hurd: Break errnos.d / libc-modules.h dependency loop
[glibc.git] / manual / pipe.texi
blob2d7e30e796431ba7d74300aed39d2ac8be157edc
1 @node Pipes and FIFOs, Sockets, File System Interface, Top
2 @c %MENU% A simple interprocess communication mechanism
3 @chapter Pipes and FIFOs
5 @cindex pipe
6 A @dfn{pipe} is a mechanism for interprocess communication; data written
7 to the pipe by one process can be read by another process.  The data is
8 handled in a first-in, first-out (FIFO) order.  The pipe has no name; it
9 is created for one use and both ends must be inherited from the single
10 process which created the pipe.
12 @cindex FIFO special file
13 A @dfn{FIFO special file} is similar to a pipe, but instead of being an
14 anonymous, temporary connection, a FIFO has a name or names like any
15 other file.  Processes open the FIFO by name in order to communicate
16 through it.
18 A pipe or FIFO has to be open at both ends simultaneously.  If you read
19 from a pipe or FIFO file that doesn't have any processes writing to it
20 (perhaps because they have all closed the file, or exited), the read
21 returns end-of-file.  Writing to a pipe or FIFO that doesn't have a
22 reading process is treated as an error condition; it generates a
23 @code{SIGPIPE} signal, and fails with error code @code{EPIPE} if the
24 signal is handled or blocked.
26 Neither pipes nor FIFO special files allow file positioning.  Both
27 reading and writing operations happen sequentially; reading from the
28 beginning of the file and writing at the end.
30 @menu
31 * Creating a Pipe::             Making a pipe with the @code{pipe} function.
32 * Pipe to a Subprocess::        Using a pipe to communicate with a
33                                  child process.
34 * FIFO Special Files::          Making a FIFO special file.
35 * Pipe Atomicity::              When pipe (or FIFO) I/O is atomic.
36 @end menu
38 @node Creating a Pipe
39 @section Creating a Pipe
40 @cindex creating a pipe
41 @cindex opening a pipe
42 @cindex interprocess communication, with pipes
44 The primitive for creating a pipe is the @code{pipe} function.  This
45 creates both the reading and writing ends of the pipe.  It is not very
46 useful for a single process to use a pipe to talk to itself.  In typical
47 use, a process creates a pipe just before it forks one or more child
48 processes (@pxref{Creating a Process}).  The pipe is then used for
49 communication either between the parent or child processes, or between
50 two sibling processes.
52 The @code{pipe} function is declared in the header file
53 @file{unistd.h}.
54 @pindex unistd.h
56 @comment unistd.h
57 @comment POSIX.1
58 @deftypefun int pipe (int @var{filedes}@t{[2]})
59 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{@acsfd{}}}
60 @c On Linux, syscall pipe2.  On HURD, call socketpair.
61 The @code{pipe} function creates a pipe and puts the file descriptors
62 for the reading and writing ends of the pipe (respectively) into
63 @code{@var{filedes}[0]} and @code{@var{filedes}[1]}.
65 An easy way to remember that the input end comes first is that file
66 descriptor @code{0} is standard input, and file descriptor @code{1} is
67 standard output.
69 If successful, @code{pipe} returns a value of @code{0}.  On failure,
70 @code{-1} is returned.  The following @code{errno} error conditions are
71 defined for this function:
73 @table @code
74 @item EMFILE
75 The process has too many files open.
77 @item ENFILE
78 There are too many open files in the entire system.  @xref{Error Codes},
79 for more information about @code{ENFILE}.  This error never occurs on
80 @gnuhurdsystems{}.
81 @end table
82 @end deftypefun
84 Here is an example of a simple program that creates a pipe.  This program
85 uses the @code{fork} function (@pxref{Creating a Process}) to create
86 a child process.  The parent process writes data to the pipe, which is
87 read by the child process.
