Linux驱动之IOCTL探究（linux驱动ioctl）

Linux 驱动之 IOCTL 探究

Linux 驱动程序开发中有许多有趣的技术，其中一种技术就是让应用程序可以控制设备的状态，典型的功能就是 IOCTL。本文介绍 IOCTL，一种在 Linux 中驱动开发中常见的机制，以及如何在 Linux 驱动程序中使用它。

什么是 IOCTL ？

IOCTL（Input/Output (I/O) Control）是驱动程序编程接口（Device Driver Programming Interface, DDPI）中一种让应用程序控制设备或者驱动程序的机制。它可以让驱动程序提供给应用程序一个平台独立的接口，从而便于设备和上层用户空间应用程序间的交互。

IOCTL提供了一种让驱动程序穿越用户/内核间的界限的机制，但是，由于同一操作可能传递不同的数据，IOCTL的实现可以很复杂，甚至比实现一种新的系统调用更复杂。

如何在 Linux 驱动中使用 IOCTL ？

使用 IOCTL 实现一个跨用户和内核空间的设备接口，需要以下3步：

1、在 Linux 驱动中定义 IOCTL 命令：

首先，我们需要在驱动程序中定义 IOCTL 命令，可以使用新的命令标识符，或者可以指定一个已存在的命令标识符（在 include/uapi/asm-generic/ioctl.h 中定义）。

2、实现 IOCTL 功能：

接着，我们需要实现 IOCTL 功能，有两种方式：

(1)根据命令标识符实现多个 IOCTL 功能：

可以使用 switch 语句根据命令标识符的不同而实现不同的功能，典型的代码如下：

static long __do_ioctl(struct foo_device* dev, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    switch(cmd) {
        case IOCTL_FOO_SET_VARIABLE:
            /* implement set variable logic */
            break;
        case IOCTL_FOO_GET_VARIABLE:
            /* implement get variable logic */
            break;
        default:
            /* unknown command */
            return -ENOTTY;
    }
    return 0;
}

(2)实现 IOCTL 的 get/set 功能：

另外，也可以使用新式的 get/set 接口，典型的代码如下：

static long __do_ioctl(struct foo_device* dev, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    switch(cmd) {
        case IOCTL_FOO_GET_VARIABLE:
            return foo_get_variable();
        case IOCTL_FOO_SET_VARIABLE:
            foo_set_variable(arg);
            break;
        default:
            /* unknown command */
            return -ENOTTY;
    }

    return 0;
}

3、实现 IOCTL 系统调用的可为性：

最后，我们需要实现一个 ioctl 系统调用，作为上层应用程序调用内核模块的接口，该调用应该满足如下一个条件：有效地根据应用程序传入的参数传入正确的内核函数。其代码如下：

long foo_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    int ret = 0;
    struct foo_device* dev = file->private_data;

    mutex_lock(&dev->io_lock);
    ret = __do_ioctl(dev, cmd, arg);
    mutex_unlock(&dev->io_lock);

    return ret;
}

总结

IOCTL 是一种在 Linux 驱动程序中常见的机制，它可以让应用程序控制设备的状态，从而实现跨用户和内核空间的设备接口。实现 IOCTL 需要三个步骤：在驱动程序中定义 IOCTL 命令，实现 IOCTL 功能，并实现 IOCTL 系统调用的可取性。