lddr3 第六章 高级字符驱动程序操作 ioctl

    之所以称之为高级字符驱动程序操作，是lddr3的作者相对于第三章而言的。若想把功能搞强大，必然就得学更多的。

    ioctl是一个牛逼的东东，之所以牛逼，在于所谓的随心所欲，导致了不是很好啊掌握。首先说什么是ioctl呢，in/out control，输入输出控制，从英语的字面上还是比较好理解。用比拟的方法来讲解或许更好：你是一个美丽的姑娘，然后呢，我就想追你，怎么办呢，鲜花，邂逅，要号等方法。这里，有个对象，就是你，我们想采取方式，比如鲜花,邂逅，要号等，而这些方式都是你自己选择的。而对于每一种方法，有个参数，比如鲜花的数量，邂逅的有个地点，要号可以选择qq，手机号等。

简言之就是：对某个对象采取（参数）措施。其实这就是ioctl。下面我们引出它的原型。

用户空间为：

int ioctl(int fd,unsigned long cmd,...);

驱动空间中为：

int (*ioctl) (struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg);

虽然看起来形式不一样，但是本质是一样的，innode和filp显然和fd对应，arg与...对应。

讲用户空间的即可，fd为文件，即对象，正如上面的姑娘，然后cmd就是命令，这是我们选择的，正如上面采取追女孩的方法，参数就不解释了。对象和参数都没有问题，唯一我们不清楚的就是cmd这个命令了。下面具体讲解下。

正如电影里面的一样，每一个命令就如一个命令执行者，他的有个ID，4个字段。

1.type，叫幻数（8位），其实就理解为主设备号就好了，多用一个字母表示。

2.number，序数（8位），理解为次设备号。

3.direction，数据传输方向，注意：你应该从应用程序的角度去看这个方向。先列出来。

_IOC_NONE(没有数据传输), _IOC_READ, _IOC_WRITE, 和 _IOC_READ|_IOC_WRITE (数据在2个方向被传送).

你把你的眼睛放在应用程序上，懂吧，这样说吧，你在家里，叫你买东西，你就得出去买，叫你卖庄稼，你就把家你的庄稼拿出去卖。就是这样的，你家住在应用程序，_IOC_READ就是叫你到驱动程序中读取数据，懂了吧。_IOC_WRITE当然就把自己家应用程序的写到驱动程序中。

4.size，数据大小（13或者14位）

 

    实践中编号多半都是用一些构造编号的宏来搞定的_IOC_WRITE，包含在 中，如_IO(type,nr)(给没有参数的命令), _IOR(type, nre, datatype)(给从驱动中读数据的), _IO(type,nr,datatype)(给写数据), 和 _IOWR(type,nr,datatype)(给双向传送).

    编号我们也是不可能记得住的，我们可以用宏的方式让其值给有意义的方法，就如你叫13号球员，我必须和记得数字，但是你给它取个名字叫张三，用的是很不是叫13而是叫张三就可以了。此处的张三其实也就是上面说的cmd，但是，只是名字和编号对应，具体的功能我们还得在内核空间中自己去勾画。具体如何做到的呢，下面我们来具体简单实例来说明。

   比如我的需求是给quantum赋值为10，这样我们需要写个赋值命令

SCULL_IOCSQUANTUM _IOW(SCULL_IOC_MAGIC,1,int)，我们怎么知道赋值成功没有呢，于是再写个读quantum的命令SCULL_IOCQQUANTUM _IO(SCULL_IOC_MAGIC,2)，应用空间中，我们就写为如下的scull_test.c

 

