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http://blog.csdn.net/zhangboyj/article/details/6157167 2011 我這里說的ioctl函數(shù)是在驅(qū)動程序里的,，因為我不知道還有沒有別的場合用到了ioctl,， 所以就規(guī)定了我們討論的范圍。為什么要寫篇文章呢,，是因為我前一陣子被ioctl給搞混了,，這幾天才弄明白它，于是在這里清理一下頭腦,。 一,、 什么是ioctl。ioctl是設(shè)備驅(qū)動程序中對設(shè)備的I/O通道進(jìn)行管理的函數(shù),。所謂對I/O通道進(jìn)行管理,，就是對設(shè)備的一些特性進(jìn)行控制，例如串口的傳輸波特率,、馬達(dá)的轉(zhuǎn)速等等,。它的調(diào)用個數(shù)如下： int ioctl(int fd, ind cmd, …)； 其中fd就是用戶程序打開設(shè)備時使用open函數(shù)返回的文件標(biāo)示符,，cmd就是用戶程序?qū)υO(shè)備的控制命令,，至于后面的省略號，那是一些補(bǔ)充參數(shù),，一般最多一個,，有或沒有是和cmd的意義相關(guān)的。 ioctl函數(shù)是文件結(jié)構(gòu)中的一個屬性分量,，就是說如果你的驅(qū)動程序提供了對ioctl的支持,，用戶就可以在用戶程序中使用ioctl函數(shù)控制設(shè)備的I/O通道。 二,、 ioctl的必要性 如果不用ioctl的話,，也可以實現(xiàn)對設(shè)備I/O通道的控制，但那就是蠻擰了,。例如,，我們可以在驅(qū)動程序中實現(xiàn)write的時候檢查一下是否有特殊約定的數(shù)據(jù)流通過，如果有的話,，那么后面就跟著控制命令（一般在socket編程中常常這樣做）,。但是如果這樣做的話，會導(dǎo)致代碼分工不明,，程序結(jié)構(gòu)混亂,，程序員自己也會頭昏眼花的。 所以,，我們就使用ioctl來實現(xiàn)控制的功能,。要記住,，用戶程序所作的只是通過命令碼告訴驅(qū)動程序它想做什么，至于怎么解釋這些命令和怎么實現(xiàn)這些命令,，這都是驅(qū)動程序要做的事情,。 三、 ioctl如何實現(xiàn) 這是一個很麻煩的問題,，我是能省則省,。要說清楚它，沒有四五千字是不行的,，所以我這里是不可能把它說得非常清楚了,，不過如果有讀者對用戶程序怎么和驅(qū)動程序聯(lián)系起來感興趣的話，可以看我前一陣子寫的《write的奧秘》,。讀者只要把write換成ioctl,，就知道用戶程序的ioctl是怎么和驅(qū)動程序中的ioctl實現(xiàn)聯(lián)系在一起的了,。 我這里說一個大概思路,，因為我覺得《Linux設(shè)備驅(qū)動程序》這本書已經(jīng)說的非常清楚了，但是得化一些時間來看,。 在驅(qū)動程序中實現(xiàn)的ioctl函數(shù)體內(nèi),，實際上是有一個switch{case}結(jié)構(gòu)，每一個case對應(yīng)一個命令碼,，做出一些相應(yīng)的操作,。怎么實現(xiàn)這些操作，這是每一個程序員自己的事情,，因為設(shè)備都是特定的,，這里也沒法說。關(guān)鍵在于怎么樣組織命令碼,，因為在ioctl中命令碼是唯一聯(lián)系用戶程序命令和驅(qū)動程序支持的途徑,。 命令碼的組織是有一些講究的，因為我們一定要做到命令和設(shè)備是一一對應(yīng)的,，這樣才不會將正確的命令發(fā)給錯誤的設(shè)備,，或者是把錯誤的命令發(fā)給正確的設(shè)備，或者是把錯誤的命令發(fā)給錯誤的設(shè)備,。這些錯誤都會導(dǎo)致不可預(yù)料的事情發(fā)生,，而當(dāng)程序員發(fā)現(xiàn)了這些奇怪的事情的時候，再來調(diào)試程序查找錯誤,，那將是非常困難的事情,。 所以在Linux核心中是這樣定義一個命令碼的： ____________________________________ | 設(shè)備類型 | 序列號 | 方向 |數(shù)據(jù)尺寸| |----------|--------|------|--------| | 8 bit | 8 bit |2 bit |8~14 bit| |----------|--------|------|--------| 這樣一來，一個命令就變成了一個整數(shù)形式的命令碼,。但是命令碼非常的不直觀,，所以Linux Kernel中提供了一些宏,，這些宏可根據(jù)便于理解的字符串生成命令碼，或者是從命令碼得到一些用戶可以理解的字符串以標(biāo)明這個命令對應(yīng)的設(shè)備類型,、設(shè)備序列號,、數(shù)據(jù)傳送方向和數(shù)據(jù)傳輸尺寸。 這些宏我就不在這里解釋了,，具體的形式請讀者察看Linux核心源代碼中的和,，文件里給除了這些宏完整的定義。這里我只多說一個地方,，那就是"幻數(shù)",。 幻數(shù)是一個字母，數(shù)據(jù)長度也是8,，所以就用一個特定的字母來標(biāo)明設(shè)備類型,，這和用一個數(shù)字是一樣的，只是更加利于記憶和理解,。就是這樣,，再沒有更復(fù)雜的了。 更多的說了也沒有,，讀者還是看一看源代碼吧,，推薦各位閱讀《Linux 設(shè)備驅(qū)動程序》所帶源代碼中的short一例，因為它比較短小,，功能比較簡單,，可以看明白ioctl的功能和細(xì)節(jié)。 