Update.
[platform/upstream/glibc.git] / manual / llio.texi
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
4
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.
10
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:
14
15 @itemize @bullet
16 @item
17 For reading binary files in large chunks.
18
19 @item
20 For reading an entire file into core before parsing it.
21
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.)
26
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
32
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
64
65
66 @node Opening and Closing Files
67 @section Opening and Closing Files
68
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
77
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.
86
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.
91
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:
97
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.
103
104 @item EEXIST
105 Both @code{O_CREAT} and @code{O_EXCL} are set, and the named file already
106 exists.
107
108 @item EINTR
109 The @code{open} operation was interrupted by a signal.
110 @xref{Interrupted Primitives}.
111
112 @item EISDIR
113 The @var{flags} argument specified write access, and the file is a directory.
114
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}.
119
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.)
124
125 @item ENOENT
126 The named file does not exist, and @code{O_CREAT} is not specified.
127
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.
131
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.
136
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
142
143 @c !!! umask
144
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.
151
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
159
160 The @code{open} function is the underlying primitive for the @code{fopen}
161 and @code{freopen} functions, that create streams.
162 @end deftypefun
163
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.
171
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
177
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:
182
183 @smallexample
184 creat (@var{filename}, @var{mode})
185 @end smallexample
186
187 @noindent
188 is equivalent to:
189
190 @smallexample
191 open (@var{filename}, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, @var{mode})
192 @end smallexample
193
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
201
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.
209
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}.
212
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
218
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:
224
225 @itemize @bullet
226 @item
227 The file descriptor is deallocated.
228
229 @item
230 Any record locks owned by the process on the file are unlocked.
231
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
236
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
244
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:
248
249 @table @code
250 @item EBADF
251 The @var{filedes} argument is not a valid file descriptor.
252
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:
257
258 @smallexample
259 TEMP_FAILURE_RETRY (close (desc));
260 @end smallexample
261
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
269
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
276
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.
281
282 @node I/O Primitives
283 @section Input and Output Primitives
284
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
290
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
298
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.)
307
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.
314
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.
319
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.
323
324 In case of an error, @code{read} returns @math{-1}.  The following
325 @code{errno} error conditions are defined for this function:
326
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.
333
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.
338
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.
346
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}.
350
351 @item EBADF
352 The @var{filedes} argument is not a valid file descriptor,
353 or is not open for reading.
354
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.
360
361 @item EIO
362 For many devices, and for disk files, this error code indicates
363 a hardware error.
364
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
372
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.
377
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
385
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
389
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.
396
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.
402
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.
407
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:
411
412 @table @code
413 @item EINVAL
414 The value given for @var{offset} is negative and therefore illegal.
415
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
420
421 The function is an extension defined in the Unix Single Specification
422 version 2.
423 @end deftypefun
424
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.
435
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
440
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.
449
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.
453
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}.
466
467 In the case of an error, @code{write} returns @math{-1}.  The following
468 @code{errno} error conditions are defined for this function:
469
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.
479
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.
484
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.
492
493 @item EBADF
494 The @var{filedes} argument is not a valid file descriptor,
495 or is not open for writing.
496
497 @item EFBIG
498 The size of the file would become larger than the implementation can support.
499
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}.
506
507 @item EIO
508 For many devices, and for disk files, this error code indicates
509 a hardware error.
510
511 @item ENOSPC
512 The device containing the file is full.
513
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
519
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:
525
526 @smallexample
527 nbytes = TEMP_FAILURE_RETRY (write (desc, buffer, count));
528 @end smallexample
529
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.
534
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
542
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
546
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.
553
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.
559
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.
564
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:
568
569 @table @code
570 @item EINVAL
571 The value given for @var{offset} is negative and therefore illegal.
572
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
577
578 The function is an extension defined in the Unix Single Specification
579 version 2.
580 @end deftypefun
581
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.
592
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
597
598
599 @node File Position Primitive
600 @section Setting the File Position of a Descriptor
601
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.
607
608 To read the current file position value from a descriptor, use
609 @code{lseek (@var{desc}, 0, SEEK_CUR)}.
610
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}.
619
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}.
624
625 @table @code
626 @item SEEK_SET
627 Specifies that @var{whence} is a count of characters from the beginning
628 of the file.
629
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.
633
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
642
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.
647
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}.
653
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
664
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:
668
669 @table @code
670 @item EBADF
671 The @var{filedes} is not a valid file descriptor.
672
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.
676
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
683
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.
688
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
696
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
702
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.
713
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
718
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,
724
725 @smallexample
726 @group
727 @{
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);
734 @}
735 @end group
736 @end smallexample
737
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.)
742
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,
747
748 @smallexample
749 @{
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);
758 @}
759 @end smallexample
760
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.
765
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}.
771
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
775
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.
783
784 When compiling with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this type is
785 available under the name @code{off_t}.
786 @end deftp
787
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}.
791
792 @table @code
793 @item L_SET
794 An alias for @code{SEEK_SET}.
795
796 @item L_INCR
797 An alias for @code{SEEK_CUR}.
798
799 @item L_XTND
800 An alias for @code{SEEK_END}.
801 @end table
802
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
808
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
814
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}.
820
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.
829
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.
834
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
839
840 For an example showing the use of the @code{fdopen} function,
841 see @ref{Creating a Pipe}.
842
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
851
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}.
858
859 This function is a GNU extension.
860 @end deftypefun
861
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
868
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
877
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
885
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
894
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
901
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.
908
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.
915
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
922
923 @node Linked Channels
924 @subsection Linked Channels
925 @cindex linked channels
926
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.
936
937 @cindex cleaning up a stream
938 If you have been using a stream for I/O, and you want to do I/O using
939 another channel (either a stream or a descriptor) that is linked to it,
940 you must first @dfn{clean up} the stream that you have been using.
941 @xref{Cleaning Streams}.
942
943 Terminating a process, or executing a new program in the process,
944 destroys all the streams in the process.  If descriptors linked to these
945 streams persist in other processes, their file positions become
946 undefined as a result.  To prevent this, you must clean up the streams
947 before destroying them.
948
949 @node Independent Channels
950 @subsection Independent Channels
951 @cindex independent channels
952
953 When you open channels (streams or descriptors) separately on a seekable
954 file, each channel has its own file position.  These are called
955 @dfn{independent channels}.
956
957 The system handles each channel independently.  Most of the time, this
958 is quite predictable and natural (especially for input): each channel
959 can read or write sequentially at its own place in the file.  However,
960 if some of the channels are streams, you must take these precautions:
961
962 @itemize @bullet
963 @item
964 You should clean an output stream after use, before doing anything else
965 that might read or write from the same part of the file.
966
967 @item
968 You should clean an input stream before reading data that may have been
969 modified using an independent channel.  Otherwise, you might read
970 obsolete data that had been in the stream's buffer.
971 @end itemize
972
973 If you do output to one channel at the end of the file, this will
974 certainly leave the other independent channels positioned somewhere
975 before the new end.  You cannot reliably set their file positions to the
976 new end of file before writing, because the file can always be extended
977 by another process between when you set the file position and when you
978 write the data.  Instead, use an append-type descriptor or stream; they
979 always output at the current end of the file.  In order to make the
980 end-of-file position accurate, you must clean the output channel you
981 were using, if it is a stream.
982
983 It's impossible for two channels to have separate file pointers for a
984 file that doesn't support random access.  Thus, channels for reading or
985 writing such files are always linked, never independent.  Append-type
986 channels are also always linked.  For these channels, follow the rules
987 for linked channels; see @ref{Linked Channels}.
988
989 @node Cleaning Streams
990 @subsection Cleaning Streams
991
992 On the GNU system, you can clean up any stream with @code{fclean}:
993
994 @comment stdio.h
995 @comment GNU
996 @deftypefun int fclean (FILE *@var{stream})
997 Clean up the stream @var{stream} so that its buffer is empty.  If
998 @var{stream} is doing output, force it out.  If @var{stream} is doing
999 input, give the data in the buffer back to the system, arranging to
1000 reread it.
1001 @end deftypefun
1002
1003 On other systems, you can use @code{fflush} to clean a stream in most
1004 cases.
1005
1006 You can skip the @code{fclean} or @code{fflush} if you know the stream
1007 is already clean.  A stream is clean whenever its buffer is empty.  For
1008 example, an unbuffered stream is always clean.  An input stream that is
1009 at end-of-file is clean.  A line-buffered stream is clean when the last
1010 character output was a newline.
1011
1012 There is one case in which cleaning a stream is impossible on most
1013 systems.  This is when the stream is doing input from a file that is not
1014 random-access.  Such streams typically read ahead, and when the file is
1015 not random access, there is no way to give back the excess data already
1016 read.  When an input stream reads from a random-access file,
1017 @code{fflush} does clean the stream, but leaves the file pointer at an
1018 unpredictable place; you must set the file pointer before doing any
1019 further I/O.  On the GNU system, using @code{fclean} avoids both of
1020 these problems.
1021
1022 Closing an output-only stream also does @code{fflush}, so this is a
1023 valid way of cleaning an output stream.  On the GNU system, closing an
1024 input stream does @code{fclean}.
1025
1026 You need not clean a stream before using its descriptor for control
1027 operations such as setting terminal modes; these operations don't affect
1028 the file position and are not affected by it.  You can use any
1029 descriptor for these operations, and all channels are affected
1030 simultaneously.  However, text already ``output'' to a stream but still
1031 buffered by the stream will be subject to the new terminal modes when
1032 subsequently flushed.  To make sure ``past'' output is covered by the
1033 terminal settings that were in effect at the time, flush the output
1034 streams for that terminal before setting the modes.  @xref{Terminal
1035 Modes}.
1036
1037 @node Scatter-Gather
1038 @section Fast Scatter-Gather I/O
1039 @cindex scatter-gather
1040
1041 Some applications may need to read or write data to multiple buffers,
1042 which are separated in memory.  Although this can be done easily enough
1043 with multiple calls to @code{read} and @code{write}, it is inefficient
1044 because there is overhead associated with each kernel call.
1045
1046 Instead, many platforms provide special high-speed primitives to perform
1047 these @dfn{scatter-gather} operations in a single kernel call.  The GNU C
1048 library will provide an emulation on any system that lacks these
1049 primitives, so they are not a portability threat.  They are defined in
1050 @code{sys/uio.h}.
1051
1052 These functions are controlled with arrays of @code{iovec} structures,
1053 which describe the location and size of each buffer.
1054
1055 @comment sys/uio.h
1056 @comment BSD
1057 @deftp {Data Type} {struct iovec}
1058
1059 The @code{iovec} structure describes a buffer. It contains two fields:
1060
1061 @table @code
1062
1063 @item void *iov_base
1064 Contains the address of a buffer.
1065
1066 @item size_t iov_len
1067 Contains the length of the buffer.
1068
1069 @end table
1070 @end deftp
1071
1072 @comment sys/uio.h
1073 @comment BSD
1074 @deftypefun ssize_t readv (int @var{filedes}, const struct iovec *@var{vector}, int @var{count})
1075
1076 The @code{readv} function reads data from @var{filedes} and scatters it
1077 into the buffers described in @var{vector}, which is taken to be
1078 @var{count} structures long.  As each buffer is filled, data is sent to the
1079 next.
1080
1081 Note that @code{readv} is not guaranteed to fill all the buffers.
1082 It may stop at any point, for the same reasons @code{read} would.
1083
1084 The return value is a count of bytes (@emph{not} buffers) read, @math{0}
1085 indicating end-of-file, or @math{-1} indicating an error.  The possible
1086 errors are the same as in @code{read}.
1087
1088 @end deftypefun
1089
1090 @comment sys/uio.h
1091 @comment BSD
1092 @deftypefun ssize_t writev (int @var{filedes}, const struct iovec *@var{vector}, int @var{count})
1093
1094 The @code{writev} function gathers data from the buffers described in
1095 @var{vector}, which is taken to be @var{count} structures long, and writes
1096 them to @code{filedes}.  As each buffer is written, it moves on to the
1097 next.
1098
1099 Like @code{readv}, @code{writev} may stop midstream under the same
1100 conditions @code{write} would.
1101
1102 The return value is a count of bytes written, or @math{-1} indicating an
1103 error.  The possible errors are the same as in @code{write}.
1104
1105 @end deftypefun
1106
1107 @c Note - I haven't read this anywhere. I surmised it from my knowledge
1108 @c of computer science. Thus, there could be subtleties I'm missing.
1109
1110 Note that if the buffers are small (under about 1kB), high-level streams
1111 may be easier to use than these functions.  However, @code{readv} and
1112 @code{writev} are more efficient when the individual buffers themselves
1113 (as opposed to the total output), are large.  In that case, a high-level
1114 stream would not be able to cache the data effectively.
1115
1116 @node Memory-mapped I/O
1117 @section Memory-mapped I/O
1118
1119 On modern operating systems, it is possible to @dfn{mmap} (pronounced
1120 ``em-map'') a file to a region of memory.  When this is done, the file can
1121 be accessed just like an array in the program.
1122
1123 This is more efficient than @code{read} or @code{write}, as only the regions
1124 of the file that a program actually accesses are loaded.  Accesses to
1125 not-yet-loaded parts of the mmapped region are handled in the same way as
1126 swapped out pages.
1127
1128 Since mmapped pages can be stored back to their file when physical
1129 memory is low, it is possible to mmap files orders of magnitude larger
1130 than both the physical memory @emph{and} swap space.  The only limit is
1131 address space.  The theoretical limit is 4GB on a 32-bit machine -
1132 however, the actual limit will be smaller since some areas will be
1133 reserved for other purposes.  If the LFS interface is used the file size
1134 on 32-bit systems is not limited to 2GB (offsets are signed which
1135 reduces the addressable area of 4GB by half); the full 64-bit are
1136 available.
1137
1138 Memory mapping only works on entire pages of memory.  Thus, addresses
1139 for mapping must be page-aligned, and length values will be rounded up.
1140 To determine the size of a page the machine uses one should use
1141
1142 @vindex _SC_PAGESIZE
1143 @smallexample
1144 size_t page_size = (size_t) sysconf (_SC_PAGESIZE);
1145 @end smallexample
1146
1147 @noindent
1148 These functions are declared in @file{sys/mman.h}.
1149
1150 @comment sys/mman.h
1151 @comment POSIX
1152 @deftypefun {void *} mmap (void *@var{address}, size_t @var{length},int @var{protect}, int @var{flags}, int @var{filedes}, off_t @var{offset})
1153
1154 The @code{mmap} function creates a new mapping, connected to bytes
1155 (@var{offset}) to (@var{offset} + @var{length}) in the file open on
1156 @var{filedes}.