89 @smallexample
90 @include pipe.c.texi
91 @end smallexample
93 @node Pipe to a Subprocess
94 @section Pipe to a Subprocess
95 @cindex creating a pipe to a subprocess
96 @cindex pipe to a subprocess
97 @cindex filtering i/o through subprocess
99 A common use of pipes is to send data to or receive data from a program
100 being run as a subprocess.  One way of doing this is by using a combination of
101 @code{pipe} (to create the pipe), @code{fork} (to create the subprocess),
102 @code{dup2} (to force the subprocess to use the pipe as its standard input
103 or output channel), and @code{exec} (to execute the new program).  Or,
104 you can use @code{popen} and @code{pclose}.
106 The advantage of using @code{popen} and @code{pclose} is that the
107 interface is much simpler and easier to use.  But it doesn't offer as
108 much flexibility as using the low-level functions directly.
110 @comment stdio.h
111 @comment POSIX.2, SVID, BSD
112 @deftypefun {FILE *} popen (const char *@var{command}, const char *@var{mode})
113 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@ascuheap{} @asucorrupt{}}@acunsafe{@acucorrupt{} @aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
114 @c popen @ascuheap @asucorrupt @acucorrupt @aculock @acsfd @acsmem
115 @c  malloc dup @ascuheap @acsmem
116 @c  _IO_init ok
117 @c   _IO_no_init ok
118 @c    _IO_old_init ok
119 @c     _IO_lock_init ok
120 @c  _IO_new_file_init @asucorrupt @acucorrupt @aculock @acsfd
121 @c   _IO_link_in @asucorrupt @acucorrupt @aculock @acsfd
122 @c     the linked list is guarded by a recursive lock;
123 @c     it may get corrupted with async signals and cancellation
124 @c    _IO_lock_lock dup @aculock
125 @c    _IO_flockfile dup @aculock
126 @c    _IO_funlockfile dup @aculock
127 @c    _IO_lock_unlock dup @aculock
128 @c  _IO_new_proc_open @asucorrupt @acucorrupt @aculock @acsfd
129 @c    the linked list is guarded by a recursive lock;
130  @c   it may get corrupted with async signals and cancellation
131 @c   _IO_file_is_open ok
132 @c   pipe2 dup @acsfd
133 @c   pipe dup @acsfd
134 @c   _IO_fork=fork @aculock
135 @c   _IO_close=close_not_cancel dup @acsfd
136 @c   fcntl dup ok
137 @c   _IO_lock_lock @aculock
138 @c   _IO_lock_unlock @aculock
139 @c   _IO_mask_flags ok [no @mtasurace:stream, nearly but sufficiently exclusive access]
140 @c  _IO_un_link @asucorrupt @acucorrupt @aculock @acsfd
141 @c    the linked list is guarded by a recursive lock;
142 @c    it may get corrupted with async signals and cancellation
143 @c   _IO_lock_lock dup @aculock
144 @c   _IO_flockfile dup @aculock
145 @c   _IO_funlockfile dup @aculock
146 @c   _IO_lock_unlock dup @aculock
147 @c  free dup @ascuheap @acsmem
148 The @code{popen} function is closely related to the @code{system}
149 function; see @ref{Running a Command}.  It executes the shell command
150 @var{command} as a subprocess.  However, instead of waiting for the
151 command to complete, it creates a pipe to the subprocess and returns a
152 stream that corresponds to that pipe.
154 If you specify a @var{mode} argument of @code{"r"}, you can read from the
155 stream to retrieve data from the standard output channel of the subprocess.
156 The subprocess inherits its standard input channel from the parent process.
158 Similarly, if you specify a @var{mode} argument of @code{"w"}, you can
159 write to the stream to send data to the standard input channel of the
160 subprocess.  The subprocess inherits its standard output channel from
161 the parent process.
163 In the event of an error @code{popen} returns a null pointer.  This
164 might happen if the pipe or stream cannot be created, if the subprocess
165 cannot be forked, or if the program cannot be executed.