#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <linux/ioctl.h>

#define SCULL_IOC_MAGIC 'k'
#define SCULL_IOCSQUANTUM _IOW(SCULL_IOC_MAGIC, 1, int)
#define SCULL_IOCQQUANTUM _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 7)


int main()
{
    int sculltest;
    int code;

    if ((sculltest = open("/dev/scull",O_RDWR )) < 0)    {
         printf("open error! \n");
        exit(1);
    }

     printf("open scull ! \n");
    code = 10;
    if ( ioctl( sculltest , SCULL_IOCSQUANTUM , &code ) < 0)     {
         printf("ioctl SCULL_IOCSQUANTUM error! \n");
        exit(1);
    }

    printf("scull_quantum=%d \n" , ioctl( sculltest , SCULL_IOCQQUANTUM , NULL ) );
    close(sculltest);
        printf("close scull ! \n");

    printf("\n");
  exit(0);
}

上面的已经很好理解了，先利用工具构造好命令的ID，然后在下面的主函数中运用。这里是写好了，这毕竟是写驱动，于是在驱动中我们得写个ioctl的命令处理函数，正如写write和read函数一样，我们在写驱动的scull.c中加入如下函数scull_ioctl（）

int scull_ioctl(struct inode *inode, struct file *filp,
                 unsigned int cmd, unsigned long arg)
{

    int err = 0, tmp;
    int retval = 0;
    if (_IOC_TYPE(cmd) != SCULL_IOC_MAGIC) return -ENOTTY;
    if (_IOC_NR(cmd) > SCULL_IOC_MAXNR) return -ENOTTY;
    if (_IOC_DIR(cmd) & _IOC_READ)
        err = !access_ok(VERIFY_WRITE, (void __user *)arg, _IOC_SIZE(cmd));
    else if (_IOC_DIR(cmd) & _IOC_WRITE)
        err = !access_ok(VERIFY_READ, (void __user *)arg, _IOC_SIZE(cmd));
    if (err) return -EFAULT;

    switch(cmd) {
     case SCULL_IOCSQUANTUM:         if (! capable (CAP_SYS_ADMIN))
            return -EPERM;
        retval = __get_user(scull_quantum, (int __user *)arg);
        break;
     case SCULL_IOCQQUANTUM:         return scull_quantum;
     default:
        return -ENOTTY;
    }
    return retval;

}

暂时只讲下面的switch（cmd），当你带着你的ID来指认自己的孩子的时候，switch让你顺路找到孩子，就是这么简单的。

ioctl基本就讲完了，整体的样子就描述出来了（难点是要把用户空间于驱动内核空间区别开来）。还有一些细节问题，下面再慢慢讲。

1.switch的返回值，这个简单，书上也写了，自己看。

2.ioctl参数验证，参数进入内核就如你进大门，你如果是整数，就代表你是住这里的，随便近，如果你是指针，那就代表你是外来者，勇猛用access_ok来拷问（中声明）。

int access_ok(int type, const void *addr, unsigned long size);

type只能为VERIFY_READ 或者 VERIFY_WRITE, 依据这个要进行的动作是否是读用户空间内存区或者写它。addr和size较好理解。举个例子就是上面代码中的

access_ok(VERIFY_WRITE, (void __user *)arg, _IOC_SIZE(cmd));

3.权能和受限操作。

给你了权限你才可以做权限内的事，这个大家都懂的，我们用captable函数实现（定义在）

if (! capable (CAP_SYS_ADMIN))
   return -EPERM;

这段代码取之上面那一大段中，就是看你有CAP_SYS_ADMIN（还有其他的，书上都写好了的）这样的权限没有，没有当然就悲剧去谈后世。

最后加上代码，是别人写好的的比较完善的，我就不用自己写了。

 ioctl_and_llseek.rar  

这个别人写好的代码中，驱动的makefile多半是不能用的，因为作者是采用他的环境写的，下面添加段makefile的代码，然更多的情况和环境可以用。

ifneq ($(KERNELRELEASE),)

obj-m:=scull.o

else

KERNELDIR:=/lib/modules/$(shell uname -r)/build

PWD:=$(shell pwd)

default:

    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules

clean:

    rm -rf *.o *.mod.c *.mod.o *.ko *.symvers *.order

endif