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分类: LINUX

2010-09-27 17:23:55

实际环境和特殊需求往往会将简单问题复杂化,比如计算机IP地址,对于一个连接中socket,可以直接获得本端和对端的IP、端口信息。但在一些 特殊场合我们可能需要更多的信息,比如系统中有几块网卡,他们的Mac地址是多少,每块网卡分配了几个IP(一个网卡对应多个IP)等等。

这些信息往往需要通过ifconfig指令来获得,对于程序员来说,在代码中调用外部的shell指令可不是个最佳方案,因为没人能保障不同平台、 不同版本的ifconfig指令输出的格式是一致的。本篇文章中将介绍通过ioctl函数实现上述需求。

#include
int ioctl(int fd, int request, … /* void *arg */);
返回:成功返回0,失败返回-1

ioctl函数的参数只有3个,但却是Unix中少有的几个“家族类”复杂函数,这里摘录一段《Unix网络编程》一书中对ioctl函数的描述:

在传统上ioctl函数是用于那些普遍使用、但不适合归入其他类别的任何特殊的系统接口……网络程序(一般是服务器程序) 中ioctl常用于在程序启动时获得主机上所有接口的信息:接口的地址、接口是否支持广播、是否支持多播,等等。

ioctl函数的第一个参数fd,可以表示一个打开的文件(文件句柄)或网络套接字,第二个和第三个参数体现了函数的家族特色,参数二 request根据函数功能分类定义了多组宏,而参数三总是一个指针,指针的类型依赖于参数二request。因为ioctl的种类实在太多,这里只列出 和本文相关的几个参数定义:

分类 参数二(宏) 参数三 描述
接口 SIOCGIFCONF struct ifconf 获得所有接口列表
  SIOCGIFADDR struct ifreq 获得接口地址
  SIOCGIFFLAGS struct ifreq 获得接口标志
  SIOCGIFBRDADDR struct ifreq 获得广播地址
  SIOCGIFNETMASK struct ifreq 获得子网掩码


上表中列出了两个相关的结构体:struct ifconf 和 struct ifreq,要了解ioctl函数的具体运用,首先要了解这两个结构:

  1. /* net/if.h */
  2. struct ifconf
  3. {
  4.     int ifc_len;            /* Size of buffer.  */
  5.     union
  6.     {
  7.         __caddr_t ifcu_buf;
  8.         struct ifreq *ifcu_req;
  9.     } ifc_ifcu;
  10. };
  11.  
  12. struct ifreq
  13. {
  14. # define IFHWADDRLEN    6
  15. # define IFNAMSIZ   IF_NAMESIZE
  16.    
  17.     union
  18.     {
  19.         char ifrn_name[IFNAMSIZ];   /* Interface name, e.g. "en0".  */
  20.     } ifr_ifrn;
  21.    
  22.     union
  23.     {
  24.         struct sockaddr ifru_addr;
  25.         struct sockaddr ifru_dstaddr;
  26.         struct sockaddr ifru_broadaddr;
  27.         struct sockaddr ifru_netmask;
  28.         struct sockaddr ifru_hwaddr;
  29.         short int ifru_flags;
  30.         int ifru_ivalue;
  31.         int ifru_mtu;
  32.         struct ifmap ifru_map;
  33.         char ifru_slave[IFNAMSIZ]/* Just fits the size */
  34.         char ifru_newname[IFNAMSIZ];
  35.         __caddr_t ifru_data;
  36.     } ifr_ifru;
  37. };

struct ifconf的第二个元素ifc_ifcu是一个联合,是指向struct ifreq结构的地址,通常是一组struct ifreq结构空间(每一个描述一个接口),struct ifconf的第一个元素ifc_len描述了struct ifreq结构空间的大小;结构struct ifreq也有两个元素,第一个元素ifr_ifrn内含一个字符串,用来描述接口的名称,比如“eth0″、”wlan0”等,第二个元素是联合,比较 复杂,用来描述套接口的地址结构。

struct ifconf 和 struct ifreq的关系可以参考下图:

ioctl函数中的struct ifconf 和 struct ifreq结构关系

ioctl函数中的struct ifconf 和 struct ifreq结构关系

通常运用ioctl函数的第一步是从内核获取系统的所有接口,然后再针对每个接口获取其地址信息。获取所有接口通过SIOCGIFCONF请求来实 现:

