我這里說的ioctl函數(shù)是在驅(qū)動程序里的，因為我不知道還有沒有別的場合用到了ioctl， 所以就規(guī)定了我們討論的范圍。為什么要寫篇文章呢，是因為我前一陣子被ioctl給搞混了，這幾天才弄明白它，于是在這里清理一下頭腦。

一、 什么是ioctl。

ioctl是設(shè)備驅(qū)動程序中對設(shè)備的I/O通道進(jìn)行管理的函數(shù)。所謂對I/O通道進(jìn)行管理，就是對設(shè)備的一些特性進(jìn)行控制，例如串口的傳輸波特率、馬達(dá)的轉(zhuǎn)速等等。它的調(diào)用個數(shù)如下：

int ioctl(int fd, ind cmd, …)；

其中fd就是用戶程序打開設(shè)備時使用open函數(shù)返回的文件標(biāo)示符，cmd就是用戶程序?qū)υO(shè)備的控制命令，至于后面的省略號，那是一些補(bǔ)充參數(shù)，一般最多一個，有或沒有是和cmd的意義相關(guān)的。

ioctl函數(shù)是文件結(jié)構(gòu)中的一個屬性分量，就是說如果你的驅(qū)動程序提供了對ioctl的支持，用戶就可以在用戶程序中使用ioctl函數(shù)控制設(shè)備的I/O通道。

二、?ioctl的必要性

如果不用ioctl的話，也可以實現(xiàn)對設(shè)備I/O通道的控制，但那就是蠻擰了。例如，我們可以在驅(qū)動程序中實現(xiàn)write的時候檢查一下是否有特殊約定的數(shù)據(jù)流通過，如果有的話，那么后面就跟著控制命令（一般在socket編程中常常這樣做）。但是如果這樣做的話，會導(dǎo)致代碼分工不明，程序結(jié)構(gòu)混亂，程序員自己也會頭昏眼花的。

所以，我們就使用ioctl來實現(xiàn)控制的功能。要記住，用戶程序所作的只是通過命令碼告訴驅(qū)動程序它想做什么，至于怎么解釋這些命令和怎么實現(xiàn)這些命令，這都是驅(qū)動程序要做的事情。

三、?ioctl如何實現(xiàn)

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，所以我這里是不可能把它說得非常清楚了，不過如果有讀者對用戶程序怎么和驅(qū)動程序聯(lián)系起來感興趣的話，可以看我前一陣子寫的《write的奧秘》。讀者只要把write換成ioctl，就知道用戶程序的ioctl是怎么和驅(qū)動程序中的ioctl實現(xiàn)聯(lián)系在一起的了。

我這里說一個大概思路，因為我覺得《Linux設(shè)備驅(qū)動程序》這本書已經(jīng)說的非常清楚了，但是得化一些時間來看。

在驅(qū)動程序中實現(xiàn)的ioctl函數(shù)體內(nèi)，實際上是有一個switch{case}結(jié)構(gòu)，每一個case對應(yīng)一個命令碼，做出一些相應(yīng)的操作。怎么實現(xiàn)這些操作，這是每一個程序員自己的事情，因為設(shè)備都是特定的，這里也沒法說。關(guān)鍵在于怎么樣組織命令碼，因為在ioctl中命令碼是唯一聯(lián)系用戶程序命令和驅(qū)動程序支持的途徑。

命 令碼的組織是有一些講究的，因為我們一定要做到命令和設(shè)備是一一對應(yīng)的，這樣才不會將正確的命令發(fā)給錯誤的設(shè)備，或者是把錯誤的命令發(fā)給正確的設(shè)備，或者 是把錯誤的命令發(fā)給錯誤的設(shè)備。這些錯誤都會導(dǎo)致不可預(yù)料的事情發(fā)生，而當(dāng)程序員發(fā)現(xiàn)了這些奇怪的事情的時候，再來調(diào)試程序查找錯誤，那將是非常困難的事 情。

所以在Linux核心中是這樣定義一個命令碼的：

____________________________________

|?設(shè)備類型?|?序列號?|?方向?|數(shù)據(jù)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(shù)形式的命令碼。但是命令碼非常的不直觀，所以Linux Kernel中提供了一些宏，這些宏可根據(jù)便于理解的字符串生成命令碼，或者是從命令碼得到一些用戶可以理解的字符串以標(biāo)明這個命令對應(yīng)的設(shè)備類型、設(shè)備序列號、數(shù)據(jù)傳送方向和數(shù)據(jù)傳輸尺寸。

