* elf/elf.h (R_ARM_TLS_DTPMOD32, R_ARM_TLS_DTPOFF32,
[glibc.git] / manual / llio.texi
blob863b3b4316b0331138b49176434e0349901e5324
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}.
1546 The @var{filedes} parameter must not have side effects since it is
1547 evaluated more than once.
1548 @end deftypefn
1550 @comment sys/types.h
1551 @comment BSD
1552 @deftypefn Macro void FD_CLR (int @var{filedes}, fd_set *@var{set})
1553 This macro removes @var{filedes} from the file descriptor set @var{set}.
1555 The @var{filedes} parameter must not have side effects since it is
1556 evaluated more than once.
1557 @end deftypefn
1559 @comment sys/types.h
1560 @comment BSD
1561 @deftypefn Macro int FD_ISSET (int @var{filedes}, const fd_set *@var{set})
1562 This macro returns a nonzero value (true) if @var{filedes} is a member
1563 of the file descriptor set @var{set}, and zero (false) otherwise.
1565 The @var{filedes} parameter must not have side effects since it is
1566 evaluated more than once.
1567 @end deftypefn
1569 Next, here is the description of the @code{select} function itself.
1571 @comment sys/types.h
1572 @comment BSD
1573 @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})
1574 The @code{select} function blocks the calling process until there is
1575 activity on any of the specified sets of file descriptors, or until the
1576 timeout period has expired.
1578 The file descriptors specified by the @var{read-fds} argument are
1579 checked to see if they are ready for reading; the @var{write-fds} file
1580 descriptors are checked to see if they are ready for writing; and the
1581 @var{except-fds} file descriptors are checked for exceptional
1582 conditions.  You can pass a null pointer for any of these arguments if
1583 you are not interested in checking for that kind of condition.
1585 A file descriptor is considered ready for reading if a @code{read}
1586 call will not block.  This usually includes the read offset being at
1587 the end of the file or there is an error to report.  A server socket
1588 is considered ready for reading if there is a pending connection which
1589 can be accepted with @code{accept}; @pxref{Accepting Connections}.  A
1590 client socket is ready for writing when its connection is fully
1591 established; @pxref{Connecting}.
1593 ``Exceptional conditions'' does not mean errors---errors are reported
1594 immediately when an erroneous system call is executed, and do not
1595 constitute a state of the descriptor.  Rather, they include conditions
1596 such as the presence of an urgent message on a socket.  (@xref{Sockets},
1597 for information on urgent messages.)
1599 The @code{select} function checks only the first @var{nfds} file
1600 descriptors.  The usual thing is to pass @code{FD_SETSIZE} as the value
1601 of this argument.
1603 The @var{timeout} specifies the maximum time to wait.  If you pass a
1604 null pointer for this argument, it means to block indefinitely until one
1605 of the file descriptors is ready.  Otherwise, you should provide the
1606 time in @code{struct timeval} format; see @ref{High-Resolution
1607 Calendar}.  Specify zero as the time (a @code{struct timeval} containing
1608 all zeros) if you want to find out which descriptors are ready without
1609 waiting if none are ready.
1611 The normal return value from @code{select} is the total number of ready file
1612 descriptors in all of the sets.  Each of the argument sets is overwritten
1613 with information about the descriptors that are ready for the corresponding
1614 operation.  Thus, to see if a particular descriptor @var{desc} has input,
1615 use @code{FD_ISSET (@var{desc}, @var{read-fds})} after @code{select} returns.
1617 If @code{select} returns because the timeout period expires, it returns
1618 a value of zero.
1620 Any signal will cause @code{select} to return immediately.  So if your
1621 program uses signals, you can't rely on @code{select} to keep waiting
1622 for the full time specified.  If you want to be sure of waiting for a
1623 particular amount of time, you must check for @code{EINTR} and repeat
1624 the @code{select} with a newly calculated timeout based on the current
1625 time.  See the example below.  See also @ref{Interrupted Primitives}.
1627 If an error occurs, @code{select} returns @code{-1} and does not modify
1628 the argument file descriptor sets.  The following @code{errno} error
1629 conditions are defined for this function:
1631 @table @code
1632 @item EBADF
1633 One of the file descriptor sets specified an invalid file descriptor.
1635 @item EINTR
1636 The operation was interrupted by a signal.  @xref{Interrupted Primitives}.
1638 @item EINVAL
1639 The @var{timeout} argument is invalid; one of the components is negative
1640 or too large.
1641 @end table
1642 @end deftypefun
1644 @strong{Portability Note:}  The @code{select} function is a BSD Unix
1645 feature.
1647 Here is an example showing how you can use @code{select} to establish a
1648 timeout period for reading from a file descriptor.  The @code{input_timeout}
1649 function blocks the calling process until input is available on the
1650 file descriptor, or until the timeout period expires.
1652 @smallexample
1653 @include select.c.texi
1654 @end smallexample
1656 There is another example showing the use of @code{select} to multiplex
1657 input from multiple sockets in @ref{Server Example}.
1660 @node Synchronizing I/O
1661 @section Synchronizing I/O operations
1663 @cindex synchronizing
1664 In most modern operating systems, the normal I/O operations are not
1665 executed synchronously.  I.e., even if a @code{write} system call
1666 returns, this does not mean the data is actually written to the media,
1667 e.g., the disk.
1669 In situations where synchronization points are necessary, you can use
1670 special functions which ensure that all operations finish before
1671 they return.
1673 @comment unistd.h
1674 @comment X/Open
1675 @deftypefun int sync (void)
1676 A call to this function will not return as long as there is data which
1677 has not been written to the device.  All dirty buffers in the kernel will
1678 be written and so an overall consistent system can be achieved (if no
1679 other process in parallel writes data).
1681 A prototype for @code{sync} can be found in @file{unistd.h}.
1683 The return value is zero to indicate no error.
1684 @end deftypefun
1686 Programs more often want to ensure that data written to a given file is
1687 committed, rather than all data in the system.  For this, @code{sync} is overkill.
1690 @comment unistd.h
1691 @comment POSIX
1692 @deftypefun int fsync (int @var{fildes})
1693 The @code{fsync} function can be used to make sure all data associated with
1694 the open file @var{fildes} is written to the device associated with the
1695 descriptor.  The function call does not return unless all actions have
1696 finished.
1698 A prototype for @code{fsync} can be found in @file{unistd.h}.
1700 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
1701 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
1702 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{fsync} is
1703 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
1704 until the program ends.  To avoid this, calls to @code{fsync} should be
1705 protected using cancellation handlers.
1706 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
1708 The return value of the function is zero if no error occurred.  Otherwise
1709 it is @math{-1} and the global variable @var{errno} is set to the
1710 following values:
1711 @table @code
1712 @item EBADF
1713 The descriptor @var{fildes} is not valid.
1715 @item EINVAL
1716 No synchronization is possible since the system does not implement this.
1717 @end table
1718 @end deftypefun
1720 Sometimes it is not even necessary to write all data associated with a
1721 file descriptor.  E.g., in database files which do not change in size it
1722 is enough to write all the file content data to the device.
1723 Meta-information, like the modification time etc., are not that important
1724 and leaving such information uncommitted does not prevent a successful
1725 recovering of the file in case of a problem.
1727 @comment unistd.h
1728 @comment POSIX
1729 @deftypefun int fdatasync (int @var{fildes})
1730 When a call to the @code{fdatasync} function returns, it is ensured
1731 that all of the file data is written to the device.  For all pending I/O
1732 operations, the parts guaranteeing data integrity finished.
1734 Not all systems implement the @code{fdatasync} operation.  On systems
1735 missing this functionality @code{fdatasync} is emulated by a call to
1736 @code{fsync} since the performed actions are a superset of those
1737 required by @code{fdatasync}.
1739 The prototype for @code{fdatasync} is in @file{unistd.h}.
1741 The return value of the function is zero if no error occurred.  Otherwise
1742 it is @math{-1} and the global variable @var{errno} is set to the
1743 following values:
1744 @table @code
1745 @item EBADF
1746 The descriptor @var{fildes} is not valid.
1748 @item EINVAL
1749 No synchronization is possible since the system does not implement this.
1750 @end table
1751 @end deftypefun
1754 @node Asynchronous I/O
1755 @section Perform I/O Operations in Parallel
1757 The POSIX.1b standard defines a new set of I/O operations which can
1758 significantly reduce the time an application spends waiting at I/O.  The
1759 new functions allow a program to initiate one or more I/O operations and
1760 then immediately resume normal work while the I/O operations are
1761 executed in parallel.  This functionality is available if the
1762 @file{unistd.h} file defines the symbol @code{_POSIX_ASYNCHRONOUS_IO}.
1764 These functions are part of the library with realtime functions named
1765 @file{librt}.  They are not actually part of the @file{libc} binary.
1766 The implementation of these functions can be done using support in the
1767 kernel (if available) or using an implementation based on threads at
1768 userlevel.  In the latter case it might be necessary to link applications
1769 with the thread library @file{libpthread} in addition to @file{librt}.
1771 All AIO operations operate on files which were opened previously.  There
1772 might be arbitrarily many operations running for one file.  The
1773 asynchronous I/O operations are controlled using a data structure named
1774 @code{struct aiocb} (@dfn{AIO control block}).  It is defined in
1775 @file{aio.h} as follows.
1777 @comment aio.h
1778 @comment POSIX.1b
1779 @deftp {Data Type} {struct aiocb}
1780 The POSIX.1b standard mandates that the @code{struct aiocb} structure
1781 contains at least the members described in the following table.  There
1782 might be more elements which are used by the implementation, but
1783 depending upon these elements is not portable and is highly deprecated.
1785 @table @code
1786 @item int aio_fildes
1787 This element specifies the file descriptor to be used for the
1788 operation.  It must be a legal descriptor, otherwise the operation will
1789 fail.
1791 The device on which the file is opened must allow the seek operation.
1792 I.e., it is not possible to use any of the AIO operations on devices
1793 like terminals where an @code{lseek} call would lead to an error.
1795 @item off_t aio_offset
1796 This element specifies the offset in the file at which the operation (input
1797 or output) is performed.  Since the operations are carried out in arbitrary
1798 order and more than one operation for one file descriptor can be
1799 started, one cannot expect a current read/write position of the file
1800 descriptor.
1802 @item volatile void *aio_buf
1803 This is a pointer to the buffer with the data to be written or the place
1804 where the read data is stored.