  1. struct ifconf ifc;  /* ifconf结构 */
  2. struct ifreq ifrs[16]/* ifreq结构数组(这里估计了接口的最大数量16) */
  3.  
  4. /* 初始化ifconf结构 */
  5. ifc.ifc_len = sizeof(ifrs);
  6. ifc.ifc_buf = (caddr_t) ifrs;
  7.  
  8. /* 获得接口列表 */
  9. ioctl(fd, SIOCGIFCONF, (char *) &ifc);

获得了接口列表,就可以通过struct ifconf结构中*ifcu_req的指针得到struct ifreq结构数组的地址,通过遍历获得每隔接口的详细地址信息:

  1. ("接口名称:%s\n", ifrs[n].ifr_name); /* 接口名称 */
  2.  
  3. /* 获得IP地址 */
  4. ioctl(fd, SIOCGIFADDR, (char *) &ifrs[n]);
  5. ("IP地址:%s\n",
  6.     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&ifrs[n].ifr_addr))->sin_addr));
  7.  
  8. /* 获得子网掩码 */
  9. ioctl(fd, SIOCGIFNETMASK, (char *) &ifrs[n]);
  10. ("子网掩码:%s\n",
  11.     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&ifrs[n].ifr_addr))->sin_addr));
  12.  
  13. /* 获得广播地址 */
  14. ioctl(fd, SIOCGIFBRDADDR, (char *) &ifrs[n]);
  15. ("广播地址:%s\n",
  16.     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&ifrs[n].ifr_addr))->sin_addr));
  17.  
  18. /* 获得MAC地址 */
  19. ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, (char *) &ifrs[n]);
  20. ("MAC地址:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n",
  21.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[0],
  22.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[1],
  23.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[2],
  24.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[3],
  25.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[4],
  26.     (unsigned char) ifrs[n].ifr_hwaddr.sa_data[5]);

最后,给出一个参考程序代码。

ioctl函数没有纳入POXIS规范,各系统对ioctl的实现也不尽相同,下面的代码在我的Ubuntu10.04 linux上可执行通过,但在其他Unix系统上不一定能够通过编译,例如在Power AIX 5.3上需要将获得MAC地址的那段代码注释掉。