四,、 cmd參數(shù)如何得出 這里確實要說一說,，cmd參數(shù)在用戶程序端由一些宏根據(jù)設(shè)備類型、序列號,、傳送方向,、數(shù)據(jù)尺寸等生成，這個整數(shù)通過系統(tǒng)調(diào)用傳遞到內(nèi)核中的驅(qū)動程序,，再由驅(qū)動程序使用解碼宏從這個整數(shù)中得到設(shè)備的類型,、序列號、傳送方向,、數(shù)據(jù)尺寸等信息,，然后通過switch{case}結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的操作。 要透徹理解,，只能是通過閱讀源代碼,，我這篇文章實際上只是一個引子。Cmd參數(shù)的組織還是比較復(fù)雜的,，我認(rèn)為要搞熟它還是得花不少時間的,，但是這是值得的,，驅(qū)動程序中最難的是對中斷的理解。 五,、 小結(jié) ioctl其實沒有什么很難的東西需要理解,，關(guān)鍵是理解cmd命令碼是怎么在用戶程序里生成并在驅(qū)動程序里解析的，程序員最主要的工作量在switch{case}結(jié)構(gòu)中,，因為對設(shè)備的I/O控制都是通過這一部分的代碼實現(xiàn)的,。 一般的說，,用戶空間的IOCTL系統(tǒng)調(diào)用如下所示: ioctl(int fd, int command, (char *) argstruct)因為這個調(diào)用擁有與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的代碼,所以文件描述符號fd就是socket()系統(tǒng)調(diào)用所返回的,而command參數(shù)可以是/usr/include/linux/sockios.h頭文件中的任何一個,這些個命令根據(jù)它可以解決的問題所涉及的方面被分為多種的類型. 比如: 改變路由表（SIOCADDRT, SIOCDELRT） 讀取或更新ARP/RARP緩存（SIOCDARP, SIOCSRARP） 一般的和網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的函數(shù)（SIOCGIFNAME, SIOCSIFADDR等等） Goodies目錄中包含了很多展示ioctl用法的示例程序,看這些程序的時候,注意根據(jù)ioctl的命令類型來學(xué)習(xí)具體的調(diào)用參數(shù)結(jié)構(gòu),比如:和路由表相關(guān)的IOCTL用RTENTRY結(jié)構(gòu), rtentry結(jié)構(gòu)是被定義在/usr/include/linux/route.h文件中的,，再一個和ARP相關(guān)的ioctl調(diào)用用到的arpreq結(jié)構(gòu)被定義在/usr/include/linux/if_arp.h文件之中.網(wǎng)絡(luò)接口相關(guān)的ioctl命令最具有代表性的特征為都是以S或G開頭,其實就是設(shè)置或得到數(shù)據(jù), getifinfo.c程序用這些命令去讀取IP地址信息,硬件地址信息,，廣播地址信息,和與網(wǎng)絡(luò)接口相關(guān)的標(biāo)志.對于這些ioctl,第三個參數(shù)是一個IFREQ結(jié)構(gòu)體,這個結(jié)構(gòu)體被定義在/usr/include/linux/if.h頭文件中,在一些情況下,新的ioctl命令可能被需要（除了在那個頭文件中被定義的之外）,比如 WAVELAN無線網(wǎng)卡保持著無線信號強(qiáng)度的信息,這些信西可能要 對用戶程序有用.用戶程序是怎么訪問到這些信息的呢?我們的第一反應(yīng)就是定義一個新的命令在sockios.h頭文件中，比如SIOCGIFWVLNSS,不幸的是,這個命令在其他的網(wǎng)絡(luò)接口上是根本沒有意義的,另外試圖在其他接口上用這個名另而并非是在無線網(wǎng)口上用會出現(xiàn)違規(guī)訪問,我們需要的是定義新特性接口命令的機(jī)理,。幸運的是,LINUX操作系統(tǒng)為此目的內(nèi)置了鉤子,如果你再看一下那個頭文件sockios.h你會注意到每一個設(shè)備都有一個預(yù)定義的SIOCDEVPRIVATE命令,，實現(xiàn)它的任務(wù)就全權(quán)交給了寫這個設(shè)備驅(qū)動的程序員了.根據(jù)常規(guī)約定,一個用戶程序調(diào)用一個特定的ioctl命令如下: ioctl(sockid, SIOCDEVPRIVATE, (char *) &ifr)這里ifr是一個ifreq結(jié)構(gòu)體變量,它用一個和這個設(shè)備聯(lián)系的接口名稱填充ifr的ifr NAME域,比如,前述的無線網(wǎng)卡接口名稱為eth1。 不失一般性,一個用戶程序?qū)⑼瑯右c內(nèi)核交換命令參數(shù)和操作結(jié)果,而這些已經(jīng)通過一個域ifr.ifr_data的填充而做到了,比如,這個網(wǎng)卡的信號強(qiáng)度信息被返回到這個域當(dāng)中,。LINUX源代碼已經(jīng)包含了兩個特殊設(shè)備de4x5和ewrk3,他們定義和實現(xiàn)了特殊的ioctl命令.,這些設(shè)備的源代碼在以下的文件中：de4x5.h, de4x5.c, ewrk3.h, ewrk3.c, 他們兩個設(shè)備都為在用戶空間和驅(qū)動間交換數(shù)據(jù)定義了他們自己的私有結(jié)構(gòu),在ioctl之前,用戶程序填充了需要的數(shù)據(jù)并且將ifr.ifr_data指向這個結(jié)構(gòu)體. 