這些宏我就不在這里解釋了，具體的形式請讀者察看Linux核心源代碼中的和，文件里給除了這些宏完整的定義。這里我只多說一個地方，那就是"幻數(shù)"。

幻數(shù)是一個字母，數(shù)據(jù)長度也是8，所以就用一個特定的字母來標(biāo)明設(shè)備類型，這和用一個數(shù)字是一樣的，只是更加利于記憶和理解。就是這樣，再沒有更復(fù)雜的了。

更多的說了也沒有，讀者還是看一看源代碼吧，推薦各位閱讀《Linux?設(shè)備驅(qū)動程序》所帶源代碼中的short一例，因為它比較短小，功能比較簡單，可以看明白ioctl的功能和細(xì)節(jié)。

四、?cmd參數(shù)如何得出

這里確實要說一說，cmd參數(shù)在用戶程序端由一些宏根據(jù)設(shè)備類型、序列號、傳送方向、數(shù)據(jù)尺寸等生成，這個整數(shù)通過系統(tǒng)調(diào)用傳遞到內(nèi)核中的驅(qū)動程序，再由驅(qū)動程序使用解碼宏從這個整數(shù)中得到設(shè)備的類型、序列號、傳送方向、數(shù)據(jù)尺寸等信息，然后通過switch{case}結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的操作。

要透徹理解，只能是通過閱讀源代碼，我這篇文章實際上只是一個引子。Cmd參數(shù)的組織還是比較復(fù)雜的，我認(rèn)為要搞熟它還是得花不少時間的，但是這是值得的，驅(qū)動程序中最難的是對中斷的理解。

五、 小結(jié)

ioctl其實沒有什么很難的東西需要理解，關(guān)鍵是理解cmd命令碼是怎么在用戶程序里生成并在驅(qū)動程序里解析的，程序員最主要的工作量在switch{case}結(jié)構(gòu)中，因為對設(shè)備的I/O控制都是通過這一部分的代碼實現(xiàn)的。

六．

一般的說，,用戶空間的IOCTL系統(tǒng)調(diào)用如下所示: ioctl(int fd, int command, (char *) argstruct)因為這個調(diào)用擁有與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的代碼,所以文件描述符號fd就是socket()系統(tǒng)調(diào)用所返回的,而command參數(shù)可以是/usr/include/linux/sockios.h頭文件中的任何一個,這些個命令根據(jù)它可以解決的問題所涉及的方面被分為多種的類型.

比如:

　　改變路由表（SIOCADDRT, SIOCDELRT）

　　讀取或更新ARP/RARP緩存（SIOCDARP, SIOCSRARP）

一般的和網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的函數(shù)（SIOCGIFNAME, SIOCSIFADDR等等）

　　Goodies目錄中包含了很多展示ioctl用法的示例程序,看這些程序的時候,注意根據(jù)ioctl的命令類型來學(xué)習(xí)具體的調(diào)用參數(shù)結(jié)構(gòu),比如:和路由表相關(guān)的IOCTL用RTENTRY結(jié)構(gòu), rtentry結(jié)構(gòu)是被定義在/usr/include/linux/route.h文件中的，再一個和ARP相關(guān)的ioctl調(diào)用用到的arpreq結(jié)構(gòu)被定義在/usr/include/linux/if_arp.h文件之中.網(wǎng)絡(luò)接口相關(guān)的ioctl命令最具有代表性的特征為都是以S或G開頭,其實就是設(shè)置或得到數(shù)據(jù), getifinfo.c程序用這些命令去讀取IP地址信息,硬件地址信息，廣播地址信息,和與網(wǎng)絡(luò)接口相關(guān)的標(biāo)志.對于這些ioctl,第三個參數(shù)是一個IFREQ結(jié)構(gòu)體,這個結(jié)構(gòu)體被定義在/usr/include/linux/if.h頭文件中,在一些情況下,新的ioctl命令可能被需要（除了在那個頭文件中被定義的之外）,比如?WAVELAN無線網(wǎng)卡保持著無線信號強(qiáng)度的信息,這些信西可能要 對用戶程序有用.用戶程序是怎么訪問到這些信息的呢?我們的第一反應(yīng)就是定義一個新的命令在sockios.h頭文件中，比如SIOCGIFWVLNSS,不幸的是,這個命令在其他的網(wǎng)絡(luò)接口上是根本沒有意義的,另外試圖在其他接口上用這個名另而并非是在無線網(wǎng)口上用會出現(xiàn)違規(guī)訪問,我們需要的是定義新特性接口命令的機(jī)理。幸運(yùn)的是,LINUX操作系統(tǒng)為此目的內(nèi)置了鉤子,如果你再看一下那個頭文件sockios.h你會注意到每一個設(shè)備都有一個預(yù)定義的SIOCDEVPRIVATE命令，實現(xiàn)它的任務(wù)就全權(quán)交給了寫這個設(shè)備驅(qū)動的程序員了.根據(jù)常規(guī)約定,一個用戶程序調(diào)用一個特定的ioctl命令如下: ioctl(sockid, SIOCDEVPRIVATE, (char *) &ifr)這里ifr是一個ifreq結(jié)構(gòu)體變量,它用一個和這個設(shè)備聯(lián)系的接口名稱填充ifr的ifr NAME域,比如,前述的無線網(wǎng)卡接口名稱為eth1。

