974 If you do output to one channel at the end of the file, this will
975 certainly leave the other independent channels positioned somewhere
976 before the new end.  You cannot reliably set their file positions to the
977 new end of file before writing, because the file can always be extended
978 by another process between when you set the file position and when you
979 write the data.  Instead, use an append-type descriptor or stream; they
980 always output at the current end of the file.  In order to make the
981 end-of-file position accurate, you must clean the output channel you
982 were using, if it is a stream.
984 It's impossible for two channels to have separate file pointers for a
985 file that doesn't support random access.  Thus, channels for reading or
986 writing such files are always linked, never independent.  Append-type
987 channels are also always linked.  For these channels, follow the rules
988 for linked channels; see @ref{Linked Channels}.
990 @node Cleaning Streams
991 @subsection Cleaning Streams
993 On the GNU system, you can clean up any stream with @code{fclean}:
995 @comment stdio.h
996 @comment GNU
997 @deftypefun int fclean (FILE *@var{stream})
998 Clean up the stream @var{stream} so that its buffer is empty.  If
999 @var{stream} is doing output, force it out.  If @var{stream} is doing
1000 input, give the data in the buffer back to the system, arranging to
1001 reread it.
1002 @end deftypefun
1004 On other systems, you can use @code{fflush} to clean a stream in most
1005 cases.
1007 You can skip the @code{fclean} or @code{fflush} if you know the stream
1008 is already clean.  A stream is clean whenever its buffer is empty.  For
1009 example, an unbuffered stream is always clean.  An input stream that is
1010 at end-of-file is clean.  A line-buffered stream is clean when the last
1011 character output was a newline.  However, a just-opened input stream
1012 might not be clean, as its input buffer might not be empty.
1014 There is one case in which cleaning a stream is impossible on most
1015 systems.  This is when the stream is doing input from a file that is not
1016 random-access.  Such streams typically read ahead, and when the file is
1017 not random access, there is no way to give back the excess data already
1018 read.  When an input stream reads from a random-access file,
1019 @code{fflush} does clean the stream, but leaves the file pointer at an
1020 unpredictable place; you must set the file pointer before doing any
1021 further I/O.  On the GNU system, using @code{fclean} avoids both of
1022 these problems.
1024 Closing an output-only stream also does @code{fflush}, so this is a
1025 valid way of cleaning an output stream.  On the GNU system, closing an
1026 input stream does @code{fclean}.
1028 You need not clean a stream before using its descriptor for control
1029 operations such as setting terminal modes; these operations don't affect
1030 the file position and are not affected by it.  You can use any
1031 descriptor for these operations, and all channels are affected
1032 simultaneously.  However, text already ``output'' to a stream but still
1033 buffered by the stream will be subject to the new terminal modes when
1034 subsequently flushed.  To make sure ``past'' output is covered by the
1035 terminal settings that were in effect at the time, flush the output
1036 streams for that terminal before setting the modes.  @xref{Terminal
1037 Modes}.
1039 @node Scatter-Gather
1040 @section Fast Scatter-Gather I/O
1041 @cindex scatter-gather
1043 Some applications may need to read or write data to multiple buffers,
1044 which are separated in memory.  Although this can be done easily enough
1045 with multiple calls to @code{read} and @code{write}, it is inefficient
1046 because there is overhead associated with each kernel call.
1048 Instead, many platforms provide special high-speed primitives to perform
1049 these @dfn{scatter-gather} operations in a single kernel call.  The GNU C
1050 library will provide an emulation on any system that lacks these
1051 primitives, so they are not a portability threat.  They are defined in
1052 @code{sys/uio.h}.
1054 These functions are controlled with arrays of @code{iovec} structures,
1055 which describe the location and size of each buffer.
1057 @comment sys/uio.h
1058 @comment BSD
1059 @deftp {Data Type} {struct iovec}
1061 The @code{iovec} structure describes a buffer. It contains two fields:
1063 @table @code
1065 @item void *iov_base
1066 Contains the address of a buffer.
1068 @item size_t iov_len
1069 Contains the length of the buffer.
1071 @end table
1072 @end deftp
1074 @comment sys/uio.h
1075 @comment BSD
1076 @deftypefun ssize_t readv (int @var{filedes}, const struct iovec *@var{vector}, int @var{count})
1078 The @code{readv} function reads data from @var{filedes} and scatters it
1079 into the buffers described in @var{vector}, which is taken to be
1080 @var{count} structures long.  As each buffer is filled, data is sent to the
1081 next.
1083 Note that @code{readv} is not guaranteed to fill all the buffers.
1084 It may stop at any point, for the same reasons @code{read} would.
1086 The return value is a count of bytes (@emph{not} buffers) read, @math{0}
1087 indicating end-of-file, or @math{-1} indicating an error.  The possible
1088 errors are the same as in @code{read}.
1090 @end deftypefun
1092 @comment sys/uio.h
1093 @comment BSD
1094 @deftypefun ssize_t writev (int @var{filedes}, const struct iovec *@var{vector}, int @var{count})
1096 The @code{writev} function gathers data from the buffers described in
1097 @var{vector}, which is taken to be @var{count} structures long, and writes
1098 them to @code{filedes}.  As each buffer is written, it moves on to the
1099 next.
1101 Like @code{readv}, @code{writev} may stop midstream under the same
1102 conditions @code{write} would.
1104 The return value is a count of bytes written, or @math{-1} indicating an
1105 error.  The possible errors are the same as in @code{write}.
1107 @end deftypefun
1109 @c Note - I haven't read this anywhere. I surmised it from my knowledge
1110 @c of computer science. Thus, there could be subtleties I'm missing.
1112 Note that if the buffers are small (under about 1kB), high-level streams
1113 may be easier to use than these functions.  However, @code{readv} and
1114 @code{writev} are more efficient when the individual buffers themselves
1115 (as opposed to the total output), are large.  In that case, a high-level
1116 stream would not be able to cache the data effectively.
1118 @node Memory-mapped I/O
1119 @section Memory-mapped I/O
1121 On modern operating systems, it is possible to @dfn{mmap} (pronounced
1122 ``em-map'') a file to a region of memory.  When this is done, the file can
1123 be accessed just like an array in the program.
1125 This is more efficient than @code{read} or @code{write}, as only the regions
1126 of the file that a program actually accesses are loaded.  Accesses to
1127 not-yet-loaded parts of the mmapped region are handled in the same way as
1128 swapped out pages.
1130 Since mmapped pages can be stored back to their file when physical
1131 memory is low, it is possible to mmap files orders of magnitude larger
1132 than both the physical memory @emph{and} swap space.  The only limit is
1133 address space.  The theoretical limit is 4GB on a 32-bit machine -
1134 however, the actual limit will be smaller since some areas will be
1135 reserved for other purposes.  If the LFS interface is used the file size
1136 on 32-bit systems is not limited to 2GB (offsets are signed which
1137 reduces the addressable area of 4GB by half); the full 64-bit are
1138 available.
1140 Memory mapping only works on entire pages of memory.  Thus, addresses
1141 for mapping must be page-aligned, and length values will be rounded up.
1142 To determine the size of a page the machine uses one should use
1144 @vindex _SC_PAGESIZE
1145 @smallexample
1146 size_t page_size = (size_t) sysconf (_SC_PAGESIZE);
1147 @end smallexample
1149 @noindent
1150 These functions are declared in @file{sys/mman.h}.
1152 @comment sys/mman.h
1153 @comment POSIX
1154 @deftypefun {void *} mmap (void *@var{address}, size_t @var{length},int @var{protect}, int @var{flags}, int @var{filedes}, off_t @var{offset})
1156 The @code{mmap} function creates a new mapping, connected to bytes
1157 (@var{offset}) to (@var{offset} + @var{length} - 1) in the file open on
1158 @var{filedes}.  A new reference for the file specified by @var{filedes}
1159 is created, which is not removed by closing the file.
1161 @var{address} gives a preferred starting address for the mapping.
1162 @code{NULL} expresses no preference. Any previous mapping at that
1163 address is automatically removed. The address you give may still be
1164 changed, unless you use the @code{MAP_FIXED} flag.
1166 @vindex PROT_READ
1167 @vindex PROT_WRITE
1168 @vindex PROT_EXEC
1169 @var{protect} contains flags that control what kind of access is
1170 permitted.  They include @code{PROT_READ}, @code{PROT_WRITE}, and
1171 @code{PROT_EXEC}, which permit reading, writing, and execution,
1172 respectively.  Inappropriate access will cause a segfault (@pxref{Program
1173 Error Signals}).
1175 Note that most hardware designs cannot support write permission without
1176 read permission, and many do not distinguish read and execute permission.
1177 Thus, you may receive wider permissions than you ask for, and mappings of
1178 write-only files may be denied even if you do not use @code{PROT_READ}.
1180 @var{flags} contains flags that control the nature of the map.
1181 One of @code{MAP_SHARED} or @code{MAP_PRIVATE} must be specified.
1183 They include:
1185 @vtable @code
1186 @item MAP_PRIVATE
1187 This specifies that writes to the region should never be written back
1188 to the attached file.  Instead, a copy is made for the process, and the
1189 region will be swapped normally if memory runs low.  No other process will
1190 see the changes.
1192 Since private mappings effectively revert to ordinary memory
1193 when written to, you must have enough virtual memory for a copy of
1194 the entire mmapped region if you use this mode with @code{PROT_WRITE}.
1196 @item MAP_SHARED
1197 This specifies that writes to the region will be written back to the
1198 file.  Changes made will be shared immediately with other processes
1199 mmaping the same file.
1201 Note that actual writing may take place at any time.  You need to use
1202 @code{msync}, described below, if it is important that other processes
1203 using conventional I/O get a consistent view of the file.
1205 @item MAP_FIXED
1206 This forces the system to use the exact mapping address specified in
1207 @var{address} and fail if it can't.
1209 @c One of these is official - the other is obviously an obsolete synonym
1210 @c Which is which?
1211 @item MAP_ANONYMOUS
1212 @itemx MAP_ANON
1213 This flag tells the system to create an anonymous mapping, not connected
1214 to a file.  @var{filedes} and @var{off} are ignored, and the region is
1215 initialized with zeros.
1217 Anonymous maps are used as the basic primitive to extend the heap on some
1218 systems.  They are also useful to share data between multiple tasks
1219 without creating a file.
1221 On some systems using private anonymous mmaps is more efficient than using
1222 @code{malloc} for large blocks.  This is not an issue with the GNU C library,
1223 as the included @code{malloc} automatically uses @code{mmap} where appropriate.
1225 @c Linux has some other MAP_ options, which I have not discussed here.
1226 @c MAP_DENYWRITE, MAP_EXECUTABLE and MAP_GROWSDOWN don't seem applicable to
1227 @c user programs (and I don't understand the last two). MAP_LOCKED does
1228 @c not appear to be implemented.
1230 @end vtable
1232 @code{mmap} returns the address of the new mapping, or @math{-1} for an
1233 error.
1235 Possible errors include:
1237 @table @code
1239 @item EINVAL
1241 Either @var{address} was unusable, or inconsistent @var{flags} were
1242 given.
1244 @item EACCES
1246 @var{filedes} was not open for the type of access specified in @var{protect}.
1248 @item ENOMEM
1250 Either there is not enough memory for the operation, or the process is
1251 out of address space.
1253 @item ENODEV
1255 This file is of a type that doesn't support mapping.
1257 @item ENOEXEC
1259 The file is on a filesystem that doesn't support mapping.
1261 @c On Linux, EAGAIN will appear if the file has a conflicting mandatory lock.
1262 @c However mandatory locks are not discussed in this manual.
1264 @c Similarly, ETXTBSY will occur if the MAP_DENYWRITE flag (not documented
1265 @c here) is used and the file is already open for writing.
1267 @end table
1269 @end deftypefun
1271 @comment sys/mman.h
1272 @comment LFS
1273 @deftypefun {void *} mmap64 (void *@var{address}, size_t @var{length},int @var{protect}, int @var{flags}, int @var{filedes}, off64_t @var{offset})
1274 The @code{mmap64} function is equivalent to the @code{mmap} function but
1275 the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t}.  On 32-bit systems
1276 this allows the file associated with the @var{filedes} descriptor to be
1277 larger than 2GB.  @var{filedes} must be a descriptor returned from a
1278 call to @code{open64} or @code{fopen64} and @code{freopen64} where the
1279 descriptor is retrieved with @code{fileno}.
1281 When the sources are translated with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
1282 function is actually available under the name @code{mmap}.  I.e., the
1283 new, extended API using 64 bit file sizes and offsets transparently
1284 replaces the old API.
1285 @end deftypefun
1287 @comment sys/mman.h
1288 @comment POSIX
1289 @deftypefun int munmap (void *@var{addr}, size_t @var{length})
1291 @code{munmap} removes any memory maps from (@var{addr}) to (@var{addr} +
1292 @var{length}).  @var{length} should be the length of the mapping.
1294 It is safe to unmap multiple mappings in one command, or include unmapped
1295 space in the range.  It is also possible to unmap only part of an existing
1296 mapping.  However, only entire pages can be removed.  If @var{length} is not
1297 an even number of pages, it will be rounded up.
