ioctl函数的作用

特殊的read,write,   当你用readwrite不能完成某一功能时,就用ioctl

 

[转载]来源[url]http://www.linuxeden.com/edu/doctext.php?docid=1860[/url]

我这里说的ioctl函数是在驱动程序里的,因为我不知道还有没有别的场合用到了ioctl
所以就规定了我们讨论的范围。为什么要写篇文章呢,是因为我前一阵子被ioctl给搞混
了,这几天才弄明白它,于是在这里清理一下头脑。

一、 什么是ioctl
ioctl
是设备驱动程序中对设备的I/O通道进行管理的函数。所谓对I/O通道进行管理,就
是对设备的一些特性进行控制,例如串口的传输波特率、马达的转速等等。它的调用个数
如下:
int ioctl(int fd, ind cmd, …)

其中fd就是用户程序打开设备时使用open函数返回的文件标示符,cmd就是用户程序对设
备的控制命令,至于后面的省略号,那是一些补充参数,一般最多一个,有或没有是和
cmd
的意义相关的。
ioctl
函数是文件结构中的一个属性分量,就是说如果你的驱动程序提供了对ioctl的支
持,用户就可以在用户程序中使用ioctl函数控制设备的I/O通道
【所以说这些cmd不能和内核中的相同,否则就有冲突了】

二、 ioctl的必要性
如果不用ioctl的话,也可以实现对设备I/O通道的控制,但那就是蛮拧了。例如,我们可
以在驱动程序中实现write的时候检查一下是否有特殊约定的数据流通过,如果有的话,
那么后面就跟着控制命令(一般在socket编程中常常这样做)。但是如果这样做的话,会
导致代码分工不明,程序结构混乱,程序员自己也会头昏眼花的。
所以,我们就使用ioctl来实现控制的功能。要记住,用户程序所作的只是通过命令码告
诉驱动程序它想做什么,至于怎么解释这些命令和怎么实现这些命令,这都是驱动程序要
做的事情。

三、 ioctl如何实现
这是一个很麻烦的问题,我是能省则省。要说清楚它,没有四五千字是不行的,所以我这
里是不可能把它说得非常清楚了,不过如果有读者对用户程序怎么和驱动程序联系起来感
兴趣的话,可以看我前一阵子写的《write的奥秘》。读者只要把write换成ioctl,就知
道用户程序的ioctl是怎么和驱动程序中的ioctl实现联系在一起的了。
我这里说一个大概思路,因为我觉得《Linux设备驱动程序》这本书已经说的非常清楚
了,但是得化一些时间来看。
在驱动程序中实现的ioctl函数体内,实际上是有一个switch{case}结构,每一个case
应一个命令码,做出一些相应的操作。怎么实现这些操作,这是每一个程序员自己的事
情,因为设备都是特定的,这里也没法说。关键在于怎么样组织命令码,因为在ioctl
命令码是唯一联系用户程序命令和驱动程序支持的途径。
命令码的组织是有一些讲究的,因为我们一定要做到命令和设备是一一对应的,这样才不
会将正确的命令发给错误的设备,或者是把错误的命令发给正确的设备,或者是把错误的
命令发给错误的设备。这些错误都会导致不可预料的事情发生,而当程序员发现了这些奇
怪的事情的时候,再来调试程序查找错误,那将是非常困难的事情。
所以在Linux核心中是这样定义一个命令码的组织结构
____________________________________
|
设备类型 | 序列号 | 方向 |数据尺寸|
|----------|--------|------|--------|
| 8 bit | 8 bit |2 bit |8~14 bit|
|----------|--------|------|--------|

这样一来,一个命令就变成了一个整数形式的命令码。但是命令码非常的不直观,所以
Linux Kernel
中提供了一些宏,这些宏可根据便于理解的字符串生成命令码,或者是从
命令码得到一些用户可以理解的字符串以标明这个命令对应的设备类型、设备序列号、数
据传送方向和数据传输尺寸。