　　不失一般性,一個用戶程序?qū)⑼瑯右c內(nèi)核交換命令參數(shù)和操作結(jié)果,而這些已經(jīng)通過一個域ifr.ifr_data的填充而做到了,比如,這個網(wǎng)卡的信號強(qiáng)度信息被返回到這個域當(dāng)中。LINUX源代碼已經(jīng)包含了兩個特殊設(shè)備de4x5和ewrk3,他們定義和實現(xiàn)了特殊的ioctl命令.,這些設(shè)備的源代碼在以下的文件中：de4x5.h, de4x5.c, ewrk3.h, ewrk3.c,?他們兩個設(shè)備都為在用戶空間和驅(qū)動間交換數(shù)據(jù)定義了他們自己的私有結(jié)構(gòu),在ioctl之前,用戶程序填充了需要的數(shù)據(jù)并且將ifr.ifr_data指向這個結(jié)構(gòu)體.

　　我們在兩個驅(qū)動中走的更遠(yuǎn)些從而進(jìn)入代碼前,讓我們跟蹤一下處理ioctl系統(tǒng)調(diào)用的若干步驟,,所有接口類型的ioctl請求都導(dǎo)致dev_ioctl()被調(diào)用,這個ioctl僅僅是個包裝,大部分的真實的操作留給了dev_ifsioc().，這個dev_ioctl()要做的唯一一個事情就是檢查調(diào)用過程是否擁有合適的許可去核發(fā)這個命令，然后dev_ifsioc()首先要做的事情之一就是得到和名字域ifr.ifr_name中所對應(yīng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)，這在一個很大的switch語塊的代碼后實現(xiàn)。

　　SIOCDEVPRIVATE命令和SIOCDEVPRIVATE+15的命令參數(shù)全部交給了默認(rèn)操作,這些都是switch的分支語句.這里發(fā)生的是,內(nèi)核檢查是否一個設(shè)備特殊的ioctl的回調(diào)已經(jīng)在設(shè)備結(jié)構(gòu)中被設(shè)置，這個回調(diào)是保持在設(shè)備結(jié)構(gòu)中的一個函數(shù)指針。如果回調(diào)已經(jīng)被設(shè)置了.內(nèi)核就會調(diào)用它.

　　所以,為了實現(xiàn)一個特殊的ioctl,需要做的就是寫一個特殊ioctl的回調(diào)，然后讓device結(jié)構(gòu)中的do_ioctl域指向它,對于EWK3設(shè)備，這個函數(shù)叫做ewrk3_ioctl(),對應(yīng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)在ewrk3_init()中被初始化,ewrk3_ioctl()的代碼清晰的展示了ifr.ifr_data的作用?,是為了在用戶程序和驅(qū)動之間交換信息。注意，內(nèi)存的這個區(qū)域有雙方向交換數(shù)據(jù)的作用,例如,在ewrk3驅(qū)動代碼中,ifr.ifr_data最初的2個字節(jié)被用做向驅(qū)動傳遞預(yù)想要的動作。同樣第五個字節(jié)指向的緩沖區(qū)用于交換其他的信息。