1806 @item size_t aio_nbytes
1807 This element specifies the length of the buffer pointed to by @code{aio_buf}.
1809 @item int aio_reqprio
1810 If the platform has defined @code{_POSIX_PRIORITIZED_IO} and
1811 @code{_POSIX_PRIORITY_SCHEDULING}, the AIO requests are
1812 processed based on the current scheduling priority.  The
1813 @code{aio_reqprio} element can then be used to lower the priority of the
1814 AIO operation.
1816 @item struct sigevent aio_sigevent
1817 This element specifies how the calling process is notified once the
1818 operation terminates.  If the @code{sigev_notify} element is
1819 @code{SIGEV_NONE}, no notification is sent.  If it is @code{SIGEV_SIGNAL},
1820 the signal determined by @code{sigev_signo} is sent.  Otherwise,
1821 @code{sigev_notify} must be @code{SIGEV_THREAD}.  In this case, a thread
1822 is created which starts executing the function pointed to by
1823 @code{sigev_notify_function}.
1825 @item int aio_lio_opcode
1826 This element is only used by the @code{lio_listio} and
1827 @code{lio_listio64} functions.  Since these functions allow an
1828 arbitrary number of operations to start at once, and each operation can be
1829 input or output (or nothing), the information must be stored in the
1830 control block.  The possible values are:
1832 @vtable @code
1833 @item LIO_READ
1834 Start a read operation.  Read from the file at position
1835 @code{aio_offset} and store the next @code{aio_nbytes} bytes in the
1836 buffer pointed to by @code{aio_buf}.
1838 @item LIO_WRITE
1839 Start a write operation.  Write @code{aio_nbytes} bytes starting at
1840 @code{aio_buf} into the file starting at position @code{aio_offset}.
1842 @item LIO_NOP
1843 Do nothing for this control block.  This value is useful sometimes when
1844 an array of @code{struct aiocb} values contains holes, i.e., some of the
1845 values must not be handled although the whole array is presented to the
1846 @code{lio_listio} function.
1847 @end vtable
1848 @end table
1850 When the sources are compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
1851 32 bit machine, this type is in fact @code{struct aiocb64}, since the LFS
1852 interface transparently replaces the @code{struct aiocb} definition.
1853 @end deftp
1855 For use with the AIO functions defined in the LFS, there is a similar type
1856 defined which replaces the types of the appropriate members with larger
1857 types but otherwise is equivalent to @code{struct aiocb}.  Particularly,
1858 all member names are the same.
1860 @comment aio.h
1861 @comment POSIX.1b
1862 @deftp {Data Type} {struct aiocb64}
1863 @table @code
1864 @item int aio_fildes
1865 This element specifies the file descriptor which is used for the
1866 operation.  It must be a legal descriptor since otherwise the operation
1867 fails for obvious reasons.
1869 The device on which the file is opened must allow the seek operation.
1870 I.e., it is not possible to use any of the AIO operations on devices
1871 like terminals where an @code{lseek} call would lead to an error.
1873 @item off64_t aio_offset
1874 This element specifies at which offset in the file the operation (input
1875 or output) is performed.  Since the operation are carried in arbitrary
1876 order and more than one operation for one file descriptor can be
1877 started, one cannot expect a current read/write position of the file
1878 descriptor.
1880 @item volatile void *aio_buf
1881 This is a pointer to the buffer with the data to be written or the place
1882 where the read data is stored.
1884 @item size_t aio_nbytes
1885 This element specifies the length of the buffer pointed to by @code{aio_buf}.
1887 @item int aio_reqprio
1888 If for the platform @code{_POSIX_PRIORITIZED_IO} and
1889 @code{_POSIX_PRIORITY_SCHEDULING} are defined the AIO requests are
1890 processed based on the current scheduling priority.  The
1891 @code{aio_reqprio} element can then be used to lower the priority of the
1892 AIO operation.
1894 @item struct sigevent aio_sigevent
1895 This element specifies how the calling process is notified once the
1896 operation terminates.  If the @code{sigev_notify}, element is
1897 @code{SIGEV_NONE} no notification is sent.  If it is @code{SIGEV_SIGNAL},
1898 the signal determined by @code{sigev_signo} is sent.  Otherwise,
1899 @code{sigev_notify} must be @code{SIGEV_THREAD} in which case a thread
1900 which starts executing the function pointed to by
1901 @code{sigev_notify_function}.
1903 @item int aio_lio_opcode
1904 This element is only used by the @code{lio_listio} and
1905 @code{[lio_listio64} functions.  Since these functions allow an
1906 arbitrary number of operations to start at once, and since each operation can be
1907 input or output (or nothing), the information must be stored in the
1908 control block.  See the description of @code{struct aiocb} for a description
1909 of the possible values.
1910 @end table
1912 When the sources are compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
1913 32 bit machine, this type is available under the name @code{struct
1914 aiocb64}, since the LFS transparently replaces the old interface.
1915 @end deftp
1917 @menu
1918 * Asynchronous Reads/Writes::    Asynchronous Read and Write Operations.
1919 * Status of AIO Operations::     Getting the Status of AIO Operations.
1920 * Synchronizing AIO Operations:: Getting into a consistent state.
1921 * Cancel AIO Operations::        Cancellation of AIO Operations.
1922 * Configuration of AIO::         How to optimize the AIO implementation.
1923 @end menu
1925 @node Asynchronous Reads/Writes
1926 @subsection Asynchronous Read and Write Operations
1928 @comment aio.h
1929 @comment POSIX.1b
1930 @deftypefun int aio_read (struct aiocb *@var{aiocbp})
1931 This function initiates an asynchronous read operation.  It
1932 immediately returns after the operation was enqueued or when an
1933 error was encountered.
1935 The first @code{aiocbp->aio_nbytes} bytes of the file for which
1936 @code{aiocbp->aio_fildes} is a descriptor are written to the buffer
1937 starting at @code{aiocbp->aio_buf}.  Reading starts at the absolute
1938 position @code{aiocbp->aio_offset} in the file.
1940 If prioritized I/O is supported by the platform the
1941 @code{aiocbp->aio_reqprio} value is used to adjust the priority before
1942 the request is actually enqueued.
1944 The calling process is notified about the termination of the read
1945 request according to the @code{aiocbp->aio_sigevent} value.
1947 When @code{aio_read} returns, the return value is zero if no error
1948 occurred that can be found before the process is enqueued.  If such an
1949 early error is found, the function returns @math{-1} and sets
1950 @code{errno} to one of the following values:
1952 @table @code
1953 @item EAGAIN
1954 The request was not enqueued due to (temporarily) exceeded resource
1955 limitations.
1956 @item ENOSYS
1957 The @code{aio_read} function is not implemented.
1958 @item EBADF
1959 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.  This condition
1960 need not be recognized before enqueueing the request and so this error
1961 might also be signaled asynchronously.
1962 @item EINVAL
1963 The @code{aiocbp->aio_offset} or @code{aiocbp->aio_reqpiro} value is
1964 invalid.  This condition need not be recognized before enqueueing the
1965 request and so this error might also be signaled asynchronously.
1966 @end table
1968 If @code{aio_read} returns zero, the current status of the request
1969 can be queried using @code{aio_error} and @code{aio_return} functions.
1970 As long as the value returned by @code{aio_error} is @code{EINPROGRESS}
1971 the operation has not yet completed.  If @code{aio_error} returns zero,
1972 the operation successfully terminated, otherwise the value is to be
1973 interpreted as an error code.  If the function terminated, the result of
1974 the operation can be obtained using a call to @code{aio_return}.  The
1975 returned value is the same as an equivalent call to @code{read} would
1976 have returned.  Possible error codes returned by @code{aio_error} are:
1978 @table @code
1979 @item EBADF
1980 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.
1981 @item ECANCELED
1982 The operation was canceled before the operation was finished
1983 (@pxref{Cancel AIO Operations})
1984 @item EINVAL
1985 The @code{aiocbp->aio_offset} value is invalid.
1986 @end table
1988 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
1989 function is in fact @code{aio_read64} since the LFS interface transparently
1990 replaces the normal implementation.
1991 @end deftypefun
1993 @comment aio.h
1994 @comment Unix98
1995 @deftypefun int aio_read64 (struct aiocb *@var{aiocbp})
1996 This function is similar to the @code{aio_read} function.  The only
1997 difference is that on @w{32 bit} machines, the file descriptor should
1998 be opened in the large file mode.  Internally, @code{aio_read64} uses
1999 functionality equivalent to @code{lseek64} (@pxref{File Position
2000 Primitive}) to position the file descriptor correctly for the reading,
2001 as opposed to @code{lseek} functionality used in @code{aio_read}.
2003 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2004 function is available under the name @code{aio_read} and so transparently
2005 replaces the interface for small files on 32 bit machines.
2006 @end deftypefun
2008 To write data asynchronously to a file, there exists an equivalent pair
2009 of functions with a very similar interface.
2011 @comment aio.h
2012 @comment POSIX.1b
2013 @deftypefun int aio_write (struct aiocb *@var{aiocbp})
2014 This function initiates an asynchronous write operation.  The function
2015 call immediately returns after the operation was enqueued or if before
2016 this happens an error was encountered.
2018 The first @code{aiocbp->aio_nbytes} bytes from the buffer starting at
2019 @code{aiocbp->aio_buf} are written to the file for which
2020 @code{aiocbp->aio_fildes} is an descriptor, starting at the absolute
2021 position @code{aiocbp->aio_offset} in the file.
2023 If prioritized I/O is supported by the platform, the
2024 @code{aiocbp->aio_reqprio} value is used to adjust the priority before
2025 the request is actually enqueued.
2027 The calling process is notified about the termination of the read
2028 request according to the @code{aiocbp->aio_sigevent} value.
2030 When @code{aio_write} returns, the return value is zero if no error
2031 occurred that can be found before the process is enqueued.  If such an
2032 early error is found the function returns @math{-1} and sets
2033 @code{errno} to one of the following values.
2035 @table @code
2036 @item EAGAIN
2037 The request was not enqueued due to (temporarily) exceeded resource
2038 limitations.
2039 @item ENOSYS
2040 The @code{aio_write} function is not implemented.
2041 @item EBADF
2042 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.  This condition
2043 may not be recognized before enqueueing the request, and so this error
2044 might also be signaled asynchronously.
2045 @item EINVAL
2046 The @code{aiocbp->aio_offset} or @code{aiocbp->aio_reqprio} value is
2047 invalid.  This condition may not be recognized before enqueueing the
2048 request and so this error might also be signaled asynchronously.