1299 It returns @math{0} for success and @math{-1} for an error.
1301 One error is possible:
1303 @table @code
1305 @item EINVAL
1306 The memory range given was outside the user mmap range or wasn't page
1307 aligned.
1309 @end table
1311 @end deftypefun
1313 @comment sys/mman.h
1314 @comment POSIX
1315 @deftypefun int msync (void *@var{address}, size_t @var{length}, int @var{flags})
1317 When using shared mappings, the kernel can write the file at any time
1318 before the mapping is removed.  To be certain data has actually been
1319 written to the file and will be accessible to non-memory-mapped I/O, it
1320 is necessary to use this function.
1322 It operates on the region @var{address} to (@var{address} + @var{length}).
1323 It may be used on part of a mapping or multiple mappings, however the
1324 region given should not contain any unmapped space.
1326 @var{flags} can contain some options:
1328 @vtable @code
1330 @item MS_SYNC
1332 This flag makes sure the data is actually written @emph{to disk}.
1333 Normally @code{msync} only makes sure that accesses to a file with
1334 conventional I/O reflect the recent changes.
1336 @item MS_ASYNC
1338 This tells @code{msync} to begin the synchronization, but not to wait for
1339 it to complete.
1341 @c Linux also has MS_INVALIDATE, which I don't understand.
1343 @end vtable
1345 @code{msync} returns @math{0} for success and @math{-1} for
1346 error.  Errors include:
1348 @table @code
1350 @item EINVAL
1351 An invalid region was given, or the @var{flags} were invalid.
1353 @item EFAULT
1354 There is no existing mapping in at least part of the given region.
1356 @end table
1358 @end deftypefun
1360 @comment sys/mman.h
1361 @comment GNU
1362 @deftypefun {void *} mremap (void *@var{address}, size_t @var{length}, size_t @var{new_length}, int @var{flag})
1364 This function can be used to change the size of an existing memory
1365 area. @var{address} and @var{length} must cover a region entirely mapped
1366 in the same @code{mmap} statement. A new mapping with the same
1367 characteristics will be returned with the length @var{new_length}.
1369 One option is possible, @code{MREMAP_MAYMOVE}. If it is given in
1370 @var{flags}, the system may remove the existing mapping and create a new
1371 one of the desired length in another location.
1373 The address of the resulting mapping is returned, or @math{-1}. Possible
1374 error codes include:
1376 @table @code
1378 @item EFAULT
1379 There is no existing mapping in at least part of the original region, or
1380 the region covers two or more distinct mappings.
1382 @item EINVAL
1383 The address given is misaligned or inappropriate.
1385 @item EAGAIN
1386 The region has pages locked, and if extended it would exceed the
1387 process's resource limit for locked pages.  @xref{Limits on Resources}.
1389 @item ENOMEM
1390 The region is private writable, and insufficient virtual memory is
1391 available to extend it.  Also, this error will occur if
1392 @code{MREMAP_MAYMOVE} is not given and the extension would collide with
1393 another mapped region.
1395 @end table
1396 @end deftypefun
1398 This function is only available on a few systems.  Except for performing
1399 optional optimizations one should not rely on this function.
1401 Not all file descriptors may be mapped.  Sockets, pipes, and most devices
1402 only allow sequential access and do not fit into the mapping abstraction.
1403 In addition, some regular files may not be mmapable, and older kernels may
1404 not support mapping at all.  Thus, programs using @code{mmap} should
1405 have a fallback method to use should it fail. @xref{Mmap,,,standards,GNU
1406 Coding Standards}.
1408 @comment sys/mman.h
1409 @comment POSIX
1410 @deftypefun int madvise (void *@var{addr}, size_t @var{length}, int @var{advice})
1412 This function can be used to provide the system with @var{advice} about
1413 the intended usage patterns of the memory region starting at @var{addr}
1414 and extending @var{length} bytes.
1416 The valid BSD values for @var{advice} are:
1418 @table @code
1420 @item MADV_NORMAL
1421 The region should receive no further special treatment.
1423 @item MADV_RANDOM
1424 The region will be accessed via random page references. The kernel
1425 should page-in the minimal number of pages for each page fault.
1427 @item MADV_SEQUENTIAL
1428 The region will be accessed via sequential page references. This
1429 may cause the kernel to aggressively read-ahead, expecting further
1430 sequential references after any page fault within this region.
1432 @item MADV_WILLNEED
1433 The region will be needed.  The pages within this region may
1434 be pre-faulted in by the kernel.
1436 @item MADV_DONTNEED
1437 The region is no longer needed.  The kernel may free these pages,
1438 causing any changes to the pages to be lost, as well as swapped
1439 out pages to be discarded.
1441 @end table
1443 The POSIX names are slightly different, but with the same meanings:
1445 @table @code
1447 @item POSIX_MADV_NORMAL
1448 This corresponds with BSD's @code{MADV_NORMAL}.
1450 @item POSIX_MADV_RANDOM
1451 This corresponds with BSD's @code{MADV_RANDOM}.
1453 @item POSIX_MADV_SEQUENTIAL
1454 This corresponds with BSD's @code{MADV_SEQUENTIAL}.
1456 @item POSIX_MADV_WILLNEED
1457 This corresponds with BSD's @code{MADV_WILLNEED}.
1459 @item POSIX_MADV_DONTNEED
1460 This corresponds with BSD's @code{MADV_DONTNEED}.
1462 @end table
1464 @code{msync} returns @math{0} for success and @math{-1} for
1465 error.  Errors include:
1466 @table @code
1468 @item EINVAL
1469 An invalid region was given, or the @var{advice} was invalid.
1471 @item EFAULT
1472 There is no existing mapping in at least part of the given region.
1474 @end table
1475 @end deftypefun
1477 @node Waiting for I/O
1478 @section Waiting for Input or Output
1479 @cindex waiting for input or output
1480 @cindex multiplexing input
1481 @cindex input from multiple files
1483 Sometimes a program needs to accept input on multiple input channels
1484 whenever input arrives.  For example, some workstations may have devices
1485 such as a digitizing tablet, function button box, or dial box that are
1486 connected via normal asynchronous serial interfaces; good user interface
1487 style requires responding immediately to input on any device.  Another
1488 example is a program that acts as a server to several other processes
1489 via pipes or sockets.
1491 You cannot normally use @code{read} for this purpose, because this
1492 blocks the program until input is available on one particular file
1493 descriptor; input on other channels won't wake it up.  You could set
1494 nonblocking mode and poll each file descriptor in turn, but this is very
1495 inefficient.
1497 A better solution is to use the @code{select} function.  This blocks the
1498 program until input or output is ready on a specified set of file
1499 descriptors, or until a timer expires, whichever comes first.  This
1500 facility is declared in the header file @file{sys/types.h}.
1501 @pindex sys/types.h
1503 In the case of a server socket (@pxref{Listening}), we say that
1504 ``input'' is available when there are pending connections that could be
1505 accepted (@pxref{Accepting Connections}).  @code{accept} for server
1506 sockets blocks and interacts with @code{select} just as @code{read} does
1507 for normal input.
1509 @cindex file descriptor sets, for @code{select}
1510 The file descriptor sets for the @code{select} function are specified
1511 as @code{fd_set} objects.  Here is the description of the data type
1512 and some macros for manipulating these objects.
1514 @comment sys/types.h
1515 @comment BSD
1516 @deftp {Data Type} fd_set
1517 The @code{fd_set} data type represents file descriptor sets for the
1518 @code{select} function.  It is actually a bit array.
1519 @end deftp
1521 @comment sys/types.h
1522 @comment BSD
1523 @deftypevr Macro int FD_SETSIZE
1524 The value of this macro is the maximum number of file descriptors that a
1525 @code{fd_set} object can hold information about.  On systems with a
1526 fixed maximum number, @code{FD_SETSIZE} is at least that number.  On
1527 some systems, including GNU, there is no absolute limit on the number of
1528 descriptors open, but this macro still has a constant value which
1529 controls the number of bits in an @code{fd_set}; if you get a file
1530 descriptor with a value as high as @code{FD_SETSIZE}, you cannot put
1531 that descriptor into an @code{fd_set}.
1532 @end deftypevr
1534 @comment sys/types.h
1535 @comment BSD
1536 @deftypefn Macro void FD_ZERO (fd_set *@var{set})
1537 This macro initializes the file descriptor set @var{set} to be the
1538 empty set.
1539 @end deftypefn
1541 @comment sys/types.h
1542 @comment BSD
1543 @deftypefn Macro void FD_SET (int @var{filedes}, fd_set *@var{set})
1544 This macro adds @var{filedes} to the file descriptor set @var{set}.
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}.
1551 @end deftypefn
1553 @comment sys/types.h
1554 @comment BSD
1555 @deftypefn Macro int FD_ISSET (int @var{filedes}, fd_set *@var{set})
1556 This macro returns a nonzero value (true) if @var{filedes} is a member
1557 of the file descriptor set @var{set}, and zero (false) otherwise.
1558 @end deftypefn
1560 Next, here is the description of the @code{select} function itself.
1562 @comment sys/types.h
1563 @comment BSD
1564 @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})
1565 The @code{select} function blocks the calling process until there is
1566 activity on any of the specified sets of file descriptors, or until the
1567 timeout period has expired.
1569 The file descriptors specified by the @var{read-fds} argument are
1570 checked to see if they are ready for reading; the @var{write-fds} file
1571 descriptors are checked to see if they are ready for writing; and the
1572 @var{except-fds} file descriptors are checked for exceptional
1573 conditions.  You can pass a null pointer for any of these arguments if
1574 you are not interested in checking for that kind of condition.
1576 A file descriptor is considered ready for reading if it is not at end of
1577 file.  A server socket is considered ready for reading if there is a
1578 pending connection which can be accepted with @code{accept};
1579 @pxref{Accepting Connections}.  A client socket is ready for writing when
1580 its connection is fully established; @pxref{Connecting}.
1582 ``Exceptional conditions'' does not mean errors---errors are reported
1583 immediately when an erroneous system call is executed, and do not
1584 constitute a state of the descriptor.  Rather, they include conditions
1585 such as the presence of an urgent message on a socket.  (@xref{Sockets},
1586 for information on urgent messages.)
1588 The @code{select} function checks only the first @var{nfds} file
1589 descriptors.  The usual thing is to pass @code{FD_SETSIZE} as the value
1590 of this argument.
1592 The @var{timeout} specifies the maximum time to wait.  If you pass a
1593 null pointer for this argument, it means to block indefinitely until one
1594 of the file descriptors is ready.  Otherwise, you should provide the
1595 time in @code{struct timeval} format; see @ref{High-Resolution
1596 Calendar}.  Specify zero as the time (a @code{struct timeval} containing
1597 all zeros) if you want to find out which descriptors are ready without
1598 waiting if none are ready.
1600 The normal return value from @code{select} is the total number of ready file
1601 descriptors in all of the sets.  Each of the argument sets is overwritten
1602 with information about the descriptors that are ready for the corresponding
1603 operation.  Thus, to see if a particular descriptor @var{desc} has input,
1604 use @code{FD_ISSET (@var{desc}, @var{read-fds})} after @code{select} returns.
1606 If @code{select} returns because the timeout period expires, it returns
1607 a value of zero.
1609 Any signal will cause @code{select} to return immediately.  So if your
1610 program uses signals, you can't rely on @code{select} to keep waiting
1611 for the full time specified.  If you want to be sure of waiting for a
1612 particular amount of time, you must check for @code{EINTR} and repeat
1613 the @code{select} with a newly calculated timeout based on the current
1614 time.  See the example below.  See also @ref{Interrupted Primitives}.
1616 If an error occurs, @code{select} returns @code{-1} and does not modify
1617 the argument file descriptor sets.  The following @code{errno} error
1618 conditions are defined for this function:
1620 @table @code
1621 @item EBADF
1622 One of the file descriptor sets specified an invalid file descriptor.
1624 @item EINTR
1625 The operation was interrupted by a signal.  @xref{Interrupted Primitives}.
1627 @item EINVAL
1628 The @var{timeout} argument is invalid; one of the components is negative
1629 or too large.
1630 @end table
1631 @end deftypefun
1633 @strong{Portability Note:}  The @code{select} function is a BSD Unix
1634 feature.
1636 Here is an example showing how you can use @code{select} to establish a
1637 timeout period for reading from a file descriptor.  The @code{input_timeout}
1638 function blocks the calling process until input is available on the
1639 file descriptor, or until the timeout period expires.
1641 @smallexample
1642 @include select.c.texi
1643 @end smallexample
1645 There is another example showing the use of @code{select} to multiplex
1646 input from multiple sockets in @ref{Server Example}.
1649 @node Synchronizing I/O
1650 @section Synchronizing I/O operations
1652 @cindex synchronizing
1653 In most modern operating systems, the normal I/O operations are not
1654 executed synchronously.  I.e., even if a @code{write} system call
1655 returns, this does not mean the data is actually written to the media,
1656 e.g., the disk.
1658 In situations where synchronization points are necessary, you can use
1659 special functions which ensure that all operations finish before
1660 they return.
1662 @comment unistd.h
1663 @comment X/Open
1664 @deftypefun int sync (void)
1665 A call to this function will not return as long as there is data which
1666 has not been written to the device.  All dirty buffers in the kernel will
1667 be written and so an overall consistent system can be achieved (if no
1668 other process in parallel writes data).