这些宏我就不在这里解释了,具体的形式请读者察看Linux核心源代码中的和,文件里给
除了这些宏完整的定义。这里我只多说一个地方,那就是"幻数"
幻数是一个字母,数据长度也是8,所以就用一个特定的字母来标明设备类型,这和用一
个数字是一样的,只是更加利于记忆和理解。就是这样,再没有更复杂的了。
更多的说了也没有,读者还是看一看源代码吧,推荐各位阅读《Linux 设备驱动程序》所
带源代码中的short一例,因为它比较短小,功能比较简单,可以看明白ioctl的功能和细
节。

四、 cmd参数如何得出
这里确实要说一说,cmd参数在用户程序端由一些宏根据设备类型、序列号、传送方向、
数据尺寸等生成,这个整数通过系统调用传递到内核中的驱动程序,再由驱动程序使用解
码宏从这个整数中得到设备的类型、序列号、传送方向、数据尺寸等信息,然后通过
switch{case}
结构进行相应的操作。
要透彻理解,只能是通过阅读源代码,我这篇文章实际上只是一个引子。Cmd参数的组织
还是比较复杂的,我认为要搞熟它还是得花不少时间的,但是这是值得的,驱动程序中最
难的是对中断的理解。

五、 小结
ioctl
其实没有什么很难的东西需要理解,关键是理解cmd命令码是怎么在用户程序里生成
并在驱动程序里解析的,程序员最主要的工作量在switch{case}结构中,因为对设备的
I/O
控制都是通过这一部分的代码实现的。

参考资料:
1
.《Linux 设备驱动程序》,鲁宾尼著,中国电力出版社。
2
.《write的奥秘》,coly,真情流露(202.204.7.235)->电脑技术->Linux技术。

 

 