1157
1158 @var{address} gives a preferred starting address for the mapping.
1159 @code{NULL} expresses no preference. Any previous mapping at that
1160 address is automatically removed. The address you give may still be
1161 changed, unless you use the @code{MAP_FIXED} flag.
1162
1163 @vindex PROT_READ
1164 @vindex PROT_WRITE
1165 @vindex PROT_EXEC
1166 @var{protect} contains flags that control what kind of access is
1167 permitted.  They include @code{PROT_READ}, @code{PROT_WRITE}, and
1168 @code{PROT_EXEC}, which permit reading, writing, and execution,
1169 respectively.  Inappropriate access will cause a segfault (@pxref{Program
1170 Error Signals}).
1171
1172 Note that most hardware designs cannot support write permission without
1173 read permission, and many do not distinguish read and execute permission.
1174 Thus, you may receive wider permissions than you ask for, and mappings of
1175 write-only files may be denied even if you do not use @code{PROT_READ}.
1176
1177 @var{flags} contains flags that control the nature of the map.
1178 One of @code{MAP_SHARED} or @code{MAP_PRIVATE} must be specified.
1179
1180 They include:
1181
1182 @vtable @code
1183 @item MAP_PRIVATE
1184 This specifies that writes to the region should never be written back
1185 to the attached file.  Instead, a copy is made for the process, and the
1186 region will be swapped normally if memory runs low.  No other process will
1187 see the changes.
1188
1189 Since private mappings effectively revert to ordinary memory
1190 when written to, you must have enough virtual memory for a copy of
1191 the entire mmapped region if you use this mode with @code{PROT_WRITE}.
1192
1193 @item MAP_SHARED
1194 This specifies that writes to the region will be written back to the
1195 file.  Changes made will be shared immediately with other processes
1196 mmaping the same file.
1197
1198 Note that actual writing may take place at any time.  You need to use
1199 @code{msync}, described below, if it is important that other processes
1200 using conventional I/O get a consistent view of the file.
1201
1202 @item MAP_FIXED
1203 This forces the system to use the exact mapping address specified in
1204 @var{address} and fail if it can't.
1205
1206 @c One of these is official - the other is obviously an obsolete synonym
1207 @c Which is which?
1208 @item MAP_ANONYMOUS
1209 @itemx MAP_ANON
1210 This flag tells the system to create an anonymous mapping, not connected
1211 to a file.  @var{filedes} and @var{off} are ignored, and the region is
1212 initialized with zeros.
1213
1214 Anonymous maps are used as the basic primitive to extend the heap on some
1215 systems.  They are also useful to share data between multiple tasks
1216 without creating a file.
1217
1218 On some systems using private anonymous mmaps is more efficient than using
1219 @code{malloc} for large blocks.  This is not an issue with the GNU C library,
1220 as the included @code{malloc} automatically uses @code{mmap} where appropriate.
1221
1222 @c Linux has some other MAP_ options, which I have not discussed here.
1223 @c MAP_DENYWRITE, MAP_EXECUTABLE and MAP_GROWSDOWN don't seem applicable to
1224 @c user programs (and I don't understand the last two). MAP_LOCKED does
1225 @c not appear to be implemented.
1226
1227 @end vtable
1228
1229 @code{mmap} returns the address of the new mapping, or @math{-1} for an
1230 error.
1231
1232 Possible errors include:
1233
1234 @table @code
1235
1236 @item EINVAL
1237
1238 Either @var{address} was unusable, or inconsistent @var{flags} were
1239 given.
1240
1241 @item EACCES
1242
1243 @var{filedes} was not open for the type of access specified in @var{protect}.
1244
1245 @item ENOMEM
1246
1247 Either there is not enough memory for the operation, or the process is
1248 out of address space.
1249
1250 @item ENODEV
1251
1252 This file is of a type that doesn't support mapping.
1253
1254 @item ENOEXEC
1255
1256 The file is on a filesystem that doesn't support mapping.
1257
1258 @c On Linux, EAGAIN will appear if the file has a conflicting mandatory lock.
1259 @c However mandatory locks are not discussed in this manual.
1260 @c
1261 @c Similarly, ETXTBSY will occur if the MAP_DENYWRITE flag (not documented
1262 @c here) is used and the file is already open for writing.
1263
1264 @end table
1265
1266 @end deftypefun
1267
1268 @comment sys/mman.h
1269 @comment LFS
1270 @deftypefun {void *} mmap64 (void *@var{address}, size_t @var{length},int @var{protect}, int @var{flags}, int @var{filedes}, off64_t @var{offset})
1271 The @code{mmap64} function is equivalent to the @code{mmap} function but
1272 the @var{offset} parameter is of type @code{off64_t}.  On 32-bit systems
1273 this allows the file associated with the @var{filedes} descriptor to be
1274 larger than 2GB.  @var{filedes} must be a descriptor returned from a
1275 call to @code{open64} or @code{fopen64} and @code{freopen64} where the
1276 descriptor is retrieved with @code{fileno}.
1277
1278 When the sources are translated with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
1279 function is actually available under the name @code{mmap}.  I.e., the
1280 new, extended API using 64 bit file sizes and offsets transparently
1281 replaces the old API.
1282 @end deftypefun
1283
1284 @comment sys/mman.h
1285 @comment POSIX
1286 @deftypefun int munmap (void *@var{addr}, size_t @var{length})
1287
1288 @code{munmap} removes any memory maps from (@var{addr}) to (@var{addr} +
1289 @var{length}).  @var{length} should be the length of the mapping.
1290
1291 It is safe to unmap multiple mappings in one command, or include unmapped
1292 space in the range.  It is also possible to unmap only part of an existing
1293 mapping.  However, only entire pages can be removed.  If @var{length} is not
1294 an even number of pages, it will be rounded up.
1295
1296 It returns @math{0} for success and @math{-1} for an error.
1297
1298 One error is possible:
1299
1300 @table @code
1301
1302 @item EINVAL
1303 The memory range given was outside the user mmap range or wasn't page
1304 aligned.
1305
1306 @end table
1307
1308 @end deftypefun
1309
1310 @comment sys/mman.h
1311 @comment POSIX
1312 @deftypefun int msync (void *@var{address}, size_t @var{length}, int @var{flags})
1313
1314 When using shared mappings, the kernel can write the file at any time
1315 before the mapping is removed.  To be certain data has actually been
1316 written to the file and will be accessible to non-memory-mapped I/O, it
1317 is necessary to use this function.
1318
1319 It operates on the region @var{address} to (@var{address} + @var{length}).
1320 It may be used on part of a mapping or multiple mappings, however the
1321 region given should not contain any unmapped space.
1322
1323 @var{flags} can contain some options:
1324
1325 @vtable @code
1326
1327 @item MS_SYNC
1328
1329 This flag makes sure the data is actually written @emph{to disk}.
1330 Normally @code{msync} only makes sure that accesses to a file with
1331 conventional I/O reflect the recent changes.
1332
1333 @item MS_ASYNC
1334
1335 This tells @code{msync} to begin the synchronization, but not to wait for
1336 it to complete.
1337
1338 @c Linux also has MS_INVALIDATE, which I don't understand.
1339
1340 @end vtable
1341
1342 @code{msync} returns @math{0} for success and @math{-1} for
1343 error.  Errors include:
1344
1345 @table @code
1346
1347 @item EINVAL
1348 An invalid region was given, or the @var{flags} were invalid.
1349
1350 @item EFAULT
1351 There is no existing mapping in at least part of the given region.
1352
1353 @end table
1354
1355 @end deftypefun
1356
1357 @comment sys/mman.h
1358 @comment GNU
1359 @deftypefun {void *} mremap (void *@var{address}, size_t @var{length}, size_t @var{new_length}, int @var{flag})
1360
1361 This function can be used to change the size of an existing memory
1362 area. @var{address} and @var{length} must cover a region entirely mapped
1363 in the same @code{mmap} statement. A new mapping with the same
1364 characteristics will be returned with the length @var{new_length}.
1365
1366 One option is possible, @code{MREMAP_MAYMOVE}. If it is given in
1367 @var{flags}, the system may remove the existing mapping and create a new
1368 one of the desired length in another location.
1369
1370 The address of the resulting mapping is returned, or @math{-1}. Possible
1371 error codes include:
1372
1373 @table @code
1374
1375 @item EFAULT
1376 There is no existing mapping in at least part of the original region, or
1377 the region covers two or more distinct mappings.
1378
1379 @item EINVAL
1380 The address given is misaligned or inappropriate.
1381
1382 @item EAGAIN
1383 The region has pages locked, and if extended it would exceed the
1384 process's resource limit for locked pages.  @xref{Limits on Resources}.
1385
1386 @item ENOMEM
1387 The region is private writable, and insufficient virtual memory is
1388 available to extend it.  Also, this error will occur if
1389 @code{MREMAP_MAYMOVE} is not given and the extension would collide with
1390 another mapped region.
1391
1392 @end table
1393 @end deftypefun
1394
1395 This function is only available on a few systems.  Except for performing
1396 optional optimizations one should not rely on this function.
1397
1398 Not all file descriptors may be mapped.  Sockets, pipes, and most devices
1399 only allow sequential access and do not fit into the mapping abstraction.
1400 In addition, some regular files may not be mmapable, and older kernels may
1401 not support mapping at all.  Thus, programs using @code{mmap} should
1402 have a fallback method to use should it fail. @xref{Mmap,,,standards,GNU
1403 Coding Standards}.
1404
1405 @c XXX madvise documentation missing
1406
1407 @node Waiting for I/O
1408 @section Waiting for Input or Output
1409 @cindex waiting for input or output
1410 @cindex multiplexing input
1411 @cindex input from multiple files
1412
1413 Sometimes a program needs to accept input on multiple input channels
1414 whenever input arrives.  For example, some workstations may have devices
1415 such as a digitizing tablet, function button box, or dial box that are
1416 connected via normal asynchronous serial interfaces; good user interface
1417 style requires responding immediately to input on any device.  Another
1418 example is a program that acts as a server to several other processes
1419 via pipes or sockets.
1420
1421 You cannot normally use @code{read} for this purpose, because this
1422 blocks the program until input is available on one particular file
1423 descriptor; input on other channels won't wake it up.  You could set
1424 nonblocking mode and poll each file descriptor in turn, but this is very
1425 inefficient.
1426
1427 A better solution is to use the @code{select} function.  This blocks the
1428 program until input or output is ready on a specified set of file
1429 descriptors, or until a timer expires, whichever comes first.  This
1430 facility is declared in the header file @file{sys/types.h}.
1431 @pindex sys/types.h
1432
1433 In the case of a server socket (@pxref{Listening}), we say that
1434 ``input'' is available when there are pending connections that could be
1435 accepted (@pxref{Accepting Connections}).  @code{accept} for server
1436 sockets blocks and interacts with @code{select} just as @code{read} does
1437 for normal input.
1438
1439 @cindex file descriptor sets, for @code{select}
1440 The file descriptor sets for the @code{select} function are specified
1441 as @code{fd_set} objects.  Here is the description of the data type
1442 and some macros for manipulating these objects.
1443
1444 @comment sys/types.h
1445 @comment BSD
1446 @deftp {Data Type} fd_set
1447 The @code{fd_set} data type represents file descriptor sets for the
1448 @code{select} function.  It is actually a bit array.
1449 @end deftp
1450
1451 @comment sys/types.h
1452 @comment BSD
1453 @deftypevr Macro int FD_SETSIZE
1454 The value of this macro is the maximum number of file descriptors that a
1455 @code{fd_set} object can hold information about.  On systems with a
1456 fixed maximum number, @code{FD_SETSIZE} is at least that number.  On
1457 some systems, including GNU, there is no absolute limit on the number of
1458 descriptors open, but this macro still has a constant value which
1459 controls the number of bits in an @code{fd_set}; if you get a file
1460 descriptor with a value as high as @code{FD_SETSIZE}, you cannot put
1461 that descriptor into an @code{fd_set}.
1462 @end deftypevr
1463
1464 @comment sys/types.h
1465 @comment BSD
1466 @deftypefn Macro void FD_ZERO (fd_set *@var{set})
1467 This macro initializes the file descriptor set @var{set} to be the
1468 empty set.
1469 @end deftypefn
1470
1471 @comment sys/types.h
1472 @comment BSD
1473 @deftypefn Macro void FD_SET (int @var{filedes}, fd_set *@var{set})
1474 This macro adds @var{filedes} to the file descriptor set @var{set}.
1475 @end deftypefn
1476
1477 @comment sys/types.h
1478 @comment BSD
1479 @deftypefn Macro void FD_CLR (int @var{filedes}, fd_set *@var{set})
1480 This macro removes @var{filedes} from the file descriptor set @var{set}.
1481 @end deftypefn
1482
1483 @comment sys/types.h
1484 @comment BSD
1485 @deftypefn Macro int FD_ISSET (int @var{filedes}, fd_set *@var{set})
1486 This macro returns a nonzero value (true) if @var{filedes} is a member
1487 of the file descriptor set @var{set}, and zero (false) otherwise.
1488 @end deftypefn
1489
1490 Next, here is the description of the @code{select} function itself.
1491
1492 @comment sys/types.h
1493 @comment BSD
1494 @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})
1495 The @code{select} function blocks the calling process until there is
1496 activity on any of the specified sets of file descriptors, or until the
1497 timeout period has expired.
1498
1499 The file descriptors specified by the @var{read-fds} argument are
1500 checked to see if they are ready for reading; the @var{write-fds} file
1501 descriptors are checked to see if they are ready for writing; and the
1502 @var{except-fds} file descriptors are checked for exceptional
1503 conditions.  You can pass a null pointer for any of these arguments if
1504 you are not interested in checking for that kind of condition.
1505
1506 A file descriptor is considered ready for reading if it is not at end of
1507 file.  A server socket is considered ready for reading if there is a
1508 pending connection which can be accepted with @code{accept};
1509 @pxref{Accepting Connections}.  A client socket is ready for writing when
1510 its connection is fully established; @pxref{Connecting}.
