[Linux内核驱动]ioctl

2024-06-21 21:12
文章标签 linux 驱动 内核 ioctl

本文主要是介绍[Linux内核驱动]ioctl，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

ioctl()命令

更多详细内容在我的github中

ioctl 是设备驱动程序中设备控制接口函数，一个字符设备驱动通常会实现设备打开、关闭、读、写等功能，在一些需要细分的情境下，如果需要扩展新的功能，通常以增设 ioctl() 命令的方式实现。

Linux建议以下面的格式定义ioctl()命令：

设备类型序列号方向数据尺寸
8位8位2位13/14位
  • 设别类型（type）：是一个幻数，可以是0-0xff中的任意值。内核中的ioctl-number.txt给出了已经被使用的幻数。
  • 序列号（nr）：可以为任意 unsigned char 型数据，取值范围 0~255，如果定义了多个 ioctl 命令，通常从 0 开始编号递增
  • 方向（dir）：数据传送的方向，可以为 _IOC_NONE、_IOC_READ、_IOC_WRITE、_IOC_READ | _IOC_WRITE，分别指示了四种访问模式：无数据、读数据、写数据、读写数据
  • 数据尺寸（size）：占据 13bit 或者 14bit（体系相关，arm 架构一般为 14 位），指定了 arg 的数据类型及长度

在内核中，我们可以使用下面几个宏来定义 ioctl 命令：

// 分别对应不同的访问模式
#define _IO(type,nr)        _IOC(_IOC_NONE,(type),(nr),0)
#define _IOR(type,nr,size)  _IOC(_IOC_READ,(type),(nr),\       (_IOC_TYPECHECK(size)))
#define _IOW(type,nr,size)  _IOC(_IOC_WRITE,(type),(nr),\(_IOC_TYPECHECK(size)))
#define _IOWR(type,nr,size) _IOC(_IOC_READ|_IOC_WRITE,(type),(nr),\(_IOC_TYPECHECK(size)))

在ioctl()函数的实现中，可以使用下面的宏对命令进行检查：

_IOC_TYPE(unsigned int cmd)     // 获取幻数
_IOC_NR(unsigned int cmd)       // 获取序列号
_IOC_DIR(unsigned int cmd)      // 获取命令方向