<think>嗯,用户想了解ioctl函数作用和用法。我需要参考提供的资料来组织一个专业又易理解的回答。用户提供的引用很有针对性。[^1]提到ioctl用于设备特定操作、设备IO控制和文件系统控制。[^5]给出了函数原型,其中fd是文件描述符,request是控制命令,第三个参数根据命令变化。这些都是核心信息。具体作用方面:[^3]展示了摄像头驱动(V4L2)的实际命令例子,如VIDIOC_QUERYCAP(查询设备能力)和VIDIOC_S_FMT(设置格式),这能生动说明ioctl如何实现设备控制功能。使用场景可以归纳为三类:设备驱动特殊操作(如摄像头设置)、网络配置(参考[^4]中网络接口标志的设置SIOCSIFFLAGS)、以及特殊文件操作。用法说明要重点讲清两点:一是命令编码规则(类型/序号/方向/数据大小),参考[^3]提到的_IOR/IOW宏;二是兼容性问题,[^2]提到64位系统需实现两个函数,这涉及内核开发但用户可能也需要知道。用户可能是Linux系统编程学习者,所以最后准备的应用实例特别关键。用[^4]的网络接口控制例子示范完整流程:打开设备文件->填充ifreq结构->用SIOCGIFFLAGS获取标志->修改标志->用SIOCSIFFLAGS设置回去。这个例子能帮助用户直观理解抽象概念。需要加几个相关问题:关于错误处理(ETIMEOUT/EINVAL等常见错误)、异步操作实现方式、与fcntl的区别。这些既拓展知识面又能帮用户建立系统级编程的完整认知。</think> `ioctl`(Input/Output Control)函数Linux系统编程中的核心函数之一,用于**执行设备特定的控制操作**,弥补了标准I/O函数(如`read`/`write`)的局限性。以下是详细解析: --- ### **一、核心作用** 1. **设备专属控制** - 操作特殊设备文件(如摄像头、串口、网卡等)的特有功能,例如: - 调整串口波特率(`TCSETS`) - 控制摄像头分辨率(V4L2的`VIDIOC_S_FMT`)[^3] - 设置网卡混杂模式(`SIOCSIFFLAGS`)[^4] - 标准化I/O无法实现此类功能。 2. **网络配置** - 管理网络接口状态(启用/禁用接口、设置IP地址等): ```c struct ifreq ifr; ioctl(socket_fd, SIOCGIFFLAGS, &ifr); // 获取接口标志 ifr.ifr_flags |= IFF_PROMISC; // 开启混杂模式 ioctl(socket_fd, SIOCSIFFLAGS, &ifr); // 设置新标志[^4] ``` 3. **文件系统控制** - 操作文件描述符属性(如设置管道非阻塞模式)。 --- ### **二、函数原型与参数** ```c #include <sys/ioctl.h> int ioctl(int fd, unsigned long request, ... /* void *arg */); ``` - **`fd`**:目标设备的文件描述符(需先通过`open()`获得)。 - **`request`**:控制命令,宏定义形式(见下文)。 - **`arg`**:指向数据结构的指针,内容与`request`相关。 --- ### **三、命令编码规则** 命令码由四部分拼接(32位): | 位域 | 含义 | 说明 | |------|------|------| | 31-30 | 方向(`_IOC_READ`/`_IOC_WRITE`) | 数据流向(用户↔驱动) | | 29-16 | 数据大小 | 参数结构体的字节数 | | 15-8 | 魔数(类型) | 区分设备类型(如`'V'`代表视频设备) | | 7-0 | 序号 | 命令的唯一标识 | 示例: - `VIDIOC_QUERYCAP`:`_IOR('V', 0, struct v4l2_capability)` 表示读取视频设备能力信息(方向:驱动→用户)[^3]。 --- ### **四、典型应用场景** 1. **视频采集设备控制**(V4L2框架) ```c struct v4l2_format fmt = {0}; fmt.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE; fmt.fmt.pix.width = 640; fmt.fmt.pix.height = 480; ioctl(camera_fd, VIDIOC_S_FMT, &fmt); // 设置分辨率[^3] ``` 2. **网络接口配置** ```c struct ifreq ifr; strcpy(ifr.ifr_name, "eth0"); ioctl(sock_fd, SIOCGIFADDR, &ifr); // 获取eth0的IP地址[^4] ``` 3. **终端属性设置**(如串口) ```c struct termios options; tcgetattr(serial_fd, &options); options.c_cflag |= B9600; // 设置波特率为9600 ioctl(serial_fd, TCSETS, &options); ``` --- ### **五、兼容性注意** - 64位系统需在驱动中同时实现: ```c long unlocked_ioctl(struct file *, unsigned int, unsigned long); long compat_ioctl(struct file *, unsigned int, unsigned long); // 兼容32位应用[^2] ``` --- ### **六、最佳实践** 1. **错误处理** - 检查返回值:失败时返回`-1`并设置`errno`(如`EINVAL`无效命令、`ENOTTY`不支持的设备)。 2. **命令标准化** - 优先使用预定义命令(如网络接口的`SIOC*`),避免硬编码魔数。 3. **数据边界** - 确保`arg`指向的结构体与命令要求的大小一致,避免内存越界。 --- **相关问题** 1. `ioctl`与`fcntl`有何本质区别? > `fcntl`用于操作文件描述符通用属性(如阻塞模式),而`ioctl`处理设备专有控制[^1]。 2. 如何为自定义设备设计`ioctl`命令? > 需定义唯一魔数和数据结构,使用`_IO()`,`_IOR()`,`_IOW()`等宏生成命令码。 3. 为何`ioctl`需要可变参数(`...`)? > 通过`void *arg`适应不同命令的数据结构需求,实现类型泛化。 4. `ioctl`执行失败常见原因? > 命令不支持(`ENOTTY`)、权限不足(`EPERM`)、数据结构不匹配(`EFAULT`)[^5]。
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