2049 @end table
2051 In the case @code{aio_write} returns zero, the current status of the
2052 request can be queried using @code{aio_error} and @code{aio_return}
2053 functions.  As long as the value returned by @code{aio_error} is
2054 @code{EINPROGRESS} the operation has not yet completed.  If
2055 @code{aio_error} returns zero, the operation successfully terminated,
2056 otherwise the value is to be interpreted as an error code.  If the
2057 function terminated, the result of the operation can be get using a call
2058 to @code{aio_return}.  The returned value is the same as an equivalent
2059 call to @code{read} would have returned.  Possible error codes returned
2060 by @code{aio_error} are:
2062 @table @code
2063 @item EBADF
2064 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.
2065 @item ECANCELED
2066 The operation was canceled before the operation was finished.
2067 (@pxref{Cancel AIO Operations})
2068 @item EINVAL
2069 The @code{aiocbp->aio_offset} value is invalid.
2070 @end table
2072 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2073 function is in fact @code{aio_write64} since the LFS interface transparently
2074 replaces the normal implementation.
2075 @end deftypefun
2077 @comment aio.h
2078 @comment Unix98
2079 @deftypefun int aio_write64 (struct aiocb *@var{aiocbp})
2080 This function is similar to the @code{aio_write} function.  The only
2081 difference is that on @w{32 bit} machines the file descriptor should
2082 be opened in the large file mode.  Internally @code{aio_write64} uses
2083 functionality equivalent to @code{lseek64} (@pxref{File Position
2084 Primitive}) to position the file descriptor correctly for the writing,
2085 as opposed to @code{lseek} functionality used in @code{aio_write}.
2087 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2088 function is available under the name @code{aio_write} and so transparently
2089 replaces the interface for small files on 32 bit machines.
2090 @end deftypefun
2092 Besides these functions with the more or less traditional interface,
2093 POSIX.1b also defines a function which can initiate more than one
2094 operation at a time, and which can handle freely mixed read and write
2095 operations.  It is therefore similar to a combination of @code{readv} and
2096 @code{writev}.
2098 @comment aio.h
2099 @comment POSIX.1b
2100 @deftypefun int lio_listio (int @var{mode}, struct aiocb *const @var{list}[], int @var{nent}, struct sigevent *@var{sig})
2101 The @code{lio_listio} function can be used to enqueue an arbitrary
2102 number of read and write requests at one time.  The requests can all be
2103 meant for the same file, all for different files or every solution in
2104 between.
2106 @code{lio_listio} gets the @var{nent} requests from the array pointed to
2107 by @var{list}.  The operation to be performed is determined by the
2108 @code{aio_lio_opcode} member in each element of @var{list}.  If this
2109 field is @code{LIO_READ} a read operation is enqueued, similar to a call
2110 of @code{aio_read} for this element of the array (except that the way
2111 the termination is signalled is different, as we will see below).  If
2112 the @code{aio_lio_opcode} member is @code{LIO_WRITE} a write operation
2113 is enqueued.  Otherwise the @code{aio_lio_opcode} must be @code{LIO_NOP}
2114 in which case this element of @var{list} is simply ignored.  This
2115 ``operation'' is useful in situations where one has a fixed array of
2116 @code{struct aiocb} elements from which only a few need to be handled at
2117 a time.  Another situation is where the @code{lio_listio} call was
2118 canceled before all requests are processed (@pxref{Cancel AIO
2119 Operations}) and the remaining requests have to be reissued.
2121 The other members of each element of the array pointed to by
2122 @code{list} must have values suitable for the operation as described in
2123 the documentation for @code{aio_read} and @code{aio_write} above.
2125 The @var{mode} argument determines how @code{lio_listio} behaves after
2126 having enqueued all the requests.  If @var{mode} is @code{LIO_WAIT} it
2127 waits until all requests terminated.  Otherwise @var{mode} must be
2128 @code{LIO_NOWAIT} and in this case the function returns immediately after
2129 having enqueued all the requests.  In this case the caller gets a
2130 notification of the termination of all requests according to the
2131 @var{sig} parameter.  If @var{sig} is @code{NULL} no notification is
2132 send.  Otherwise a signal is sent or a thread is started, just as
2133 described in the description for @code{aio_read} or @code{aio_write}.
2135 If @var{mode} is @code{LIO_WAIT}, the return value of @code{lio_listio}
2136 is @math{0} when all requests completed successfully.  Otherwise the
2137 function return @math{-1} and @code{errno} is set accordingly.  To find
2138 out which request or requests failed one has to use the @code{aio_error}
2139 function on all the elements of the array @var{list}.
2141 In case @var{mode} is @code{LIO_NOWAIT}, the function returns @math{0} if
2142 all requests were enqueued correctly.  The current state of the requests
2143 can be found using @code{aio_error} and @code{aio_return} as described
2144 above.  If @code{lio_listio} returns @math{-1} in this mode, the
2145 global variable @code{errno} is set accordingly.  If a request did not
2146 yet terminate, a call to @code{aio_error} returns @code{EINPROGRESS}.  If
2147 the value is different, the request is finished and the error value (or
2148 @math{0}) is returned and the result of the operation can be retrieved
2149 using @code{aio_return}.
2151 Possible values for @code{errno} are:
2153 @table @code
2154 @item EAGAIN
2155 The resources necessary to queue all the requests are not available at
2156 the moment.  The error status for each element of @var{list} must be
2157 checked to determine which request failed.
2159 Another reason could be that the system wide limit of AIO requests is
2160 exceeded.  This cannot be the case for the implementation on GNU systems
2161 since no arbitrary limits exist.
2162 @item EINVAL
2163 The @var{mode} parameter is invalid or @var{nent} is larger than
2164 @code{AIO_LISTIO_MAX}.
2165 @item EIO
2166 One or more of the request's I/O operations failed.  The error status of
2167 each request should be checked to determine which one failed.
2168 @item ENOSYS
2169 The @code{lio_listio} function is not supported.
2170 @end table
2172 If the @var{mode} parameter is @code{LIO_NOWAIT} and the caller cancels
2173 a request, the error status for this request returned by
2174 @code{aio_error} is @code{ECANCELED}.
2176 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2177 function is in fact @code{lio_listio64} since the LFS interface
2178 transparently replaces the normal implementation.
2179 @end deftypefun
2181 @comment aio.h
2182 @comment Unix98
2183 @deftypefun int lio_listio64 (int @var{mode}, struct aiocb *const @var{list}, int @var{nent}, struct sigevent *@var{sig})
2184 This function is similar to the @code{lio_listio} function.  The only
2185 difference is that on @w{32 bit} machines, the file descriptor should
2186 be opened in the large file mode.  Internally, @code{lio_listio64} uses
2187 functionality equivalent to @code{lseek64} (@pxref{File Position
2188 Primitive}) to position the file descriptor correctly for the reading or
2189 writing, as opposed to @code{lseek} functionality used in
2190 @code{lio_listio}.
2192 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2193 function is available under the name @code{lio_listio} and so
2194 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2195 machines.
2196 @end deftypefun
2198 @node Status of AIO Operations
2199 @subsection Getting the Status of AIO Operations
2201 As already described in the documentation of the functions in the last
2202 section, it must be possible to get information about the status of an I/O
2203 request.  When the operation is performed truly asynchronously (as with
2204 @code{aio_read} and @code{aio_write} and with @code{lio_listio} when the
2205 mode is @code{LIO_NOWAIT}), one sometimes needs to know whether a
2206 specific request already terminated and if so, what the result was.
2207 The following two functions allow you to get this kind of information.
2209 @comment aio.h
2210 @comment POSIX.1b
2211 @deftypefun int aio_error (const struct aiocb *@var{aiocbp})
2212 This function determines the error state of the request described by the
2213 @code{struct aiocb} variable pointed to by @var{aiocbp}.  If the
2214 request has not yet terminated the value returned is always
2215 @code{EINPROGRESS}.  Once the request has terminated the value
2216 @code{aio_error} returns is either @math{0} if the request completed
2217 successfully or it returns the value which would be stored in the
2218 @code{errno} variable if the request would have been done using
2219 @code{read}, @code{write}, or @code{fsync}.
2221 The function can return @code{ENOSYS} if it is not implemented.  It
2222 could also return @code{EINVAL} if the @var{aiocbp} parameter does not
2223 refer to an asynchronous operation whose return status is not yet known.
2225 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2226 function is in fact @code{aio_error64} since the LFS interface
2227 transparently replaces the normal implementation.
2228 @end deftypefun
2230 @comment aio.h
2231 @comment Unix98
2232 @deftypefun int aio_error64 (const struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2233 This function is similar to @code{aio_error} with the only difference
2234 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2235 aiocb64}.
2237 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2238 function is available under the name @code{aio_error} and so
2239 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2240 machines.
2241 @end deftypefun
2243 @comment aio.h
2244 @comment POSIX.1b
2245 @deftypefun ssize_t aio_return (const struct aiocb *@var{aiocbp})
2246 This function can be used to retrieve the return status of the operation
2247 carried out by the request described in the variable pointed to by
2248 @var{aiocbp}.  As long as the error status of this request as returned
2249 by @code{aio_error} is @code{EINPROGRESS} the return of this function is
2250 undefined.
2252 Once the request is finished this function can be used exactly once to
2253 retrieve the return value.  Following calls might lead to undefined
2254 behavior.  The return value itself is the value which would have been
2255 returned by the @code{read}, @code{write}, or @code{fsync} call.
2257 The function can return @code{ENOSYS} if it is not implemented.  It
2258 could also return @code{EINVAL} if the @var{aiocbp} parameter does not
2259 refer to an asynchronous operation whose return status is not yet known.
2261 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2262 function is in fact @code{aio_return64} since the LFS interface
2263 transparently replaces the normal implementation.
2264 @end deftypefun
2266 @comment aio.h
2267 @comment Unix98
2268 @deftypefun int aio_return64 (const struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2269 This function is similar to @code{aio_return} with the only difference
2270 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2271 aiocb64}.
2273 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2274 function is available under the name @code{aio_return} and so
2275 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2276 machines.
2277 @end deftypefun
2279 @node Synchronizing AIO Operations
2280 @subsection Getting into a Consistent State
2282 When dealing with asynchronous operations it is sometimes necessary to
2283 get into a consistent state.  This would mean for AIO that one wants to
2284 know whether a certain request or a group of request were processed.
2285 This could be done by waiting for the notification sent by the system
2286 after the operation terminated, but this sometimes would mean wasting
2287 resources (mainly computation time).  Instead POSIX.1b defines two
2288 functions which will help with most kinds of consistency.
2290 The @code{aio_fsync} and @code{aio_fsync64} functions are only available
2291 if the symbol @code{_POSIX_SYNCHRONIZED_IO} is defined in @file{unistd.h}.