1670 A prototype for @code{sync} can be found in @file{unistd.h}.
1672 The return value is zero to indicate no error.
1673 @end deftypefun
1675 Programs more often want to ensure that data written to a given file is
1676 committed, rather than all data in the system.  For this, @code{sync} is overkill.
1679 @comment unistd.h
1680 @comment POSIX
1681 @deftypefun int fsync (int @var{fildes})
1682 The @code{fsync} function can be used to make sure all data associated with
1683 the open file @var{fildes} is written to the device associated with the
1684 descriptor.  The function call does not return unless all actions have
1685 finished.
1687 A prototype for @code{fsync} can be found in @file{unistd.h}.
1689 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
1690 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
1691 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{fsync} is
1692 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
1693 until the program ends.  To avoid this, calls to @code{fsync} should be
1694 protected using cancellation handlers.
1695 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
1697 The return value of the function is zero if no error occurred.  Otherwise
1698 it is @math{-1} and the global variable @var{errno} is set to the
1699 following values:
1700 @table @code
1701 @item EBADF
1702 The descriptor @var{fildes} is not valid.
1704 @item EINVAL
1705 No synchronization is possible since the system does not implement this.
1706 @end table
1707 @end deftypefun
1709 Sometimes it is not even necessary to write all data associated with a
1710 file descriptor.  E.g., in database files which do not change in size it
1711 is enough to write all the file content data to the device.
1712 Meta-information, like the modification time etc., are not that important
1713 and leaving such information uncommitted does not prevent a successful
1714 recovering of the file in case of a problem.
1716 @comment unistd.h
1717 @comment POSIX
1718 @deftypefun int fdatasync (int @var{fildes})
1719 When a call to the @code{fdatasync} function returns, it is ensured
1720 that all of the file data is written to the device.  For all pending I/O
1721 operations, the parts guaranteeing data integrity finished.
1723 Not all systems implement the @code{fdatasync} operation.  On systems
1724 missing this functionality @code{fdatasync} is emulated by a call to
1725 @code{fsync} since the performed actions are a superset of those
1726 required by @code{fdatasync}.
1728 The prototype for @code{fdatasync} is in @file{unistd.h}.
1730 The return value of the function is zero if no error occurred.  Otherwise
1731 it is @math{-1} and the global variable @var{errno} is set to the
1732 following values:
1733 @table @code
1734 @item EBADF
1735 The descriptor @var{fildes} is not valid.
1737 @item EINVAL
1738 No synchronization is possible since the system does not implement this.
1739 @end table
1740 @end deftypefun
1743 @node Asynchronous I/O
1744 @section Perform I/O Operations in Parallel
1746 The POSIX.1b standard defines a new set of I/O operations which can
1747 significantly reduce the time an application spends waiting at I/O.  The
1748 new functions allow a program to initiate one or more I/O operations and
1749 then immediately resume normal work while the I/O operations are
1750 executed in parallel.  This functionality is available if the
1751 @file{unistd.h} file defines the symbol @code{_POSIX_ASYNCHRONOUS_IO}.
1753 These functions are part of the library with realtime functions named
1754 @file{librt}.  They are not actually part of the @file{libc} binary.
1755 The implementation of these functions can be done using support in the
1756 kernel (if available) or using an implementation based on threads at
1757 userlevel.  In the latter case it might be necessary to link applications
1758 with the thread library @file{libpthread} in addition to @file{librt}.
1760 All AIO operations operate on files which were opened previously.  There
1761 might be arbitrarily many operations running for one file.  The
1762 asynchronous I/O operations are controlled using a data structure named
1763 @code{struct aiocb} (@dfn{AIO control block}).  It is defined in
1764 @file{aio.h} as follows.
1766 @comment aio.h
1767 @comment POSIX.1b
1768 @deftp {Data Type} {struct aiocb}
1769 The POSIX.1b standard mandates that the @code{struct aiocb} structure
1770 contains at least the members described in the following table.  There
1771 might be more elements which are used by the implementation, but
1772 depending upon these elements is not portable and is highly deprecated.
1774 @table @code
1775 @item int aio_fildes
1776 This element specifies the file descriptor to be used for the
1777 operation.  It must be a legal descriptor, otherwise the operation will
1778 fail.
1780 The device on which the file is opened must allow the seek operation.
1781 I.e., it is not possible to use any of the AIO operations on devices
1782 like terminals where an @code{lseek} call would lead to an error.
1784 @item off_t aio_offset
1785 This element specifies the offset in the file at which the operation (input
1786 or output) is performed.  Since the operations are carried out in arbitrary
1787 order and more than one operation for one file descriptor can be
1788 started, one cannot expect a current read/write position of the file
1789 descriptor.
1791 @item volatile void *aio_buf
1792 This is a pointer to the buffer with the data to be written or the place
1793 where the read data is stored.
1795 @item size_t aio_nbytes
1796 This element specifies the length of the buffer pointed to by @code{aio_buf}.
1798 @item int aio_reqprio
1799 If the platform has defined @code{_POSIX_PRIORITIZED_IO} and
1800 @code{_POSIX_PRIORITY_SCHEDULING}, the AIO requests are
1801 processed based on the current scheduling priority.  The
1802 @code{aio_reqprio} element can then be used to lower the priority of the
1803 AIO operation.
1805 @item struct sigevent aio_sigevent
1806 This element specifies how the calling process is notified once the
1807 operation terminates.  If the @code{sigev_notify} element is
1808 @code{SIGEV_NONE}, no notification is sent.  If it is @code{SIGEV_SIGNAL},
1809 the signal determined by @code{sigev_signo} is sent.  Otherwise,
1810 @code{sigev_notify} must be @code{SIGEV_THREAD}.  In this case, a thread
1811 is created which starts executing the function pointed to by
1812 @code{sigev_notify_function}.
1814 @item int aio_lio_opcode
1815 This element is only used by the @code{lio_listio} and
1816 @code{lio_listio64} functions.  Since these functions allow an
1817 arbitrary number of operations to start at once, and each operation can be
1818 input or output (or nothing), the information must be stored in the
1819 control block.  The possible values are:
1821 @vtable @code
1822 @item LIO_READ
1823 Start a read operation.  Read from the file at position
1824 @code{aio_offset} and store the next @code{aio_nbytes} bytes in the
1825 buffer pointed to by @code{aio_buf}.
1827 @item LIO_WRITE
1828 Start a write operation.  Write @code{aio_nbytes} bytes starting at
1829 @code{aio_buf} into the file starting at position @code{aio_offset}.
1831 @item LIO_NOP
1832 Do nothing for this control block.  This value is useful sometimes when
1833 an array of @code{struct aiocb} values contains holes, i.e., some of the
1834 values must not be handled although the whole array is presented to the
1835 @code{lio_listio} function.
1836 @end vtable
1837 @end table
1839 When the sources are compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
1840 32 bit machine, this type is in fact @code{struct aiocb64}, since the LFS
1841 interface transparently replaces the @code{struct aiocb} definition.
1842 @end deftp
1844 For use with the AIO functions defined in the LFS, there is a similar type
1845 defined which replaces the types of the appropriate members with larger
1846 types but otherwise is equivalent to @code{struct aiocb}.  Particularly,
1847 all member names are the same.
1849 @comment aio.h
1850 @comment POSIX.1b
1851 @deftp {Data Type} {struct aiocb64}
1852 @table @code
1853 @item int aio_fildes
1854 This element specifies the file descriptor which is used for the
1855 operation.  It must be a legal descriptor since otherwise the operation
1856 fails for obvious reasons.
1858 The device on which the file is opened must allow the seek operation.
1859 I.e., it is not possible to use any of the AIO operations on devices
1860 like terminals where an @code{lseek} call would lead to an error.
1862 @item off64_t aio_offset
1863 This element specifies at which offset in the file the operation (input
1864 or output) is performed.  Since the operation are carried in arbitrary
1865 order and more than one operation for one file descriptor can be
1866 started, one cannot expect a current read/write position of the file
1867 descriptor.
1869 @item volatile void *aio_buf
1870 This is a pointer to the buffer with the data to be written or the place
1871 where the read data is stored.
1873 @item size_t aio_nbytes
1874 This element specifies the length of the buffer pointed to by @code{aio_buf}.
1876 @item int aio_reqprio
1877 If for the platform @code{_POSIX_PRIORITIZED_IO} and
1878 @code{_POSIX_PRIORITY_SCHEDULING} are defined the AIO requests are
1879 processed based on the current scheduling priority.  The
1880 @code{aio_reqprio} element can then be used to lower the priority of the
1881 AIO operation.
1883 @item struct sigevent aio_sigevent
1884 This element specifies how the calling process is notified once the
1885 operation terminates.  If the @code{sigev_notify}, element is
1886 @code{SIGEV_NONE} no notification is sent.  If it is @code{SIGEV_SIGNAL},
1887 the signal determined by @code{sigev_signo} is sent.  Otherwise,
1888 @code{sigev_notify} must be @code{SIGEV_THREAD} in which case a thread
1889 which starts executing the function pointed to by
1890 @code{sigev_notify_function}.
1892 @item int aio_lio_opcode
1893 This element is only used by the @code{lio_listio} and
1894 @code{[lio_listio64} functions.  Since these functions allow an
1895 arbitrary number of operations to start at once, and since each operation can be
1896 input or output (or nothing), the information must be stored in the
1897 control block.  See the description of @code{struct aiocb} for a description
1898 of the possible values.
1899 @end table
1901 When the sources are compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
1902 32 bit machine, this type is available under the name @code{struct
1903 aiocb64}, since the LFS transparently replaces the old interface.
1904 @end deftp
1906 @menu
1907 * Asynchronous Reads/Writes::    Asynchronous Read and Write Operations.
1908 * Status of AIO Operations::     Getting the Status of AIO Operations.
1909 * Synchronizing AIO Operations:: Getting into a consistent state.
1910 * Cancel AIO Operations::        Cancellation of AIO Operations.
1911 * Configuration of AIO::         How to optimize the AIO implementation.
1912 @end menu
1914 @node Asynchronous Reads/Writes
1915 @subsection Asynchronous Read and Write Operations
1917 @comment aio.h
1918 @comment POSIX.1b
1919 @deftypefun int aio_read (struct aiocb *@var{aiocbp})
1920 This function initiates an asynchronous read operation.  It
1921 immediately returns after the operation was enqueued or when an
1922 error was encountered.
1924 The first @code{aiocbp->aio_nbytes} bytes of the file for which
1925 @code{aiocbp->aio_fildes} is a descriptor are written to the buffer
1926 starting at @code{aiocbp->aio_buf}.  Reading starts at the absolute
1927 position @code{aiocbp->aio_offset} in the file.
1929 If prioritized I/O is supported by the platform the
1930 @code{aiocbp->aio_reqprio} value is used to adjust the priority before
1931 the request is actually enqueued.
1933 The calling process is notified about the termination of the read
1934 request according to the @code{aiocbp->aio_sigevent} value.
1936 When @code{aio_read} returns, the return value is zero if no error
1937 occurred that can be found before the process is enqueued.  If such an
1938 early error is found, the function returns @math{-1} and sets
1939 @code{errno} to one of the following values:
1941 @table @code
1942 @item EAGAIN
1943 The request was not enqueued due to (temporarily) exceeded resource
1944 limitations.
1945 @item ENOSYS
1946 The @code{aio_read} function is not implemented.
1947 @item EBADF
1948 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.  This condition
1949 need not be recognized before enqueueing the request and so this error
1950 might also be signaled asynchronously.
1951 @item EINVAL
1952 The @code{aiocbp->aio_offset} or @code{aiocbp->aio_reqpiro} value is
1953 invalid.  This condition need not be recognized before enqueueing the
1954 request and so this error might also be signaled asynchronously.
1955 @end table
1957 If @code{aio_read} returns zero, the current status of the request
1958 can be queried using @code{aio_error} and @code{aio_return} functions.
1959 As long as the value returned by @code{aio_error} is @code{EINPROGRESS}
1960 the operation has not yet completed.  If @code{aio_error} returns zero,
1961 the operation successfully terminated, otherwise the value is to be
1962 interpreted as an error code.  If the function terminated, the result of
1963 the operation can be obtained using a call to @code{aio_return}.  The
1964 returned value is the same as an equivalent call to @code{read} would
1965 have returned.  Possible error codes returned by @code{aio_error} are:
1967 @table @code
1968 @item EBADF
1969 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.
1970 @item ECANCELED
1971 The operation was canceled before the operation was finished
1972 (@pxref{Cancel AIO Operations})
1973 @item EINVAL
1974 The @code{aiocbp->aio_offset} value is invalid.
1975 @end table
1977 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
1978 function is in fact @code{aio_read64} since the LFS interface transparently
1979 replaces the normal implementation.
1980 @end deftypefun
1982 @comment aio.h
1983 @comment Unix98
1984 @deftypefun int aio_read64 (struct aiocb *@var{aiocbp})
1985 This function is similar to the @code{aio_read} function.  The only
1986 difference is that on @w{32 bit} machines, the file descriptor should
1987 be opened in the large file mode.  Internally, @code{aio_read64} uses
1988 functionality equivalent to @code{lseek64} (@pxref{File Position
1989 Primitive}) to position the file descriptor correctly for the reading,
1990 as opposed to @code{lseek} functionality used in @code{aio_read}.