1511
1512 ``Exceptional conditions'' does not mean errors---errors are reported
1513 immediately when an erroneous system call is executed, and do not
1514 constitute a state of the descriptor.  Rather, they include conditions
1515 such as the presence of an urgent message on a socket.  (@xref{Sockets},
1516 for information on urgent messages.)
1517
1518 The @code{select} function checks only the first @var{nfds} file
1519 descriptors.  The usual thing is to pass @code{FD_SETSIZE} as the value
1520 of this argument.
1521
1522 The @var{timeout} specifies the maximum time to wait.  If you pass a
1523 null pointer for this argument, it means to block indefinitely until one
1524 of the file descriptors is ready.  Otherwise, you should provide the
1525 time in @code{struct timeval} format; see @ref{High-Resolution
1526 Calendar}.  Specify zero as the time (a @code{struct timeval} containing
1527 all zeros) if you want to find out which descriptors are ready without
1528 waiting if none are ready.
1529
1530 The normal return value from @code{select} is the total number of ready file
1531 descriptors in all of the sets.  Each of the argument sets is overwritten
1532 with information about the descriptors that are ready for the corresponding
1533 operation.  Thus, to see if a particular descriptor @var{desc} has input,
1534 use @code{FD_ISSET (@var{desc}, @var{read-fds})} after @code{select} returns.
1535
1536 If @code{select} returns because the timeout period expires, it returns
1537 a value of zero.
1538
1539 Any signal will cause @code{select} to return immediately.  So if your
1540 program uses signals, you can't rely on @code{select} to keep waiting
1541 for the full time specified.  If you want to be sure of waiting for a
1542 particular amount of time, you must check for @code{EINTR} and repeat
1543 the @code{select} with a newly calculated timeout based on the current
1544 time.  See the example below.  See also @ref{Interrupted Primitives}.
1545
1546 If an error occurs, @code{select} returns @code{-1} and does not modify
1547 the argument file descriptor sets.  The following @code{errno} error
1548 conditions are defined for this function:
1549
1550 @table @code
1551 @item EBADF
1552 One of the file descriptor sets specified an invalid file descriptor.
1553
1554 @item EINTR
1555 The operation was interrupted by a signal.  @xref{Interrupted Primitives}.
1556
1557 @item EINVAL
1558 The @var{timeout} argument is invalid; one of the components is negative
1559 or too large.
1560 @end table
1561 @end deftypefun
1562
1563 @strong{Portability Note:}  The @code{select} function is a BSD Unix
1564 feature.
1565
1566 Here is an example showing how you can use @code{select} to establish a
1567 timeout period for reading from a file descriptor.  The @code{input_timeout}
1568 function blocks the calling process until input is available on the
1569 file descriptor, or until the timeout period expires.
1570
1571 @smallexample
1572 @include select.c.texi
1573 @end smallexample
1574
1575 There is another example showing the use of @code{select} to multiplex
1576 input from multiple sockets in @ref{Server Example}.
1577
1578
1579 @node Synchronizing I/O
1580 @section Synchronizing I/O operations
1581
1582 @cindex synchronizing
1583 In most modern operating systems, the normal I/O operations are not
1584 executed synchronously.  I.e., even if a @code{write} system call
1585 returns, this does not mean the data is actually written to the media,
1586 e.g., the disk.
1587
1588 In situations where synchronization points are necessary, you can use
1589 special functions which ensure that all operations finish before
1590 they return.
1591
1592 @comment unistd.h
1593 @comment X/Open
1594 @deftypefun int sync (void)
1595 A call to this function will not return as long as there is data which
1596 has not been written to the device.  All dirty buffers in the kernel will
1597 be written and so an overall consistent system can be achieved (if no
1598 other process in parallel writes data).
1599
1600 A prototype for @code{sync} can be found in @file{unistd.h}.
1601
1602 The return value is zero to indicate no error.
1603 @end deftypefun
1604
1605 Programs more often want to ensure that data written to a given file is
1606 committed, rather than all data in the system.  For this, @code{sync} is overkill.
1607
1608
1609 @comment unistd.h
1610 @comment POSIX
1611 @deftypefun int fsync (int @var{fildes})
1612 The @code{fsync} function can be used to make sure all data associated with
1613 the open file @var{fildes} is written to the device associated with the
1614 descriptor.  The function call does not return unless all actions have
1615 finished.
1616
1617 A prototype for @code{fsync} can be found in @file{unistd.h}.
1618
1619 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
1620 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
1621 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{fsync} is
1622 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
1623 until the program ends.  To avoid this, calls to @code{fsync} should be
1624 protected using cancellation handlers.
1625 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
1626
1627 The return value of the function is zero if no error occurred.  Otherwise
1628 it is @math{-1} and the global variable @var{errno} is set to the
1629 following values:
1630 @table @code
1631 @item EBADF
1632 The descriptor @var{fildes} is not valid.
1633
1634 @item EINVAL
1635 No synchronization is possible since the system does not implement this.
1636 @end table
1637 @end deftypefun
1638
1639 Sometimes it is not even necessary to write all data associated with a
1640 file descriptor.  E.g., in database files which do not change in size it
1641 is enough to write all the file content data to the device.
1642 Meta-information, like the modification time etc., are not that important
1643 and leaving such information uncommitted does not prevent a successful
1644 recovering of the file in case of a problem.
1645
1646 @comment unistd.h
1647 @comment POSIX
1648 @deftypefun int fdatasync (int @var{fildes})
1649 When a call to the @code{fdatasync} function returns, it is ensured
1650 that all of the file data is written to the device.  For all pending I/O
1651 operations, the parts guaranteeing data integrity finished.
1652
1653 Not all systems implement the @code{fdatasync} operation.  On systems
1654 missing this functionality @code{fdatasync} is emulated by a call to
1655 @code{fsync} since the performed actions are a superset of those
1656 required by @code{fdatasync}.
1657
1658 The prototype for @code{fdatasync} is in @file{unistd.h}.
1659
1660 The return value of the function is zero if no error occurred.  Otherwise
1661 it is @math{-1} and the global variable @var{errno} is set to the
1662 following values:
1663 @table @code
1664 @item EBADF
1665 The descriptor @var{fildes} is not valid.
1666
1667 @item EINVAL
1668 No synchronization is possible since the system does not implement this.
1669 @end table
1670 @end deftypefun
1671
1672
1673 @node Asynchronous I/O
1674 @section Perform I/O Operations in Parallel
1675
1676 The POSIX.1b standard defines a new set of I/O operations which can
1677 significantly reduce the time an application spends waiting at I/O.  The
1678 new functions allow a program to initiate one or more I/O operations and
1679 then immediately resume normal work while the I/O operations are
1680 executed in parallel.  This functionality is available if the
1681 @file{unistd.h} file defines the symbol @code{_POSIX_ASYNCHRONOUS_IO}.
1682
1683 These functions are part of the library with realtime functions named
1684 @file{librt}.  They are not actually part of the @file{libc} binary.
1685 The implementation of these functions can be done using support in the
1686 kernel (if available) or using an implementation based on threads at
1687 userlevel.  In the latter case it might be necessary to link applications
1688 with the thread library @file{libpthread} in addition to @file{librt}.
1689
1690 All AIO operations operate on files which were opened previously.  There
1691 might be arbitrarily many operations running for one file.  The
1692 asynchronous I/O operations are controlled using a data structure named
1693 @code{struct aiocb} (@dfn{AIO control block}).  It is defined in
1694 @file{aio.h} as follows.
1695
1696 @comment aio.h
1697 @comment POSIX.1b
1698 @deftp {Data Type} {struct aiocb}
1699 The POSIX.1b standard mandates that the @code{struct aiocb} structure
1700 contains at least the members described in the following table.  There
1701 might be more elements which are used by the implementation, but
1702 depending upon these elements is not portable and is highly deprecated.
1703
1704 @table @code
1705 @item int aio_fildes
1706 This element specifies the file descriptor to be used for the
1707 operation.  It must be a legal descriptor, otherwise the operation will
1708 fail.
1709
1710 The device on which the file is opened must allow the seek operation.
1711 I.e., it is not possible to use any of the AIO operations on devices
1712 like terminals where an @code{lseek} call would lead to an error.
1713
1714 @item off_t aio_offset
1715 This element specifies the offset in the file at which the operation (input
1716 or output) is performed.  Since the operations are carried out in arbitrary
1717 order and more than one operation for one file descriptor can be
1718 started, one cannot expect a current read/write position of the file
1719 descriptor.
1720
1721 @item volatile void *aio_buf
1722 This is a pointer to the buffer with the data to be written or the place
1723 where the read data is stored.
1724
1725 @item size_t aio_nbytes
1726 This element specifies the length of the buffer pointed to by @code{aio_buf}.
1727
1728 @item int aio_reqprio
1729 If the platform has defined @code{_POSIX_PRIORITIZED_IO} and
1730 @code{_POSIX_PRIORITY_SCHEDULING}, the AIO requests are
1731 processed based on the current scheduling priority.  The
1732 @code{aio_reqprio} element can then be used to lower the priority of the
1733 AIO operation.
1734
1735 @item struct sigevent aio_sigevent
1736 This element specifies how the calling process is notified once the
1737 operation terminates.  If the @code{sigev_notify} element is
1738 @code{SIGEV_NONE}, no notification is sent.  If it is @code{SIGEV_SIGNAL},
1739 the signal determined by @code{sigev_signo} is sent.  Otherwise,
1740 @code{sigev_notify} must be @code{SIGEV_THREAD}.  In this case, a thread
1741 is created which starts executing the function pointed to by
1742 @code{sigev_notify_function}.
1743
1744 @item int aio_lio_opcode
1745 This element is only used by the @code{lio_listio} and
1746 @code{lio_listio64} functions.  Since these functions allow an
1747 arbitrary number of operations to start at once, and each operation can be
1748 input or output (or nothing), the information must be stored in the
1749 control block.  The possible values are:
1750
1751 @vtable @code
1752 @item LIO_READ
1753 Start a read operation.  Read from the file at position
1754 @code{aio_offset} and store the next @code{aio_nbytes} bytes in the
1755 buffer pointed to by @code{aio_buf}.
1756
1757 @item LIO_WRITE
1758 Start a write operation.  Write @code{aio_nbytes} bytes starting at
1759 @code{aio_buf} into the file starting at position @code{aio_offset}.
1760
1761 @item LIO_NOP
1762 Do nothing for this control block.  This value is useful sometimes when
1763 an array of @code{struct aiocb} values contains holes, i.e., some of the
1764 values must not be handled although the whole array is presented to the
1765 @code{lio_listio} function.
1766 @end vtable
1767 @end table
1768
1769 When the sources are compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
1770 32 bit machine, this type is in fact @code{struct aiocb64}, since the LFS
1771 interface transparently replaces the @code{struct aiocb} definition.
1772 @end deftp
1773
1774 For use with the AIO functions defined in the LFS, there is a similar type
1775 defined which replaces the types of the appropriate members with larger
1776 types but otherwise is equivalent to @code{struct aiocb}.  Particularly,
1777 all member names are the same.
1778
1779 @comment aio.h
1780 @comment POSIX.1b
1781 @deftp {Data Type} {struct aiocb64}
1782 @table @code
1783 @item int aio_fildes
1784 This element specifies the file descriptor which is used for the
1785 operation.  It must be a legal descriptor since otherwise the operation
1786 fails for obvious reasons.
1787
1788 The device on which the file is opened must allow the seek operation.
1789 I.e., it is not possible to use any of the AIO operations on devices
1790 like terminals where an @code{lseek} call would lead to an error.
1791
1792 @item off64_t aio_offset
1793 This element specifies at which offset in the file the operation (input
1794 or output) is performed.  Since the operation are carried in arbitrary
1795 order and more than one operation for one file descriptor can be
1796 started, one cannot expect a current read/write position of the file
1797 descriptor.
1798
1799 @item volatile void *aio_buf
1800 This is a pointer to the buffer with the data to be written or the place
1801 where the read data is stored.
1802
1803 @item size_t aio_nbytes
1804 This element specifies the length of the buffer pointed to by @code{aio_buf}.
1805
1806 @item int aio_reqprio
1807 If for the platform @code{_POSIX_PRIORITIZED_IO} and
1808 @code{_POSIX_PRIORITY_SCHEDULING} are defined the AIO requests are
1809 processed based on the current scheduling priority.  The
1810 @code{aio_reqprio} element can then be used to lower the priority of the
1811 AIO operation.
1812
1813 @item struct sigevent aio_sigevent
1814 This element specifies how the calling process is notified once the
1815 operation terminates.  If the @code{sigev_notify}, element is
1816 @code{SIGEV_NONE} no notification is sent.  If it is @code{SIGEV_SIGNAL},
1817 the signal determined by @code{sigev_signo} is sent.  Otherwise,
1818 @code{sigev_notify} must be @code{SIGEV_THREAD} in which case a thread
1819 which starts executing the function pointed to by
1820 @code{sigev_notify_function}.
1821
1822 @item int aio_lio_opcode
1823 This element is only used by the @code{lio_listio} and
1824 @code{[lio_listio64} functions.  Since these functions allow an
1825 arbitrary number of operations to start at once, and since each operation can be
1826 input or output (or nothing), the information must be stored in the
1827 control block.  See the description of @code{struct aiocb} for a description
1828 of the possible values.
1829 @end table
1830
1831 When the sources are compiled using @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
1832 32 bit machine, this type is available under the name @code{struct
1833 aiocb64}, since the LFS transparently replaces the old interface.
1834 @end deftp
1835
1836 @menu
1837 * Asynchronous Reads/Writes::    Asynchronous Read and Write Operations.
1838 * Status of AIO Operations::     Getting the Status of AIO Operations.
1839 * Synchronizing AIO Operations:: Getting into a consistent state.
1840 * Cancel AIO Operations::        Cancellation of AIO Operations.
1841 * Configuration of AIO::         How to optimize the AIO implementation.
1842 @end menu
1843
1844 @node Asynchronous Reads/Writes
1845 @subsection Asynchronous Read and Write Operations
1846
1847 @comment aio.h
1848 @comment POSIX.1b
1849 @deftypefun int aio_read (struct aiocb *@var{aiocbp})
1850 This function initiates an asynchronous read operation.  It
1851 immediately returns after the operation was enqueued or when an
1852 error was encountered.
