设备控制接口 —— ioctl 函数

文件操作结构 struct file_operations(include/linux/fs.h)、

非字符文件即所有。

用户cmd：

你的cmd不是定义在头文件中吗？
把头文件包含进来直接用了

http://blog.csdn.net/flyingdon/article/details/5096203

http://hi.baidu.com/275156017/blog/item/6f6000199a421563dab4bdc2.html

unsigned int 描述了 ioctl 的命令号。是这个函数中最重要的参数

它描述 ioctl要处理的命令

它包含四个部分： dir type nr size

提供宏生成 —— 解码相应的域值

使用ioctl与内核交换数据

1. 前言

使用ioctl系统调用是用户空间向内核交换数据的常用方法之一，从ioctl这个名称上看，本意是针对I/O设备进行的控制操作，但实际并不限制是真正的I/O设备，可以是任何一个内核设备即可。

2. 基本过程

在 内核空间中ioctl是很多内核操作结构的一个成员函数，如

文件操作结构struct file_operations(include/linux/fs.h)、

协议操作结构struct proto_ops(include/linux/net.h)等、

tty操作结构struct tty_driver(include/linux/tty_driver.h)等，

而这些操作结构分别对应各种内核设备，只要在用户空间打开这些设备，如I/O设备可用open(2)打开，网络协议可用socket(2)打开等，获取一个文件描述符后，就可以在这个描述符上 调用ioctl(2) 来向内核交换数据。

3. ioctl(2)

ioctl(2)函数的基本使用格式为：

int ioctl(int fd, int cmd, void *data) 一定格式，是因为其要实现很多功能，用格式来多功能

第一个参数是文件描述符；cmd是操作命令，一般分为GET、SET以及其他类型命令，GET是用户空间进程从内核读数据，SET是用户空间进程向内核写数据，cmd虽然是一个整数，但是有一定的参数格式的，下面再详细说明；第三个参数是数据起始位置指针，

cmd命令参数是个32位整数，分为四部分：

dir(2b) size(14b) type(8b) nr(8b)

详细定义cmd要包括这4个部分时可使用宏_IOC(dir,type,nr,size)来定义，而最简单情况下使用_IO(type, nr)来定义就可以了，这些宏都在include/asm/ioctl.h中定义

本文cmd定义为：
#define NEWCHAR_IOC_MAGIC   'M'
#define NEWCHAR_SET    _IO(NEWCHAR_IOC_MAGIC, 0)
#define NEWCHAR_GET    _IO(NEWCHAR_IOC_MAGIC, 1)
#define NEWCHAR_IOC_MAXNR   1

要定义自己的ioctl操作，可以有两个方式，一种是在现有的内核代码中直接添加相关代码进行支持，比如想通过socket描述符进行 ioctl操作，可在net/ipv4/af_inet.c中的inet_ioctl()函数中添加自己定义的命令和相关的处理函数，重新编译内核即可，不过这种方法一般不推荐；第二种方法是定义自己的内核设备，通过设备的ioctl()来操作，可以编成模块，这样不影响原有的内核，这是最通常的做法。

4. 内核设备

为进行ioctl操作最通常是使用字符设备来进行，当然定义其他类型的设备也可以。在用户空间，可使用mknod命令建立一个字符类型设备文件，假设该设备的主设备号为123，次设备号为0：

mknode /dev/newchar c 123 0

如果是编程的话，可以用mknode(2)函数来建立设备文件。

建立设备文件后再将该设备的内核模块文件插入内核，就可以使用open(2)打开/dev/newchar文件，然后调用ioctl(2)来传递数据，最后用close(2)关闭设备。而如果内核中还没有插入该设备的模块，open(2)时就会失败。

由于内核内存空间和用户内存空间不同，要将内核数据拷贝到用户空间，要使用专用拷贝函数copy_to_user()；要将用户空间数据拷贝到内核，要使用copy_from_user()。