1992 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
1993 function is available under the name @code{aio_read} and so transparently
1994 replaces the interface for small files on 32 bit machines.
1995 @end deftypefun
1997 To write data asynchronously to a file, there exists an equivalent pair
1998 of functions with a very similar interface.
2000 @comment aio.h
2001 @comment POSIX.1b
2002 @deftypefun int aio_write (struct aiocb *@var{aiocbp})
2003 This function initiates an asynchronous write operation.  The function
2004 call immediately returns after the operation was enqueued or if before
2005 this happens an error was encountered.
2007 The first @code{aiocbp->aio_nbytes} bytes from the buffer starting at
2008 @code{aiocbp->aio_buf} are written to the file for which
2009 @code{aiocbp->aio_fildes} is an descriptor, starting at the absolute
2010 position @code{aiocbp->aio_offset} in the file.
2012 If prioritized I/O is supported by the platform, the
2013 @code{aiocbp->aio_reqprio} value is used to adjust the priority before
2014 the request is actually enqueued.
2016 The calling process is notified about the termination of the read
2017 request according to the @code{aiocbp->aio_sigevent} value.
2019 When @code{aio_write} returns, the return value is zero if no error
2020 occurred that can be found before the process is enqueued.  If such an
2021 early error is found the function returns @math{-1} and sets
2022 @code{errno} to one of the following values.
2024 @table @code
2025 @item EAGAIN
2026 The request was not enqueued due to (temporarily) exceeded resource
2027 limitations.
2028 @item ENOSYS
2029 The @code{aio_write} function is not implemented.
2030 @item EBADF
2031 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.  This condition
2032 may not be recognized before enqueueing the request, and so this error
2033 might also be signaled asynchronously.
2034 @item EINVAL
2035 The @code{aiocbp->aio_offset} or @code{aiocbp->aio_reqprio} value is
2036 invalid.  This condition may not be recognized before enqueueing the
2037 request and so this error might also be signaled asynchronously.
2038 @end table
2040 In the case @code{aio_write} returns zero, the current status of the
2041 request can be queried using @code{aio_error} and @code{aio_return}
2042 functions.  As long as the value returned by @code{aio_error} is
2043 @code{EINPROGRESS} the operation has not yet completed.  If
2044 @code{aio_error} returns zero, the operation successfully terminated,
2045 otherwise the value is to be interpreted as an error code.  If the
2046 function terminated, the result of the operation can be get using a call
2047 to @code{aio_return}.  The returned value is the same as an equivalent
2048 call to @code{read} would have returned.  Possible error codes returned
2049 by @code{aio_error} are:
2051 @table @code
2052 @item EBADF
2053 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.
2054 @item ECANCELED
2055 The operation was canceled before the operation was finished.
2056 (@pxref{Cancel AIO Operations})
2057 @item EINVAL
2058 The @code{aiocbp->aio_offset} value is invalid.
2059 @end table
2061 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2062 function is in fact @code{aio_write64} since the LFS interface transparently
2063 replaces the normal implementation.
2064 @end deftypefun
2066 @comment aio.h
2067 @comment Unix98
2068 @deftypefun int aio_write64 (struct aiocb *@var{aiocbp})
2069 This function is similar to the @code{aio_write} function.  The only
2070 difference is that on @w{32 bit} machines the file descriptor should
2071 be opened in the large file mode.  Internally @code{aio_write64} uses
2072 functionality equivalent to @code{lseek64} (@pxref{File Position
2073 Primitive}) to position the file descriptor correctly for the writing,
2074 as opposed to @code{lseek} functionality used in @code{aio_write}.
2076 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2077 function is available under the name @code{aio_write} and so transparently
2078 replaces the interface for small files on 32 bit machines.
2079 @end deftypefun
2081 Besides these functions with the more or less traditional interface,
2082 POSIX.1b also defines a function which can initiate more than one
2083 operation at a time, and which can handle freely mixed read and write
2084 operations.  It is therefore similar to a combination of @code{readv} and
2085 @code{writev}.
2087 @comment aio.h
2088 @comment POSIX.1b
2089 @deftypefun int lio_listio (int @var{mode}, struct aiocb *const @var{list}[], int @var{nent}, struct sigevent *@var{sig})
2090 The @code{lio_listio} function can be used to enqueue an arbitrary
2091 number of read and write requests at one time.  The requests can all be
2092 meant for the same file, all for different files or every solution in
2093 between.
2095 @code{lio_listio} gets the @var{nent} requests from the array pointed to
2096 by @var{list}.  The operation to be performed is determined by the
2097 @code{aio_lio_opcode} member in each element of @var{list}.  If this
2098 field is @code{LIO_READ} a read operation is enqueued, similar to a call
2099 of @code{aio_read} for this element of the array (except that the way
2100 the termination is signalled is different, as we will see below).  If
2101 the @code{aio_lio_opcode} member is @code{LIO_WRITE} a write operation
2102 is enqueued.  Otherwise the @code{aio_lio_opcode} must be @code{LIO_NOP}
2103 in which case this element of @var{list} is simply ignored.  This
2104 ``operation'' is useful in situations where one has a fixed array of
2105 @code{struct aiocb} elements from which only a few need to be handled at
2106 a time.  Another situation is where the @code{lio_listio} call was
2107 canceled before all requests are processed (@pxref{Cancel AIO
2108 Operations}) and the remaining requests have to be reissued.
2110 The other members of each element of the array pointed to by
2111 @code{list} must have values suitable for the operation as described in
2112 the documentation for @code{aio_read} and @code{aio_write} above.
2114 The @var{mode} argument determines how @code{lio_listio} behaves after
2115 having enqueued all the requests.  If @var{mode} is @code{LIO_WAIT} it
2116 waits until all requests terminated.  Otherwise @var{mode} must be
2117 @code{LIO_NOWAIT} and in this case the function returns immediately after
2118 having enqueued all the requests.  In this case the caller gets a
2119 notification of the termination of all requests according to the
2120 @var{sig} parameter.  If @var{sig} is @code{NULL} no notification is
2121 send.  Otherwise a signal is sent or a thread is started, just as
2122 described in the description for @code{aio_read} or @code{aio_write}.
2124 If @var{mode} is @code{LIO_WAIT}, the return value of @code{lio_listio}
2125 is @math{0} when all requests completed successfully.  Otherwise the
2126 function return @math{-1} and @code{errno} is set accordingly.  To find
2127 out which request or requests failed one has to use the @code{aio_error}
2128 function on all the elements of the array @var{list}.
2130 In case @var{mode} is @code{LIO_NOWAIT}, the function returns @math{0} if
2131 all requests were enqueued correctly.  The current state of the requests
2132 can be found using @code{aio_error} and @code{aio_return} as described
2133 above.  If @code{lio_listio} returns @math{-1} in this mode, the
2134 global variable @code{errno} is set accordingly.  If a request did not
2135 yet terminate, a call to @code{aio_error} returns @code{EINPROGRESS}.  If
2136 the value is different, the request is finished and the error value (or
2137 @math{0}) is returned and the result of the operation can be retrieved
2138 using @code{aio_return}.
2140 Possible values for @code{errno} are:
2142 @table @code
2143 @item EAGAIN
2144 The resources necessary to queue all the requests are not available at
2145 the moment.  The error status for each element of @var{list} must be
2146 checked to determine which request failed.
2148 Another reason could be that the system wide limit of AIO requests is
2149 exceeded.  This cannot be the case for the implementation on GNU systems
2150 since no arbitrary limits exist.
2151 @item EINVAL
2152 The @var{mode} parameter is invalid or @var{nent} is larger than
2153 @code{AIO_LISTIO_MAX}.
2154 @item EIO
2155 One or more of the request's I/O operations failed.  The error status of
2156 each request should be checked to determine which one failed.
2157 @item ENOSYS
2158 The @code{lio_listio} function is not supported.
2159 @end table
2161 If the @var{mode} parameter is @code{LIO_NOWAIT} and the caller cancels
2162 a request, the error status for this request returned by
2163 @code{aio_error} is @code{ECANCELED}.
2165 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2166 function is in fact @code{lio_listio64} since the LFS interface
2167 transparently replaces the normal implementation.
2168 @end deftypefun
2170 @comment aio.h
2171 @comment Unix98
2172 @deftypefun int lio_listio64 (int @var{mode}, struct aiocb *const @var{list}, int @var{nent}, struct sigevent *@var{sig})
2173 This function is similar to the @code{lio_listio} function.  The only
2174 difference is that on @w{32 bit} machines, the file descriptor should
2175 be opened in the large file mode.  Internally, @code{lio_listio64} uses
2176 functionality equivalent to @code{lseek64} (@pxref{File Position
2177 Primitive}) to position the file descriptor correctly for the reading or
2178 writing, as opposed to @code{lseek} functionality used in
2179 @code{lio_listio}.
2181 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2182 function is available under the name @code{lio_listio} and so
2183 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2184 machines.
2185 @end deftypefun
2187 @node Status of AIO Operations
2188 @subsection Getting the Status of AIO Operations
2190 As already described in the documentation of the functions in the last
2191 section, it must be possible to get information about the status of an I/O
2192 request.  When the operation is performed truly asynchronously (as with
2193 @code{aio_read} and @code{aio_write} and with @code{lio_listio} when the
2194 mode is @code{LIO_NOWAIT}), one sometimes needs to know whether a
2195 specific request already terminated and if so, what the result was.
2196 The following two functions allow you to get this kind of information.
2198 @comment aio.h
2199 @comment POSIX.1b
2200 @deftypefun int aio_error (const struct aiocb *@var{aiocbp})
2201 This function determines the error state of the request described by the
2202 @code{struct aiocb} variable pointed to by @var{aiocbp}.  If the
2203 request has not yet terminated the value returned is always
2204 @code{EINPROGRESS}.  Once the request has terminated the value
2205 @code{aio_error} returns is either @math{0} if the request completed
2206 successfully or it returns the value which would be stored in the
2207 @code{errno} variable if the request would have been done using
2208 @code{read}, @code{write}, or @code{fsync}.
2210 The function can return @code{ENOSYS} if it is not implemented.  It
2211 could also return @code{EINVAL} if the @var{aiocbp} parameter does not
2212 refer to an asynchronous operation whose return status is not yet known.
2214 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2215 function is in fact @code{aio_error64} since the LFS interface
2216 transparently replaces the normal implementation.
2217 @end deftypefun
2219 @comment aio.h
2220 @comment Unix98
2221 @deftypefun int aio_error64 (const struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2222 This function is similar to @code{aio_error} with the only difference
2223 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2224 aiocb64}.
2226 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2227 function is available under the name @code{aio_error} and so
2228 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2229 machines.
2230 @end deftypefun
2232 @comment aio.h
2233 @comment POSIX.1b
2234 @deftypefun ssize_t aio_return (const struct aiocb *@var{aiocbp})
2235 This function can be used to retrieve the return status of the operation
2236 carried out by the request described in the variable pointed to by
2237 @var{aiocbp}.  As long as the error status of this request as returned
2238 by @code{aio_error} is @code{EINPROGRESS} the return of this function is
2239 undefined.
2241 Once the request is finished this function can be used exactly once to
2242 retrieve the return value.  Following calls might lead to undefined
2243 behavior.  The return value itself is the value which would have been
2244 returned by the @code{read}, @code{write}, or @code{fsync} call.
2246 The function can return @code{ENOSYS} if it is not implemented.  It
2247 could also return @code{EINVAL} if the @var{aiocbp} parameter does not
2248 refer to an asynchronous operation whose return status is not yet known.
2250 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2251 function is in fact @code{aio_return64} since the LFS interface
2252 transparently replaces the normal implementation.
2253 @end deftypefun
2255 @comment aio.h
2256 @comment Unix98
2257 @deftypefun int aio_return64 (const struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2258 This function is similar to @code{aio_return} with the only difference
2259 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2260 aiocb64}.
2262 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2263 function is available under the name @code{aio_return} and so
2264 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2265 machines.
2266 @end deftypefun
2268 @node Synchronizing AIO Operations
2269 @subsection Getting into a Consistent State
2271 When dealing with asynchronous operations it is sometimes necessary to
2272 get into a consistent state.  This would mean for AIO that one wants to
2273 know whether a certain request or a group of request were processed.
2274 This could be done by waiting for the notification sent by the system
2275 after the operation terminated, but this sometimes would mean wasting
2276 resources (mainly computation time).  Instead POSIX.1b defines two
2277 functions which will help with most kinds of consistency.
2279 The @code{aio_fsync} and @code{aio_fsync64} functions are only available
2280 if the symbol @code{_POSIX_SYNCHRONIZED_IO} is defined in @file{unistd.h}.