1853
1854 The first @code{aiocbp->aio_nbytes} bytes of the file for which
1855 @code{aiocbp->aio_fildes} is a descriptor are written to the buffer
1856 starting at @code{aiocbp->aio_buf}.  Reading starts at the absolute
1857 position @code{aiocbp->aio_offset} in the file.
1858
1859 If prioritized I/O is supported by the platform the
1860 @code{aiocbp->aio_reqprio} value is used to adjust the priority before
1861 the request is actually enqueued.
1862
1863 The calling process is notified about the termination of the read
1864 request according to the @code{aiocbp->aio_sigevent} value.
1865
1866 When @code{aio_read} returns, the return value is zero if no error
1867 occurred that can be found before the process is enqueued.  If such an
1868 early error is found, the function returns @math{-1} and sets
1869 @code{errno} to one of the following values:
1870
1871 @table @code
1872 @item EAGAIN
1873 The request was not enqueued due to (temporarily) exceeded resource
1874 limitations.
1875 @item ENOSYS
1876 The @code{aio_read} function is not implemented.
1877 @item EBADF
1878 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.  This condition
1879 need not be recognized before enqueueing the request and so this error
1880 might also be signaled asynchronously.
1881 @item EINVAL
1882 The @code{aiocbp->aio_offset} or @code{aiocbp->aio_reqpiro} value is
1883 invalid.  This condition need not be recognized before enqueueing the
1884 request and so this error might also be signaled asynchronously.
1885 @end table
1886
1887 If @code{aio_read} returns zero, the current status of the request
1888 can be queried using @code{aio_error} and @code{aio_return} functions.
1889 As long as the value returned by @code{aio_error} is @code{EINPROGRESS}
1890 the operation has not yet completed.  If @code{aio_error} returns zero,
1891 the operation successfully terminated, otherwise the value is to be
1892 interpreted as an error code.  If the function terminated, the result of
1893 the operation can be obtained using a call to @code{aio_return}.  The
1894 returned value is the same as an equivalent call to @code{read} would
1895 have returned.  Possible error codes returned by @code{aio_error} are:
1896
1897 @table @code
1898 @item EBADF
1899 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.
1900 @item ECANCELED
1901 The operation was canceled before the operation was finished
1902 (@pxref{Cancel AIO Operations})
1903 @item EINVAL
1904 The @code{aiocbp->aio_offset} value is invalid.
1905 @end table
1906
1907 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
1908 function is in fact @code{aio_read64} since the LFS interface transparently
1909 replaces the normal implementation.
1910 @end deftypefun
1911
1912 @comment aio.h
1913 @comment Unix98
1914 @deftypefun int aio_read64 (struct aiocb *@var{aiocbp})
1915 This function is similar to the @code{aio_read} function.  The only
1916 difference is that on @w{32 bit} machines, the file descriptor should
1917 be opened in the large file mode.  Internally, @code{aio_read64} uses
1918 functionality equivalent to @code{lseek64} (@pxref{File Position
1919 Primitive}) to position the file descriptor correctly for the reading,
1920 as opposed to @code{lseek} functionality used in @code{aio_read}.
1921
1922 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
1923 function is available under the name @code{aio_read} and so transparently
1924 replaces the interface for small files on 32 bit machines.
1925 @end deftypefun
1926
1927 To write data asynchronously to a file, there exists an equivalent pair
1928 of functions with a very similar interface.
1929
1930 @comment aio.h
1931 @comment POSIX.1b
1932 @deftypefun int aio_write (struct aiocb *@var{aiocbp})
1933 This function initiates an asynchronous write operation.  The function
1934 call immediately returns after the operation was enqueued or if before
1935 this happens an error was encountered.
1936
1937 The first @code{aiocbp->aio_nbytes} bytes from the buffer starting at
1938 @code{aiocbp->aio_buf} are written to the file for which
1939 @code{aiocbp->aio_fildes} is an descriptor, starting at the absolute
1940 position @code{aiocbp->aio_offset} in the file.
1941
1942 If prioritized I/O is supported by the platform, the
1943 @code{aiocbp->aio_reqprio} value is used to adjust the priority before
1944 the request is actually enqueued.
1945
1946 The calling process is notified about the termination of the read
1947 request according to the @code{aiocbp->aio_sigevent} value.
1948
1949 When @code{aio_write} returns, the return value is zero if no error
1950 occurred that can be found before the process is enqueued.  If such an
1951 early error is found the function returns @math{-1} and sets
1952 @code{errno} to one of the following values.
1953
1954 @table @code
1955 @item EAGAIN
1956 The request was not enqueued due to (temporarily) exceeded resource
1957 limitations.
1958 @item ENOSYS
1959 The @code{aio_write} function is not implemented.
1960 @item EBADF
1961 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.  This condition
1962 may not be recognized before enqueueing the request, and so this error
1963 might also be signaled asynchronously.
1964 @item EINVAL
1965 The @code{aiocbp->aio_offset} or @code{aiocbp->aio_reqprio} value is
1966 invalid.  This condition may not be recognized before enqueueing the
1967 request and so this error might also be signaled asynchronously.
1968 @end table
1969
1970 In the case @code{aio_write} returns zero, the current status of the
1971 request can be queried using @code{aio_error} and @code{aio_return}
1972 functions.  As long as the value returned by @code{aio_error} is
1973 @code{EINPROGRESS} the operation has not yet completed.  If
1974 @code{aio_error} returns zero, the operation successfully terminated,
1975 otherwise the value is to be interpreted as an error code.  If the
1976 function terminated, the result of the operation can be get using a call
1977 to @code{aio_return}.  The returned value is the same as an equivalent
1978 call to @code{read} would have returned.  Possible error codes returned
1979 by @code{aio_error} are:
1980
1981 @table @code
1982 @item EBADF
1983 The @code{aiocbp->aio_fildes} descriptor is not valid.
1984 @item ECANCELED
1985 The operation was canceled before the operation was finished.
1986 (@pxref{Cancel AIO Operations})
1987 @item EINVAL
1988 The @code{aiocbp->aio_offset} value is invalid.
1989 @end table
1990
1991 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
1992 function is in fact @code{aio_write64} since the LFS interface transparently
1993 replaces the normal implementation.
1994 @end deftypefun
1995
1996 @comment aio.h
1997 @comment Unix98
1998 @deftypefun int aio_write64 (struct aiocb *@var{aiocbp})
1999 This function is similar to the @code{aio_write} function.  The only
2000 difference is that on @w{32 bit} machines the file descriptor should
2001 be opened in the large file mode.  Internally @code{aio_write64} uses
2002 functionality equivalent to @code{lseek64} (@pxref{File Position
2003 Primitive}) to position the file descriptor correctly for the writing,
2004 as opposed to @code{lseek} functionality used in @code{aio_write}.
2005
2006 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2007 function is available under the name @code{aio_write} and so transparently
2008 replaces the interface for small files on 32 bit machines.
2009 @end deftypefun
2010
2011 Besides these functions with the more or less traditional interface,
2012 POSIX.1b also defines a function which can initiate more than one
2013 operation at a time, and which can handle freely mixed read and write
2014 operations.  It is therefore similar to a combination of @code{readv} and
2015 @code{writev}.
2016
2017 @comment aio.h
2018 @comment POSIX.1b
2019 @deftypefun int lio_listio (int @var{mode}, struct aiocb *const @var{list}[], int @var{nent}, struct sigevent *@var{sig})
2020 The @code{lio_listio} function can be used to enqueue an arbitrary
2021 number of read and write requests at one time.  The requests can all be
2022 meant for the same file, all for different files or every solution in
2023 between.
2024
2025 @code{lio_listio} gets the @var{nent} requests from the array pointed to
2026 by @var{list}.  The operation to be performed is determined by the
2027 @code{aio_lio_opcode} member in each element of @var{list}.  If this
2028 field is @code{LIO_READ} a read operation is enqueued, similar to a call
2029 of @code{aio_read} for this element of the array (except that the way
2030 the termination is signalled is different, as we will see below).  If
2031 the @code{aio_lio_opcode} member is @code{LIO_WRITE} a write operation
2032 is enqueued.  Otherwise the @code{aio_lio_opcode} must be @code{LIO_NOP}
2033 in which case this element of @var{list} is simply ignored.  This
2034 ``operation'' is useful in situations where one has a fixed array of
2035 @code{struct aiocb} elements from which only a few need to be handled at
2036 a time.  Another situation is where the @code{lio_listio} call was
2037 canceled before all requests are processed (@pxref{Cancel AIO
2038 Operations}) and the remaining requests have to be reissued.
2039
2040 The other members of each element of the array pointed to by
2041 @code{list} must have values suitable for the operation as described in
2042 the documentation for @code{aio_read} and @code{aio_write} above.
2043
2044 The @var{mode} argument determines how @code{lio_listio} behaves after
2045 having enqueued all the requests.  If @var{mode} is @code{LIO_WAIT} it
2046 waits until all requests terminated.  Otherwise @var{mode} must be
2047 @code{LIO_NOWAIT} and in this case the function returns immediately after
2048 having enqueued all the requests.  In this case the caller gets a
2049 notification of the termination of all requests according to the
2050 @var{sig} parameter.  If @var{sig} is @code{NULL} no notification is
2051 send.  Otherwise a signal is sent or a thread is started, just as
2052 described in the description for @code{aio_read} or @code{aio_write}.
2053
2054 If @var{mode} is @code{LIO_WAIT}, the return value of @code{lio_listio}
2055 is @math{0} when all requests completed successfully.  Otherwise the
2056 function return @math{-1} and @code{errno} is set accordingly.  To find
2057 out which request or requests failed one has to use the @code{aio_error}
2058 function on all the elements of the array @var{list}.
2059
2060 In case @var{mode} is @code{LIO_NOWAIT}, the function returns @math{0} if
2061 all requests were enqueued correctly.  The current state of the requests
2062 can be found using @code{aio_error} and @code{aio_return} as described
2063 above.  If @code{lio_listio} returns @math{-1} in this mode, the
2064 global variable @code{errno} is set accordingly.  If a request did not
2065 yet terminate, a call to @code{aio_error} returns @code{EINPROGRESS}.  If
2066 the value is different, the request is finished and the error value (or
2067 @math{0}) is returned and the result of the operation can be retrieved
2068 using @code{aio_return}.
2069
2070 Possible values for @code{errno} are:
2071
2072 @table @code
2073 @item EAGAIN
2074 The resources necessary to queue all the requests are not available at
2075 the moment.  The error status for each element of @var{list} must be
2076 checked to determine which request failed.
2077
2078 Another reason could be that the system wide limit of AIO requests is
2079 exceeded.  This cannot be the case for the implementation on GNU systems
2080 since no arbitrary limits exist.
2081 @item EINVAL
2082 The @var{mode} parameter is invalid or @var{nent} is larger than
2083 @code{AIO_LISTIO_MAX}.
2084 @item EIO
2085 One or more of the request's I/O operations failed.  The error status of
2086 each request should be checked to determine which one failed.
2087 @item ENOSYS
2088 The @code{lio_listio} function is not supported.
2089 @end table
2090
2091 If the @var{mode} parameter is @code{LIO_NOWAIT} and the caller cancels
2092 a request, the error status for this request returned by
2093 @code{aio_error} is @code{ECANCELED}.
2094
2095 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2096 function is in fact @code{lio_listio64} since the LFS interface
2097 transparently replaces the normal implementation.
2098 @end deftypefun
2099
2100 @comment aio.h
2101 @comment Unix98
2102 @deftypefun int lio_listio64 (int @var{mode}, struct aiocb *const @var{list}, int @var{nent}, struct sigevent *@var{sig})
2103 This function is similar to the @code{lio_listio} function.  The only
2104 difference is that on @w{32 bit} machines, the file descriptor should
2105 be opened in the large file mode.  Internally, @code{lio_listio64} uses
2106 functionality equivalent to @code{lseek64} (@pxref{File Position
2107 Primitive}) to position the file descriptor correctly for the reading or
2108 writing, as opposed to @code{lseek} functionality used in
2109 @code{lio_listio}.
2110
2111 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2112 function is available under the name @code{lio_listio} and so
2113 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2114 machines.
2115 @end deftypefun
2116
2117 @node Status of AIO Operations
2118 @subsection Getting the Status of AIO Operations
2119
2120 As already described in the documentation of the functions in the last
2121 section, it must be possible to get information about the status of an I/O
2122 request.  When the operation is performed truly asynchronously (as with
2123 @code{aio_read} and @code{aio_write} and with @code{lio_listio} when the
2124 mode is @code{LIO_NOWAIT}), one sometimes needs to know whether a
2125 specific request already terminated and if so, what the result was.
2126 The following two functions allow you to get this kind of information.
2127
2128 @comment aio.h
2129 @comment POSIX.1b
2130 @deftypefun int aio_error (const struct aiocb *@var{aiocbp})
2131 This function determines the error state of the request described by the
2132 @code{struct aiocb} variable pointed to by @var{aiocbp}.  If the
2133 request has not yet terminated the value returned is always
2134 @code{EINPROGRESS}.  Once the request has terminated the value
2135 @code{aio_error} returns is either @math{0} if the request completed
2136 successfully or it returns the value which would be stored in the
2137 @code{errno} variable if the request would have been done using
2138 @code{read}, @code{write}, or @code{fsync}.
2139
2140 The function can return @code{ENOSYS} if it is not implemented.  It
2141 could also return @code{EINVAL} if the @var{aiocbp} parameter does not
2142 refer to an asynchronous operation whose return status is not yet known.
2143
2144 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2145 function is in fact @code{aio_error64} since the LFS interface
2146 transparently replaces the normal implementation.
2147 @end deftypefun
2148
2149 @comment aio.h
2150 @comment Unix98
2151 @deftypefun int aio_error64 (const struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2152 This function is similar to @code{aio_error} with the only difference
2153 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2154 aiocb64}.
2155
2156 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2157 function is available under the name @code{aio_error} and so
2158 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2159 machines.
2160 @end deftypefun
2161
2162 @comment aio.h
2163 @comment POSIX.1b
2164 @deftypefun ssize_t aio_return (const struct aiocb *@var{aiocbp})
2165 This function can be used to retrieve the return status of the operation
2166 carried out by the request described in the variable pointed to by
2167 @var{aiocbp}.  As long as the error status of this request as returned
2168 by @code{aio_error} is @code{EINPROGRESS} the return of this function is
2169 undefined.