當(dāng)你瀏覽ewrk3_ioctl()代碼的時候,記住在一個應(yīng)用中用戶空間的指令是無法訪問內(nèi)核空間的,由于這個原因?,2個特殊的步驟提供給了驅(qū)動編寫人員.他們是memcpy_tofs()和memcpy_fromfs()。內(nèi)核里的做法是用memcpy_tofs()?拷貝內(nèi)核數(shù)據(jù)到用戶空間,類似的memcpy_fromfs()也是這樣的,只是他拷貝用戶數(shù)據(jù)到內(nèi)核空間.。這些程序步驟是由于調(diào)用verify_area()而被執(zhí)行的,目的是確認(rèn)數(shù)據(jù)訪問不會違法。同樣記住printk()的用法是打印調(diào)試信息,這個函數(shù)和printf()很相象,但是它不能處理浮點數(shù)據(jù),printf()函數(shù)在內(nèi)核中是不能被使用的。由printk()產(chǎn)生的輸出被轉(zhuǎn)儲到了一個目錄./usr/adm/messages。

?

七．linux系統(tǒng)ioctl使用示例
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程序1：檢測接口的?inet_addr,netmask,broad_addr
程序2：檢查接口的物理連接是否正常

程序3：更簡單一點測試物理連接
程序4：調(diào)節(jié)音量
***************************程序1****************************************
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <net/if.h>
static void usage(){
??????? printf("usage : ipconfig interface \n");
??????? exit(0);
}
int main(int argc,char **argv)
{
??????? struct sockaddr_in *addr;
??????? struct ifreq ifr;
??????? char *name,*address;
??????? int sockfd;
if(argc != 2)
??????????????? usage();
??????? else
??????????????? name = argv[1];
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
??????? strncpy(ifr.ifr_name,name,IFNAMSIZ-1);
if(ioctl(sockfd,SIOCGIFADDR,&ifr) == -1)
??????????????? perror("ioctl error"),exit(1);
??????? addr = (struct sockaddr_in *)&(ifr.ifr_addr);
??????? address = inet_ntoa(addr->sin_addr);
??????? printf("inet addr: %s ",address);
if(ioctl(sockfd,SIOCGIFBRDADDR,&ifr) == -1)
??????????????? perror("ioctl error"),exit(1);
??????? addr = (struct sockaddr_in *)&ifr.ifr_broadaddr;
??????? address = inet_ntoa(addr->sin_addr);
??????? printf("broad addr: %s ",address);
if(ioctl(sockfd,SIOCGIFNETMASK,&ifr) == -1)
??????????????? perror("ioctl error"),exit(1);
??????? addr = (struct sockaddr_in *)&ifr.ifr_addr;
??????? address = inet_ntoa(addr->sin_addr);
??????? printf("inet mask: %s ",address);
printf("\n");
??????? exit(0);
}
********************************?程序2*****************************************************
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <getopt.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <net/if.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
typedef unsigned short u16;
typedef unsigned int u32;
typedef unsigned char u8;
#include <linux/ethtool.h>
#include <linux/sockios.h>
int detect_mii(int skfd, char *ifname)
{
??????? struct ifreq ifr;
??????? u16 *data, mii_val;
??????? unsigned phy_id;
/* Get the vitals from the interface. */
??????? strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);
??????? if (ioctl(skfd, SIOCGMIIPHY, &ifr) < 0)
??????? {
??????????????? fprintf(stderr, "SIOCGMIIPHY on %s failed: %s\n", ifname,
??????????????? strerror(errno));
??????????????? (void) close(skfd);
??????????????? return 2;
??????? }
data = (u16 *)(&ifr.ifr_data);
??????? phy_id = data[0];
??????? data[1] = 1;
if (ioctl(skfd, SIOCGMIIREG, &ifr) < 0)
??????? {
??????????????? fprintf(stderr, "SIOCGMIIREG on %s failed: %s\n", ifr.ifr_name,
??????????????? strerror(errno));
??????????????? return 2;
??????? }
mii_val = data[3];
return(((mii_val & 0x0016) == 0x0004) ? 0 : 1);
}
int detect_ethtool(int skfd, char *ifname)
{
??????? struct ifreq ifr;
??????? struct ethtool_value edata;
memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
??????? edata.cmd = ETHTOOL_GLINK;
strncpy(ifr.ifr_name, ifname, sizeof(ifr.ifr_name)-1);
??????? ifr.ifr_data = (char *) &edata;
if (ioctl(skfd, SIOCETHTOOL, &ifr) == -1)
??????? {
??????????????? printf("ETHTOOL_GLINK failed: %s\n", strerror(errno));
??????????????? return 2;
??????? }
return (edata.data ? 0 : 1);
}
int main(int argc, char **argv)
{
??????? int skfd = -1;
??????? char *ifname;
??????? int retval;
if( argv[1] )