2282 @cindex synchronizing
2283 @comment aio.h
2284 @comment POSIX.1b
2285 @deftypefun int aio_fsync (int @var{op}, struct aiocb *@var{aiocbp})
2286 Calling this function forces all I/O operations operating queued at the
2287 time of the function call operating on the file descriptor
2288 @code{aiocbp->aio_fildes} into the synchronized I/O completion state
2289 (@pxref{Synchronizing I/O}).  The @code{aio_fsync} function returns
2290 immediately but the notification through the method described in
2291 @code{aiocbp->aio_sigevent} will happen only after all requests for this
2292 file descriptor have terminated and the file is synchronized.  This also
2293 means that requests for this very same file descriptor which are queued
2294 after the synchronization request are not affected.
2296 If @var{op} is @code{O_DSYNC} the synchronization happens as with a call
2297 to @code{fdatasync}.  Otherwise @var{op} should be @code{O_SYNC} and
2298 the synchronization happens as with @code{fsync}.
2300 As long as the synchronization has not happened, a call to
2301 @code{aio_error} with the reference to the object pointed to by
2302 @var{aiocbp} returns @code{EINPROGRESS}.  Once the synchronization is
2303 done @code{aio_error} return @math{0} if the synchronization was not
2304 successful.  Otherwise the value returned is the value to which the
2305 @code{fsync} or @code{fdatasync} function would have set the
2306 @code{errno} variable.  In this case nothing can be assumed about the
2307 consistency for the data written to this file descriptor.
2309 The return value of this function is @math{0} if the request was
2310 successfully enqueued.  Otherwise the return value is @math{-1} and
2311 @code{errno} is set to one of the following values:
2313 @table @code
2314 @item EAGAIN
2315 The request could not be enqueued due to temporary lack of resources.
2316 @item EBADF
2317 The file descriptor @code{aiocbp->aio_fildes} is not valid or not open
2318 for writing.
2319 @item EINVAL
2320 The implementation does not support I/O synchronization or the @var{op}
2321 parameter is other than @code{O_DSYNC} and @code{O_SYNC}.
2322 @item ENOSYS
2323 This function is not implemented.
2324 @end table
2326 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2327 function is in fact @code{aio_fsync64} since the LFS interface
2328 transparently replaces the normal implementation.
2329 @end deftypefun
2331 @comment aio.h
2332 @comment Unix98
2333 @deftypefun int aio_fsync64 (int @var{op}, struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2334 This function is similar to @code{aio_fsync} with the only difference
2335 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2336 aiocb64}.
2338 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2339 function is available under the name @code{aio_fsync} and so
2340 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2341 machines.
2342 @end deftypefun
2344 Another method of synchronization is to wait until one or more requests of a
2345 specific set terminated.  This could be achieved by the @code{aio_*}
2346 functions to notify the initiating process about the termination but in
2347 some situations this is not the ideal solution.  In a program which
2348 constantly updates clients somehow connected to the server it is not
2349 always the best solution to go round robin since some connections might
2350 be slow.  On the other hand letting the @code{aio_*} function notify the
2351 caller might also be not the best solution since whenever the process
2352 works on preparing data for on client it makes no sense to be
2353 interrupted by a notification since the new client will not be handled
2354 before the current client is served.  For situations like this
2355 @code{aio_suspend} should be used.
2357 @comment aio.h
2358 @comment POSIX.1b
2359 @deftypefun int aio_suspend (const struct aiocb *const @var{list}[], int @var{nent}, const struct timespec *@var{timeout})
2360 When calling this function, the calling thread is suspended until at
2361 least one of the requests pointed to by the @var{nent} elements of the
2362 array @var{list} has completed.  If any of the requests has already
2363 completed at the time @code{aio_suspend} is called, the function returns
2364 immediately.  Whether a request has terminated or not is determined by
2365 comparing the error status of the request with @code{EINPROGRESS}.  If
2366 an element of @var{list} is @code{NULL}, the entry is simply ignored.
2368 If no request has finished, the calling process is suspended.  If
2369 @var{timeout} is @code{NULL}, the process is not woken until a request
2370 has finished.  If @var{timeout} is not @code{NULL}, the process remains
2371 suspended at least as long as specified in @var{timeout}.  In this case,
2372 @code{aio_suspend} returns with an error.
2374 The return value of the function is @math{0} if one or more requests
2375 from the @var{list} have terminated.  Otherwise the function returns
2376 @math{-1} and @code{errno} is set to one of the following values:
2378 @table @code
2379 @item EAGAIN
2380 None of the requests from the @var{list} completed in the time specified
2381 by @var{timeout}.
2382 @item EINTR
2383 A signal interrupted the @code{aio_suspend} function.  This signal might
2384 also be sent by the AIO implementation while signalling the termination
2385 of one of the requests.
2386 @item ENOSYS
2387 The @code{aio_suspend} function is not implemented.
2388 @end table
2390 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2391 function is in fact @code{aio_suspend64} since the LFS interface
2392 transparently replaces the normal implementation.
2393 @end deftypefun
2395 @comment aio.h
2396 @comment Unix98
2397 @deftypefun int aio_suspend64 (const struct aiocb64 *const @var{list}[], int @var{nent}, const struct timespec *@var{timeout})
2398 This function is similar to @code{aio_suspend} with the only difference
2399 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2400 aiocb64}.
2402 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2403 function is available under the name @code{aio_suspend} and so
2404 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2405 machines.
2406 @end deftypefun
2408 @node Cancel AIO Operations
2409 @subsection Cancellation of AIO Operations
2411 When one or more requests are asynchronously processed, it might be
2412 useful in some situations to cancel a selected operation, e.g., if it
2413 becomes obvious that the written data is no longer accurate and would
2414 have to be overwritten soon.  As an example, assume an application, which
2415 writes data in files in a situation where new incoming data would have
2416 to be written in a file which will be updated by an enqueued request.
2417 The POSIX AIO implementation provides such a function, but this function
2418 is not capable of forcing the cancellation of the request.  It is up to the
2419 implementation to decide whether it is possible to cancel the operation
2420 or not.  Therefore using this function is merely a hint.
2422 @comment aio.h
2423 @comment POSIX.1b
2424 @deftypefun int aio_cancel (int @var{fildes}, struct aiocb *@var{aiocbp})
2425 The @code{aio_cancel} function can be used to cancel one or more
2426 outstanding requests.  If the @var{aiocbp} parameter is @code{NULL}, the
2427 function tries to cancel all of the outstanding requests which would process
2428 the file descriptor @var{fildes} (i.e., whose @code{aio_fildes} member
2429 is @var{fildes}).  If @var{aiocbp} is not @code{NULL}, @code{aio_cancel}
2430 attempts to cancel the specific request pointed to by @var{aiocbp}.
2432 For requests which were successfully canceled, the normal notification
2433 about the termination of the request should take place.  I.e., depending
2434 on the @code{struct sigevent} object which controls this, nothing
2435 happens, a signal is sent or a thread is started.  If the request cannot
2436 be canceled, it terminates the usual way after performing the operation.
2438 After a request is successfully canceled, a call to @code{aio_error} with
2439 a reference to this request as the parameter will return
2440 @code{ECANCELED} and a call to @code{aio_return} will return @math{-1}.
2441 If the request wasn't canceled and is still running the error status is
2442 still @code{EINPROGRESS}.
2444 The return value of the function is @code{AIO_CANCELED} if there were
2445 requests which haven't terminated and which were successfully canceled.
2446 If there is one or more requests left which couldn't be canceled, the
2447 return value is @code{AIO_NOTCANCELED}.  In this case @code{aio_error}
2448 must be used to find out which of the, perhaps multiple, requests (in
2449 @var{aiocbp} is @code{NULL}) weren't successfully canceled.  If all
2450 requests already terminated at the time @code{aio_cancel} is called the
2451 return value is @code{AIO_ALLDONE}.
2453 If an error occurred during the execution of @code{aio_cancel} the
2454 function returns @math{-1} and sets @code{errno} to one of the following
2455 values.
2457 @table @code
2458 @item EBADF
2459 The file descriptor @var{fildes} is not valid.
2460 @item ENOSYS
2461 @code{aio_cancel} is not implemented.
2462 @end table
2464 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2465 function is in fact @code{aio_cancel64} since the LFS interface
2466 transparently replaces the normal implementation.
2467 @end deftypefun
2469 @comment aio.h
2470 @comment Unix98
2471 @deftypefun int aio_cancel64 (int @var{fildes}, struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2472 This function is similar to @code{aio_cancel} with the only difference
2473 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2474 aiocb64}.
2476 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2477 function is available under the name @code{aio_cancel} and so
2478 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2479 machines.
2480 @end deftypefun
2482 @node Configuration of AIO
2483 @subsection How to optimize the AIO implementation
2485 The POSIX standard does not specify how the AIO functions are
2486 implemented.  They could be system calls, but it is also possible to
2487 emulate them at userlevel.
2489 At the point of this writing, the available implementation is a userlevel
2490 implementation which uses threads for handling the enqueued requests.
2491 While this implementation requires making some decisions about
2492 limitations, hard limitations are something which is best avoided
2493 in the GNU C library.  Therefore, the GNU C library provides a means
2494 for tuning the AIO implementation according to the individual use.
2496 @comment aio.h
2497 @comment GNU
2498 @deftp {Data Type} {struct aioinit}
2499 This data type is used to pass the configuration or tunable parameters
2500 to the implementation.  The program has to initialize the members of
2501 this struct and pass it to the implementation using the @code{aio_init}
2502 function.
2504 @table @code
2505 @item int aio_threads
2506 This member specifies the maximal number of threads which may be used
2507 at any one time.
2508 @item int aio_num
2509 This number provides an estimate on the maximal number of simultaneously
2510 enqueued requests.
2511 @item int aio_locks
2512 Unused.
2513 @item int aio_usedba
2514 Unused.
2515 @item int aio_debug
2516 Unused.
2517 @item int aio_numusers
2518 Unused.
2519 @item int aio_reserved[2]
2520 Unused.
2521 @end table
2522 @end deftp
2524 @comment aio.h
2525 @comment GNU
2526 @deftypefun void aio_init (const struct aioinit *@var{init})
2527 This function must be called before any other AIO function.  Calling it
2528 is completely voluntary, as it is only meant to help the AIO
2529 implementation perform better.
2531 Before calling the @code{aio_init}, function the members of a variable of
2532 type @code{struct aioinit} must be initialized.  Then a reference to
2533 this variable is passed as the parameter to @code{aio_init} which itself
2534 may or may not pay attention to the hints.
2536 The function has no return value and no error cases are defined.  It is
2537 a extension which follows a proposal from the SGI implementation in
2538 @w{Irix 6}.  It is not covered by POSIX.1b or Unix98.
2539 @end deftypefun
2541 @node Control Operations
2542 @section Control Operations on Files
2544 @cindex control operations on files
2545 @cindex @code{fcntl} function
2546 This section describes how you can perform various other operations on
2547 file descriptors, such as inquiring about or setting flags describing
2548 the status of the file descriptor, manipulating record locks, and the
2549 like.  All of these operations are performed by the function @code{fcntl}.
2551 The second argument to the @code{fcntl} function is a command that
2552 specifies which operation to perform.  The function and macros that name
2553 various flags that are used with it are declared in the header file
2554 @file{fcntl.h}.  Many of these flags are also used by the @code{open}
2555 function; see @ref{Opening and Closing Files}.
2556 @pindex fcntl.h
2558 @comment fcntl.h
2559 @comment POSIX.1
2560 @deftypefun int fcntl (int @var{filedes}, int @var{command}, @dots{})
2561 The @code{fcntl} function performs the operation specified by
2562 @var{command} on the file descriptor @var{filedes}.  Some commands
2563 require additional arguments to be supplied.  These additional arguments
2564 and the return value and error conditions are given in the detailed
2565 descriptions of the individual commands.
2567 Briefly, here is a list of what the various commands are.
2569 @table @code
2570 @item F_DUPFD
2571 Duplicate the file descriptor (return another file descriptor pointing
2572 to the same open file).  @xref{Duplicating Descriptors}.
2574 @item F_GETFD
2575 Get flags associated with the file descriptor.  @xref{Descriptor Flags}.
2577 @item F_SETFD
2578 Set flags associated with the file descriptor.  @xref{Descriptor Flags}.
2580 @item F_GETFL
2581 Get flags associated with the open file.  @xref{File Status Flags}.
2583 @item F_SETFL
2584 Set flags associated with the open file.  @xref{File Status Flags}.
2586 @item F_GETLK
2587 Get a file lock.  @xref{File Locks}.
2589 @item F_SETLK
2590 Set or clear a file lock.  @xref{File Locks}.
2592 @item F_SETLKW
2593 Like @code{F_SETLK}, but wait for completion.  @xref{File Locks}.
2595 @item F_GETOWN
2596 Get process or process group ID to receive @code{SIGIO} signals.
2597 @xref{Interrupt Input}.
2599 @item F_SETOWN
2600 Set process or process group ID to receive @code{SIGIO} signals.
2601 @xref{Interrupt Input}.
2602 @end table
2604 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
2605 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
2606 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{fcntl} is
2607 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
2608 until the program ends.  To avoid this calls to @code{fcntl} should be
2609 protected using cancellation handlers.