2170
2171 Once the request is finished this function can be used exactly once to
2172 retrieve the return value.  Following calls might lead to undefined
2173 behavior.  The return value itself is the value which would have been
2174 returned by the @code{read}, @code{write}, or @code{fsync} call.
2175
2176 The function can return @code{ENOSYS} if it is not implemented.  It
2177 could also return @code{EINVAL} if the @var{aiocbp} parameter does not
2178 refer to an asynchronous operation whose return status is not yet known.
2179
2180 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2181 function is in fact @code{aio_return64} since the LFS interface
2182 transparently replaces the normal implementation.
2183 @end deftypefun
2184
2185 @comment aio.h
2186 @comment Unix98
2187 @deftypefun int aio_return64 (const struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2188 This function is similar to @code{aio_return} with the only difference
2189 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2190 aiocb64}.
2191
2192 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2193 function is available under the name @code{aio_return} and so
2194 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2195 machines.
2196 @end deftypefun
2197
2198 @node Synchronizing AIO Operations
2199 @subsection Getting into a Consistent State
2200
2201 When dealing with asynchronous operations it is sometimes necessary to
2202 get into a consistent state.  This would mean for AIO that one wants to
2203 know whether a certain request or a group of request were processed.
2204 This could be done by waiting for the notification sent by the system
2205 after the operation terminated, but this sometimes would mean wasting
2206 resources (mainly computation time).  Instead POSIX.1b defines two
2207 functions which will help with most kinds of consistency.
2208
2209 The @code{aio_fsync} and @code{aio_fsync64} functions are only available
2210 if the symbol @code{_POSIX_SYNCHRONIZED_IO} is defined in @file{unistd.h}.
2211
2212 @cindex synchronizing
2213 @comment aio.h
2214 @comment POSIX.1b
2215 @deftypefun int aio_fsync (int @var{op}, struct aiocb *@var{aiocbp})
2216 Calling this function forces all I/O operations operating queued at the
2217 time of the function call operating on the file descriptor
2218 @code{aiocbp->aio_fildes} into the synchronized I/O completion state
2219 (@pxref{Synchronizing I/O}).  The @code{aio_fsync} function returns
2220 immediately but the notification through the method described in
2221 @code{aiocbp->aio_sigevent} will happen only after all requests for this
2222 file descriptor have terminated and the file is synchronized.  This also
2223 means that requests for this very same file descriptor which are queued
2224 after the synchronization request are not affected.
2225
2226 If @var{op} is @code{O_DSYNC} the synchronization happens as with a call
2227 to @code{fdatasync}.  Otherwise @var{op} should be @code{O_SYNC} and
2228 the synchronization happens as with @code{fsync}.
2229
2230 As long as the synchronization has not happened, a call to
2231 @code{aio_error} with the reference to the object pointed to by
2232 @var{aiocbp} returns @code{EINPROGRESS}.  Once the synchronization is
2233 done @code{aio_error} return @math{0} if the synchronization was not
2234 successful.  Otherwise the value returned is the value to which the
2235 @code{fsync} or @code{fdatasync} function would have set the
2236 @code{errno} variable.  In this case nothing can be assumed about the
2237 consistency for the data written to this file descriptor.
2238
2239 The return value of this function is @math{0} if the request was
2240 successfully enqueued.  Otherwise the return value is @math{-1} and
2241 @code{errno} is set to one of the following values:
2242
2243 @table @code
2244 @item EAGAIN
2245 The request could not be enqueued due to temporary lack of resources.
2246 @item EBADF
2247 The file descriptor @code{aiocbp->aio_fildes} is not valid or not open
2248 for writing.
2249 @item EINVAL
2250 The implementation does not support I/O synchronization or the @var{op}
2251 parameter is other than @code{O_DSYNC} and @code{O_SYNC}.
2252 @item ENOSYS
2253 This function is not implemented.
2254 @end table
2255
2256 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2257 function is in fact @code{aio_return64} since the LFS interface
2258 transparently replaces the normal implementation.
2259 @end deftypefun
2260
2261 @comment aio.h
2262 @comment Unix98
2263 @deftypefun int aio_fsync64 (int @var{op}, struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2264 This function is similar to @code{aio_fsync} with the only difference
2265 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2266 aiocb64}.
2267
2268 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2269 function is available under the name @code{aio_fsync} and so
2270 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2271 machines.
2272 @end deftypefun
2273
2274 Another method of synchronization is to wait until one or more requests of a
2275 specific set terminated.  This could be achieved by the @code{aio_*}
2276 functions to notify the initiating process about the termination but in
2277 some situations this is not the ideal solution.  In a program which
2278 constantly updates clients somehow connected to the server it is not
2279 always the best solution to go round robin since some connections might
2280 be slow.  On the other hand letting the @code{aio_*} function notify the
2281 caller might also be not the best solution since whenever the process
2282 works on preparing data for on client it makes no sense to be
2283 interrupted by a notification since the new client will not be handled
2284 before the current client is served.  For situations like this
2285 @code{aio_suspend} should be used.
2286
2287 @comment aio.h
2288 @comment POSIX.1b
2289 @deftypefun int aio_suspend (const struct aiocb *const @var{list}[], int @var{nent}, const struct timespec *@var{timeout})
2290 When calling this function, the calling thread is suspended until at
2291 least one of the requests pointed to by the @var{nent} elements of the
2292 array @var{list} has completed.  If any of the requests has already
2293 completed at the time @code{aio_suspend} is called, the function returns
2294 immediately.  Whether a request has terminated or not is determined by
2295 comparing the error status of the request with @code{EINPROGRESS}.  If
2296 an element of @var{list} is @code{NULL}, the entry is simply ignored.
2297
2298 If no request has finished, the calling process is suspended.  If
2299 @var{timeout} is @code{NULL}, the process is not woken until a request
2300 has finished.  If @var{timeout} is not @code{NULL}, the process remains
2301 suspended at least as long as specified in @var{timeout}.  In this case,
2302 @code{aio_suspend} returns with an error.
2303
2304 The return value of the function is @math{0} if one or more requests
2305 from the @var{list} have terminated.  Otherwise the function returns
2306 @math{-1} and @code{errno} is set to one of the following values:
2307
2308 @table @code
2309 @item EAGAIN
2310 None of the requests from the @var{list} completed in the time specified
2311 by @var{timeout}.
2312 @item EINTR
2313 A signal interrupted the @code{aio_suspend} function.  This signal might
2314 also be sent by the AIO implementation while signalling the termination
2315 of one of the requests.
2316 @item ENOSYS
2317 The @code{aio_suspend} function is not implemented.
2318 @end table
2319
2320 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2321 function is in fact @code{aio_suspend64} since the LFS interface
2322 transparently replaces the normal implementation.
2323 @end deftypefun
2324
2325 @comment aio.h
2326 @comment Unix98
2327 @deftypefun int aio_suspend64 (const struct aiocb64 *const @var{list}[], int @var{nent}, const struct timespec *@var{timeout})
2328 This function is similar to @code{aio_suspend} with the only difference
2329 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2330 aiocb64}.
2331
2332 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} this
2333 function is available under the name @code{aio_suspend} and so
2334 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2335 machines.
2336 @end deftypefun
2337
2338 @node Cancel AIO Operations
2339 @subsection Cancellation of AIO Operations
2340
2341 When one or more requests are asynchronously processed, it might be
2342 useful in some situations to cancel a selected operation, e.g., if it
2343 becomes obvious that the written data is no longer accurate and would
2344 have to be overwritten soon.  As an example, assume an application, which
2345 writes data in files in a situation where new incoming data would have
2346 to be written in a file which will be updated by an enqueued request.
2347 The POSIX AIO implementation provides such a function, but this function
2348 is not capable of forcing the cancellation of the request.  It is up to the
2349 implementation to decide whether it is possible to cancel the operation
2350 or not.  Therefore using this function is merely a hint.
2351
2352 @comment aio.h
2353 @comment POSIX.1b
2354 @deftypefun int aio_cancel (int @var{fildes}, struct aiocb *@var{aiocbp})
2355 The @code{aio_cancel} function can be used to cancel one or more
2356 outstanding requests.  If the @var{aiocbp} parameter is @code{NULL}, the
2357 function tries to cancel all of the outstanding requests which would process
2358 the file descriptor @var{fildes} (i.e., whose @code{aio_fildes} member
2359 is @var{fildes}).  If @var{aiocbp} is not @code{NULL}, @code{aio_cancel}
2360 attempts to cancel the specific request pointed to by @var{aiocbp}.
2361
2362 For requests which were successfully canceled, the normal notification
2363 about the termination of the request should take place.  I.e., depending
2364 on the @code{struct sigevent} object which controls this, nothing
2365 happens, a signal is sent or a thread is started.  If the request cannot
2366 be canceled, it terminates the usual way after performing the operation.
2367
2368 After a request is successfully canceled, a call to @code{aio_error} with
2369 a reference to this request as the parameter will return
2370 @code{ECANCELED} and a call to @code{aio_return} will return @math{-1}.
2371 If the request wasn't canceled and is still running the error status is
2372 still @code{EINPROGRESS}.
2373
2374 The return value of the function is @code{AIO_CANCELED} if there were
2375 requests which haven't terminated and which were successfully canceled.
2376 If there is one or more requests left which couldn't be canceled, the
2377 return value is @code{AIO_NOTCANCELED}.  In this case @code{aio_error}
2378 must be used to find out which of the, perhaps multiple, requests (in
2379 @var{aiocbp} is @code{NULL}) weren't successfully canceled.  If all
2380 requests already terminated at the time @code{aio_cancel} is called the
2381 return value is @code{AIO_ALLDONE}.
2382
2383 If an error occurred during the execution of @code{aio_cancel} the
2384 function returns @math{-1} and sets @code{errno} to one of the following
2385 values.
2386
2387 @table @code
2388 @item EBADF
2389 The file descriptor @var{fildes} is not valid.
2390 @item ENOSYS
2391 @code{aio_cancel} is not implemented.
2392 @end table
2393
2394 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2395 function is in fact @code{aio_cancel64} since the LFS interface
2396 transparently replaces the normal implementation.
2397 @end deftypefun
2398
2399 @comment aio.h
2400 @comment Unix98
2401 @deftypefun int aio_cancel64 (int @var{fildes}, struct aiocb64 *@var{aiocbp})
2402 This function is similar to @code{aio_cancel} with the only difference
2403 that the argument is a reference to a variable of type @code{struct
2404 aiocb64}.
2405
2406 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64}, this
2407 function is available under the name @code{aio_cancel} and so
2408 transparently replaces the interface for small files on 32 bit
2409 machines.
2410 @end deftypefun
2411
2412 @node Configuration of AIO
2413 @subsection How to optimize the AIO implementation
2414
2415 The POSIX standard does not specify how the AIO functions are
2416 implemented.  They could be system calls, but it is also possible to
2417 emulate them at userlevel.
2418
2419 At the point of this writing, the available implementation is a userlevel
2420 implementation which uses threads for handling the enqueued requests.
2421 While this implementation requires making some decisions about
2422 limitations, hard limitations are something which is best avoided
2423 in the GNU C library.  Therefore, the GNU C library provides a means
2424 for tuning the AIO implementation according to the individual use.
2425
2426 @comment aio.h
2427 @comment GNU
2428 @deftp {Data Type} {struct aioinit}
2429 This data type is used to pass the configuration or tunable parameters
2430 to the implementation.  The program has to initialize the members of
2431 this struct and pass it to the implementation using the @code{aio_init}
2432 function.
2433
2434 @table @code
2435 @item int aio_threads
2436 This member specifies the maximal number of threads which may be used
2437 at any one time.
2438 @item int aio_num
2439 This number provides an estimate on the maximal number of simultaneously
2440 enqueued requests.
2441 @item int aio_locks
2442 Unused.
2443 @item int aio_usedba
2444 Unused.
2445 @item int aio_debug
2446 Unused.
2447 @item int aio_numusers
2448 Unused.
2449 @item int aio_reserved[2]
2450 Unused.
2451 @end table
2452 @end deftp
2453
2454 @comment aio.h
2455 @comment GNU
2456 @deftypefun void aio_init (const struct aioinit *@var{init})
2457 This function must be called before any other AIO function.  Calling it
2458 is completely voluntary, as it is only meant to help the AIO
2459 implementation perform better.
2460
2461 Before calling the @code{aio_init}, function the members of a variable of
2462 type @code{struct aioinit} must be initialized.  Then a reference to
2463 this variable is passed as the parameter to @code{aio_init} which itself
2464 may or may not pay attention to the hints.
2465
2466 The function has no return value and no error cases are defined.  It is
2467 a extension which follows a proposal from the SGI implementation in
2468 @w{Irix 6}.  It is not covered by POSIX.1b or Unix98.
2469 @end deftypefun
2470
2471 @node Control Operations
2472 @section Control Operations on Files
2473
2474 @cindex control operations on files
2475 @cindex @code{fcntl} function
2476 This section describes how you can perform various other operations on
2477 file descriptors, such as inquiring about or setting flags describing
2478 the status of the file descriptor, manipulating record locks, and the
2479 like.  All of these operations are performed by the function @code{fcntl}.
2480
2481 The second argument to the @code{fcntl} function is a command that
2482 specifies which operation to perform.  The function and macros that name
2483 various flags that are used with it are declared in the header file
2484 @file{fcntl.h}.  Many of these flags are also used by the @code{open}
2485 function; see @ref{Opening and Closing Files}.
2486 @pindex fcntl.h
2487
2488 @comment fcntl.h
2489 @comment POSIX.1
2490 @deftypefun int fcntl (int @var{filedes}, int @var{command}, @dots{})
2491 The @code{fcntl} function performs the operation specified by
2492 @var{command} on the file descriptor @var{filedes}.  Some commands
2493 require additional arguments to be supplied.  These additional arguments
2494 and the return value and error conditions are given in the detailed
2495 descriptions of the individual commands.
2496
2497 Briefly, here is a list of what the various commands are.
2498
2499 @table @code
2500 @item F_DUPFD
2501 Duplicate the file descriptor (return another file descriptor pointing
2502 to the same open file).  @xref{Duplicating Descriptors}.