2293 @cindex synchronizing
2294 @comment aio.h
2295 @comment POSIX.1b
2296 @deftypefun int aio_fsync (int @var{op}, struct aiocb *@var{aiocbp})
2297 Calling this function forces all I/O operations operating queued at the
2298 time of the function call operating on the file descriptor
2299 @code{aiocbp->aio_fildes} into the synchronized I/O completion state
2300 (@pxref{Synchronizing I/O}).  The @code{aio_fsync} function returns
2301 immediately but the notification through the method described in
2302 @code{aiocbp->aio_sigevent} will happen only after all requests for this
2303 file descriptor have terminated and the file is synchronized.  This also
2304 means that requests for this very same file descriptor which are queued
2305 after the synchronization request are not affected.
2307 If @var{op} is @code{O_DSYNC} the synchronization happens as with a call
2308 to @code{fdatasync}.  Otherwise @var{op} should be @code{O_SYNC} and
2309 the synchronization happens as with @code{fsync}.
2311 As long as the synchronization has not happened, a call to
2312 @code{aio_error} with the reference to the object pointed to by
2313 @var{aiocbp} returns @code{EINPROGRESS}.  Once the synchronization is
2314 done @code{aio_error} return @math{0} if the synchronization was not
2315 successful.  Otherwise the value returned is the value to which the
2316 @code{fsync} or @code{fdatasync} function would have set the
2317 @code{errno} variable.  In this case nothing can be assumed about the
2318 consistency for the data written to this file descriptor.
2320 The return value of this function is @math{0} if the request was
2321 successfully enqueued.  Otherwise the return value is @math{-1} and
2322 @code{errno} is set to one of the following values:
2324 @table @code
2325 @item EAGAIN
2326 The request could not be enqueued due to temporary lack of resources.
2327 @item EBADF
2328 The file descriptor @code{aiocbp->aio_fildes} is not valid or not open
2329 for writing.
2330 @item EINVAL
2331 The implementation does not support I/O synchronization or the @var{op}
2332 parameter is other than @code{O_DSYNC} and @code{O_SYNC}.
2333 @item ENOSYS
2334 This function is not implemented.
2335 @end table
2337 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2338 function is in fact @code{aio_fsync64} since the LFS interface
2339 transparently replaces the normal implementation.
2340 @end deftypefun
2342 @comment aio.h
2343 @comment Unix98
2344 @deftypefun int aio_fsync64 (int @var{op}, struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2345 This function is similar to @code{aio_fsync} with the only difference
2346 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2347 aiocb64}.
2349 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2350 function is available under the name @code{aio_fsync} and so
2351 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2352 machines.
2353 @end deftypefun
2355 Another method of synchronization is to wait until one or more requests of a
2356 specific set terminated.  This could be achieved by the @code{aio_*}
2357 functions to notify the initiating process about the termination but in
2358 some situations this is not the ideal solution.  In a program which
2359 constantly updates clients somehow connected to the server it is not
2360 always the best solution to go round robin since some connections might
2361 be slow.  On the other hand letting the @code{aio_*} function notify the
2362 caller might also be not the best solution since whenever the process
2363 works on preparing data for on client it makes no sense to be
2364 interrupted by a notification since the new client will not be handled
2365 before the current client is served.  For situations like this
2366 @code{aio_suspend} should be used.
2368 @comment aio.h
2369 @comment POSIX.1b
2370 @deftypefun int aio_suspend (const struct aiocb *const @var{list}[], int @var{nent}, const struct timespec *@var{timeout})
2371 When calling this function, the calling thread is suspended until at
2372 least one of the requests pointed to by the @var{nent} elements of the
2373 array @var{list} has completed.  If any of the requests has already
2374 completed at the time @code{aio_suspend} is called, the function returns
2375 immediately.  Whether a request has terminated or not is determined by
2376 comparing the error status of the request with @code{EINPROGRESS}.  If
2377 an element of @var{list} is @code{NULL}, the entry is simply ignored.
2379 If no request has finished, the calling process is suspended.  If
2380 @var{timeout} is @code{NULL}, the process is not woken until a request
2381 has finished.  If @var{timeout} is not @code{NULL}, the process remains
2382 suspended at least as long as specified in @var{timeout}.  In this case,
2383 @code{aio_suspend} returns with an error.
2385 The return value of the function is @math{0} if one or more requests
2386 from the @var{list} have terminated.  Otherwise the function returns
2387 @math{-1} and @code{errno} is set to one of the following values:
2389 @table @code
2390 @item EAGAIN
2391 None of the requests from the @var{list} completed in the time specified
2392 by @var{timeout}.
2393 @item EINTR
2394 A signal interrupted the @code{aio_suspend} function.  This signal might
2395 also be sent by the AIO implementation while signalling the termination
2396 of one of the requests.
2397 @item ENOSYS
2398 The @code{aio_suspend} function is not implemented.
2399 @end table
2401 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2402 function is in fact @code{aio_suspend64} since the LFS interface
2403 transparently replaces the normal implementation.
2404 @end deftypefun
2406 @comment aio.h
2407 @comment Unix98
2408 @deftypefun int aio_suspend64 (const struct aiocb64 *const @var{list}[], int @var{nent}, const struct timespec *@var{timeout})
2409 This function is similar to @code{aio_suspend} with the only difference
2410 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2411 aiocb64}.
2413 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2414 function is available under the name @code{aio_suspend} and so
2415 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2416 machines.
2417 @end deftypefun
2419 @node Cancel AIO Operations
2420 @subsection Cancellation of AIO Operations
2422 When one or more requests are asynchronously processed, it might be
2423 useful in some situations to cancel a selected operation, e.g., if it
2424 becomes obvious that the written data is no longer accurate and would
2425 have to be overwritten soon.  As an example, assume an application, which
2426 writes data in files in a situation where new incoming data would have
2427 to be written in a file which will be updated by an enqueued request.
2428 The POSIX AIO implementation provides such a function, but this function
2429 is not capable of forcing the cancellation of the request.  It is up to the
2430 implementation to decide whether it is possible to cancel the operation
2431 or not.  Therefore using this function is merely a hint.
2433 @comment aio.h
2434 @comment POSIX.1b
2435 @deftypefun int aio_cancel (int @var{fildes}, struct aiocb *@var{aiocbp})
2436 The @code{aio_cancel} function can be used to cancel one or more
2437 outstanding requests.  If the @var{aiocbp} parameter is @code{NULL}, the
2438 function tries to cancel all of the outstanding requests which would process
2439 the file descriptor @var{fildes} (i.e., whose @code{aio_fildes} member
2440 is @var{fildes}).  If @var{aiocbp} is not @code{NULL}, @code{aio_cancel}
2441 attempts to cancel the specific request pointed to by @var{aiocbp}.
2443 For requests which were successfully canceled, the normal notification
2444 about the termination of the request should take place.  I.e., depending
2445 on the @code{struct sigevent} object which controls this, nothing
2446 happens, a signal is sent or a thread is started.  If the request cannot
2447 be canceled, it terminates the usual way after performing the operation.
2449 After a request is successfully canceled, a call to @code{aio_error} with
2450 a reference to this request as the parameter will return
2451 @code{ECANCELED} and a call to @code{aio_return} will return @math{-1}.
2452 If the request wasn't canceled and is still running the error status is
2453 still @code{EINPROGRESS}.
2455 The return value of the function is @code{AIO_CANCELED} if there were
2456 requests which haven't terminated and which were successfully canceled.
2457 If there is one or more requests left which couldn't be canceled, the
2458 return value is @code{AIO_NOTCANCELED}.  In this case @code{aio_error}
2459 must be used to find out which of the, perhaps multiple, requests (in
2460 @var{aiocbp} is @code{NULL}) weren't successfully canceled.  If all
2461 requests already terminated at the time @code{aio_cancel} is called the
2462 return value is @code{AIO_ALLDONE}.
2464 If an error occurred during the execution of @code{aio_cancel} the
2465 function returns @math{-1} and sets @code{errno} to one of the following
2466 values.
2468 @table @code
2469 @item EBADF
2470 The file descriptor @var{fildes} is not valid.
2471 @item ENOSYS
2472 @code{aio_cancel} is not implemented.
2473 @end table
2475 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2476 function is in fact @code{aio_cancel64} since the LFS interface
2477 transparently replaces the normal implementation.
2478 @end deftypefun
2480 @comment aio.h
2481 @comment Unix98
2482 @deftypefun int aio_cancel64 (int @var{fildes}, struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2483 This function is similar to @code{aio_cancel} with the only difference
2484 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2485 aiocb64}.
2487 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2488 function is available under the name @code{aio_cancel} and so
2489 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2490 machines.
2491 @end deftypefun
2493 @node Configuration of AIO
2494 @subsection How to optimize the AIO implementation
2496 The POSIX standard does not specify how the AIO functions are
2497 implemented.  They could be system calls, but it is also possible to
2498 emulate them at userlevel.
2500 At the point of this writing, the available implementation is a userlevel
2501 implementation which uses threads for handling the enqueued requests.
2502 While this implementation requires making some decisions about
2503 limitations, hard limitations are something which is best avoided
2504 in the GNU C library.  Therefore, the GNU C library provides a means
2505 for tuning the AIO implementation according to the individual use.
2507 @comment aio.h
2508 @comment GNU
2509 @deftp {Data Type} {struct aioinit}
2510 This data type is used to pass the configuration or tunable parameters
2511 to the implementation.  The program has to initialize the members of
2512 this struct and pass it to the implementation using the @code{aio_init}
2513 function.
2515 @table @code
2516 @item int aio_threads
2517 This member specifies the maximal number of threads which may be used
2518 at any one time.
2519 @item int aio_num
2520 This number provides an estimate on the maximal number of simultaneously
2521 enqueued requests.
2522 @item int aio_locks
2523 Unused.
2524 @item int aio_usedba
2525 Unused.
2526 @item int aio_debug
2527 Unused.
2528 @item int aio_numusers
2529 Unused.
2530 @item int aio_reserved[2]
2531 Unused.
2532 @end table
2533 @end deftp
2535 @comment aio.h
2536 @comment GNU
2537 @deftypefun void aio_init (const struct aioinit *@var{init})
2538 This function must be called before any other AIO function.  Calling it
2539 is completely voluntary, as it is only meant to help the AIO
2540 implementation perform better.
2542 Before calling the @code{aio_init}, function the members of a variable of
2543 type @code{struct aioinit} must be initialized.  Then a reference to
2544 this variable is passed as the parameter to @code{aio_init} which itself
2545 may or may not pay attention to the hints.
2547 The function has no return value and no error cases are defined.  It is
2548 a extension which follows a proposal from the SGI implementation in
2549 @w{Irix 6}.  It is not covered by POSIX.1b or Unix98.
