Linux中的ioctl函数是什么？如何使用？

ioctl函数详解

一、

ioctl（input/output control）是Linux系统中一个非常重要的系统调用，用于设备驱动程序中对设备的I/O通道进行管理，它提供了一种设备驱动程序与用户空间程序交互的机制，允许用户程序通过命令控制设备的行为和获取设备的状态信息。

二、用户空间ioctl

在用户空间，ioctl函数的定义如下：

#include <sys/ioctl.h>
int ioctl(int fd, int cmd, ...);

ioctl函数执行成功时返回0，失败则返回-1并设置全局变量errno，常见的错误码包括：

EBADF: 文件描述符无效。

EFAULT: 参数指向的内存区域不可访问。

EINVAL: 请求或参数无效。

ENOTTY: 文件描述符不关联字符特殊设备。

ENOTTY: 指定的请求不适用于该文件描述符引用的对象类型。

在使用ioctl时，通常会进行错误判断和处理，

int ret;
ret = ioctl(fd, MYCMD);
if (ret == -1) {
    printf("ioctl: %s
", strerror(errno));
}

三、驱动程序ioctl

在驱动程序中，ioctl函数通常由unlocked_ioctl或compat_ioctl实现，新版内核推荐使用unlocked_ioctl，它在无大内核锁（BKL）的情况下调用，而compat_ioctl主要用于64位系统提供32位ioctl的兼容方法。

在字符设备驱动开发中，一般只需实现unlocked_ioctl函数即可，以下是一个简单的示例：

static long my_unlocked_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg) {
    switch (cmd) {
        case MYCMD:
            // 执行相应操作
            break;
        // 其他命令处理
        default:
            return -ENOIOCTLCMD; // 未知命令
    }
    return 0;
}
static const struct file_operations my_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .unlocked_ioctl = my_unlocked_ioctl,
};

四、ioctl用户与驱动之间的协议

ioctl方法的第二个参数cmd是一个32位的整数，为了确保其唯一性，Linux提供了一种统一格式，将32位数据划分为四个位段：

dir（方向）：数据传输方向，占据2 bit。

type（设备类型）：设备类型标识，占据8 bit。

nr（编号）：命令编号，占据8 bit。

size（数据尺寸）：涉及第三个参数arg的数据类型及长度，占据13或14 bit。

Linux内核提供了一些宏来简化ioctl命令的定义和使用：

_IOC(dir, type, nr, size)：生成ioctl命令码。

_IOR(type, nr, size)：定义带读参数的命令。

_IOW(type, nr, size)：定义带写参数的命令。

_IOWR(type, nr, size)：定义带读写参数的命令。

五、常见ioctl命令

Linux内核预定义了一些常见的ioctl命令，

FIONBIO：非阻塞I/O控制。

FIONREAD：获取接收缓存区中的字节数。

SIOCGIFCONF：获取所有接口的清单。

SIOCSIFADDR：设置接口地址。

SIOCGIFADDR：获取接口地址。

这些命令通常用于网络设备控制和状态查询。

六、归纳

ioctl是Linux系统中一个功能强大的系统调用，用于设备驱动程序与用户空间程序之间的交互，通过合理的设计和使用ioctl命令，可以实现对设备细粒度的控制和状态查询，由于ioctl命令的设计灵活性较大，使用时需要注意命令的唯一性和参数的正确性，以避免潜在的错误和安全问题。

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