要最简单实现以上功能，内核模块只需要实现设备的open, ioctl和release三个函数即可，

下面介绍程序片断：

static int newchar_ioctl(struct inode *inode, struct file *filep,
unsigned int cmd, unsigned long arg);
static int newchar_open(struct inode *inode, struct file *filep);
static int newchar_release(struct inode *inode, struct file *filep);

// 定义文件操作结构，结构中其他元素为空
struct file_operations newchar_fops =
{
owner:  THIS_MODULE,
ioctl:  newchar_ioctl,
open:  newchar_open,
release: newchar_release,
};

// 定义要传输的数据块结构
struct newchar{
int a;
int b;
};

#define MAJOR_DEV_NUM 123
#define DEVICE_NAME "newchar"

打开设备，非常简单，就是增加模块计数器，防止在打开设备的情况下删除模块,
当然想搞得复杂的话可进行各种限制检查，如只允许指定的用户打开等：

static int newchar_open(struct inode *inode, struct file *filep)
{
MOD_INC_USE_COUNT;

return 0;

}

关闭设备，也很简单，减模块计数器：
static int newchar_release(struct inode *inode, struct file *filep)
{
MOD_DEC_USE_COUNT;

return 0;

}

进行ioctl调用的基本处理函数
static int newchar_ioctl(struct inode *inode, struct file *filep,
unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
int ret;

// 首先检查cmd是否合法
if (_IOC_TYPE(cmd) != NEWCHAR_IOC_MAGIC) return -EINVAL;

type：

描述了ioctl命令的类型，8位。每种设备或系统都可以指定自己的一个类型号，ioctl用这个类型来表示ioctl命令所属的设备或驱动。一般用ASCII码字符来表示，如 'a'

if (_IOC_NR(cmd) > NEWCHAR_IOC_MAXNR) return -EINVAL;

ioctl命令序号，一般8位。对于一个指定的设备驱动，可以对它的ioctl命令做一个顺序编码，一般从零开始，这个编码就是ioctl命令的序号

// 错误情况下的缺省返回值
ret = EINVAL;

switch(cmd)
{
case KNEWCHAR_SET:？？？？？？编号0
// 设置操作，将数据从用户空间拷贝到内核空间
{
struct newchar nc;
if(copy_from_user(&nc, (const char*)arg, sizeof(nc)) != 0)
return -EFAULT;
ret = do_set_newchar(&nc);
}
break;
case KNEWCHAR_GET:
// GET操作通常会在数据缓冲区中先传递部分初始值作为数据查找条件，获取全部
// 数据后重新写回缓冲区
// 当然也可以根据具体情况什么也不传入直接向内核获取数据
{
struct newchar nc;
if(copy_from_user(&nc, (const char*)arg, sizeof(nc)) != 0)
return -EFAULT;
ret = do_get_newchar(&nc);
if(ret == 0){
if(copy_to_user((unsigned char *)arg, &nc, sizeof(nc))!=0)
return -EFAULT;
}

}
break;
}
return ret;
}

模块初始化函数，登记字符设备
static int __init _init(void)
{
int result;
// 登记该字符设备，这是2.4以前的基本方法，到2.6后有了些变化，
// 是使用MKDEV和cdev_init()来进行，本文还是按老方法
result = register_chrdev(MAJOR_DEV_NUM, DEVICE_NAME, &newchar_fops);
if (result < 0) {
printk(KERN_WARNING __FUNCTION__ ": failed register character device for /dev/newchar/n");
return result;
}
return 0;

}

模块退出函数，登出字符设备
static void __exit _cleanup(void)
{
int result;

result = unregister_chrdev(MAJOR_DEV_NUM, DEVICE_NAME);
if (result < 0)
printk(__FUNCTION__ ": failed unregister character device for /dev/newchar/n");

return;

}

module_init(_init);
module_exit(_cleanup);

5. 结论

用ioctl()在用户空间和内核空间传递数据是最常用方法之一，比较简单方便，而且可以在同一个ioctl中对不同的命令传送不同的数据结构，本文只是为描述方便而在不同命令中使用了相同的数据结构

设备 控制接口 —— ioctl 函数

设备控制接口 —— ioctl 函数