166 @end deftypefun
168 @comment stdio.h
169 @comment POSIX.2, SVID, BSD
170 @deftypefun int pclose (FILE *@var{stream})
171 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@ascuheap{} @ascuplugin{} @asucorrupt{} @asulock{}}@acunsafe{@acucorrupt{} @aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
172 @c Although the stream cannot be used after the call, even in case of
173 @c async cancellation, because the stream must not be used after pclose
174 @c is called, other stdio linked lists and their locks may be left in
175 @c corrupt states; that's where the corrupt and lock annotations come
176 @c from.
178 @c pclose @ascuheap @ascuplugin @asucorrupt @asulock @acucorrupt @aculock @acsfd @acsmem
179 @c  _IO_new_fclose @ascuheap @ascuplugin @asucorrupt @asulock @acucorrupt @aculock @acsfd @acsmem
180 @c   _IO_un_link dup @asucorrupt @acucorrupt @aculock @acsfd
181 @c   _IO_acquire_lock dup @aculock
182 @c    _IO_flockfile dup @aculock
183 @c   _IO_file_close_it @ascuheap @ascuplugin @asucorrupt @aculock @acucorrupt @acsfd @acsmem
184 @c    _IO_file_is_open dup ok
185 @c    _IO_do_flush @asucorrupt @ascuplugin @acucorrupt
186 @c     _IO_do_write @asucorrupt @acucorrupt
187 @c      new_do_write @asucorrupt @acucorrupt
188 @c       _IO_SYSSEEK ok
189 @c        lseek64 dup ok
190 @c       _IO_SYSWRITE ok
191 @c        write_not_cancel dup ok
192 @c        write dup ok
193 @c       _IO_adjust_column ok
194 @c       _IO_setg dup @asucorrupt @acucorrupt [no @mtasurace:stream, locked]
195 @c     _IO_wdo_write @asucorrupt @ascuplugin @acucorrupt
196 @c      _IO_new_do_write=_IO_do_write dup @asucorrupt @acucorrupt
197 @c      *cc->__codecvt_do_out @ascuplugin
198 @c      _IO_wsetg dup @asucorrupt @acucorrupt [no @mtasurace:stream, locked]
199 @c    _IO_unsave_markers @ascuheap @asucorrupt @acucorrupt @acsmem
200 @c     _IO_have_backup dup ok
201 @c     _IO_free_backup_area dup @ascuheap @asucorrupt @acucorrupt @acsmem
202 @c    _IO_SYSCLOSE @aculock @acucorrupt @acsfd
203 @c     _IO_lock_lock dup @aculock
204 @c     _IO_close=close_not_cancel dup @acsfd
205 @c     _IO_lock_unlock dup @aculock
206 @c     _IO_waitpid=waitpid_not_cancel dup ok
207 @c    _IO_have_wbackup ok
208 @c    _IO_free_wbackup_area @ascuheap @asucorrupt @acucorrupt @acsmem
209 @c     _IO_in_backup dup ok
210 @c     _IO_switch_to_main_wget_area @asucorrupt @acucorrupt
211 @c     free dup @ascuheap @acsmem
212 @c    _IO_wsetb @asucorrupt @acucorrupt [no @mtasurace:stream, locked]
213 @c    _IO_wsetg @asucorrupt @acucorrupt [no @mtasurace:stream, locked]
214 @c    _IO_wsetp @asucorrupt @acucorrupt [no @mtasurace:stream, locked]
215 @c    _IO_setb @asucorrupt @acucorrupt [no @mtasurace:stream, locked]
216 @c    _IO_setg @asucorrupt @acucorrupt [no @mtasurace:stream, locked]
217 @c    _IO_setp @asucorrupt @acucorrupt [no @mtasurace:stream, locked]
218 @c    _IO_un_link dup @asucorrupt @acucorrupt @aculock @acsfd
219 @c   _IO_release_lock dup @aculock
220 @c    _IO_funlockfile dup @aculock
221 @c   _IO_FINISH @ascuheap @ascuplugin @asucorrupt @acucorrupt @aculock @acsfd @acsmem
222 @c    _IO_new_file_finish @ascuheap @ascuplugin @asucorrupt @acucorrupt @aculock @acsfd @acsmem
223 @c     _IO_file_is_open dup ok
224 @c     _IO_do_flush dup @ascuplugin @asucorrupt @acucorrupt
225 @c     _IO_SYSCLOSE dup @aculock @acucorrupt @acsfd
226 @c     _IO_default_finish @ascuheap @asucorrupt @acucorrupt @aculock @acsfd @acsmem
227 @c      FREE_BUF @acsmem
228 @c       munmap dup @acsmem
229 @c      free dup @ascuheap @acsmem
230 @c      _IO_un_link dup @asucorrupt @acucorrupt @aculock @acsfd