2550 @end deftypefun
2552 @node Control Operations
2553 @section Control Operations on Files
2555 @cindex control operations on files
2556 @cindex @code{fcntl} function
2557 This section describes how you can perform various other operations on
2558 file descriptors, such as inquiring about or setting flags describing
2559 the status of the file descriptor, manipulating record locks, and the
2560 like.  All of these operations are performed by the function @code{fcntl}.
2562 The second argument to the @code{fcntl} function is a command that
2563 specifies which operation to perform.  The function and macros that name
2564 various flags that are used with it are declared in the header file
2565 @file{fcntl.h}.  Many of these flags are also used by the @code{open}
2566 function; see @ref{Opening and Closing Files}.
2567 @pindex fcntl.h
2569 @comment fcntl.h
2570 @comment POSIX.1
2571 @deftypefun int fcntl (int @var{filedes}, int @var{command}, @dots{})
2572 The @code{fcntl} function performs the operation specified by
2573 @var{command} on the file descriptor @var{filedes}.  Some commands
2574 require additional arguments to be supplied.  These additional arguments
2575 and the return value and error conditions are given in the detailed
2576 descriptions of the individual commands.
2578 Briefly, here is a list of what the various commands are.
2580 @table @code
2581 @item F_DUPFD
2582 Duplicate the file descriptor (return another file descriptor pointing
2583 to the same open file).  @xref{Duplicating Descriptors}.
2585 @item F_GETFD
2586 Get flags associated with the file descriptor.  @xref{Descriptor Flags}.
2588 @item F_SETFD
2589 Set flags associated with the file descriptor.  @xref{Descriptor Flags}.
2591 @item F_GETFL
2592 Get flags associated with the open file.  @xref{File Status Flags}.
2594 @item F_SETFL
2595 Set flags associated with the open file.  @xref{File Status Flags}.
2597 @item F_GETLK
2598 Get a file lock.  @xref{File Locks}.
2600 @item F_SETLK
2601 Set or clear a file lock.  @xref{File Locks}.
2603 @item F_SETLKW
2604 Like @code{F_SETLK}, but wait for completion.  @xref{File Locks}.
2606 @item F_GETOWN
2607 Get process or process group ID to receive @code{SIGIO} signals.
2608 @xref{Interrupt Input}.
2610 @item F_SETOWN
2611 Set process or process group ID to receive @code{SIGIO} signals.
2612 @xref{Interrupt Input}.
2613 @end table
2615 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
2616 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
2617 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{fcntl} is
2618 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
2619 until the program ends.  To avoid this calls to @code{fcntl} should be
2620 protected using cancellation handlers.
2621 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
2622 @end deftypefun
2625 @node Duplicating Descriptors
2626 @section Duplicating Descriptors
2628 @cindex duplicating file descriptors
2629 @cindex redirecting input and output
2631 You can @dfn{duplicate} a file descriptor, or allocate another file
2632 descriptor that refers to the same open file as the original.  Duplicate
2633 descriptors share one file position and one set of file status flags
2634 (@pxref{File Status Flags}), but each has its own set of file descriptor
2635 flags (@pxref{Descriptor Flags}).
2637 The major use of duplicating a file descriptor is to implement
2638 @dfn{redirection} of input or output:  that is, to change the
2639 file or pipe that a particular file descriptor corresponds to.
2641 You can perform this operation using the @code{fcntl} function with the
2642 @code{F_DUPFD} command, but there are also convenient functions
2643 @code{dup} and @code{dup2} for duplicating descriptors.
2645 @pindex unistd.h
2646 @pindex fcntl.h
2647 The @code{fcntl} function and flags are declared in @file{fcntl.h},
2648 while prototypes for @code{dup} and @code{dup2} are in the header file
2649 @file{unistd.h}.
2651 @comment unistd.h
2652 @comment POSIX.1
2653 @deftypefun int dup (int @var{old})
2654 This function copies descriptor @var{old} to the first available
2655 descriptor number (the first number not currently open).  It is
2656 equivalent to @code{fcntl (@var{old}, F_DUPFD, 0)}.
2657 @end deftypefun
2659 @comment unistd.h
2660 @comment POSIX.1
2661 @deftypefun int dup2 (int @var{old}, int @var{new})
2662 This function copies the descriptor @var{old} to descriptor number
2663 @var{new}.
2665 If @var{old} is an invalid descriptor, then @code{dup2} does nothing; it
2666 does not close @var{new}.  Otherwise, the new duplicate of @var{old}
2667 replaces any previous meaning of descriptor @var{new}, as if @var{new}
2668 were closed first.
2670 If @var{old} and @var{new} are different numbers, and @var{old} is a
2671 valid descriptor number, then @code{dup2} is equivalent to:
2673 @smallexample
2674 close (@var{new});
2675 fcntl (@var{old}, F_DUPFD, @var{new})
2676 @end smallexample
2678 However, @code{dup2} does this atomically; there is no instant in the
2679 middle of calling @code{dup2} at which @var{new} is closed and not yet a
2680 duplicate of @var{old}.
2681 @end deftypefun
2683 @comment fcntl.h
2684 @comment POSIX.1
2685 @deftypevr Macro int F_DUPFD
2686 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
2687 copy the file descriptor given as the first argument.
2689 The form of the call in this case is:
2691 @smallexample
2692 fcntl (@var{old}, F_DUPFD, @var{next-filedes})
2693 @end smallexample
2695 The @var{next-filedes} argument is of type @code{int} and specifies that
2696 the file descriptor returned should be the next available one greater
2697 than or equal to this value.
2699 The return value from @code{fcntl} with this command is normally the value
2700 of the new file descriptor.  A return value of @math{-1} indicates an
2701 error.  The following @code{errno} error conditions are defined for
2702 this command:
2704 @table @code
2705 @item EBADF
2706 The @var{old} argument is invalid.
2708 @item EINVAL
2709 The @var{next-filedes} argument is invalid.
2711 @item EMFILE
2712 There are no more file descriptors available---your program is already
2713 using the maximum.  In BSD and GNU, the maximum is controlled by a
2714 resource limit that can be changed; @pxref{Limits on Resources}, for
2715 more information about the @code{RLIMIT_NOFILE} limit.
2716 @end table
2718 @code{ENFILE} is not a possible error code for @code{dup2} because
2719 @code{dup2} does not create a new opening of a file; duplicate
2720 descriptors do not count toward the limit which @code{ENFILE}
2721 indicates.  @code{EMFILE} is possible because it refers to the limit on
2722 distinct descriptor numbers in use in one process.
2723 @end deftypevr
2725 Here is an example showing how to use @code{dup2} to do redirection.
2726 Typically, redirection of the standard streams (like @code{stdin}) is
2727 done by a shell or shell-like program before calling one of the
2728 @code{exec} functions (@pxref{Executing a File}) to execute a new
2729 program in a child process.  When the new program is executed, it
2730 creates and initializes the standard streams to point to the
2731 corresponding file descriptors, before its @code{main} function is
2732 invoked.
2734 So, to redirect standard input to a file, the shell could do something
2735 like:
2737 @smallexample
2738 pid = fork ();
2739 if (pid == 0)
2740   @{
2741     char *filename;
2742     char *program;
2743     int file;
2744     @dots{}
2745     file = TEMP_FAILURE_RETRY (open (filename, O_RDONLY));
2746     dup2 (file, STDIN_FILENO);
2747     TEMP_FAILURE_RETRY (close (file));
2748     execv (program, NULL);
2749   @}
2750 @end smallexample
2752 There is also a more detailed example showing how to implement redirection
2753 in the context of a pipeline of processes in @ref{Launching Jobs}.
2756 @node Descriptor Flags
2757 @section File Descriptor Flags
2758 @cindex file descriptor flags
2760 @dfn{File descriptor flags} are miscellaneous attributes of a file
2761 descriptor.  These flags are associated with particular file
2762 descriptors, so that if you have created duplicate file descriptors
2763 from a single opening of a file, each descriptor has its own set of flags.
2765 Currently there is just one file descriptor flag: @code{FD_CLOEXEC},
2766 which causes the descriptor to be closed if you use any of the
2767 @code{exec@dots{}} functions (@pxref{Executing a File}).
2769 The symbols in this section are defined in the header file
2770 @file{fcntl.h}.
2771 @pindex fcntl.h
2773 @comment fcntl.h
2774 @comment POSIX.1
2775 @deftypevr Macro int F_GETFD
2776 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
2777 specify that it should return the file descriptor flags associated
2778 with the @var{filedes} argument.
2780 The normal return value from @code{fcntl} with this command is a
2781 nonnegative number which can be interpreted as the bitwise OR of the
2782 individual flags (except that currently there is only one flag to use).
2784 In case of an error, @code{fcntl} returns @math{-1}.  The following
2785 @code{errno} error conditions are defined for this command:
2787 @table @code
2788 @item EBADF
2789 The @var{filedes} argument is invalid.
2790 @end table
2791 @end deftypevr
2794 @comment fcntl.h
2795 @comment POSIX.1
2796 @deftypevr Macro int F_SETFD
2797 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
2798 specify that it should set the file descriptor flags associated with the
2799 @var{filedes} argument.  This requires a third @code{int} argument to
2800 specify the new flags, so the form of the call is:
2802 @smallexample
2803 fcntl (@var{filedes}, F_SETFD, @var{new-flags})
2804 @end smallexample
2806 The normal return value from @code{fcntl} with this command is an
2807 unspecified value other than @math{-1}, which indicates an error.
2808 The flags and error conditions are the same as for the @code{F_GETFD}
2809 command.
2810 @end deftypevr
2812 The following macro is defined for use as a file descriptor flag with
2813 the @code{fcntl} function.  The value is an integer constant usable
2814 as a bit mask value.
2816 @comment fcntl.h
2817 @comment POSIX.1
2818 @deftypevr Macro int FD_CLOEXEC
2819 @cindex close-on-exec (file descriptor flag)
2820 This flag specifies that the file descriptor should be closed when
2821 an @code{exec} function is invoked; see @ref{Executing a File}.  When
2822 a file descriptor is allocated (as with @code{open} or @code{dup}),
2823 this bit is initially cleared on the new file descriptor, meaning that
2824 descriptor will survive into the new program after @code{exec}.