2610 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
2611 @end deftypefun
2614 @node Duplicating Descriptors
2615 @section Duplicating Descriptors
2617 @cindex duplicating file descriptors
2618 @cindex redirecting input and output
2620 You can @dfn{duplicate} a file descriptor, or allocate another file
2621 descriptor that refers to the same open file as the original.  Duplicate
2622 descriptors share one file position and one set of file status flags
2623 (@pxref{File Status Flags}), but each has its own set of file descriptor
2624 flags (@pxref{Descriptor Flags}).
2626 The major use of duplicating a file descriptor is to implement
2627 @dfn{redirection} of input or output:  that is, to change the
2628 file or pipe that a particular file descriptor corresponds to.
2630 You can perform this operation using the @code{fcntl} function with the
2631 @code{F_DUPFD} command, but there are also convenient functions
2632 @code{dup} and @code{dup2} for duplicating descriptors.
2634 @pindex unistd.h
2635 @pindex fcntl.h
2636 The @code{fcntl} function and flags are declared in @file{fcntl.h},
2637 while prototypes for @code{dup} and @code{dup2} are in the header file
2638 @file{unistd.h}.
2640 @comment unistd.h
2641 @comment POSIX.1
2642 @deftypefun int dup (int @var{old})
2643 This function copies descriptor @var{old} to the first available
2644 descriptor number (the first number not currently open).  It is
2645 equivalent to @code{fcntl (@var{old}, F_DUPFD, 0)}.
2646 @end deftypefun
2648 @comment unistd.h
2649 @comment POSIX.1
2650 @deftypefun int dup2 (int @var{old}, int @var{new})
2651 This function copies the descriptor @var{old} to descriptor number
2652 @var{new}.
2654 If @var{old} is an invalid descriptor, then @code{dup2} does nothing; it
2655 does not close @var{new}.  Otherwise, the new duplicate of @var{old}
2656 replaces any previous meaning of descriptor @var{new}, as if @var{new}
2657 were closed first.
2659 If @var{old} and @var{new} are different numbers, and @var{old} is a
2660 valid descriptor number, then @code{dup2} is equivalent to:
2662 @smallexample
2663 close (@var{new});
2664 fcntl (@var{old}, F_DUPFD, @var{new})
2665 @end smallexample
2667 However, @code{dup2} does this atomically; there is no instant in the
2668 middle of calling @code{dup2} at which @var{new} is closed and not yet a
2669 duplicate of @var{old}.
2670 @end deftypefun
2672 @comment fcntl.h
2673 @comment POSIX.1
2674 @deftypevr Macro int F_DUPFD
2675 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
2676 copy the file descriptor given as the first argument.
2678 The form of the call in this case is:
2680 @smallexample
2681 fcntl (@var{old}, F_DUPFD, @var{next-filedes})
2682 @end smallexample
2684 The @var{next-filedes} argument is of type @code{int} and specifies that
2685 the file descriptor returned should be the next available one greater
2686 than or equal to this value.
2688 The return value from @code{fcntl} with this command is normally the value
2689 of the new file descriptor.  A return value of @math{-1} indicates an
2690 error.  The following @code{errno} error conditions are defined for
2691 this command:
2693 @table @code
2694 @item EBADF
2695 The @var{old} argument is invalid.
2697 @item EINVAL
2698 The @var{next-filedes} argument is invalid.
2700 @item EMFILE
2701 There are no more file descriptors available---your program is already
2702 using the maximum.  In BSD and GNU, the maximum is controlled by a
2703 resource limit that can be changed; @pxref{Limits on Resources}, for
2704 more information about the @code{RLIMIT_NOFILE} limit.
2705 @end table
2707 @code{ENFILE} is not a possible error code for @code{dup2} because
2708 @code{dup2} does not create a new opening of a file; duplicate
2709 descriptors do not count toward the limit which @code{ENFILE}
2710 indicates.  @code{EMFILE} is possible because it refers to the limit on
2711 distinct descriptor numbers in use in one process.
2712 @end deftypevr
2714 Here is an example showing how to use @code{dup2} to do redirection.
2715 Typically, redirection of the standard streams (like @code{stdin}) is
2716 done by a shell or shell-like program before calling one of the
2717 @code{exec} functions (@pxref{Executing a File}) to execute a new
2718 program in a child process.  When the new program is executed, it
2719 creates and initializes the standard streams to point to the
2720 corresponding file descriptors, before its @code{main} function is
2721 invoked.
2723 So, to redirect standard input to a file, the shell could do something
2724 like:
2726 @smallexample
2727 pid = fork ();
2728 if (pid == 0)
2729   @{
2730     char *filename;
2731     char *program;
2732     int file;
2733     @dots{}
2734     file = TEMP_FAILURE_RETRY (open (filename, O_RDONLY));
2735     dup2 (file, STDIN_FILENO);
2736     TEMP_FAILURE_RETRY (close (file));
2737     execv (program, NULL);
2738   @}
2739 @end smallexample
2741 There is also a more detailed example showing how to implement redirection
2742 in the context of a pipeline of processes in @ref{Launching Jobs}.
2745 @node Descriptor Flags
2746 @section File Descriptor Flags
2747 @cindex file descriptor flags
2749 @dfn{File descriptor flags} are miscellaneous attributes of a file
2750 descriptor.  These flags are associated with particular file
2751 descriptors, so that if you have created duplicate file descriptors
2752 from a single opening of a file, each descriptor has its own set of flags.
2754 Currently there is just one file descriptor flag: @code{FD_CLOEXEC},
2755 which causes the descriptor to be closed if you use any of the
2756 @code{exec@dots{}} functions (@pxref{Executing a File}).
2758 The symbols in this section are defined in the header file
2759 @file{fcntl.h}.
2760 @pindex fcntl.h
2762 @comment fcntl.h
2763 @comment POSIX.1
2764 @deftypevr Macro int F_GETFD
2765 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
2766 specify that it should return the file descriptor flags associated
2767 with the @var{filedes} argument.
2769 The normal return value from @code{fcntl} with this command is a
2770 nonnegative number which can be interpreted as the bitwise OR of the
2771 individual flags (except that currently there is only one flag to use).
2773 In case of an error, @code{fcntl} returns @math{-1}.  The following
2774 @code{errno} error conditions are defined for this command:
2776 @table @code
2777 @item EBADF
2778 The @var{filedes} argument is invalid.
2779 @end table
2780 @end deftypevr
2783 @comment fcntl.h
2784 @comment POSIX.1
2785 @deftypevr Macro int F_SETFD
2786 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
2787 specify that it should set the file descriptor flags associated with the
2788 @var{filedes} argument.  This requires a third @code{int} argument to
2789 specify the new flags, so the form of the call is:
2791 @smallexample
2792 fcntl (@var{filedes}, F_SETFD, @var{new-flags})
2793 @end smallexample
2795 The normal return value from @code{fcntl} with this command is an
2796 unspecified value other than @math{-1}, which indicates an error.
2797 The flags and error conditions are the same as for the @code{F_GETFD}
2798 command.
2799 @end deftypevr
2801 The following macro is defined for use as a file descriptor flag with
2802 the @code{fcntl} function.  The value is an integer constant usable
2803 as a bit mask value.
2805 @comment fcntl.h
2806 @comment POSIX.1
2807 @deftypevr Macro int FD_CLOEXEC
2808 @cindex close-on-exec (file descriptor flag)
2809 This flag specifies that the file descriptor should be closed when
2810 an @code{exec} function is invoked; see @ref{Executing a File}.  When
2811 a file descriptor is allocated (as with @code{open} or @code{dup}),
2812 this bit is initially cleared on the new file descriptor, meaning that
2813 descriptor will survive into the new program after @code{exec}.
2814 @end deftypevr
2816 If you want to modify the file descriptor flags, you should get the
2817 current flags with @code{F_GETFD} and modify the value.  Don't assume
2818 that the flags listed here are the only ones that are implemented; your
2819 program may be run years from now and more flags may exist then.  For
2820 example, here is a function to set or clear the flag @code{FD_CLOEXEC}
2821 without altering any other flags:
2823 @smallexample
2824 /* @r{Set the @code{FD_CLOEXEC} flag of @var{desc} if @var{value} is nonzero,}
2825    @r{or clear the flag if @var{value} is 0.}
2826    @r{Return 0 on success, or -1 on error with @code{errno} set.} */
2829 set_cloexec_flag (int desc, int value)
2831   int oldflags = fcntl (desc, F_GETFD, 0);
2832   /* @r{If reading the flags failed, return error indication now.}
2833   if (oldflags < 0)
2834     return oldflags;
2835   /* @r{Set just the flag we want to set.} */
2836   if (value != 0)
2837     oldflags |= FD_CLOEXEC;
2838   else
2839     oldflags &= ~FD_CLOEXEC;
2840   /* @r{Store modified flag word in the descriptor.} */
2841   return fcntl (desc, F_SETFD, oldflags);
2843 @end smallexample
2845 @node File Status Flags
2846 @section File Status Flags
2847 @cindex file status flags
2849 @dfn{File status flags} are used to specify attributes of the opening of a
2850 file.  Unlike the file descriptor flags discussed in @ref{Descriptor
2851 Flags}, the file status flags are shared by duplicated file descriptors
2852 resulting from a single opening of the file.  The file status flags are
2853 specified with the @var{flags} argument to @code{open};
2854 @pxref{Opening and Closing Files}.
2856 File status flags fall into three categories, which are described in the
2857 following sections.
2859 @itemize @bullet
2860 @item
2861 @ref{Access Modes}, specify what type of access is allowed to the
2862 file: reading, writing, or both.  They are set by @code{open} and are
2863 returned by @code{fcntl}, but cannot be changed.
2865 @item
2866 @ref{Open-time Flags}, control details of what @code{open} will do.
2867 These flags are not preserved after the @code{open} call.
2869 @item
2870 @ref{Operating Modes}, affect how operations such as @code{read} and
2871 @code{write} are done.  They are set by @code{open}, and can be fetched or
2872 changed with @code{fcntl}.
2873 @end itemize
2875 The symbols in this section are defined in the header file
2876 @file{fcntl.h}.
2877 @pindex fcntl.h
2879 @menu
2880 * Access Modes::                Whether the descriptor can read or write.
2881 * Open-time Flags::             Details of @code{open}.
2882 * Operating Modes::             Special modes to control I/O operations.
2883 * Getting File Status Flags::   Fetching and changing these flags.
2884 @end menu
2886 @node Access Modes
2887 @subsection File Access Modes
2889 The file access modes allow a file descriptor to be used for reading,
2890 writing, or both.  (In the GNU system, they can also allow none of these,
2891 and allow execution of the file as a program.)  The access modes are chosen
2892 when the file is opened, and never change.
2894 @comment fcntl.h
2895 @comment POSIX.1
2896 @deftypevr Macro int O_RDONLY
2897 Open the file for read access.
2898 @end deftypevr
2900 @comment fcntl.h
2901 @comment POSIX.1
2902 @deftypevr Macro int O_WRONLY
2903 Open the file for write access.
2904 @end deftypevr
2906 @comment fcntl.h
2907 @comment POSIX.1
2908 @deftypevr Macro int O_RDWR
2909 Open the file for both reading and writing.
2910 @end deftypevr
2912 In the GNU system (and not in other systems), @code{O_RDONLY} and
2913 @code{O_WRONLY} are independent bits that can be bitwise-ORed together,
2914 and it is valid for either bit to be set or clear.  This means that
2915 @code{O_RDWR} is the same as @code{O_RDONLY|O_WRONLY}.  A file access
2916 mode of zero is permissible; it allows no operations that do input or
2917 output to the file, but does allow other operations such as
2918 @code{fchmod}.  On the GNU system, since ``read-only'' or ``write-only''
2919 is a misnomer, @file{fcntl.h} defines additional names for the file
2920 access modes.  These names are preferred when writing GNU-specific code.
2921 But most programs will want to be portable to other POSIX.1 systems and
2922 should use the POSIX.1 names above instead.
2924 @comment fcntl.h
2925 @comment GNU
2926 @deftypevr Macro int O_READ
2927 Open the file for reading.  Same as @code{O_RDONLY}; only defined on GNU.
2928 @end deftypevr
2930 @comment fcntl.h
2931 @comment GNU
2932 @deftypevr Macro int O_WRITE
2933 Open the file for writing.  Same as @code{O_WRONLY}; only defined on GNU.
2934 @end deftypevr
2936 @comment fcntl.h
2937 @comment GNU
2938 @deftypevr Macro int O_EXEC
2939 Open the file for executing.  Only defined on GNU.
2940 @end deftypevr
2942 To determine the file access mode with @code{fcntl}, you must extract
2943 the access mode bits from the retrieved file status flags.  In the GNU
2944 system, you can just test the @code{O_READ} and @code{O_WRITE} bits in
2945 the flags word.  But in other POSIX.1 systems, reading and writing
2946 access modes are not stored as distinct bit flags.  The portable way to
2947 extract the file access mode bits is with @code{O_ACCMODE}.
2949 @comment fcntl.h
2950 @comment POSIX.1
2951 @deftypevr Macro int O_ACCMODE
2952 This macro stands for a mask that can be bitwise-ANDed with the file
2953 status flag value to produce a value representing the file access mode.
2954 The mode will be @code{O_RDONLY}, @code{O_WRONLY}, or @code{O_RDWR}.
2955 (In the GNU system it could also be zero, and it never includes the
2956 @code{O_EXEC} bit.)
