Linux內核的ioctl函數學習

我這裏說的ioctl函數是在驅動程序裏的，由於我不知道還有沒有別的場合用到了ioctl， 因此就規定了咱們討論的範圍。爲何要寫篇文章呢，是由於我前一陣子被ioctl給搞混了，這幾天才弄明白它，因而在這裏清理一下頭腦。 1、 什麼是ioctl。 ioctl是設備驅動程序中對設備的I/O通道進行管理的函數。所謂對I/O通道進行管理，就是對設備的一些特性進行控制，例如串口的傳輸波特率、馬達的轉速等等。它的調用個數以下： int ioctl(int fd, ind cmd, …)； 其中fd就是用戶程序打開設備時使用open函數返回的文件標示符，cmd就是用戶程序對設備的控制命令，至於後面的省略號，那是一些補充參數，通常最多一個，有或沒有是和cmd的意義相關的。 ioctl函數是文件結構中的一個屬性份量，就是說若是你的驅動程序提供了對ioctl的支持，用戶就能夠在用戶程序中使用ioctl函數控制設備的I/O通道。 2、 ioctl的必要性 若是不用ioctl的話，也能夠實現對設備I/O通道的控制，但那就是蠻擰了。例如，咱們能夠在驅動程序中實現write的時候檢查一下是否有特殊約定的數據流經過，若是有的話，那麼後面就跟着控制命令（通常在socket編程中經常這樣作）。可是若是這樣作的話，會致使代碼分工不明，程序結構混亂，程序員本身也會頭昏眼花的。 因此，咱們就使用ioctl來實現控制的功能。要記住，用戶程序所做的只是經過命令碼告訴驅動程序它想作什麼，至於怎麼解釋這些命令和怎麼實現這些命令，這都是驅動程序要作的事情。 3、 ioctl如何實現 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，因此我這裏是不可能把它說得很是清楚了，不過若是有讀者對用戶程序怎麼和驅動程序聯繫起來感興趣的話，能夠看我前一陣子寫的《write的奧祕》。讀者只要把write換成ioctl，就知道用戶程序的ioctl是怎麼和驅動程序中的ioctl實現聯繫在一塊兒的了。 我這裏說一個大概思路，由於我以爲《Linux設備驅動程序》這本書已經說的很是清楚了，可是得化一些時間來看。 在驅動程序中實現的ioctl函數體內，其實是有一個switch{case}結構，每個case對應一個命令碼，作出一些相應的操做。怎麼實現這些操做，這是每個程序員本身的事情，由於設備都是特定的，這裏也無法說。關鍵在於怎麼樣組織命令碼，由於在ioctl中命令碼是惟一聯繫用戶程序命令和驅動程序支持的途徑。 命令碼的組織是有一些講究的，由於咱們必定要作到命令和設備是一一對應的，這樣纔不會將正確的命令發給錯誤的設備，或者是把錯誤的命令發給正確的設備，或者是把錯誤的命令發給錯誤的設備。這些錯誤都會致使不可預料的事情發生，而當程序員發現了這些奇怪的事情的時候，再來調試程序查找錯誤，那將是很是困難的事情。 因此在Linux核心中是這樣定義一個命令碼的： ____________________________________ | 設備類型 | 序列號 | 方向 |數據尺寸| |----------|--------|------|--------| | 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形式的命令碼。可是命令碼很是的不直觀，因此Linux Kernel中提供了一些宏，這些宏可根據便於理解的字符串生成命令碼，或者是從命令碼獲得一些用戶能夠理解的字符串以標明這個命令對應的設備類型、設備序列號、數據傳送方向和數據傳輸尺寸。 這些宏我就不在這裏解釋了，具體的形式請讀者察看Linux核心源代碼中的和，文件裏給除了這些宏完整的定義。這裏我只多說一個地方，那就是"幻數"。 幻數是一個字母，數據長度也是8，因此就用一個特定的字母來標明設備類型，這和用一個數字是同樣的，只是更加利於記憶和理解。就是這樣，再沒有更復雜的了。 更多的說了也沒有，讀者仍是看一看源代碼吧，推薦各位閱讀《Linux 設備驅動程序》所帶源代碼中的short一例，由於它比較短小，功能比較簡單，能夠看明白ioctl的功能和細節。 4、 cmd參數如何得出 這裏確實要說一說，cmd參數在用戶程序端由一些宏根據設備類型、序列號、傳送方向、數據尺寸等生成，這個整數經過系統調用傳遞到內核中的驅動程序，再由驅動程序使用解碼宏從這個整數中獲得設備的類型、序列號、傳送方向、數據尺寸等信息，而後經過switch{case}結構進行相應的操做。 要透徹理解，只能是經過閱讀源代碼，我這篇文章實際上只是一個引子。Cmd參數的組織仍是比較複雜的，我認爲要搞熟它仍是得花很多時間的，可是這是值得的，驅動程序中最難的是對中斷的理解。 5、 小結 ioctl其實沒有什麼很難的東西須要理解，關鍵是理解cmd命令碼是怎麼在用戶程序裏生成並在驅動程序裏解析的，程序員最主要的工做量在switch{case}結構中，由於對設備的I/O控制都是經過這一部分的代碼實現的。

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