深入理解 ioctl（二）：从概念到代码实现

阿贾克斯的黎明

于 2025-02-06 19:50:07 发布

阅读量390

点赞数 4

分类专栏：驱动文章标签：驱动

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_57836225/article/details/145480873

版权

驱动专栏收录该内容

41 篇文章

订阅专栏

深入理解 ioctl（二）：从概念到代码实现

在之前对 ioctl 的探讨中，我们了解了它的基本概念和用途。今天，让我们更深入地探究 ioctl，结合实际代码示例，全面剖析其在不同场景下的应用。

什么是 ioctl

ioctl 是一个非常重要的系统调用，它主要用于设备驱动程序与用户空间程序之间进行控制命令的传递和数据交换。简单来说，当用户空间程序需要对设备进行一些特殊操作，而这些操作无法通过常规的文件读写操作完成时，就可以使用 ioctl。比如设置设备的工作模式、获取设备的状态信息等。

ioctl 的使用场景

在字符设备驱动中，ioctl 被广泛应用。例如，对于一个简单的 LED 驱动，用户空间程序可能需要控制 LED 的亮灭。这时候，就可以通过 ioctl 向驱动程序发送控制命令，驱动程序根据接收到的命令来操作硬件。在块设备驱动中，ioctl 也能发挥重要作用。比如获取磁盘的分区信息、设置磁盘的读写模式等操作，都可以借助 ioctl 来实现。

代码示例

下面我们通过一个简单的字符设备驱动代码示例，来看看 ioctl 是如何工作的。

用户空间代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>

// 定义 ioctl 命令
#define LED_ON _IO('L', 0x01)
#define LED_OFF _IO('L', 0x02)

int main() {
    int fd;
    // 打开设备文件
    fd = open("/dev/led_device", O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        perror("open device failed");
        return -1;
    }

    // 发送 LED 点亮命令
    if (ioctl(fd, LED_ON) < 0) {
        perror("ioctl LED_ON failed");
    }

    sleep(2); // 等待 2 秒

    // 发送 LED 熄灭命令
    if (ioctl(fd, LED_OFF) < 0) {
        perror("ioctl LED_OFF failed");
    }

    close(fd);
    return 0;
}

在这段代码中，我们首先定义了两个 ioctl 命令 LED_ON 和 LED_OFF。然后在 main 函数中，打开设备文件 /dev/led_device，通过 ioctl 向设备驱动发送点亮和熄灭 LED 的命令。

内核空间代码（简单示例）

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/ioctl.h>
#include <asm/uaccess.h>

// 定义设备号
dev_t devno;
// 定义 cdev 结构体
struct cdev cdev;
// 定义设备类
struct class *led_class;
// 定义设备
struct device *led_device;

// 定义 ioctl 处理函数
long led_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg) {
    switch (cmd) {
    case LED_ON:
        // 这里添加控制 LED 点亮的硬件操作代码
        printk(KERN_INFO "LED is turned on\n");
        break;
    case LED_OFF:
        // 这里添加控制 LED 熄灭的硬件操作代码
        printk(KERN_INFO "LED is turned off\n");
        break;
    default:
        return -EINVAL;
    }
    return 0;
}

// 定义 file_operations 结构体
struct file_operations led_fops = {
   .unlocked_ioctl = led_ioctl,
};

// 模块加载函数
int __init led_init(void) {
    // 分配设备号
    alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "led_device");
    // 初始化 cdev
    cdev_init(&cdev, &led_fops);
    // 添加 cdev 到内核
    cdev_add(&cdev, devno, 1);
    // 创建设备类
    led_class = class_create(THIS_MODULE, "led_class");
    // 创建设备
    led_device = device_create(led_class, NULL, devno, NULL, "led_device");
    return 0;
}

// 模块卸载函数
void __exit led_exit(void) {
    // 删除设备
    device_destroy(led_class, devno);
    // 删除设备类
    class_destroy(led_class);
    // 删除 cdev
    cdev_del(&cdev);
    // 释放设备号
    unregister_chrdev_region(devno, 1);
}

module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

在内核空间代码中，我们定义了一个简单的字符设备驱动。led_ioctl 函数是 ioctl 的处理函数，根据接收到的不同命令执行相应操作。在模块加载函数中，我们完成了设备号分配、设备初始化等操作。