2957 @end deftypevr
2959 @node Open-time Flags
2960 @subsection Open-time Flags
2962 The open-time flags specify options affecting how @code{open} will behave.
2963 These options are not preserved once the file is open.  The exception to
2964 this is @code{O_NONBLOCK}, which is also an I/O operating mode and so it
2965 @emph{is} saved.  @xref{Opening and Closing Files}, for how to call
2966 @code{open}.
2968 There are two sorts of options specified by open-time flags.
2970 @itemize @bullet
2971 @item
2972 @dfn{File name translation flags} affect how @code{open} looks up the
2973 file name to locate the file, and whether the file can be created.
2974 @cindex file name translation flags
2975 @cindex flags, file name translation
2977 @item
2978 @dfn{Open-time action flags} specify extra operations that @code{open} will
2979 perform on the file once it is open.
2980 @cindex open-time action flags
2981 @cindex flags, open-time action
2982 @end itemize
2984 Here are the file name translation flags.
2986 @comment fcntl.h
2987 @comment POSIX.1
2988 @deftypevr Macro int O_CREAT
2989 If set, the file will be created if it doesn't already exist.
2990 @c !!! mode arg, umask
2991 @cindex create on open (file status flag)
2992 @end deftypevr
2994 @comment fcntl.h
2995 @comment POSIX.1
2996 @deftypevr Macro int O_EXCL
2997 If both @code{O_CREAT} and @code{O_EXCL} are set, then @code{open} fails
2998 if the specified file already exists.  This is guaranteed to never
2999 clobber an existing file.
3000 @end deftypevr
3002 @comment fcntl.h
3003 @comment POSIX.1
3004 @deftypevr Macro int O_NONBLOCK
3005 @cindex non-blocking open
3006 This prevents @code{open} from blocking for a ``long time'' to open the
3007 file.  This is only meaningful for some kinds of files, usually devices
3008 such as serial ports; when it is not meaningful, it is harmless and
3009 ignored.  Often opening a port to a modem blocks until the modem reports
3010 carrier detection; if @code{O_NONBLOCK} is specified, @code{open} will
3011 return immediately without a carrier.
3013 Note that the @code{O_NONBLOCK} flag is overloaded as both an I/O operating
3014 mode and a file name translation flag.  This means that specifying
3015 @code{O_NONBLOCK} in @code{open} also sets nonblocking I/O mode;
3016 @pxref{Operating Modes}.  To open the file without blocking but do normal
3017 I/O that blocks, you must call @code{open} with @code{O_NONBLOCK} set and
3018 then call @code{fcntl} to turn the bit off.
3019 @end deftypevr
3021 @comment fcntl.h
3022 @comment POSIX.1
3023 @deftypevr Macro int O_NOCTTY
3024 If the named file is a terminal device, don't make it the controlling
3025 terminal for the process.  @xref{Job Control}, for information about
3026 what it means to be the controlling terminal.
3028 In the GNU system and 4.4 BSD, opening a file never makes it the
3029 controlling terminal and @code{O_NOCTTY} is zero.  However, other
3030 systems may use a nonzero value for @code{O_NOCTTY} and set the
3031 controlling terminal when you open a file that is a terminal device; so
3032 to be portable, use @code{O_NOCTTY} when it is important to avoid this.
3033 @cindex controlling terminal, setting
3034 @end deftypevr
3036 The following three file name translation flags exist only in the GNU system.
3038 @comment fcntl.h
3039 @comment GNU
3040 @deftypevr Macro int O_IGNORE_CTTY
3041 Do not recognize the named file as the controlling terminal, even if it
3042 refers to the process's existing controlling terminal device.  Operations
3043 on the new file descriptor will never induce job control signals.
3044 @xref{Job Control}.
3045 @end deftypevr
3047 @comment fcntl.h
3048 @comment GNU
3049 @deftypevr Macro int O_NOLINK
3050 If the named file is a symbolic link, open the link itself instead of
3051 the file it refers to.  (@code{fstat} on the new file descriptor will
3052 return the information returned by @code{lstat} on the link's name.)
3053 @cindex symbolic link, opening
3054 @end deftypevr
3056 @comment fcntl.h
3057 @comment GNU
3058 @deftypevr Macro int O_NOTRANS
3059 If the named file is specially translated, do not invoke the translator.
3060 Open the bare file the translator itself sees.
3061 @end deftypevr
3064 The open-time action flags tell @code{open} to do additional operations
3065 which are not really related to opening the file.  The reason to do them
3066 as part of @code{open} instead of in separate calls is that @code{open}
3067 can do them @i{atomically}.
3069 @comment fcntl.h
3070 @comment POSIX.1
3071 @deftypevr Macro int O_TRUNC
3072 Truncate the file to zero length.  This option is only useful for
3073 regular files, not special files such as directories or FIFOs.  POSIX.1
3074 requires that you open the file for writing to use @code{O_TRUNC}.  In
3075 BSD and GNU you must have permission to write the file to truncate it,
3076 but you need not open for write access.
3078 This is the only open-time action flag specified by POSIX.1.  There is
3079 no good reason for truncation to be done by @code{open}, instead of by
3080 calling @code{ftruncate} afterwards.  The @code{O_TRUNC} flag existed in
3081 Unix before @code{ftruncate} was invented, and is retained for backward
3082 compatibility.
3083 @end deftypevr
3085 The remaining operating modes are BSD extensions.  They exist only
3086 on some systems.  On other systems, these macros are not defined.
3088 @comment fcntl.h
3089 @comment BSD
3090 @deftypevr Macro int O_SHLOCK
3091 Acquire a shared lock on the file, as with @code{flock}.
3092 @xref{File Locks}.
3094 If @code{O_CREAT} is specified, the locking is done atomically when
3095 creating the file.  You are guaranteed that no other process will get
3096 the lock on the new file first.
3097 @end deftypevr
3099 @comment fcntl.h
3100 @comment BSD
3101 @deftypevr Macro int O_EXLOCK
3102 Acquire an exclusive lock on the file, as with @code{flock}.
3103 @xref{File Locks}.  This is atomic like @code{O_SHLOCK}.
3104 @end deftypevr
3106 @node Operating Modes
3107 @subsection I/O Operating Modes
3109 The operating modes affect how input and output operations using a file
3110 descriptor work.  These flags are set by @code{open} and can be fetched
3111 and changed with @code{fcntl}.
3113 @comment fcntl.h
3114 @comment POSIX.1
3115 @deftypevr Macro int O_APPEND
3116 The bit that enables append mode for the file.  If set, then all
3117 @code{write} operations write the data at the end of the file, extending
3118 it, regardless of the current file position.  This is the only reliable
3119 way to append to a file.  In append mode, you are guaranteed that the
3120 data you write will always go to the current end of the file, regardless
3121 of other processes writing to the file.  Conversely, if you simply set
3122 the file position to the end of file and write, then another process can
3123 extend the file after you set the file position but before you write,
3124 resulting in your data appearing someplace before the real end of file.
3125 @end deftypevr
3127 @comment fcntl.h
3128 @comment POSIX.1
3129 @deftypevr Macro int O_NONBLOCK
3130 The bit that enables nonblocking mode for the file.  If this bit is set,
3131 @code{read} requests on the file can return immediately with a failure
3132 status if there is no input immediately available, instead of blocking.
3133 Likewise, @code{write} requests can also return immediately with a
3134 failure status if the output can't be written immediately.
3136 Note that the @code{O_NONBLOCK} flag is overloaded as both an I/O
3137 operating mode and a file name translation flag; @pxref{Open-time Flags}.
3138 @end deftypevr
3140 @comment fcntl.h
3141 @comment BSD
3142 @deftypevr Macro int O_NDELAY
3143 This is an obsolete name for @code{O_NONBLOCK}, provided for
3144 compatibility with BSD.  It is not defined by the POSIX.1 standard.
3145 @end deftypevr
3147 The remaining operating modes are BSD and GNU extensions.  They exist only
3148 on some systems.  On other systems, these macros are not defined.
3150 @comment fcntl.h
3151 @comment BSD
3152 @deftypevr Macro int O_ASYNC
3153 The bit that enables asynchronous input mode.  If set, then @code{SIGIO}
3154 signals will be generated when input is available.  @xref{Interrupt Input}.
3156 Asynchronous input mode is a BSD feature.
3157 @end deftypevr
3159 @comment fcntl.h
3160 @comment BSD
3161 @deftypevr Macro int O_FSYNC
3162 The bit that enables synchronous writing for the file.  If set, each
3163 @code{write} call will make sure the data is reliably stored on disk before
3164 returning. @c !!! xref fsync
3166 Synchronous writing is a BSD feature.
3167 @end deftypevr
3169 @comment fcntl.h
3170 @comment BSD
3171 @deftypevr Macro int O_SYNC
3172 This is another name for @code{O_FSYNC}.  They have the same value.
3173 @end deftypevr
3175 @comment fcntl.h
3176 @comment GNU
3177 @deftypevr Macro int O_NOATIME
3178 If this bit is set, @code{read} will not update the access time of the
3179 file.  @xref{File Times}.  This is used by programs that do backups, so
3180 that backing a file up does not count as reading it.
3181 Only the owner of the file or the superuser may use this bit.
3183 This is a GNU extension.
3184 @end deftypevr
3186 @node Getting File Status Flags
3187 @subsection Getting and Setting File Status Flags
3189 The @code{fcntl} function can fetch or change file status flags.
3191 @comment fcntl.h
3192 @comment POSIX.1
3193 @deftypevr Macro int F_GETFL
3194 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3195 read the file status flags for the open file with descriptor
3196 @var{filedes}.
3198 The normal return value from @code{fcntl} with this command is a
3199 nonnegative number which can be interpreted as the bitwise OR of the
3200 individual flags.  Since the file access modes are not single-bit values,
3201 you can mask off other bits in the returned flags with @code{O_ACCMODE}
3202 to compare them.
3204 In case of an error, @code{fcntl} returns @math{-1}.  The following
3205 @code{errno} error conditions are defined for this command:
3207 @table @code
3208 @item EBADF
3209 The @var{filedes} argument is invalid.
3210 @end table
3211 @end deftypevr
3213 @comment fcntl.h
3214 @comment POSIX.1
3215 @deftypevr Macro int F_SETFL
3216 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to set
3217 the file status flags for the open file corresponding to the
3218 @var{filedes} argument.  This command requires a third @code{int}
3219 argument to specify the new flags, so the call looks like this:
3221 @smallexample
3222 fcntl (@var{filedes}, F_SETFL, @var{new-flags})
3223 @end smallexample
3225 You can't change the access mode for the file in this way; that is,
3226 whether the file descriptor was opened for reading or writing.
3228 The normal return value from @code{fcntl} with this command is an
3229 unspecified value other than @math{-1}, which indicates an error.  The
3230 error conditions are the same as for the @code{F_GETFL} command.
3231 @end deftypevr
3233 If you want to modify the file status flags, you should get the current
3234 flags with @code{F_GETFL} and modify the value.  Don't assume that the
3235 flags listed here are the only ones that are implemented; your program
3236 may be run years from now and more flags may exist then.  For example,
3237 here is a function to set or clear the flag @code{O_NONBLOCK} without
3238 altering any other flags:
3240 @smallexample
3241 @group
3242 /* @r{Set the @code{O_NONBLOCK} flag of @var{desc} if @var{value} is nonzero,}
3243    @r{or clear the flag if @var{value} is 0.}
3244    @r{Return 0 on success, or -1 on error with @code{errno} set.} */
3247 set_nonblock_flag (int desc, int value)
3249   int oldflags = fcntl (desc, F_GETFL, 0);
3250   /* @r{If reading the flags failed, return error indication now.} */
3251   if (oldflags == -1)
3252     return -1;
3253   /* @r{Set just the flag we want to set.} */
3254   if (value != 0)
3255     oldflags |= O_NONBLOCK;
3256   else
3257     oldflags &= ~O_NONBLOCK;
3258   /* @r{Store modified flag word in the descriptor.} */
3259   return fcntl (desc, F_SETFL, oldflags);
3261 @end group
3262 @end smallexample
3264 @node File Locks
3265 @section File Locks
3267 @cindex file locks
3268 @cindex record locking
3269 The remaining @code{fcntl} commands are used to support @dfn{record
3270 locking}, which permits multiple cooperating programs to prevent each
3271 other from simultaneously accessing parts of a file in error-prone
3272 ways.
3274 @cindex exclusive lock
3275 @cindex write lock
3276 An @dfn{exclusive} or @dfn{write} lock gives a process exclusive access
3277 for writing to the specified part of the file.  While a write lock is in
3278 place, no other process can lock that part of the file.
3280 @cindex shared lock
3281 @cindex read lock
3282 A @dfn{shared} or @dfn{read} lock prohibits any other process from
3283 requesting a write lock on the specified part of the file.  However,
3284 other processes can request read locks.
3286 The @code{read} and @code{write} functions do not actually check to see
3287 whether there are any locks in place.  If you want to implement a
3288 locking protocol for a file shared by multiple processes, your application
3289 must do explicit @code{fcntl} calls to request and clear locks at the
3290 appropriate points.