2503
2504 @item F_GETFD
2505 Get flags associated with the file descriptor.  @xref{Descriptor Flags}.
2506
2507 @item F_SETFD
2508 Set flags associated with the file descriptor.  @xref{Descriptor Flags}.
2509
2510 @item F_GETFL
2511 Get flags associated with the open file.  @xref{File Status Flags}.
2512
2513 @item F_SETFL
2514 Set flags associated with the open file.  @xref{File Status Flags}.
2515
2516 @item F_GETLK
2517 Get a file lock.  @xref{File Locks}.
2518
2519 @item F_SETLK
2520 Set or clear a file lock.  @xref{File Locks}.
2521
2522 @item F_SETLKW
2523 Like @code{F_SETLK}, but wait for completion.  @xref{File Locks}.
2524
2525 @item F_GETOWN
2526 Get process or process group ID to receive @code{SIGIO} signals.
2527 @xref{Interrupt Input}.
2528
2529 @item F_SETOWN
2530 Set process or process group ID to receive @code{SIGIO} signals.
2531 @xref{Interrupt Input}.
2532 @end table
2533
2534 This function is a cancellation point in multi-threaded programs.  This
2535 is a problem if the thread allocates some resources (like memory, file
2536 descriptors, semaphores or whatever) at the time @code{fcntl} is
2537 called.  If the thread gets canceled these resources stay allocated
2538 until the program ends.  To avoid this calls to @code{fcntl} should be
2539 protected using cancellation handlers.
2540 @c ref pthread_cleanup_push / pthread_cleanup_pop
2541 @end deftypefun
2542
2543
2544 @node Duplicating Descriptors
2545 @section Duplicating Descriptors
2546
2547 @cindex duplicating file descriptors
2548 @cindex redirecting input and output
2549
2550 You can @dfn{duplicate} a file descriptor, or allocate another file
2551 descriptor that refers to the same open file as the original.  Duplicate
2552 descriptors share one file position and one set of file status flags
2553 (@pxref{File Status Flags}), but each has its own set of file descriptor
2554 flags (@pxref{Descriptor Flags}).
2555
2556 The major use of duplicating a file descriptor is to implement
2557 @dfn{redirection} of input or output:  that is, to change the
2558 file or pipe that a particular file descriptor corresponds to.
2559
2560 You can perform this operation using the @code{fcntl} function with the
2561 @code{F_DUPFD} command, but there are also convenient functions
2562 @code{dup} and @code{dup2} for duplicating descriptors.
2563
2564 @pindex unistd.h
2565 @pindex fcntl.h
2566 The @code{fcntl} function and flags are declared in @file{fcntl.h},
2567 while prototypes for @code{dup} and @code{dup2} are in the header file
2568 @file{unistd.h}.
2569
2570 @comment unistd.h
2571 @comment POSIX.1
2572 @deftypefun int dup (int @var{old})
2573 This function copies descriptor @var{old} to the first available
2574 descriptor number (the first number not currently open).  It is
2575 equivalent to @code{fcntl (@var{old}, F_DUPFD, 0)}.
2576 @end deftypefun
2577
2578 @comment unistd.h
2579 @comment POSIX.1
2580 @deftypefun int dup2 (int @var{old}, int @var{new})
2581 This function copies the descriptor @var{old} to descriptor number
2582 @var{new}.
2583
2584 If @var{old} is an invalid descriptor, then @code{dup2} does nothing; it
2585 does not close @var{new}.  Otherwise, the new duplicate of @var{old}
2586 replaces any previous meaning of descriptor @var{new}, as if @var{new}
2587 were closed first.
2588
2589 If @var{old} and @var{new} are different numbers, and @var{old} is a
2590 valid descriptor number, then @code{dup2} is equivalent to:
2591
2592 @smallexample
2593 close (@var{new});
2594 fcntl (@var{old}, F_DUPFD, @var{new})
2595 @end smallexample
2596
2597 However, @code{dup2} does this atomically; there is no instant in the
2598 middle of calling @code{dup2} at which @var{new} is closed and not yet a
2599 duplicate of @var{old}.
2600 @end deftypefun
2601
2602 @comment fcntl.h
2603 @comment POSIX.1
2604 @deftypevr Macro int F_DUPFD
2605 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
2606 copy the file descriptor given as the first argument.
2607
2608 The form of the call in this case is:
2609
2610 @smallexample
2611 fcntl (@var{old}, F_DUPFD, @var{next-filedes})
2612 @end smallexample
2613
2614 The @var{next-filedes} argument is of type @code{int} and specifies that
2615 the file descriptor returned should be the next available one greater
2616 than or equal to this value.
2617
2618 The return value from @code{fcntl} with this command is normally the value
2619 of the new file descriptor.  A return value of @math{-1} indicates an
2620 error.  The following @code{errno} error conditions are defined for
2621 this command:
2622
2623 @table @code
2624 @item EBADF
2625 The @var{old} argument is invalid.
2626
2627 @item EINVAL
2628 The @var{next-filedes} argument is invalid.
2629
2630 @item EMFILE
2631 There are no more file descriptors available---your program is already
2632 using the maximum.  In BSD and GNU, the maximum is controlled by a
2633 resource limit that can be changed; @pxref{Limits on Resources}, for
2634 more information about the @code{RLIMIT_NOFILE} limit.
2635 @end table
2636
2637 @code{ENFILE} is not a possible error code for @code{dup2} because
2638 @code{dup2} does not create a new opening of a file; duplicate
2639 descriptors do not count toward the limit which @code{ENFILE}
2640 indicates.  @code{EMFILE} is possible because it refers to the limit on
2641 distinct descriptor numbers in use in one process.
2642 @end deftypevr
2643
2644 Here is an example showing how to use @code{dup2} to do redirection.
2645 Typically, redirection of the standard streams (like @code{stdin}) is
2646 done by a shell or shell-like program before calling one of the
2647 @code{exec} functions (@pxref{Executing a File}) to execute a new
2648 program in a child process.  When the new program is executed, it
2649 creates and initializes the standard streams to point to the
2650 corresponding file descriptors, before its @code{main} function is
2651 invoked.
2652
2653 So, to redirect standard input to a file, the shell could do something
2654 like:
2655
2656 @smallexample
2657 pid = fork ();
2658 if (pid == 0)
2659   @{
2660     char *filename;
2661     char *program;
2662     int file;
2663     @dots{}
2664     file = TEMP_FAILURE_RETRY (open (filename, O_RDONLY));
2665     dup2 (file, STDIN_FILENO);
2666     TEMP_FAILURE_RETRY (close (file));
2667     execv (program, NULL);
2668   @}
2669 @end smallexample
2670
2671 There is also a more detailed example showing how to implement redirection
2672 in the context of a pipeline of processes in @ref{Launching Jobs}.
2673
2674
2675 @node Descriptor Flags
2676 @section File Descriptor Flags
2677 @cindex file descriptor flags
2678
2679 @dfn{File descriptor flags} are miscellaneous attributes of a file
2680 descriptor.  These flags are associated with particular file
2681 descriptors, so that if you have created duplicate file descriptors
2682 from a single opening of a file, each descriptor has its own set of flags.
2683
2684 Currently there is just one file descriptor flag: @code{FD_CLOEXEC},
2685 which causes the descriptor to be closed if you use any of the
2686 @code{exec@dots{}} functions (@pxref{Executing a File}).
2687
2688 The symbols in this section are defined in the header file
2689 @file{fcntl.h}.
2690 @pindex fcntl.h
2691
2692 @comment fcntl.h
2693 @comment POSIX.1
2694 @deftypevr Macro int F_GETFD
2695 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
2696 specify that it should return the file descriptor flags associated
2697 with the @var{filedes} argument.
2698
2699 The normal return value from @code{fcntl} with this command is a
2700 nonnegative number which can be interpreted as the bitwise OR of the
2701 individual flags (except that currently there is only one flag to use).
2702
2703 In case of an error, @code{fcntl} returns @math{-1}.  The following
2704 @code{errno} error conditions are defined for this command:
2705
2706 @table @code
2707 @item EBADF
2708 The @var{filedes} argument is invalid.
2709 @end table
2710 @end deftypevr
2711
2712
2713 @comment fcntl.h
2714 @comment POSIX.1
2715 @deftypevr Macro int F_SETFD
2716 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
2717 specify that it should set the file descriptor flags associated with the
2718 @var{filedes} argument.  This requires a third @code{int} argument to
2719 specify the new flags, so the form of the call is:
2720
2721 @smallexample
2722 fcntl (@var{filedes}, F_SETFD, @var{new-flags})
2723 @end smallexample
2724
2725 The normal return value from @code{fcntl} with this command is an
2726 unspecified value other than @math{-1}, which indicates an error.
2727 The flags and error conditions are the same as for the @code{F_GETFD}
2728 command.
2729 @end deftypevr
2730
2731 The following macro is defined for use as a file descriptor flag with
2732 the @code{fcntl} function.  The value is an integer constant usable
2733 as a bit mask value.
2734
2735 @comment fcntl.h
2736 @comment POSIX.1
2737 @deftypevr Macro int FD_CLOEXEC
2738 @cindex close-on-exec (file descriptor flag)
2739 This flag specifies that the file descriptor should be closed when
2740 an @code{exec} function is invoked; see @ref{Executing a File}.  When
2741 a file descriptor is allocated (as with @code{open} or @code{dup}),
2742 this bit is initially cleared on the new file descriptor, meaning that
2743 descriptor will survive into the new program after @code{exec}.
2744 @end deftypevr
2745
2746 If you want to modify the file descriptor flags, you should get the
2747 current flags with @code{F_GETFD} and modify the value.  Don't assume
2748 that the flags listed here are the only ones that are implemented; your
2749 program may be run years from now and more flags may exist then.  For
2750 example, here is a function to set or clear the flag @code{FD_CLOEXEC}
2751 without altering any other flags:
2752
2753 @smallexample
2754 /* @r{Set the @code{FD_CLOEXEC} flag of @var{desc} if @var{value} is nonzero,}
2755    @r{or clear the flag if @var{value} is 0.}
2756    @r{Return 0 on success, or -1 on error with @code{errno} set.} */
2757
2758 int
2759 set_cloexec_flag (int desc, int value)
2760 @{
2761   int oldflags = fcntl (desc, F_GETFD, 0);
2762   /* @r{If reading the flags failed, return error indication now.}
2763   if (oldflags < 0)
2764     return oldflags;
2765   /* @r{Set just the flag we want to set.} */
2766   if (value != 0)
2767     oldflags |= FD_CLOEXEC;
2768   else
2769     oldflags &= ~FD_CLOEXEC;
2770   /* @r{Store modified flag word in the descriptor.} */
2771   return fcntl (desc, F_SETFD, oldflags);
2772 @}
2773 @end smallexample
2774
2775 @node File Status Flags
2776 @section File Status Flags
2777 @cindex file status flags
2778
2779 @dfn{File status flags} are used to specify attributes of the opening of a
2780 file.  Unlike the file descriptor flags discussed in @ref{Descriptor
2781 Flags}, the file status flags are shared by duplicated file descriptors
2782 resulting from a single opening of the file.  The file status flags are
2783 specified with the @var{flags} argument to @code{open};
2784 @pxref{Opening and Closing Files}.
2785
2786 File status flags fall into three categories, which are described in the
2787 following sections.
2788
2789 @itemize @bullet
2790 @item
2791 @ref{Access Modes}, specify what type of access is allowed to the
2792 file: reading, writing, or both.  They are set by @code{open} and are
2793 returned by @code{fcntl}, but cannot be changed.
2794
2795 @item
2796 @ref{Open-time Flags}, control details of what @code{open} will do.
2797 These flags are not preserved after the @code{open} call.
2798
2799 @item
2800 @ref{Operating Modes}, affect how operations such as @code{read} and
2801 @code{write} are done.  They are set by @code{open}, and can be fetched or
2802 changed with @code{fcntl}.
2803 @end itemize
2804
2805 The symbols in this section are defined in the header file
2806 @file{fcntl.h}.
2807 @pindex fcntl.h
2808
2809 @menu
2810 * Access Modes::                Whether the descriptor can read or write.
2811 * Open-time Flags::             Details of @code{open}.
2812 * Operating Modes::             Special modes to control I/O operations.
2813 * Getting File Status Flags::   Fetching and changing these flags.
2814 @end menu
2815
2816 @node Access Modes
2817 @subsection File Access Modes
2818
2819 The file access modes allow a file descriptor to be used for reading,
2820 writing, or both.  (In the GNU system, they can also allow none of these,
2821 and allow execution of the file as a program.)  The access modes are chosen
2822 when the file is opened, and never change.
2823
2824 @comment fcntl.h
2825 @comment POSIX.1
2826 @deftypevr Macro int O_RDONLY
2827 Open the file for read access.
2828 @end deftypevr
2829
2830 @comment fcntl.h
2831 @comment POSIX.1
2832 @deftypevr Macro int O_WRONLY
2833 Open the file for write access.
2834 @end deftypevr
2835
2836 @comment fcntl.h
2837 @comment POSIX.1
2838 @deftypevr Macro int O_RDWR
2839 Open the file for both reading and writing.
2840 @end deftypevr
2841
2842 In the GNU system (and not in other systems), @code{O_RDONLY} and
2843 @code{O_WRONLY} are independent bits that can be bitwise-ORed together,
2844 and it is valid for either bit to be set or clear.  This means that
2845 @code{O_RDWR} is the same as @code{O_RDONLY|O_WRONLY}.  A file access
2846 mode of zero is permissible; it allows no operations that do input or
2847 output to the file, but does allow other operations such as
2848 @code{fchmod}.  On the GNU system, since ``read-only'' or ``write-only''
2849 is a misnomer, @file{fcntl.h} defines additional names for the file
2850 access modes.  These names are preferred when writing GNU-specific code.
2851 But most programs will want to be portable to other POSIX.1 systems and
2852 should use the POSIX.1 names above instead.