2825 @end deftypevr
2827 If you want to modify the file descriptor flags, you should get the
2828 current flags with @code{F_GETFD} and modify the value.  Don't assume
2829 that the flags listed here are the only ones that are implemented; your
2830 program may be run years from now and more flags may exist then.  For
2831 example, here is a function to set or clear the flag @code{FD_CLOEXEC}
2832 without altering any other flags:
2834 @smallexample
2835 /* @r{Set the @code{FD_CLOEXEC} flag of @var{desc} if @var{value} is nonzero,}
2836    @r{or clear the flag if @var{value} is 0.}
2837    @r{Return 0 on success, or -1 on error with @code{errno} set.} */
2840 set_cloexec_flag (int desc, int value)
2842   int oldflags = fcntl (desc, F_GETFD, 0);
2843   /* @r{If reading the flags failed, return error indication now.} */
2844   if (oldflags < 0)
2845     return oldflags;
2846   /* @r{Set just the flag we want to set.} */
2847   if (value != 0)
2848     oldflags |= FD_CLOEXEC;
2849   else
2850     oldflags &= ~FD_CLOEXEC;
2851   /* @r{Store modified flag word in the descriptor.} */
2852   return fcntl (desc, F_SETFD, oldflags);
2854 @end smallexample
2856 @node File Status Flags
2857 @section File Status Flags
2858 @cindex file status flags
2860 @dfn{File status flags} are used to specify attributes of the opening of a
2861 file.  Unlike the file descriptor flags discussed in @ref{Descriptor
2862 Flags}, the file status flags are shared by duplicated file descriptors
2863 resulting from a single opening of the file.  The file status flags are
2864 specified with the @var{flags} argument to @code{open};
2865 @pxref{Opening and Closing Files}.
2867 File status flags fall into three categories, which are described in the
2868 following sections.
2870 @itemize @bullet
2871 @item
2872 @ref{Access Modes}, specify what type of access is allowed to the
2873 file: reading, writing, or both.  They are set by @code{open} and are
2874 returned by @code{fcntl}, but cannot be changed.
2876 @item
2877 @ref{Open-time Flags}, control details of what @code{open} will do.
2878 These flags are not preserved after the @code{open} call.
2880 @item
2881 @ref{Operating Modes}, affect how operations such as @code{read} and
2882 @code{write} are done.  They are set by @code{open}, and can be fetched or
2883 changed with @code{fcntl}.
2884 @end itemize
2886 The symbols in this section are defined in the header file
2887 @file{fcntl.h}.
2888 @pindex fcntl.h
2890 @menu
2891 * Access Modes::                Whether the descriptor can read or write.
2892 * Open-time Flags::             Details of @code{open}.
2893 * Operating Modes::             Special modes to control I/O operations.
2894 * Getting File Status Flags::   Fetching and changing these flags.
2895 @end menu
2897 @node Access Modes
2898 @subsection File Access Modes
2900 The file access modes allow a file descriptor to be used for reading,
2901 writing, or both.  (In the GNU system, they can also allow none of these,
2902 and allow execution of the file as a program.)  The access modes are chosen
2903 when the file is opened, and never change.
2905 @comment fcntl.h
2906 @comment POSIX.1
2907 @deftypevr Macro int O_RDONLY
2908 Open the file for read access.
2909 @end deftypevr
2911 @comment fcntl.h
2912 @comment POSIX.1
2913 @deftypevr Macro int O_WRONLY
2914 Open the file for write access.
2915 @end deftypevr
2917 @comment fcntl.h
2918 @comment POSIX.1
2919 @deftypevr Macro int O_RDWR
2920 Open the file for both reading and writing.
2921 @end deftypevr
2923 In the GNU system (and not in other systems), @code{O_RDONLY} and
2924 @code{O_WRONLY} are independent bits that can be bitwise-ORed together,
2925 and it is valid for either bit to be set or clear.  This means that
2926 @code{O_RDWR} is the same as @code{O_RDONLY|O_WRONLY}.  A file access
2927 mode of zero is permissible; it allows no operations that do input or
2928 output to the file, but does allow other operations such as
2929 @code{fchmod}.  On the GNU system, since ``read-only'' or ``write-only''
2930 is a misnomer, @file{fcntl.h} defines additional names for the file
2931 access modes.  These names are preferred when writing GNU-specific code.
2932 But most programs will want to be portable to other POSIX.1 systems and
2933 should use the POSIX.1 names above instead.
2935 @comment fcntl.h
2936 @comment GNU
2937 @deftypevr Macro int O_READ
2938 Open the file for reading.  Same as @code{O_RDONLY}; only defined on GNU.
2939 @end deftypevr
2941 @comment fcntl.h
2942 @comment GNU
2943 @deftypevr Macro int O_WRITE
2944 Open the file for writing.  Same as @code{O_WRONLY}; only defined on GNU.
2945 @end deftypevr
2947 @comment fcntl.h
2948 @comment GNU
2949 @deftypevr Macro int O_EXEC
2950 Open the file for executing.  Only defined on GNU.
2951 @end deftypevr
2953 To determine the file access mode with @code{fcntl}, you must extract
2954 the access mode bits from the retrieved file status flags.  In the GNU
2955 system, you can just test the @code{O_READ} and @code{O_WRITE} bits in
2956 the flags word.  But in other POSIX.1 systems, reading and writing
2957 access modes are not stored as distinct bit flags.  The portable way to
2958 extract the file access mode bits is with @code{O_ACCMODE}.
2960 @comment fcntl.h
2961 @comment POSIX.1
2962 @deftypevr Macro int O_ACCMODE
2963 This macro stands for a mask that can be bitwise-ANDed with the file
2964 status flag value to produce a value representing the file access mode.
2965 The mode will be @code{O_RDONLY}, @code{O_WRONLY}, or @code{O_RDWR}.
2966 (In the GNU system it could also be zero, and it never includes the
2967 @code{O_EXEC} bit.)
2968 @end deftypevr
2970 @node Open-time Flags
2971 @subsection Open-time Flags
2973 The open-time flags specify options affecting how @code{open} will behave.
2974 These options are not preserved once the file is open.  The exception to
2975 this is @code{O_NONBLOCK}, which is also an I/O operating mode and so it
2976 @emph{is} saved.  @xref{Opening and Closing Files}, for how to call
2977 @code{open}.
2979 There are two sorts of options specified by open-time flags.
2981 @itemize @bullet
2982 @item
2983 @dfn{File name translation flags} affect how @code{open} looks up the
2984 file name to locate the file, and whether the file can be created.
2985 @cindex file name translation flags
2986 @cindex flags, file name translation
2988 @item
2989 @dfn{Open-time action flags} specify extra operations that @code{open} will
2990 perform on the file once it is open.
2991 @cindex open-time action flags
2992 @cindex flags, open-time action
2993 @end itemize
2995 Here are the file name translation flags.
2997 @comment fcntl.h
2998 @comment POSIX.1
2999 @deftypevr Macro int O_CREAT
3000 If set, the file will be created if it doesn't already exist.
3001 @c !!! mode arg, umask
3002 @cindex create on open (file status flag)
3003 @end deftypevr
3005 @comment fcntl.h
3006 @comment POSIX.1
3007 @deftypevr Macro int O_EXCL
3008 If both @code{O_CREAT} and @code{O_EXCL} are set, then @code{open} fails
3009 if the specified file already exists.  This is guaranteed to never
3010 clobber an existing file.
3011 @end deftypevr
3013 @comment fcntl.h
3014 @comment POSIX.1
3015 @deftypevr Macro int O_NONBLOCK
3016 @cindex non-blocking open
3017 This prevents @code{open} from blocking for a ``long time'' to open the
3018 file.  This is only meaningful for some kinds of files, usually devices
3019 such as serial ports; when it is not meaningful, it is harmless and
3020 ignored.  Often opening a port to a modem blocks until the modem reports
3021 carrier detection; if @code{O_NONBLOCK} is specified, @code{open} will
3022 return immediately without a carrier.
3024 Note that the @code{O_NONBLOCK} flag is overloaded as both an I/O operating
3025 mode and a file name translation flag.  This means that specifying
3026 @code{O_NONBLOCK} in @code{open} also sets nonblocking I/O mode;
3027 @pxref{Operating Modes}.  To open the file without blocking but do normal
3028 I/O that blocks, you must call @code{open} with @code{O_NONBLOCK} set and
3029 then call @code{fcntl} to turn the bit off.
3030 @end deftypevr
3032 @comment fcntl.h
3033 @comment POSIX.1
3034 @deftypevr Macro int O_NOCTTY
3035 If the named file is a terminal device, don't make it the controlling
3036 terminal for the process.  @xref{Job Control}, for information about
3037 what it means to be the controlling terminal.
3039 In the GNU system and 4.4 BSD, opening a file never makes it the
3040 controlling terminal and @code{O_NOCTTY} is zero.  However, other
3041 systems may use a nonzero value for @code{O_NOCTTY} and set the
3042 controlling terminal when you open a file that is a terminal device; so
3043 to be portable, use @code{O_NOCTTY} when it is important to avoid this.
3044 @cindex controlling terminal, setting
3045 @end deftypevr
3047 The following three file name translation flags exist only in the GNU system.
3049 @comment fcntl.h
3050 @comment GNU
3051 @deftypevr Macro int O_IGNORE_CTTY
3052 Do not recognize the named file as the controlling terminal, even if it
3053 refers to the process's existing controlling terminal device.  Operations
3054 on the new file descriptor will never induce job control signals.
3055 @xref{Job Control}.
3056 @end deftypevr
3058 @comment fcntl.h
3059 @comment GNU
3060 @deftypevr Macro int O_NOLINK
3061 If the named file is a symbolic link, open the link itself instead of
3062 the file it refers to.  (@code{fstat} on the new file descriptor will
3063 return the information returned by @code{lstat} on the link's name.)
3064 @cindex symbolic link, opening
3065 @end deftypevr
3067 @comment fcntl.h
3068 @comment GNU
3069 @deftypevr Macro int O_NOTRANS
3070 If the named file is specially translated, do not invoke the translator.
3071 Open the bare file the translator itself sees.
3072 @end deftypevr
3075 The open-time action flags tell @code{open} to do additional operations
3076 which are not really related to opening the file.  The reason to do them
3077 as part of @code{open} instead of in separate calls is that @code{open}
3078 can do them @i{atomically}.
3080 @comment fcntl.h
3081 @comment POSIX.1
3082 @deftypevr Macro int O_TRUNC
3083 Truncate the file to zero length.  This option is only useful for
3084 regular files, not special files such as directories or FIFOs.  POSIX.1
3085 requires that you open the file for writing to use @code{O_TRUNC}.  In
3086 BSD and GNU you must have permission to write the file to truncate it,
3087 but you need not open for write access.
3089 This is the only open-time action flag specified by POSIX.1.  There is
3090 no good reason for truncation to be done by @code{open}, instead of by
3091 calling @code{ftruncate} afterwards.  The @code{O_TRUNC} flag existed in
3092 Unix before @code{ftruncate} was invented, and is retained for backward
3093 compatibility.