3292 Locks are associated with processes.  A process can only have one kind
3293 of lock set for each byte of a given file.  When any file descriptor for
3294 that file is closed by the process, all of the locks that process holds
3295 on that file are released, even if the locks were made using other
3296 descriptors that remain open.  Likewise, locks are released when a
3297 process exits, and are not inherited by child processes created using
3298 @code{fork} (@pxref{Creating a Process}).
3300 When making a lock, use a @code{struct flock} to specify what kind of
3301 lock and where.  This data type and the associated macros for the
3302 @code{fcntl} function are declared in the header file @file{fcntl.h}.
3303 @pindex fcntl.h
3305 @comment fcntl.h
3306 @comment POSIX.1
3307 @deftp {Data Type} {struct flock}
3308 This structure is used with the @code{fcntl} function to describe a file
3309 lock.  It has these members:
3311 @table @code
3312 @item short int l_type
3313 Specifies the type of the lock; one of @code{F_RDLCK}, @code{F_WRLCK}, or
3314 @code{F_UNLCK}.
3316 @item short int l_whence
3317 This corresponds to the @var{whence} argument to @code{fseek} or
3318 @code{lseek}, and specifies what the offset is relative to.  Its value
3319 can be one of @code{SEEK_SET}, @code{SEEK_CUR}, or @code{SEEK_END}.
3321 @item off_t l_start
3322 This specifies the offset of the start of the region to which the lock
3323 applies, and is given in bytes relative to the point specified by
3324 @code{l_whence} member.
3326 @item off_t l_len
3327 This specifies the length of the region to be locked.  A value of
3328 @code{0} is treated specially; it means the region extends to the end of
3329 the file.
3331 @item pid_t l_pid
3332 This field is the process ID (@pxref{Process Creation Concepts}) of the
3333 process holding the lock.  It is filled in by calling @code{fcntl} with
3334 the @code{F_GETLK} command, but is ignored when making a lock.
3335 @end table
3336 @end deftp
3338 @comment fcntl.h
3339 @comment POSIX.1
3340 @deftypevr Macro int F_GETLK
3341 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3342 specify that it should get information about a lock.  This command
3343 requires a third argument of type @w{@code{struct flock *}} to be passed
3344 to @code{fcntl}, so that the form of the call is:
3346 @smallexample
3347 fcntl (@var{filedes}, F_GETLK, @var{lockp})
3348 @end smallexample
3350 If there is a lock already in place that would block the lock described
3351 by the @var{lockp} argument, information about that lock overwrites
3352 @code{*@var{lockp}}.  Existing locks are not reported if they are
3353 compatible with making a new lock as specified.  Thus, you should
3354 specify a lock type of @code{F_WRLCK} if you want to find out about both
3355 read and write locks, or @code{F_RDLCK} if you want to find out about
3356 write locks only.
3358 There might be more than one lock affecting the region specified by the
3359 @var{lockp} argument, but @code{fcntl} only returns information about
3360 one of them.  The @code{l_whence} member of the @var{lockp} structure is
3361 set to @code{SEEK_SET} and the @code{l_start} and @code{l_len} fields
3362 set to identify the locked region.
3364 If no lock applies, the only change to the @var{lockp} structure is to
3365 update the @code{l_type} to a value of @code{F_UNLCK}.
3367 The normal return value from @code{fcntl} with this command is an
3368 unspecified value other than @math{-1}, which is reserved to indicate an
3369 error.  The following @code{errno} error conditions are defined for
3370 this command:
3372 @table @code
3373 @item EBADF
3374 The @var{filedes} argument is invalid.
3376 @item EINVAL
3377 Either the @var{lockp} argument doesn't specify valid lock information,
3378 or the file associated with @var{filedes} doesn't support locks.
3379 @end table
3380 @end deftypevr
3382 @comment fcntl.h
3383 @comment POSIX.1
3384 @deftypevr Macro int F_SETLK
3385 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3386 specify that it should set or clear a lock.  This command requires a
3387 third argument of type @w{@code{struct flock *}} to be passed to
3388 @code{fcntl}, so that the form of the call is:
3390 @smallexample
3391 fcntl (@var{filedes}, F_SETLK, @var{lockp})
3392 @end smallexample
3394 If the process already has a lock on any part of the region, the old lock
3395 on that part is replaced with the new lock.  You can remove a lock
3396 by specifying a lock type of @code{F_UNLCK}.
3398 If the lock cannot be set, @code{fcntl} returns immediately with a value
3399 of @math{-1}.  This function does not block waiting for other processes
3400 to release locks.  If @code{fcntl} succeeds, it return a value other
3401 than @math{-1}.
3403 The following @code{errno} error conditions are defined for this
3404 function:
3406 @table @code
3407 @item EAGAIN
3408 @itemx EACCES
3409 The lock cannot be set because it is blocked by an existing lock on the
3410 file.  Some systems use @code{EAGAIN} in this case, and other systems
3411 use @code{EACCES}; your program should treat them alike, after
3412 @code{F_SETLK}.  (The GNU system always uses @code{EAGAIN}.)
3414 @item EBADF
3415 Either: the @var{filedes} argument is invalid; you requested a read lock
3416 but the @var{filedes} is not open for read access; or, you requested a
3417 write lock but the @var{filedes} is not open for write access.
3419 @item EINVAL
3420 Either the @var{lockp} argument doesn't specify valid lock information,
3421 or the file associated with @var{filedes} doesn't support locks.
3423 @item ENOLCK
3424 The system has run out of file lock resources; there are already too
3425 many file locks in place.
3427 Well-designed file systems never report this error, because they have no
3428 limitation on the number of locks.  However, you must still take account
3429 of the possibility of this error, as it could result from network access
3430 to a file system on another machine.
3431 @end table
3432 @end deftypevr
3434 @comment fcntl.h
3435 @comment POSIX.1
3436 @deftypevr Macro int F_SETLKW
3437 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3438 specify that it should set or clear a lock.  It is just like the
3439 @code{F_SETLK} command, but causes the process to block (or wait)
3440 until the request can be specified.
3442 This command requires a third argument of type @code{struct flock *}, as
3443 for the @code{F_SETLK} command.
3445 The @code{fcntl} return values and errors are the same as for the
3446 @code{F_SETLK} command, but these additional @code{errno} error conditions
3447 are defined for this command:
3449 @table @code
3450 @item EINTR
3451 The function was interrupted by a signal while it was waiting.
3452 @xref{Interrupted Primitives}.
3454 @item EDEADLK
3455 The specified region is being locked by another process.  But that
3456 process is waiting to lock a region which the current process has
3457 locked, so waiting for the lock would result in deadlock.  The system
3458 does not guarantee that it will detect all such conditions, but it lets
3459 you know if it notices one.
3460 @end table
3461 @end deftypevr
3464 The following macros are defined for use as values for the @code{l_type}
3465 member of the @code{flock} structure.  The values are integer constants.
3467 @table @code
3468 @comment fcntl.h
3469 @comment POSIX.1
3470 @vindex F_RDLCK
3471 @item F_RDLCK
3472 This macro is used to specify a read (or shared) lock.
3474 @comment fcntl.h
3475 @comment POSIX.1
3476 @vindex F_WRLCK
3477 @item F_WRLCK
3478 This macro is used to specify a write (or exclusive) lock.
3480 @comment fcntl.h
3481 @comment POSIX.1
3482 @vindex F_UNLCK
3483 @item F_UNLCK
3484 This macro is used to specify that the region is unlocked.
3485 @end table
3487 As an example of a situation where file locking is useful, consider a
3488 program that can be run simultaneously by several different users, that
3489 logs status information to a common file.  One example of such a program
3490 might be a game that uses a file to keep track of high scores.  Another
3491 example might be a program that records usage or accounting information
3492 for billing purposes.
3494 Having multiple copies of the program simultaneously writing to the
3495 file could cause the contents of the file to become mixed up.  But
3496 you can prevent this kind of problem by setting a write lock on the
3497 file before actually writing to the file.
3499 If the program also needs to read the file and wants to make sure that
3500 the contents of the file are in a consistent state, then it can also use
3501 a read lock.  While the read lock is set, no other process can lock
3502 that part of the file for writing.
3504 @c ??? This section could use an example program.
3506 Remember that file locks are only a @emph{voluntary} protocol for
3507 controlling access to a file.  There is still potential for access to
3508 the file by programs that don't use the lock protocol.
3510 @node Interrupt Input
3511 @section Interrupt-Driven Input
3513 @cindex interrupt-driven input
3514 If you set the @code{O_ASYNC} status flag on a file descriptor
3515 (@pxref{File Status Flags}), a @code{SIGIO} signal is sent whenever
3516 input or output becomes possible on that file descriptor.  The process
3517 or process group to receive the signal can be selected by using the
3518 @code{F_SETOWN} command to the @code{fcntl} function.  If the file
3519 descriptor is a socket, this also selects the recipient of @code{SIGURG}
3520 signals that are delivered when out-of-band data arrives on that socket;
3521 see @ref{Out-of-Band Data}.  (@code{SIGURG} is sent in any situation
3522 where @code{select} would report the socket as having an ``exceptional
3523 condition''.  @xref{Waiting for I/O}.)
3525 If the file descriptor corresponds to a terminal device, then @code{SIGIO}
3526 signals are sent to the foreground process group of the terminal.
3527 @xref{Job Control}.
3529 @pindex fcntl.h
3530 The symbols in this section are defined in the header file
3531 @file{fcntl.h}.
3533 @comment fcntl.h
3534 @comment BSD
3535 @deftypevr Macro int F_GETOWN
3536 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3537 specify that it should get information about the process or process
3538 group to which @code{SIGIO} signals are sent.  (For a terminal, this is
3539 actually the foreground process group ID, which you can get using
3540 @code{tcgetpgrp}; see @ref{Terminal Access Functions}.)
3542 The return value is interpreted as a process ID; if negative, its
3543 absolute value is the process group ID.
3545 The following @code{errno} error condition is defined for this command:
3547 @table @code
3548 @item EBADF
3549 The @var{filedes} argument is invalid.
3550 @end table
3551 @end deftypevr
3553 @comment fcntl.h
3554 @comment BSD
3555 @deftypevr Macro int F_SETOWN
3556 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3557 specify that it should set the process or process group to which
3558 @code{SIGIO} signals are sent.  This command requires a third argument
3559 of type @code{pid_t} to be passed to @code{fcntl}, so that the form of
3560 the call is:
3562 @smallexample
3563 fcntl (@var{filedes}, F_SETOWN, @var{pid})
3564 @end smallexample
3566 The @var{pid} argument should be a process ID.  You can also pass a
3567 negative number whose absolute value is a process group ID.
3569 The return value from @code{fcntl} with this command is @math{-1}
3570 in case of error and some other value if successful.  The following
3571 @code{errno} error conditions are defined for this command:
3573 @table @code
3574 @item EBADF
3575 The @var{filedes} argument is invalid.
3577 @item ESRCH
3578 There is no process or process group corresponding to @var{pid}.
3579 @end table
3580 @end deftypevr
3582 @c ??? This section could use an example program.
3584 @node IOCTLs
3585 @section Generic I/O Control operations
3586 @cindex generic i/o control operations
3587 @cindex IOCTLs
3589 The GNU system can handle most input/output operations on many different
3590 devices and objects in terms of a few file primitives - @code{read},
3591 @code{write} and @code{lseek}.  However, most devices also have a few
3592 peculiar operations which do not fit into this model. Such as:
3594 @itemize @bullet
3596 @item
3597 Changing the character font used on a terminal.
3599 @item
3600 Telling a magnetic tape system to rewind or fast forward.  (Since they
3601 cannot move in byte increments, @code{lseek} is inapplicable).
3603 @item
3604 Ejecting a disk from a drive.
3606 @item
3607 Playing an audio track from a CD-ROM drive.
3609 @item
3610 Maintaining routing tables for a network.
3612 @end itemize
3614 Although some such objects such as sockets and terminals
3615 @footnote{Actually, the terminal-specific functions are implemented with
3616 IOCTLs on many platforms.} have special functions of their own, it would
3617 not be practical to create functions for all these cases.
3619 Instead these minor operations, known as @dfn{IOCTL}s, are assigned code
3620 numbers and multiplexed through the @code{ioctl} function, defined in
3621 @code{sys/ioctl.h}.  The code numbers themselves are defined in many
3622 different headers.
3624 @comment sys/ioctl.h
3625 @comment BSD
3626 @deftypefun int ioctl (int @var{filedes}, int @var{command}, @dots{})
3628 The @code{ioctl} function performs the generic I/O operation
3629 @var{command} on @var{filedes}.
3631 A third argument is usually present, either a single number or a pointer
3632 to a structure.  The meaning of this argument, the returned value, and
3633 any error codes depends upon the command used.  Often @math{-1} is
3634 returned for a failure.
3636 @end deftypefun
3638 On some systems, IOCTLs used by different devices share the same numbers.
3639 Thus, although use of an inappropriate IOCTL @emph{usually} only produces
3640 an error, you should not attempt to use device-specific IOCTLs on an
3641 unknown device.
3643 Most IOCTLs are OS-specific and/or only used in special system utilities,
3644 and are thus beyond the scope of this document.  For an example of the use
3645 of an IOCTL, see @ref{Out-of-Band Data}.