注册 登录  
 加关注
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

My Unix World

不要迷恋Unix,Unix只是计算世界很小的一部分!

 
 
 

日志

 
 

【Copy】使用ioctl和内核交换数据  

2008-12-30 17:24:54|  分类: L-D-System |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |
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,能够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,如文档操作结构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,获取一个文档描述符后,就能够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)
第一个参数是文档描述符;cmd是操作命令,一般分为GET、SET连同其他类型命令,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虽然是个整数,但是有一定的参数格式的,下面再周详说明;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)
周详定义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)来定义就能够了,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,能够有两个方式,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,但是这种方法一般不 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,能够编成模块,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能够。在用户空间,可使用mknod命令建立一个字符类型设备文档,假设该设备的主设备号为123,次设备号为0:
mknode /dev/newchar c 123 0
假如是编程的话,能够用mknode(2)函数来建立设备文档。

建立设备文档后再将该设备的内核模块文档插入内核,就能够使用open(2)打开/dev/newchar文档,然后调用ioctl(2)来传递数据,最后用close(2)关闭设备。而假如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,
下面介绍程式片断:
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);
// 定义文档操作结构,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,很简单,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;
if (_IOC_NR(cmd) > NEWCHAR_IOC_MAXNR) return -EINVAL;
// 错误情况下的缺省返回值
ret = EINVAL;
switch(cmd)
{
case KNEWCHAR_SET:
// 配置操作,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
// 当然也能够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
}
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
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,而且能够在同一个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。
  评论这张
 
阅读(299)| 评论(0)
推荐 转载

历史上的今天

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2017