  1. #include
  2. #include
  3. #include
  4. #include
  5. #include
  6. #include
  7. #include
  8. #include
  9.  
  10. #define MAXINTERFACES 16    /* 最大接口数 */
  11.  
  12. int fd;         /* 套接字 */
  13. int if_len;     /* 接口数量 */
  14. struct ifreq buf[MAXINTERFACES];    /* ifreq结构数组 */
  15. struct ifconf ifc;                  /* ifconf结构 */
  16.  
  17. int main(argc, argv)
  18. {
  19.     /* 建立IPv4的UDP套接字fd */
  20.     if ((fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1)
  21.     {
  22.         perror("socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)");
  23.         return -1;
  24.     }
  25.  
  26.     /* 初始化ifconf结构 */
  27.     ifc.ifc_len = sizeof(buf);
  28.     ifc.ifc_buf = (caddr_t) buf;
  29.  
  30.     /* 获得接口列表 */
  31.     if (ioctl(fd, SIOCGIFCONF, (char *) &ifc) == -1)
  32.     {
  33.         perror("SIOCGIFCONF ioctl");
  34.         return -1;
  35.     }
  36.  
  37.     if_len = ifc.ifc_len / sizeof(struct ifreq); /* 接口数量 */
  38.     ("接口数量:%d\n\n", if_len);
  39.  
  40.     while (if_len– > 0) /* 遍历每个接口 */
  41.     {
  42.         ("接口:%s\n", buf[if_len].ifr_name); /* 接口名称 */
  43.  
  44.         /* 获得接口标志 */
  45.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFFLAGS, (char *) &buf[if_len])))
  46.         {
  47.             /* 接口状态 */
  48.             if (buf[if_len].ifr_flags & IFF_UP)
  49.             {
  50.                 ("接口状态: UP\n");
  51.             }
  52.             else
  53.             {
  54.                 ("接口状态: DOWN\n");
  55.             }
  56.         }
  57.         else
  58.         {
  59.             char str[256];
  60.             sprintf(str, "SIOCGIFFLAGS ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
  61.             perror(str);
  62.         }
  63.  
  64.  
  65.         /* IP地址 */
  66.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFADDR, (char *) &buf[if_len])))
  67.         {
  68.             ("IP地址:%s\n",
  69.                     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&buf[if_len].ifr_addr))->sin_addr));
  70.         }
  71.         else
  72.         {
  73.             char str[256];
  74.             sprintf(str, "SIOCGIFADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
  75.             perror(str);
  76.         }
  77.  
  78.         /* 子网掩码 */
  79.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFNETMASK, (char *) &buf[if_len])))
  80.         {
  81.             ("子网掩码:%s\n",
  82.                     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&buf[if_len].ifr_addr))->sin_addr));
  83.         }
  84.         else
  85.         {
  86.             char str[256];
  87.             sprintf(str, "SIOCGIFADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
  88.             perror(str);
  89.         }
  90.  
  91.         /* 广播地址 */
  92.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFBRDADDR, (char *) &buf[if_len])))
  93.         {
  94.             ("广播地址:%s\n",
  95.                     (char*)inet_ntoa(((struct sockaddr_in*) (&buf[if_len].ifr_addr))->sin_addr));
  96.         }
  97.         else
  98.         {
  99.             char str[256];
  100.             sprintf(str, "SIOCGIFADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
  101.             perror(str);
  102.         }
  103.  
  104.         /*MAC地址 */
  105.         if (!(ioctl(fd, SIOCGIFHWADDR, (char *) &buf[if_len])))
  106.         {
  107.             ("MAC地址:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n\n",
  108.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[0],
  109.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[1],
  110.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[2],
  111.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[3],
  112.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[4],
  113.                     (unsigned char) buf[if_len].ifr_hwaddr.sa_data[5]);
  114.         }
  115.         else
  116.         {
  117.             char str[256];
  118.             sprintf(str, "SIOCGIFHWADDR ioctl %s", buf[if_len].ifr_name);
  119.             perror(str);
  120.         }
  121.     }//–while end
  122.  
  123.     //关闭socket
  124.     close(fd);
  125.     return 0;
  126. }

在我的系统上,程序输出:

接口数量:4

接口:wlan0
接口状态: UP
IP地址:192.168.1.142
子网掩码:255.255.255.0
广播地址:192.168.1.255
MAC地址:00:14:a5:65:47:57

接口:eth0:0
接口状态: UP
IP地址:192.168.4.113
子网掩码:255.255.255.0
广播地址:192.168.4.255
MAC地址:00:14:c2:e5:45:57

接口:eth0
接口状态: UP
IP地址:192.168.4.111
子网掩码:255.255.255.0
广播地址:192.168.4.255
MAC地址:00:14:c2:e5:45:57

接口:lo
接口状态: UP
IP地址:127.0.0.1
子网掩码:255.0.0.0
广播地址:0.0.0.0
MAC地址:00:00:00:00:00:00

从输出可以看出,系统有4个接口,”wlan0″表示第一块无线网卡接口,”eth0″(IP地址:192.168.4.111)表示第一块连线网 卡接口(我们最长用的RJ45连接口网卡),”lo”是回路地址接口(我们常用的127.0.0.1)。

注意:”eth0:0″(IP地址:192.168.4.113)是有线网卡的别名(单网卡绑定多个IP),这是为了测试这个参考程序特意在 eth0上添加的一个IP地址。

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