我們在兩個驅(qū)動中走的更遠(yuǎn)些從而進(jìn)入代碼前,讓我們跟蹤一下處理ioctl系統(tǒng)調(diào)用的若干步驟,,所有接口類型的ioctl請求都導(dǎo)致dev_ioctl()被調(diào)用,這個ioctl僅僅是個包裝,大部分的真實的操作留給了dev_ifsioc().,，這個dev_ioctl()要做的唯一一個事情就是檢查調(diào)用過程是否擁有合適的許可去核發(fā)這個命令，然后dev_ifsioc()首先要做的事情之一就是得到和名字域ifr.ifr_name中所對應(yīng)的設(shè)備結(jié)構(gòu),，這在一個很大的switch語塊的代碼后實現(xiàn),。 SIOCDEVPRIVATE命令和SIOCDEVPRIVATE+15的命令參數(shù)全部交給了默認(rèn)操作,這些都是switch的分支語句.這里發(fā)生的是,內(nèi)核檢查是否一個設(shè)備特殊的ioctl的回調(diào)已經(jīng)在設(shè)備結(jié)構(gòu)中被設(shè)置,，這個回調(diào)是保持在設(shè)備結(jié)構(gòu)中的一個函數(shù)指針,。如果回調(diào)已經(jīng)被設(shè)置了.內(nèi)核就會調(diào)用它. 所以,為了實現(xiàn)一個特殊的ioctl,需要做的就是寫一個特殊ioctl的回調(diào)，然后讓device結(jié)構(gòu)中的do_ioctl域指向它,對于EWK3設(shè)備,，這個函數(shù)叫做ewrk3_ioctl(),對應(yīng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)在ewrk3_init()中被初始化,ewrk3_ioctl()的代碼清晰的展示了ifr.ifr_data的作用 ,是為了在用戶程序和驅(qū)動之間交換信息,。注意，內(nèi)存的這個區(qū)域有雙方向交換數(shù)據(jù)的作用,例如,在ewrk3驅(qū)動代碼中,ifr.ifr_data最初的2個字節(jié)被用做向驅(qū)動傳遞預(yù)想要的動作,。同樣第五個字節(jié)指向的緩沖區(qū)用于交換其他的信息,。 當(dāng)你瀏覽ewrk3_ioctl()代碼的時候,記住在一個應(yīng)用中用戶空間的指令是無法訪問內(nèi)核空間的,由于這個原因 ,2個特殊的步驟提供給了驅(qū)動編寫人員.他們是memcpy_tofs()和memcpy_fromfs()。內(nèi)核里的做法是用memcpy_tofs() 拷貝內(nèi)核數(shù)據(jù)到用戶空間,類似的memcpy_fromfs()也是這樣的,只是他拷貝用戶數(shù)據(jù)到內(nèi)核空間.,。這些程序步驟是由于調(diào)用verify_area()而被執(zhí)行的,目的是確認(rèn)數(shù)據(jù)訪問不會違法,。同樣記住printk()的用法是打印調(diào)試信息,這個函數(shù)和printf()很相象,但是它不能處理浮點數(shù)據(jù),printf()函數(shù)在內(nèi)核中是不能被使用的。由printk()產(chǎn)生的輸出被轉(zhuǎn)儲到了一個目錄./usr/adm/messages,。 linux系統(tǒng)ioctl使用示例 These were writed and collected by kf701, you can use and modify them but NO WARRANTY. Contact with me : [email protected] 程序1：檢測接口的 inet_addr,netmask,broad_addr 程序2：檢查接口的物理連接是否正常 程序3：更簡單一點測試物理連接 程序4：調(diào)節(jié)音量 ***************************程序1**************************************** #include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include <errno.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/ioctl.h> #include <net/if.h> static void usage(){ printf("usage : ipconfig interface /n"); exit(0); } int main(int argc,char **argv) { struct sockaddr_in *addr; struct ifreq ifr; char *name,*address; int sockfd; if(argc != 2) usage(); else name = argv[1]; sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); strncpy(ifr.ifr_name,name,IFNAMSIZ-1); if(ioctl(sockfd,SIOCGIFADDR,&ifr) == -1) perror("ioctl error"),exit(1); addr = (struct sockaddr_in *)&(ifr.ifr_addr); address = inet_ntoa(addr->sin_addr); printf("inet addr: %s ",address); if(ioctl(sockfd,SIOCGIFBRDADDR,&ifr) == -1) perror("ioctl error"),exit(1); addr = (struct sockaddr_in *)&ifr.ifr_broadaddr; address = inet_ntoa(addr->sin_addr); printf("broad addr: %s ",address); if(ioctl(sockfd,SIOCGIFNETMASK,&ifr) == -1) perror("ioctl error"),exit(1); addr = (struct sockaddr_in *)&ifr.ifr_addr; address = inet_ntoa(addr->sin_addr); printf("inet mask: %s ",address); printf("/n"); exit(0); } ******************************** 程序2***************************************************** #include <stdio.h> #include <string.h> #include <errno.h> #include <fcntl.h> #include <getopt.h> #include <sys/socket.h> #include <sys/ioctl.h> #include <net/if.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> typedef unsigned short u16; typedef unsigned int u32; typedef unsigned char u8; #include <linux/ethtool.h> #include <linux/sockios.h> int detect_mii(int skfd, char *ifname) { struct ifreq ifr; u16 *data, mii_val; unsigned phy_id; /* Get the vitals from the interface. */ strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ); if (ioctl(skfd, SIOCGMIIPHY, &ifr) < 0) { fprintf(stderr, "SIOCGMIIPHY on %s failed: %s/n", ifname, strerror(errno)); (void) close(skfd); return 2; } data = (u16 *)(&ifr.ifr_data); phy_id = data[0]; data[1] = 1; if (ioctl(skfd, SIOCGMIIREG, &ifr) < 0) { fprintf(stderr, "SIOCGMIIREG on %s failed: %s/n", ifr.ifr_name, strerror(errno)); return 2; } mii_val = data[3]; return(((mii_val & 0x0016) == 0x0004) ? 0 : 1); } int detect_ethtool(int skfd, char *ifname) { struct ifreq ifr; struct ethtool_value edata; memset(&ifr, 0, sizeof(ifr)); edata.cmd = ETHTOOL_GLINK; strncpy(ifr.ifr_name, ifname, sizeof(ifr.ifr_name)-1); ifr.ifr_data = (char *) &edata; if (ioctl(skfd, SIOCETHTOOL, &ifr) == -1) { printf("ETHTOOL_GLINK failed: %s/n", strerror(errno)); return 2; } return (edata.data ? 0 : 1); } int main(int argc, char **argv) { int skfd = -1; char *ifname; int retval; if( argv[1] ) ifname = argv[1]; else ifname = "eth0"; /* Open a socket. */ if (( skfd = socket( AF_INET, SOCK_DGRAM, 0 ) ) < 0 ) { printf("socket error/n"); exit(-1); } retval = detect_ethtool(skfd, ifname); if (retval == 2) retval = detect_mii(skfd, ifname); close(skfd); if (retval == 2) printf("Could not determine status/n"); if (retval == 1) printf("Link down/n"); if (retval == 0) printf("Link up/n"); return retval; } *******************************程序3***************************************************** #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <errno.h> #include <net/if.h> #include <linux/sockios.h> #include <sys/ioctl.h> #define LINKTEST_GLINK 0x0000000a struct linktest_value { unsigned int cmd; unsigned int data; }; static void usage(const char * pname) { fprintf(stderr, "usage: %s <device>/n", pname); fprintf(stderr, "returns: /n"); fprintf(stderr, "/t 0: link detected/n"); fprintf(stderr, "/t%d: %s/n", ENODEV, strerror(ENODEV)); fprintf(stderr, "/t%d: %s/n", ENONET, strerror(ENONET)); fprintf(stderr, "/t%d: %s/n", EOPNOTSUPP, strerror(EOPNOTSUPP)); exit(EXIT_FAILURE); } static int linktest(const char * devname) { struct ifreq ifr; struct linktest_value edata; int fd; /* setup our control structures. */ memset(&ifr, 0, sizeof(ifr)); strcpy(ifr.ifr_name, devname); /* open control socket. */ fd=socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); if(fd < 0 ) { return -ECOMM; } errno=0; edata.cmd = LINKTEST_GLINK; ifr.ifr_data = (caddr_t)&edata; if(!ioctl(fd, SIOCETHTOOL, &ifr)) { if(edata.data) { fprintf(stdout, "link detected on %s/n", devname); return 0; } else { errno=ENONET; } } perror("linktest"); return errno; } int main(int argc, char *argv[]) { if(argc != 2) { usage(argv[0]); } return linktest(argv[1]); } *************************************程序4********************************************************* #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <sys/ioctl.h> #include <sys/soundcard.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <math.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #define BASE_VALUE 257 int main(int argc,char *argv[]) { int mixer_fd=0; char *names[SOUND_MIXER_NRDEVICES]=SOUND_DEVICE_LABELS; int value,i; printf("/nusage:%s dev_no.[0..24] value[0..100]/n/n",argv[0]); printf("eg. %s 0 100/n",argv[0]); printf(" will change the volume to MAX volume./n/n"); printf("The dev_no. are as below:/n"); for (i=0;i<SOUND_MIXER_NRDEVICES;i++){ if (i%3==0) printf("/n"); printf("%s:%d/t/t",names,i); } printf("/n/n"); if (argc<3) exit(1); if ((mixer_fd = open("/dev/mixer",O_RDWR))){ printf("Mixer opened successfully,working.../n"); value=BASE_VALUE*atoi(argv[2]); if (ioctl(mixer_fd,MIXER_WRITE(atoi(argv[1])),&value)==0) printf("successfully....."); else printf("unsuccessfully....."); printf("done./n"); }else printf("can't open /dev/mixer error..../n"); exit(0); } ********************************************************************************************** |
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