2853
2854 @comment fcntl.h
2855 @comment GNU
2856 @deftypevr Macro int O_READ
2857 Open the file for reading.  Same as @code{O_RDWR}; only defined on GNU.
2858 @end deftypevr
2859
2860 @comment fcntl.h
2861 @comment GNU
2862 @deftypevr Macro int O_WRITE
2863 Open the file for reading.  Same as @code{O_WRONLY}; only defined on GNU.
2864 @end deftypevr
2865
2866 @comment fcntl.h
2867 @comment GNU
2868 @deftypevr Macro int O_EXEC
2869 Open the file for executing.  Only defined on GNU.
2870 @end deftypevr
2871
2872 To determine the file access mode with @code{fcntl}, you must extract
2873 the access mode bits from the retrieved file status flags.  In the GNU
2874 system, you can just test the @code{O_READ} and @code{O_WRITE} bits in
2875 the flags word.  But in other POSIX.1 systems, reading and writing
2876 access modes are not stored as distinct bit flags.  The portable way to
2877 extract the file access mode bits is with @code{O_ACCMODE}.
2878
2879 @comment fcntl.h
2880 @comment POSIX.1
2881 @deftypevr Macro int O_ACCMODE
2882 This macro stands for a mask that can be bitwise-ANDed with the file
2883 status flag value to produce a value representing the file access mode.
2884 The mode will be @code{O_RDONLY}, @code{O_WRONLY}, or @code{O_RDWR}.
2885 (In the GNU system it could also be zero, and it never includes the
2886 @code{O_EXEC} bit.)
2887 @end deftypevr
2888
2889 @node Open-time Flags
2890 @subsection Open-time Flags
2891
2892 The open-time flags specify options affecting how @code{open} will behave.
2893 These options are not preserved once the file is open.  The exception to
2894 this is @code{O_NONBLOCK}, which is also an I/O operating mode and so it
2895 @emph{is} saved.  @xref{Opening and Closing Files}, for how to call
2896 @code{open}.
2897
2898 There are two sorts of options specified by open-time flags.
2899
2900 @itemize @bullet
2901 @item
2902 @dfn{File name translation flags} affect how @code{open} looks up the
2903 file name to locate the file, and whether the file can be created.
2904 @cindex file name translation flags
2905 @cindex flags, file name translation
2906
2907 @item
2908 @dfn{Open-time action flags} specify extra operations that @code{open} will
2909 perform on the file once it is open.
2910 @cindex open-time action flags
2911 @cindex flags, open-time action
2912 @end itemize
2913
2914 Here are the file name translation flags.
2915
2916 @comment fcntl.h
2917 @comment POSIX.1
2918 @deftypevr Macro int O_CREAT
2919 If set, the file will be created if it doesn't already exist.
2920 @c !!! mode arg, umask
2921 @cindex create on open (file status flag)
2922 @end deftypevr
2923
2924 @comment fcntl.h
2925 @comment POSIX.1
2926 @deftypevr Macro int O_EXCL
2927 If both @code{O_CREAT} and @code{O_EXCL} are set, then @code{open} fails
2928 if the specified file already exists.  This is guaranteed to never
2929 clobber an existing file.
2930 @end deftypevr
2931
2932 @comment fcntl.h
2933 @comment POSIX.1
2934 @deftypevr Macro int O_NONBLOCK
2935 @cindex non-blocking open
2936 This prevents @code{open} from blocking for a ``long time'' to open the
2937 file.  This is only meaningful for some kinds of files, usually devices
2938 such as serial ports; when it is not meaningful, it is harmless and
2939 ignored.  Often opening a port to a modem blocks until the modem reports
2940 carrier detection; if @code{O_NONBLOCK} is specified, @code{open} will
2941 return immediately without a carrier.
2942
2943 Note that the @code{O_NONBLOCK} flag is overloaded as both an I/O operating
2944 mode and a file name translation flag.  This means that specifying
2945 @code{O_NONBLOCK} in @code{open} also sets nonblocking I/O mode;
2946 @pxref{Operating Modes}.  To open the file without blocking but do normal
2947 I/O that blocks, you must call @code{open} with @code{O_NONBLOCK} set and
2948 then call @code{fcntl} to turn the bit off.
2949 @end deftypevr
2950
2951 @comment fcntl.h
2952 @comment POSIX.1
2953 @deftypevr Macro int O_NOCTTY
2954 If the named file is a terminal device, don't make it the controlling
2955 terminal for the process.  @xref{Job Control}, for information about
2956 what it means to be the controlling terminal.
2957
2958 In the GNU system and 4.4 BSD, opening a file never makes it the
2959 controlling terminal and @code{O_NOCTTY} is zero.  However, other
2960 systems may use a nonzero value for @code{O_NOCTTY} and set the
2961 controlling terminal when you open a file that is a terminal device; so
2962 to be portable, use @code{O_NOCTTY} when it is important to avoid this.
2963 @cindex controlling terminal, setting
2964 @end deftypevr
2965
2966 The following three file name translation flags exist only in the GNU system.
2967
2968 @comment fcntl.h
2969 @comment GNU
2970 @deftypevr Macro int O_IGNORE_CTTY
2971 Do not recognize the named file as the controlling terminal, even if it
2972 refers to the process's existing controlling terminal device.  Operations
2973 on the new file descriptor will never induce job control signals.
2974 @xref{Job Control}.
2975 @end deftypevr
2976
2977 @comment fcntl.h
2978 @comment GNU
2979 @deftypevr Macro int O_NOLINK
2980 If the named file is a symbolic link, open the link itself instead of
2981 the file it refers to.  (@code{fstat} on the new file descriptor will
2982 return the information returned by @code{lstat} on the link's name.)
2983 @cindex symbolic link, opening
2984 @end deftypevr
2985
2986 @comment fcntl.h
2987 @comment GNU
2988 @deftypevr Macro int O_NOTRANS
2989 If the named file is specially translated, do not invoke the translator.
2990 Open the bare file the translator itself sees.
2991 @end deftypevr
2992
2993
2994 The open-time action flags tell @code{open} to do additional operations
2995 which are not really related to opening the file.  The reason to do them
2996 as part of @code{open} instead of in separate calls is that @code{open}
2997 can do them @i{atomically}.
2998
2999 @comment fcntl.h
3000 @comment POSIX.1
3001 @deftypevr Macro int O_TRUNC
3002 Truncate the file to zero length.  This option is only useful for
3003 regular files, not special files such as directories or FIFOs.  POSIX.1
3004 requires that you open the file for writing to use @code{O_TRUNC}.  In
3005 BSD and GNU you must have permission to write the file to truncate it,
3006 but you need not open for write access.
3007
3008 This is the only open-time action flag specified by POSIX.1.  There is
3009 no good reason for truncation to be done by @code{open}, instead of by
3010 calling @code{ftruncate} afterwards.  The @code{O_TRUNC} flag existed in
3011 Unix before @code{ftruncate} was invented, and is retained for backward
3012 compatibility.
3013 @end deftypevr
3014
3015 The remaining operating modes are BSD extensions.  They exist only
3016 on some systems.  On other systems, these macros are not defined.
3017
3018 @comment fcntl.h
3019 @comment BSD
3020 @deftypevr Macro int O_SHLOCK
3021 Acquire a shared lock on the file, as with @code{flock}.
3022 @xref{File Locks}.
3023
3024 If @code{O_CREAT} is specified, the locking is done atomically when
3025 creating the file.  You are guaranteed that no other process will get
3026 the lock on the new file first.
3027 @end deftypevr
3028
3029 @comment fcntl.h
3030 @comment BSD
3031 @deftypevr Macro int O_EXLOCK
3032 Acquire an exclusive lock on the file, as with @code{flock}.
3033 @xref{File Locks}.  This is atomic like @code{O_SHLOCK}.
3034 @end deftypevr
3035
3036 @node Operating Modes
3037 @subsection I/O Operating Modes
3038
3039 The operating modes affect how input and output operations using a file
3040 descriptor work.  These flags are set by @code{open} and can be fetched
3041 and changed with @code{fcntl}.
3042
3043 @comment fcntl.h
3044 @comment POSIX.1
3045 @deftypevr Macro int O_APPEND
3046 The bit that enables append mode for the file.  If set, then all
3047 @code{write} operations write the data at the end of the file, extending
3048 it, regardless of the current file position.  This is the only reliable
3049 way to append to a file.  In append mode, you are guaranteed that the
3050 data you write will always go to the current end of the file, regardless
3051 of other processes writing to the file.  Conversely, if you simply set
3052 the file position to the end of file and write, then another process can
3053 extend the file after you set the file position but before you write,
3054 resulting in your data appearing someplace before the real end of file.
3055 @end deftypevr
3056
3057 @comment fcntl.h
3058 @comment POSIX.1
3059 @deftypevr Macro int O_NONBLOCK
3060 The bit that enables nonblocking mode for the file.  If this bit is set,
3061 @code{read} requests on the file can return immediately with a failure
3062 status if there is no input immediately available, instead of blocking.
3063 Likewise, @code{write} requests can also return immediately with a
3064 failure status if the output can't be written immediately.
3065
3066 Note that the @code{O_NONBLOCK} flag is overloaded as both an I/O
3067 operating mode and a file name translation flag; @pxref{Open-time Flags}.
3068 @end deftypevr
3069
3070 @comment fcntl.h
3071 @comment BSD
3072 @deftypevr Macro int O_NDELAY
3073 This is an obsolete name for @code{O_NONBLOCK}, provided for
3074 compatibility with BSD.  It is not defined by the POSIX.1 standard.
3075 @end deftypevr
3076
3077 The remaining operating modes are BSD and GNU extensions.  They exist only
3078 on some systems.  On other systems, these macros are not defined.
3079
3080 @comment fcntl.h
3081 @comment BSD
3082 @deftypevr Macro int O_ASYNC
3083 The bit that enables asynchronous input mode.  If set, then @code{SIGIO}
3084 signals will be generated when input is available.  @xref{Interrupt Input}.
3085
3086 Asynchronous input mode is a BSD feature.
3087 @end deftypevr
3088
3089 @comment fcntl.h
3090 @comment BSD
3091 @deftypevr Macro int O_FSYNC
3092 The bit that enables synchronous writing for the file.  If set, each
3093 @code{write} call will make sure the data is reliably stored on disk before
3094 returning. @c !!! xref fsync
3095
3096 Synchronous writing is a BSD feature.
3097 @end deftypevr
3098
3099 @comment fcntl.h
3100 @comment BSD
3101 @deftypevr Macro int O_SYNC
3102 This is another name for @code{O_FSYNC}.  They have the same value.
3103 @end deftypevr
3104
3105 @comment fcntl.h
3106 @comment GNU
3107 @deftypevr Macro int O_NOATIME
3108 If this bit is set, @code{read} will not update the access time of the
3109 file.  @xref{File Times}.  This is used by programs that do backups, so
3110 that backing a file up does not count as reading it.
3111 Only the owner of the file or the superuser may use this bit.
3112
3113 This is a GNU extension.
3114 @end deftypevr
3115
3116 @node Getting File Status Flags
3117 @subsection Getting and Setting File Status Flags
3118
3119 The @code{fcntl} function can fetch or change file status flags.
3120
3121 @comment fcntl.h
3122 @comment POSIX.1
3123 @deftypevr Macro int F_GETFL
3124 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3125 read the file status flags for the open file with descriptor
3126 @var{filedes}.
3127
3128 The normal return value from @code{fcntl} with this command is a
3129 nonnegative number which can be interpreted as the bitwise OR of the
3130 individual flags.  Since the file access modes are not single-bit values,
3131 you can mask off other bits in the returned flags with @code{O_ACCMODE}
3132 to compare them.
3133
3134 In case of an error, @code{fcntl} returns @math{-1}.  The following
3135 @code{errno} error conditions are defined for this command:
3136
3137 @table @code
3138 @item EBADF
3139 The @var{filedes} argument is invalid.
3140 @end table
3141 @end deftypevr
3142
3143 @comment fcntl.h
3144 @comment POSIX.1
3145 @deftypevr Macro int F_SETFL
3146 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to set
3147 the file status flags for the open file corresponding to the
3148 @var{filedes} argument.  This command requires a third @code{int}
3149 argument to specify the new flags, so the call looks like this:
3150
3151 @smallexample
3152 fcntl (@var{filedes}, F_SETFL, @var{new-flags})
3153 @end smallexample
3154
3155 You can't change the access mode for the file in this way; that is,
3156 whether the file descriptor was opened for reading or writing.
3157
3158 The normal return value from @code{fcntl} with this command is an
3159 unspecified value other than @math{-1}, which indicates an error.  The
3160 error conditions are the same as for the @code{F_GETFL} command.
3161 @end deftypevr
3162
3163 If you want to modify the file status flags, you should get the current
3164 flags with @code{F_GETFL} and modify the value.  Don't assume that the
3165 flags listed here are the only ones that are implemented; your program
3166 may be run years from now and more flags may exist then.  For example,
3167 here is a function to set or clear the flag @code{O_NONBLOCK} without
3168 altering any other flags:
3169
3170 @smallexample
3171 @group
3172 /* @r{Set the @code{O_NONBLOCK} flag of @var{desc} if @var{value} is nonzero,}
3173    @r{or clear the flag if @var{value} is 0.}
3174    @r{Return 0 on success, or -1 on error with @code{errno} set.} */
3175
3176 int
3177 set_nonblock_flag (int desc, int value)
3178 @{
3179   int oldflags = fcntl (desc, F_GETFL, 0);
3180   /* @r{If reading the flags failed, return error indication now.} */
3181   if (oldflags == -1)
3182     return -1;
3183   /* @r{Set just the flag we want to set.} */
3184   if (value != 0)
3185     oldflags |= O_NONBLOCK;
3186   else
3187     oldflags &= ~O_NONBLOCK;
3188   /* @r{Store modified flag word in the descriptor.} */
3189   return fcntl (desc, F_SETFL, oldflags);
3190 @}
3191 @end group
3192 @end smallexample
3193
3194 @node File Locks
3195 @section File Locks
3196
3197 @cindex file locks
3198 @cindex record locking
3199 The remaining @code{fcntl} commands are used to support @dfn{record
3200 locking}, which permits multiple cooperating programs to prevent each
3201 other from simultaneously accessing parts of a file in error-prone
3202 ways.
3203
3204 @cindex exclusive lock
3205 @cindex write lock
3206 An @dfn{exclusive} or @dfn{write} lock gives a process exclusive access
3207 for writing to the specified part of the file.  While a write lock is in
3208 place, no other process can lock that part of the file.