??????????????? ifname = argv[1];
??????? else
??????????????? ifname = "eth0";
/* Open a socket. */
??????? if (( skfd = socket( AF_INET, SOCK_DGRAM, 0 ) ) < 0 )
??????? {
??????????????? printf("socket error\n");
??????????????? exit(-1);
??????? }
retval = detect_ethtool(skfd, ifname);
if (retval == 2)
??????????????? retval = detect_mii(skfd, ifname);
close(skfd);
if (retval == 2)
??????????????? printf("Could not determine status\n");
if (retval == 1)
??????????????? printf("Link down\n");
if (retval == 0)
??????????????? printf("Link up\n");
return retval;
}
*******************************程序3*****************************************************
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <net/if.h>
#include <linux/sockios.h>
#include <sys/ioctl.h>
#define LINKTEST_GLINK 0x0000000a
struct linktest_value {
??????? unsigned int??? cmd;
??????? unsigned int??? data;
};
static
void
usage(const char * pname)
{
??????? fprintf(stderr, "usage: %s <device>\n", pname);
??????? fprintf(stderr, "returns: \n");
??????? fprintf(stderr, "\t 0: link detected\n");
??????? fprintf(stderr, "\t%d: %s\n", ENODEV, strerror(ENODEV));
??????? fprintf(stderr, "\t%d: %s\n", ENONET, strerror(ENONET));
??????? fprintf(stderr, "\t%d: %s\n", EOPNOTSUPP, strerror(EOPNOTSUPP));
??????? exit(EXIT_FAILURE);
}
static
int
linktest(const char * devname)
{
??????? struct ifreq ifr;
??????? struct linktest_value edata;
??????? int fd;
/* setup our control structures. */
??????? memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
??????? strcpy(ifr.ifr_name, devname);
/* open control socket. */
??????? fd=socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
??????? if(fd < 0 ) {
??????????????? return -ECOMM;
??????? }
errno=0;
??????? edata.cmd = LINKTEST_GLINK;
??????? ifr.ifr_data = (caddr_t)&edata;
if(!ioctl(fd, SIOCETHTOOL, &ifr)) {
??????????????? if(edata.data) {
??????????????????????? fprintf(stdout, "link detected on %s\n", devname);
??????????????????????? return 0;
??????????????? } else {
??????????????????????? errno=ENONET;
??????????????? }
??????? }
perror("linktest");
??????? return errno;
}
int
main(int argc, char *argv[])
{
??????? if(argc != 2) {
??????????????? usage(argv[0]);
??????? }
??????? return linktest(argv[1]);
}
*************************************程序4*********************************************************
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/soundcard.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <math.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#define? BASE_VALUE 257
int main(int argc,char *argv[])
{
??????? int mixer_fd=0;
??????? char *names[SOUND_MIXER_NRDEVICES]=SOUND_DEVICE_LABELS;
??????? int value,i;
printf("\nusage:%s dev_no.[0..24] value[0..100]\n\n",argv[0]);
??????? printf("eg. %s 0 100\n",argv[0]);
??????? printf("??? will change the volume to MAX volume.\n\n");
??????? printf("The dev_no. are as below:\n");
??????? for (i=0;i<SOUND_MIXER_NRDEVICES;i++){
??????????????? if (i%3==0) printf("\n");
??????????????? printf("%s:%d\t\t",names[i],i);
??????? }
??????? printf("\n\n");
if (argc<3)
??????????????? exit(1);
if ((mixer_fd = open("/dev/mixer",O_RDWR))){
??????????????? printf("Mixer opened successfully,working...\n");
??????????????? value=BASE_VALUE*atoi(argv[2]);
if (ioctl(mixer_fd,MIXER_WRITE(atoi(argv[1])),&value)==0)
??????????????? printf("successfully.....");
??????????????? else??? printf("unsuccessfully.....");
??????????????? printf("done.\n");
???????? }else
??????????????? printf("can't open /dev/mixer error....\n");
exit(0);
}

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的socket和IOCTL结合实现网络采集的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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