231 @c      _IO_lock_fini ok
232 @c       libc_lock_fini_recursive ok
233 @c   libc_lock_lock dup @asulock @aculock
234 @c   gconv_release_step ok
235 @c   libc_lock_unlock dup @asulock @aculock
236 @c   _IO_have_backup ok
237 @c   _IO_free_backup_area @ascuheap @asucorrupt @acucorrupt @acsmem
238 @c    _IO_in_backup ok
239 @c    _IO_switch_to_main_get_area @asucorrupt @acucorrupt
240 @c    free dup @ascuheap @acsmem
241 @c   free dup @ascuheap @acsmem
242 The @code{pclose} function is used to close a stream created by @code{popen}.
243 It waits for the child process to terminate and returns its status value,
244 as for the @code{system} function.
245 @end deftypefun
247 Here is an example showing how to use @code{popen} and @code{pclose} to
248 filter output through another program, in this case the paging program
249 @code{more}.
251 @smallexample
252 @include popen.c.texi
253 @end smallexample
255 @node FIFO Special Files
256 @section FIFO Special Files
257 @cindex creating a FIFO special file
258 @cindex interprocess communication, with FIFO
260 A FIFO special file is similar to a pipe, except that it is created in a
261 different way.  Instead of being an anonymous communications channel, a
262 FIFO special file is entered into the file system by calling
263 @code{mkfifo}.
265 Once you have created a FIFO special file in this way, any process can
266 open it for reading or writing, in the same way as an ordinary file.
267 However, it has to be open at both ends simultaneously before you can
268 proceed to do any input or output operations on it.  Opening a FIFO for
269 reading normally blocks until some other process opens the same FIFO for
270 writing, and vice versa.
272 The @code{mkfifo} function is declared in the header file
273 @file{sys/stat.h}.
274 @pindex sys/stat.h
276 @comment sys/stat.h
277 @comment POSIX.1
278 @deftypefun int mkfifo (const char *@var{filename}, mode_t @var{mode})
279 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
280 @c On generic Posix, calls xmknod.
281 The @code{mkfifo} function makes a FIFO special file with name
282 @var{filename}.  The @var{mode} argument is used to set the file's
283 permissions; see @ref{Setting Permissions}.
285 The normal, successful return value from @code{mkfifo} is @code{0}.  In
286 the case of an error, @code{-1} is returned.  In addition to the usual
287 file name errors (@pxref{File Name Errors}), the following
288 @code{errno} error conditions are defined for this function:
290 @table @code
291 @item EEXIST
292 The named file already exists.
294 @item ENOSPC
295 The directory or file system cannot be extended.
297 @item EROFS
298 The directory that would contain the file resides on a read-only file
299 system.
300 @end table
301 @end deftypefun
303 @node Pipe Atomicity
304 @section Atomicity of Pipe I/O
306 Reading or writing pipe data is @dfn{atomic} if the size of data written
307 is not greater than @code{PIPE_BUF}.  This means that the data transfer
308 seems to be an instantaneous unit, in that nothing else in the system
309 can observe a state in which it is partially complete.  Atomic I/O may
310 not begin right away (it may need to wait for buffer space or for data),
311 but once it does begin it finishes immediately.
313 Reading or writing a larger amount of data may not be atomic; for
314 example, output data from other processes sharing the descriptor may be
315 interspersed.  Also, once @code{PIPE_BUF} characters have been written,
316 further writes will block until some characters are read.
318 @xref{Limits for Files}, for information about the @code{PIPE_BUF}
319 parameter.