3209
3210 @cindex shared lock
3211 @cindex read lock
3212 A @dfn{shared} or @dfn{read} lock prohibits any other process from
3213 requesting a write lock on the specified part of the file.  However,
3214 other processes can request read locks.
3215
3216 The @code{read} and @code{write} functions do not actually check to see
3217 whether there are any locks in place.  If you want to implement a
3218 locking protocol for a file shared by multiple processes, your application
3219 must do explicit @code{fcntl} calls to request and clear locks at the
3220 appropriate points.
3221
3222 Locks are associated with processes.  A process can only have one kind
3223 of lock set for each byte of a given file.  When any file descriptor for
3224 that file is closed by the process, all of the locks that process holds
3225 on that file are released, even if the locks were made using other
3226 descriptors that remain open.  Likewise, locks are released when a
3227 process exits, and are not inherited by child processes created using
3228 @code{fork} (@pxref{Creating a Process}).
3229
3230 When making a lock, use a @code{struct flock} to specify what kind of
3231 lock and where.  This data type and the associated macros for the
3232 @code{fcntl} function are declared in the header file @file{fcntl.h}.
3233 @pindex fcntl.h
3234
3235 @comment fcntl.h
3236 @comment POSIX.1
3237 @deftp {Data Type} {struct flock}
3238 This structure is used with the @code{fcntl} function to describe a file
3239 lock.  It has these members:
3240
3241 @table @code
3242 @item short int l_type
3243 Specifies the type of the lock; one of @code{F_RDLCK}, @code{F_WRLCK}, or
3244 @code{F_UNLCK}.
3245
3246 @item short int l_whence
3247 This corresponds to the @var{whence} argument to @code{fseek} or
3248 @code{lseek}, and specifies what the offset is relative to.  Its value
3249 can be one of @code{SEEK_SET}, @code{SEEK_CUR}, or @code{SEEK_END}.
3250
3251 @item off_t l_start
3252 This specifies the offset of the start of the region to which the lock
3253 applies, and is given in bytes relative to the point specified by
3254 @code{l_whence} member.
3255
3256 @item off_t l_len
3257 This specifies the length of the region to be locked.  A value of
3258 @code{0} is treated specially; it means the region extends to the end of
3259 the file.
3260
3261 @item pid_t l_pid
3262 This field is the process ID (@pxref{Process Creation Concepts}) of the
3263 process holding the lock.  It is filled in by calling @code{fcntl} with
3264 the @code{F_GETLK} command, but is ignored when making a lock.
3265 @end table
3266 @end deftp
3267
3268 @comment fcntl.h
3269 @comment POSIX.1
3270 @deftypevr Macro int F_GETLK
3271 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3272 specify that it should get information about a lock.  This command
3273 requires a third argument of type @w{@code{struct flock *}} to be passed
3274 to @code{fcntl}, so that the form of the call is:
3275
3276 @smallexample
3277 fcntl (@var{filedes}, F_GETLK, @var{lockp})
3278 @end smallexample
3279
3280 If there is a lock already in place that would block the lock described
3281 by the @var{lockp} argument, information about that lock overwrites
3282 @code{*@var{lockp}}.  Existing locks are not reported if they are
3283 compatible with making a new lock as specified.  Thus, you should
3284 specify a lock type of @code{F_WRLCK} if you want to find out about both
3285 read and write locks, or @code{F_RDLCK} if you want to find out about
3286 write locks only.
3287
3288 There might be more than one lock affecting the region specified by the
3289 @var{lockp} argument, but @code{fcntl} only returns information about
3290 one of them.  The @code{l_whence} member of the @var{lockp} structure is
3291 set to @code{SEEK_SET} and the @code{l_start} and @code{l_len} fields
3292 set to identify the locked region.
3293
3294 If no lock applies, the only change to the @var{lockp} structure is to
3295 update the @code{l_type} to a value of @code{F_UNLCK}.
3296
3297 The normal return value from @code{fcntl} with this command is an
3298 unspecified value other than @math{-1}, which is reserved to indicate an
3299 error.  The following @code{errno} error conditions are defined for
3300 this command:
3301
3302 @table @code
3303 @item EBADF
3304 The @var{filedes} argument is invalid.
3305
3306 @item EINVAL
3307 Either the @var{lockp} argument doesn't specify valid lock information,
3308 or the file associated with @var{filedes} doesn't support locks.
3309 @end table
3310 @end deftypevr
3311
3312 @comment fcntl.h
3313 @comment POSIX.1
3314 @deftypevr Macro int F_SETLK
3315 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3316 specify that it should set or clear a lock.  This command requires a
3317 third argument of type @w{@code{struct flock *}} to be passed to
3318 @code{fcntl}, so that the form of the call is:
3319
3320 @smallexample
3321 fcntl (@var{filedes}, F_SETLK, @var{lockp})
3322 @end smallexample
3323
3324 If the process already has a lock on any part of the region, the old lock
3325 on that part is replaced with the new lock.  You can remove a lock
3326 by specifying a lock type of @code{F_UNLCK}.
3327
3328 If the lock cannot be set, @code{fcntl} returns immediately with a value
3329 of @math{-1}.  This function does not block waiting for other processes
3330 to release locks.  If @code{fcntl} succeeds, it return a value other
3331 than @math{-1}.
3332
3333 The following @code{errno} error conditions are defined for this
3334 function:
3335
3336 @table @code
3337 @item EAGAIN
3338 @itemx EACCES
3339 The lock cannot be set because it is blocked by an existing lock on the
3340 file.  Some systems use @code{EAGAIN} in this case, and other systems
3341 use @code{EACCES}; your program should treat them alike, after
3342 @code{F_SETLK}.  (The GNU system always uses @code{EAGAIN}.)
3343
3344 @item EBADF
3345 Either: the @var{filedes} argument is invalid; you requested a read lock
3346 but the @var{filedes} is not open for read access; or, you requested a
3347 write lock but the @var{filedes} is not open for write access.
3348
3349 @item EINVAL
3350 Either the @var{lockp} argument doesn't specify valid lock information,
3351 or the file associated with @var{filedes} doesn't support locks.
3352
3353 @item ENOLCK
3354 The system has run out of file lock resources; there are already too
3355 many file locks in place.
3356
3357 Well-designed file systems never report this error, because they have no
3358 limitation on the number of locks.  However, you must still take account
3359 of the possibility of this error, as it could result from network access
3360 to a file system on another machine.
3361 @end table
3362 @end deftypevr
3363
3364 @comment fcntl.h
3365 @comment POSIX.1
3366 @deftypevr Macro int F_SETLKW
3367 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3368 specify that it should set or clear a lock.  It is just like the
3369 @code{F_SETLK} command, but causes the process to block (or wait)
3370 until the request can be specified.
3371
3372 This command requires a third argument of type @code{struct flock *}, as
3373 for the @code{F_SETLK} command.
3374
3375 The @code{fcntl} return values and errors are the same as for the
3376 @code{F_SETLK} command, but these additional @code{errno} error conditions
3377 are defined for this command:
3378
3379 @table @code
3380 @item EINTR
3381 The function was interrupted by a signal while it was waiting.
3382 @xref{Interrupted Primitives}.
3383
3384 @item EDEADLK
3385 The specified region is being locked by another process.  But that
3386 process is waiting to lock a region which the current process has
3387 locked, so waiting for the lock would result in deadlock.  The system
3388 does not guarantee that it will detect all such conditions, but it lets
3389 you know if it notices one.
3390 @end table
3391 @end deftypevr
3392
3393
3394 The following macros are defined for use as values for the @code{l_type}
3395 member of the @code{flock} structure.  The values are integer constants.
3396
3397 @table @code
3398 @comment fcntl.h
3399 @comment POSIX.1
3400 @vindex F_RDLCK
3401 @item F_RDLCK
3402 This macro is used to specify a read (or shared) lock.
3403
3404 @comment fcntl.h
3405 @comment POSIX.1
3406 @vindex F_WRLCK
3407 @item F_WRLCK
3408 This macro is used to specify a write (or exclusive) lock.
3409
3410 @comment fcntl.h
3411 @comment POSIX.1
3412 @vindex F_UNLCK
3413 @item F_UNLCK
3414 This macro is used to specify that the region is unlocked.
3415 @end table
3416
3417 As an example of a situation where file locking is useful, consider a
3418 program that can be run simultaneously by several different users, that
3419 logs status information to a common file.  One example of such a program
3420 might be a game that uses a file to keep track of high scores.  Another
3421 example might be a program that records usage or accounting information
3422 for billing purposes.
3423
3424 Having multiple copies of the program simultaneously writing to the
3425 file could cause the contents of the file to become mixed up.  But
3426 you can prevent this kind of problem by setting a write lock on the
3427 file before actually writing to the file.
3428
3429 If the program also needs to read the file and wants to make sure that
3430 the contents of the file are in a consistent state, then it can also use
3431 a read lock.  While the read lock is set, no other process can lock
3432 that part of the file for writing.
3433
3434 @c ??? This section could use an example program.
3435
3436 Remember that file locks are only a @emph{voluntary} protocol for
3437 controlling access to a file.  There is still potential for access to
3438 the file by programs that don't use the lock protocol.
3439
3440 @node Interrupt Input
3441 @section Interrupt-Driven Input
3442
3443 @cindex interrupt-driven input
3444 If you set the @code{O_ASYNC} status flag on a file descriptor
3445 (@pxref{File Status Flags}), a @code{SIGIO} signal is sent whenever
3446 input or output becomes possible on that file descriptor.  The process
3447 or process group to receive the signal can be selected by using the
3448 @code{F_SETOWN} command to the @code{fcntl} function.  If the file
3449 descriptor is a socket, this also selects the recipient of @code{SIGURG}
3450 signals that are delivered when out-of-band data arrives on that socket;
3451 see @ref{Out-of-Band Data}.  (@code{SIGURG} is sent in any situation
3452 where @code{select} would report the socket as having an ``exceptional
3453 condition''.  @xref{Waiting for I/O}.)
3454
3455 If the file descriptor corresponds to a terminal device, then @code{SIGIO}
3456 signals are sent to the foreground process group of the terminal.
3457 @xref{Job Control}.
3458
3459 @pindex fcntl.h
3460 The symbols in this section are defined in the header file
3461 @file{fcntl.h}.
3462
3463 @comment fcntl.h
3464 @comment BSD
3465 @deftypevr Macro int F_GETOWN
3466 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3467 specify that it should get information about the process or process
3468 group to which @code{SIGIO} signals are sent.  (For a terminal, this is
3469 actually the foreground process group ID, which you can get using
3470 @code{tcgetpgrp}; see @ref{Terminal Access Functions}.)
3471
3472 The return value is interpreted as a process ID; if negative, its
3473 absolute value is the process group ID.
3474
3475 The following @code{errno} error condition is defined for this command:
3476
3477 @table @code
3478 @item EBADF
3479 The @var{filedes} argument is invalid.
3480 @end table
3481 @end deftypevr
3482
3483 @comment fcntl.h
3484 @comment BSD
3485 @deftypevr Macro int F_SETOWN
3486 This macro is used as the @var{command} argument to @code{fcntl}, to
3487 specify that it should set the process or process group to which
3488 @code{SIGIO} signals are sent.  This command requires a third argument
3489 of type @code{pid_t} to be passed to @code{fcntl}, so that the form of
3490 the call is:
3491
3492 @smallexample
3493 fcntl (@var{filedes}, F_SETOWN, @var{pid})
3494 @end smallexample
3495
3496 The @var{pid} argument should be a process ID.  You can also pass a
3497 negative number whose absolute value is a process group ID.
3498
3499 The return value from @code{fcntl} with this command is @math{-1}
3500 in case of error and some other value if successful.  The following
3501 @code{errno} error conditions are defined for this command:
3502
3503 @table @code
3504 @item EBADF
3505 The @var{filedes} argument is invalid.
3506
3507 @item ESRCH
3508 There is no process or process group corresponding to @var{pid}.
3509 @end table
3510 @end deftypevr
3511
3512 @c ??? This section could use an example program.
3513
3514 @node IOCTLs
3515 @section Generic I/O Control operations
3516 @cindex generic i/o control operations
3517 @cindex IOCTLs
3518
3519 The GNU system can handle most input/output operations on many different
3520 devices and objects in terms of a few file primitives - @code{read},
3521 @code{write} and @code{lseek}.  However, most devices also have a few
3522 peculiar operations which do not fit into this model. Such as:
3523
3524 @itemize @bullet
3525
3526 @item
3527 Changing the character font used on a terminal.
3528
3529 @item
3530 Telling a magnetic tape system to rewind or fast forward.  (Since they
3531 cannot move in byte increments, @code{lseek} is inapplicable).
3532
3533 @item
3534 Ejecting a disk from a drive.
3535
3536 @item
3537 Playing an audio track from a CD-ROM drive.
3538
3539 @item
3540 Maintaining routing tables for a network.
3541
3542 @end itemize
3543
3544 Although some such objects such as sockets and terminals
3545 @footnote{Actually, the terminal-specific functions are implemented with
3546 IOCTLs on many platforms.} have special functions of their own, it would
3547 not be practical to create functions for all these cases.
3548
3549 Instead these minor operations, known as @dfn{IOCTL}s, are assigned code
3550 numbers and multiplexed through the @code{ioctl} function, defined in
3551 @code{sys/ioctl.h}.  The code numbers themselves are defined in many
3552 different headers.
3553
3554 @deftypefun int ioctl (int @var{filedes}, int @var{command}, @dots{})
3555
3556 The @code{ioctl} function performs the generic I/O operation
3557 @var{command} on @var{filedes}.
3558
3559 A third argument is usually present, either a single number or a pointer
3560 to a structure.  The meaning of this argument, the returned value, and
3561 any error codes depends upon the command used.  Often @math{-1} is
3562 returned for a failure.
3563
3564 @end deftypefun
3565
3566 On some systems, IOCTLs used by different devices share the same numbers.
3567 Thus, although use of an inappropriate IOCTL @emph{usually} only produces
3568 an error, you should not attempt to use device-specific IOCTLs on an
3569 unknown device.
3570
3571 Most IOCTLs are OS-specific and/or only used in special system utilities,
3572 and are thus beyond the scope of this document.  For an example of the use
3573 of an IOCTL, see @ref{Out-of-Band Data}.