3094 @end deftypevr
3096 The remaining operating modes are BSD extensions.  They exist only
3097 on some systems.  On other systems, these macros are not defined.
3099 @comment fcntl.h
3100 @comment BSD
3101 @deftypevr Macro int O_SHLOCK
3102 Acquire a shared lock on the file, as with @code{flock}.
3103 @xref{File Locks}.
3105 If @code{O_CREAT} is specified, the locking is done atomically when
3106 creating the file.  You are guaranteed that no other process will get
3107 the lock on the new file first.
3108 @end deftypevr
3110 @comment fcntl.h
3111 @comment BSD
3112 @deftypevr Macro int O_EXLOCK
3113 Acquire an exclusive lock on the file, as with @code{flock}.
3114 @xref{File Locks}.  This is atomic like @code{O_SHLOCK}.
3115 @end deftypevr
3117 @node Operating Modes
3118 @subsection I/O Operating Modes
3120 The operating modes affect how input and output operations using a file
3121 descriptor work.  These flags are set by @code{open} and can be fetched
3122 and changed with @code{fcntl}.
3124 @comment fcntl.h
3125 @comment POSIX.1
3126 @deftypevr Macro int O_APPEND
3127 The bit that enables append mode for the file.  If set, then all
3128 @code{write} operations write the data at the end of the file, extending
3129 it, regardless of the current file position.  This is the only reliable
3130 way to append to a file.  In append mode, you are guaranteed that the
3131 data you write will always go to the current end of the file, regardless
3132 of other processes writing to the file.  Conversely, if you simply set
3133 the file position to the end of file and write, then another process can
3134 extend the file after you set the file position but before you write,
3135 resulting in your data appearing someplace before the real end of file.
3136 @end deftypevr
3138 @comment fcntl.h
3139 @comment POSIX.1
3140 @deftypevr Macro int O_NONBLOCK
3141 The bit that enables nonblocking mode for the file.  If this bit is set,
3142 @code{read} requests on the file can return immediately with a failure
3143 status if there is no input immediately available, instead of blocking.
3144 Likewise, @code{write} requests can also return immediately with a
3145 failure status if the output can't be written immediately.
3147 Note that the @code{O_NONBLOCK} flag is overloaded as both an I/O
3148 operating mode and a file name translation flag; @pxref{Open-time Flags}.
3149 @end deftypevr
3151 @comment fcntl.h
3152 @comment BSD
3153 @deftypevr Macro int O_NDELAY
3154 This is an obsolete name for @code{O_NONBLOCK}, provided for
3155 compatibility with BSD.  It is not defined by the POSIX.1 standard.
3156 @end deftypevr
3158 The remaining operating modes are BSD and GNU extensions.  They exist only
3159 on some systems.  On other systems, these macros are not defined.
3161 @comment fcntl.h
3162 @comment BSD
3163 @deftypevr Macro int O_ASYNC
3164 The bit that enables asynchronous input mode.  If set, then @code{SIGIO}
3165 signals will be generated when input is available.  @xref{Interrupt Input}.
3167 Asynchronous input mode is a BSD feature.
3168 @end deftypevr
3170 @comment fcntl.h
3171 @comment BSD
3172 @deftypevr Macro int O_FSYNC
3173 The bit that enables synchronous writing for the file.  If set, each
3174 @code{write} call will make sure the data is reliably stored on disk before
3175 returning. @c !!! xref fsync
3177 Synchronous writing is a BSD feature.
3178 @end deftypevr
3180 @comment fcntl.h
3181 @comment BSD
3182 @deftypevr Macro int O_SYNC
3183 This is another name for @code{O_FSYNC}.  They have the same value.
3184 @end deftypevr
3186 @comment fcntl.h
3187 @comment GNU
3188 @deftypevr Macro int O_NOATIME
3189 If this bit is set, @code{read} will not update the access time of the
3190 file.  @xref{File Times}.  This is used by programs that do backups, so
3191 that backing a file up does not count as reading it.
3192 Only the owner of the file or the superuser may use this bit.
3194 This is a GNU extension.
3195 @end deftypevr
3197 @node Getting File Status Flags
3198 @subsection Getting and Setting File Status Flags
3200 The @code{fcntl} function can fetch or change file status flags.
3202 @comment fcntl.h
3203 @comment POSIX.1
3204 @deftypevr Macro int F_GETFL
3205 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3206 read the file status flags for the open file with descriptor
3207 @var{filedes}.
3209 The normal return value from @code{fcntl} with this command is a
3210 nonnegative number which can be interpreted as the bitwise OR of the
3211 individual flags.  Since the file access modes are not single-bit values,
3212 you can mask off other bits in the returned flags with @code{O_ACCMODE}
3213 to compare them.
3215 In case of an error, @code{fcntl} returns @math{-1}.  The following
3216 @code{errno} error conditions are defined for this command:
3218 @table @code
3219 @item EBADF
3220 The @var{filedes} argument is invalid.
3221 @end table
3222 @end deftypevr
3224 @comment fcntl.h
3225 @comment POSIX.1
3226 @deftypevr Macro int F_SETFL
3227 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to set
3228 the file status flags for the open file corresponding to the
3229 @var{filedes} argument.  This command requires a third @code{int}
3230 argument to specify the new flags, so the call looks like this:
3232 @smallexample
3233 fcntl (@var{filedes}, F_SETFL, @var{new-flags})
3234 @end smallexample
3236 You can't change the access mode for the file in this way; that is,
3237 whether the file descriptor was opened for reading or writing.
3239 The normal return value from @code{fcntl} with this command is an
3240 unspecified value other than @math{-1}, which indicates an error.  The
3241 error conditions are the same as for the @code{F_GETFL} command.
3242 @end deftypevr
3244 If you want to modify the file status flags, you should get the current
3245 flags with @code{F_GETFL} and modify the value.  Don't assume that the
3246 flags listed here are the only ones that are implemented; your program
3247 may be run years from now and more flags may exist then.  For example,
3248 here is a function to set or clear the flag @code{O_NONBLOCK} without
3249 altering any other flags:
3251 @smallexample
3252 @group
3253 /* @r{Set the @code{O_NONBLOCK} flag of @var{desc} if @var{value} is nonzero,}
3254    @r{or clear the flag if @var{value} is 0.}
3255    @r{Return 0 on success, or -1 on error with @code{errno} set.} */
3258 set_nonblock_flag (int desc, int value)
3260   int oldflags = fcntl (desc, F_GETFL, 0);
3261   /* @r{If reading the flags failed, return error indication now.} */
3262   if (oldflags == -1)
3263     return -1;
3264   /* @r{Set just the flag we want to set.} */
3265   if (value != 0)
3266     oldflags |= O_NONBLOCK;
3267   else
3268     oldflags &= ~O_NONBLOCK;
3269   /* @r{Store modified flag word in the descriptor.} */
3270   return fcntl (desc, F_SETFL, oldflags);
3272 @end group
3273 @end smallexample
3275 @node File Locks
3276 @section File Locks
3278 @cindex file locks
3279 @cindex record locking
3280 The remaining @code{fcntl} commands are used to support @dfn{record
3281 locking}, which permits multiple cooperating programs to prevent each
3282 other from simultaneously accessing parts of a file in error-prone
3283 ways.
3285 @cindex exclusive lock
3286 @cindex write lock
3287 An @dfn{exclusive} or @dfn{write} lock gives a process exclusive access
3288 for writing to the specified part of the file.  While a write lock is in
3289 place, no other process can lock that part of the file.
3291 @cindex shared lock
3292 @cindex read lock
3293 A @dfn{shared} or @dfn{read} lock prohibits any other process from
3294 requesting a write lock on the specified part of the file.  However,
3295 other processes can request read locks.
3297 The @code{read} and @code{write} functions do not actually check to see
3298 whether there are any locks in place.  If you want to implement a
3299 locking protocol for a file shared by multiple processes, your application
3300 must do explicit @code{fcntl} calls to request and clear locks at the
3301 appropriate points.
3303 Locks are associated with processes.  A process can only have one kind
3304 of lock set for each byte of a given file.  When any file descriptor for
3305 that file is closed by the process, all of the locks that process holds
3306 on that file are released, even if the locks were made using other
3307 descriptors that remain open.  Likewise, locks are released when a
3308 process exits, and are not inherited by child processes created using
3309 @code{fork} (@pxref{Creating a Process}).
3311 When making a lock, use a @code{struct flock} to specify what kind of
3312 lock and where.  This data type and the associated macros for the
3313 @code{fcntl} function are declared in the header file @file{fcntl.h}.
3314 @pindex fcntl.h
3316 @comment fcntl.h
3317 @comment POSIX.1
3318 @deftp {Data Type} {struct flock}
3319 This structure is used with the @code{fcntl} function to describe a file
3320 lock.  It has these members:
3322 @table @code
3323 @item short int l_type
3324 Specifies the type of the lock; one of @code{F_RDLCK}, @code{F_WRLCK}, or
3325 @code{F_UNLCK}.
3327 @item short int l_whence
3328 This corresponds to the @var{whence} argument to @code{fseek} or
3329 @code{lseek}, and specifies what the offset is relative to.  Its value
3330 can be one of @code{SEEK_SET}, @code{SEEK_CUR}, or @code{SEEK_END}.
3332 @item off_t l_start
3333 This specifies the offset of the start of the region to which the lock
3334 applies, and is given in bytes relative to the point specified by
3335 @code{l_whence} member.
3337 @item off_t l_len
3338 This specifies the length of the region to be locked.  A value of
3339 @code{0} is treated specially; it means the region extends to the end of
3340 the file.
3342 @item pid_t l_pid
3343 This field is the process ID (@pxref{Process Creation Concepts}) of the
3344 process holding the lock.  It is filled in by calling @code{fcntl} with
3345 the @code{F_GETLK} command, but is ignored when making a lock.
3346 @end table
3347 @end deftp
3349 @comment fcntl.h
3350 @comment POSIX.1
3351 @deftypevr Macro int F_GETLK
3352 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3353 specify that it should get information about a lock.  This command
3354 requires a third argument of type @w{@code{struct flock *}} to be passed
3355 to @code{fcntl}, so that the form of the call is:
3357 @smallexample
3358 fcntl (@var{filedes}, F_GETLK, @var{lockp})
3359 @end smallexample
3361 If there is a lock already in place that would block the lock described
3362 by the @var{lockp} argument, information about that lock overwrites
3363 @code{*@var{lockp}}.  Existing locks are not reported if they are
3364 compatible with making a new lock as specified.  Thus, you should
3365 specify a lock type of @code{F_WRLCK} if you want to find out about both
3366 read and write locks, or @code{F_RDLCK} if you want to find out about
3367 write locks only.
3369 There might be more than one lock affecting the region specified by the
3370 @var{lockp} argument, but @code{fcntl} only returns information about
3371 one of them.  The @code{l_whence} member of the @var{lockp} structure is
3372 set to @code{SEEK_SET} and the @code{l_start} and @code{l_len} fields
3373 set to identify the locked region.
3375 If no lock applies, the only change to the @var{lockp} structure is to
3376 update the @code{l_type} to a value of @code{F_UNLCK}.
3378 The normal return value from @code{fcntl} with this command is an
3379 unspecified value other than @math{-1}, which is reserved to indicate an
3380 error.  The following @code{errno} error conditions are defined for
3381 this command:
3383 @table @code
3384 @item EBADF
3385 The @var{filedes} argument is invalid.
3387 @item EINVAL
3388 Either the @var{lockp} argument doesn't specify valid lock information,
3389 or the file associated with @var{filedes} doesn't support locks.
3390 @end table
3391 @end deftypevr
3393 @comment fcntl.h
3394 @comment POSIX.1
3395 @deftypevr Macro int F_SETLK
3396 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3397 specify that it should set or clear a lock.  This command requires a
3398 third argument of type @w{@code{struct flock *}} to be passed to
3399 @code{fcntl}, so that the form of the call is:
3401 @smallexample
3402 fcntl (@var{filedes}, F_SETLK, @var{lockp})
3403 @end smallexample
3405 If the process already has a lock on any part of the region, the old lock
3406 on that part is replaced with the new lock.  You can remove a lock
3407 by specifying a lock type of @code{F_UNLCK}.
3409 If the lock cannot be set, @code{fcntl} returns immediately with a value
3410 of @math{-1}.  This function does not block waiting for other processes
3411 to release locks.  If @code{fcntl} succeeds, it return a value other
3412 than @math{-1}.
3414 The following @code{errno} error conditions are defined for this
3415 function:
3417 @table @code
3418 @item EAGAIN
3419 @itemx EACCES
3420 The lock cannot be set because it is blocked by an existing lock on the
3421 file.  Some systems use @code{EAGAIN} in this case, and other systems
3422 use @code{EACCES}; your program should treat them alike, after
3423 @code{F_SETLK}.  (The GNU system always uses @code{EAGAIN}.)
3425 @item EBADF
3426 Either: the @var{filedes} argument is invalid; you requested a read lock
3427 but the @var{filedes} is not open for read access; or, you requested a
3428 write lock but the @var{filedes} is not open for write access.
3430 @item EINVAL
3431 Either the @var{lockp} argument doesn't specify valid lock information,
3432 or the file associated with @var{filedes} doesn't support locks.
3434 @item ENOLCK
3435 The system has run out of file lock resources; there are already too
3436 many file locks in place.
3438 Well-designed file systems never report this error, because they have no
3439 limitation on the number of locks.  However, you must still take account
3440 of the possibility of this error, as it could result from network access
3441 to a file system on another machine.
3442 @end table
3443 @end deftypevr
3445 @comment fcntl.h
3446 @comment POSIX.1
3447 @deftypevr Macro int F_SETLKW
3448 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3449 specify that it should set or clear a lock.  It is just like the
3450 @code{F_SETLK} command, but causes the process to block (or wait)
3451 until the request can be specified.
3453 This command requires a third argument of type @code{struct flock *}, as
3454 for the @code{F_SETLK} command.
3456 The @code{fcntl} return values and errors are the same as for the
3457 @code{F_SETLK} command, but these additional @code{errno} error conditions
3458 are defined for this command:
3460 @table @code
3461 @item EINTR
3462 The function was interrupted by a signal while it was waiting.
3463 @xref{Interrupted Primitives}.
3465 @item EDEADLK
3466 The specified region is being locked by another process.  But that
3467 process is waiting to lock a region which the current process has
3468 locked, so waiting for the lock would result in deadlock.  The system
3469 does not guarantee that it will detect all such conditions, but it lets
3470 you know if it notices one.
3471 @end table
3472 @end deftypevr
3475 The following macros are defined for use as values for the @code{l_type}
3476 member of the @code{flock} structure.  The values are integer constants.
3478 @table @code
3479 @comment fcntl.h
3480 @comment POSIX.1
3481 @vindex F_RDLCK
3482 @item F_RDLCK
3483 This macro is used to specify a read (or shared) lock.
3485 @comment fcntl.h
3486 @comment POSIX.1
3487 @vindex F_WRLCK
3488 @item F_WRLCK
3489 This macro is used to specify a write (or exclusive) lock.
3491 @comment fcntl.h
3492 @comment POSIX.1
3493 @vindex F_UNLCK
3494 @item F_UNLCK
3495 This macro is used to specify that the region is unlocked.
3496 @end table
3498 As an example of a situation where file locking is useful, consider a
3499 program that can be run simultaneously by several different users, that
3500 logs status information to a common file.  One example of such a program
3501 might be a game that uses a file to keep track of high scores.  Another
3502 example might be a program that records usage or accounting information
3503 for billing purposes.
3505 Having multiple copies of the program simultaneously writing to the
3506 file could cause the contents of the file to become mixed up.  But
3507 you can prevent this kind of problem by setting a write lock on the
3508 file before actually writing to the file.
3510 If the program also needs to read the file and wants to make sure that
3511 the contents of the file are in a consistent state, then it can also use
3512 a read lock.  While the read lock is set, no other process can lock
3513 that part of the file for writing.
3515 @c ??? This section could use an example program.
3517 Remember that file locks are only a @emph{voluntary} protocol for
3518 controlling access to a file.  There is still potential for access to
3519 the file by programs that don't use the lock protocol.
3521 @node Interrupt Input
3522 @section Interrupt-Driven Input
3524 @cindex interrupt-driven input
3525 If you set the @code{O_ASYNC} status flag on a file descriptor
3526 (@pxref{File Status Flags}), a @code{SIGIO} signal is sent whenever
3527 input or output becomes possible on that file descriptor.  The process
3528 or process group to receive the signal can be selected by using the
3529 @code{F_SETOWN} command to the @code{fcntl} function.  If the file
3530 descriptor is a socket, this also selects the recipient of @code{SIGURG}
3531 signals that are delivered when out-of-band data arrives on that socket;
3532 see @ref{Out-of-Band Data}.  (@code{SIGURG} is sent in any situation
3533 where @code{select} would report the socket as having an ``exceptional
3534 condition''.  @xref{Waiting for I/O}.)
3536 If the file descriptor corresponds to a terminal device, then @code{SIGIO}
3537 signals are sent to the foreground process group of the terminal.
3538 @xref{Job Control}.
3540 @pindex fcntl.h
3541 The symbols in this section are defined in the header file
3542 @file{fcntl.h}.
3544 @comment fcntl.h
3545 @comment BSD
3546 @deftypevr Macro int F_GETOWN
3547 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3548 specify that it should get information about the process or process
3549 group to which @code{SIGIO} signals are sent.  (For a terminal, this is
3550 actually the foreground process group ID, which you can get using
3551 @code{tcgetpgrp}; see @ref{Terminal Access Functions}.)
3553 The return value is interpreted as a process ID; if negative, its
3554 absolute value is the process group ID.
3556 The following @code{errno} error condition is defined for this command:
3558 @table @code
3559 @item EBADF
3560 The @var{filedes} argument is invalid.
3561 @end table
3562 @end deftypevr
3564 @comment fcntl.h
3565 @comment BSD
3566 @deftypevr Macro int F_SETOWN
3567 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3568 specify that it should set the process or process group to which
3569 @code{SIGIO} signals are sent.  This command requires a third argument
3570 of type @code{pid_t} to be passed to @code{fcntl}, so that the form of
3571 the call is:
3573 @smallexample
3574 fcntl (@var{filedes}, F_SETOWN, @var{pid})
3575 @end smallexample
3577 The @var{pid} argument should be a process ID.  You can also pass a
3578 negative number whose absolute value is a process group ID.
3580 The return value from @code{fcntl} with this command is @math{-1}
3581 in case of error and some other value if successful.  The following
3582 @code{errno} error conditions are defined for this command:
3584 @table @code
3585 @item EBADF
3586 The @var{filedes} argument is invalid.
3588 @item ESRCH
3589 There is no process or process group corresponding to @var{pid}.
3590 @end table
3591 @end deftypevr
3593 @c ??? This section could use an example program.
3595 @node IOCTLs
3596 @section Generic I/O Control operations
3597 @cindex generic i/o control operations
3598 @cindex IOCTLs
3600 The GNU system can handle most input/output operations on many different
3601 devices and objects in terms of a few file primitives - @code{read},
3602 @code{write} and @code{lseek}.  However, most devices also have a few
3603 peculiar operations which do not fit into this model. Such as:
3605 @itemize @bullet
3607 @item
3608 Changing the character font used on a terminal.
3610 @item
3611 Telling a magnetic tape system to rewind or fast forward.  (Since they
3612 cannot move in byte increments, @code{lseek} is inapplicable).
3614 @item
3615 Ejecting a disk from a drive.
3617 @item
3618 Playing an audio track from a CD-ROM drive.
3620 @item
3621 Maintaining routing tables for a network.
3623 @end itemize
3625 Although some such objects such as sockets and terminals
3626 @footnote{Actually, the terminal-specific functions are implemented with
3627 IOCTLs on many platforms.} have special functions of their own, it would
3628 not be practical to create functions for all these cases.
3630 Instead these minor operations, known as @dfn{IOCTL}s, are assigned code
3631 numbers and multiplexed through the @code{ioctl} function, defined in
3632 @code{sys/ioctl.h}.  The code numbers themselves are defined in many
3633 different headers.
3635 @comment sys/ioctl.h
3636 @comment BSD
3637 @deftypefun int ioctl (int @var{filedes}, int @var{command}, @dots{})
3639 The @code{ioctl} function performs the generic I/O operation
3640 @var{command} on @var{filedes}.
3642 A third argument is usually present, either a single number or a pointer
3643 to a structure.  The meaning of this argument, the returned value, and
3644 any error codes depends upon the command used.  Often @math{-1} is
3645 returned for a failure.
3647 @end deftypefun
3649 On some systems, IOCTLs used by different devices share the same numbers.
3650 Thus, although use of an inappropriate IOCTL @emph{usually} only produces
3651 an error, you should not attempt to use device-specific IOCTLs on an
3652 unknown device.
3654 Most IOCTLs are OS-specific and/or only used in special system utilities,
3655 and are thus beyond the scope of this document.  For an example of the use
3656 of an IOCTL, see @ref{Out-of-Band Data}.