代码

ioctl.c

/** @Date: 2024-05-07 15:45:31* @author: lidonghang-02 2426971102@qq.com* @LastEditTime: 2024-05-29 16:21:05*/
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/device.h>#include <linux/semaphore.h>
#include <linux/mutex.h>#include "ioctl.h"#define LOCK_USE 1#define IOCTL_SIZE 0x1000#define IOCTL_MAJOR 0
#define IOCTL_MINOT 0
#define IOCTL_NR_DEVS 1static int ioctl_major = IOCTL_MAJOR;
static int ioctl_minor = IOCTL_MINOT;
static int ioctl_nr_devs = IOCTL_NR_DEVS;struct ioctl_dev
{struct cdev cdev;struct device *class_dev;unsigned int len;unsigned char buf[IOCTL_SIZE];struct semaphore sema;struct mutex mutex;
};
static struct class *ioctl_cls;
static struct ioctl_dev *ioctl_devp;static int ioctl_open_func(struct inode *inode, struct file *filp)
{struct ioctl_dev *dev = container_of(inode->i_cdev, struct ioctl_dev, cdev);filp->private_data = dev;printk(KERN_INFO "ioctl_open\n");return 0;
}static int ioctl_release_func(struct inode *inode, struct file *filp)
{printk(KERN_INFO "ioctl_release\n");return 0;
}static ssize_t ioctl_read_func(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{struct ioctl_dev *dev = filp->private_data;int ret = 0;if (*f_pos >= dev->len){ret = -ENOMEM;printk(KERN_INFO "read beyond end of device\n");goto out_err_1;}if (count > dev->len - *f_pos)count = dev->len - *f_pos;#if (LOCK_USE == 0)if (down_interruptible(&dev->sema))return -ERESTARTSYS;
#endif
#if (LOCK_USE == 1)if (mutex_lock_interruptible(&dev->mutex))return -ERESTARTSYS;
#endifif (copy_to_user(buf, dev->buf + *f_pos, count))ret = -EFAULT;else{*f_pos += count;ret = count;}#if (LOCK_USE == 0)up(&dev->sema);
#endif
#if (LOCK_USE == 1)mutex_unlock(&dev->mutex);
#endifout_err_1:return ret;
}static ssize_t ioctl_write_func(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{struct ioctl_dev *dev = filp->private_data;int ret = 0;if (*f_pos >= dev->len){printk(KERN_INFO "write beyond end of device\n");ret = -ENOMEM;goto out_err_1;}if (count > dev->len - *f_pos)count = dev->len - *f_pos;#if (LOCK_USE == 0)if (down_interruptible(&dev->sema))return -ERESTARTSYS;
#endif
#if (LOCK_USE == 1)if (mutex_lock_interruptible(&dev->mutex))return -ERESTARTSYS;
#endifif (copy_from_user(dev->buf + *f_pos, buf, count))ret = -EFAULT;else{*f_pos += count;ret = count;}#if (LOCK_USE == 0)up(&dev->sema);
#endif
#if (LOCK_USE == 1)mutex_unlock(&dev->mutex);#endifout_err_1:return ret;
}static long ioctl_ioctl_func(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{struct ioctl_dev *dev = filp->private_data;int ret = 0;unsigned int tmp = 0;// 检查幻数(返回值POSIX标准规定，也用-EINVAL)if (_IOC_TYPE(cmd) != IOCTL_CHR_MAGIC)return -ENOTTY;// 检查命令编号if (_IOC_NR(cmd) > IOCTL_MAXNR)return -ENOTTY;// 检查命令方向，并验证用户空间指针的访问权限。if (_IOC_DIR(cmd) & _IOC_READ)ret = !access_ok(VERIFY_WRITE, (void __user *)arg, _IOC_SIZE(cmd));else if (_IOC_DIR(cmd) & _IOC_WRITE)ret = !access_ok(VERIFY_READ, (void __user *)arg, _IOC_SIZE(cmd));if (ret)return -EFAULT;switch (cmd){case IOCTL_CLEAN:memset(dev->buf, 0, dev->len);printk(KERN_INFO "clean ioctl_dev\n");break;case IOCTL_GET_LEN:if (put_user(dev->len, (unsigned int __user *)arg))ret = -EFAULT;printk(KERN_INFO "get ioctl_dev len %u\n", dev->len);break;case IOCTL_SET_LEN:if (!capable(CAP_SYS_ADMIN))return -EPERM;if (get_user(tmp, (unsigned int __user *)arg)){printk(KERN_INFO "get_user failed\n");ret = -EFAULT;}else{if (tmp > IOCTL_SIZE)tmp = IOCTL_SIZE;dev->len = tmp;}printk(KERN_INFO "set ioctl_dev len to %u\n", dev->len);break;default:return -ENOTTY;}return ret;
}struct file_operations ioctl_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = ioctl_open_func,.release = ioctl_release_func,.read = ioctl_read_func,.write = ioctl_write_func,.unlocked_ioctl = ioctl_ioctl_func,
};static int __init ioctl_init_module(void)
{int ret = 0;dev_t devno = MKDEV(ioctl_major, 0);int i;// 注册设备号if (ioctl_major)ret = register_chrdev_region(devno, ioctl_nr_devs, "ioctl");else{ret = alloc_chrdev_region(&devno, 0, ioctl_nr_devs, "ioctl");ioctl_major = MAJOR(devno);}if (ret < 0)return ret;ioctl_devp = kzalloc(sizeof(struct ioctl_dev) * ioctl_nr_devs, GFP_KERNEL);if (!ioctl_devp){printk(KERN_WARNING "alloc mem failed");ret = -ENOMEM;goto out_err_1;}// 创建一个类ioctl_cls = class_create(THIS_MODULE, "ioctl");if (IS_ERR(ioctl_cls)){printk(KERN_WARNING "Error creating class for ioctl");goto out_err_2;}for (i = 0; i < ioctl_nr_devs; i++){cdev_init(&ioctl_devp[i].cdev, &ioctl_fops);ioctl_devp[i].cdev.owner = THIS_MODULE;ret = cdev_add(&ioctl_devp[i].cdev, MKDEV(ioctl_major, i), 1);if (ret)printk(KERN_WARNING "fail add hc_dev%d", i);else{ioctl_devp[i].len = 0;ioctl_devp[i].class_dev = device_create(ioctl_cls, NULL, MKDEV(ioctl_major, i), NULL, "ioctl%d", i);if (IS_ERR(ioctl_devp[i].class_dev)){printk(KERN_NOTICE "Error creating device for ioctl%d", i);}}
#if (LOCK_USE == 0)sema_init(&ioctl_devp[i].sema, 1); // 初始化信号量
#elif (LOCK_USE == 1)mutex_init(&ioctl_devp[i].mutex); // 初始化互斥量
#endif}printk(KERN_INFO "ioctl module init\n");return 0;
out_err_2:kfree(ioctl_devp);
out_err_1:unregister_chrdev_region(devno, ioctl_nr_devs);return ret;
}static void __exit ioctl_exit_module(void)
{int i;for (i = 0; i < ioctl_nr_devs; i++){device_destroy(ioctl_cls, MKDEV(ioctl_major, i));cdev_del(&ioctl_devp[i].cdev);}class_destroy(ioctl_cls);kfree(ioctl_devp);unregister_chrdev_region(MKDEV(ioctl_major, 0), ioctl_nr_devs);printk(KERN_INFO "ioctl module exit\n");
}module_param(ioctl_major, int, S_IRUGO);
module_param(ioctl_minor, int, S_IRUGO);
module_param(ioctl_nr_devs, int, S_IRUGO);module_init(ioctl_init_module);
module_exit(ioctl_exit_module);MODULE_AUTHOR("lidonghang-02");
MODULE_LICENSE("GPL");

ioctl.h

#ifndef _IOCTL_CHR_H_
#define _IOCTL_CHR_H_#define IOCTL_CHR_MAGIC 'c'#define IOCTL_CLEAN _IO(IOCTL_CHR_MAGIC, 0)
#define IOCTL_GET_LEN _IOR(IOCTL_CHR_MAGIC, 1, unsigned int)
#define IOCTL_SET_LEN _IOW(IOCTL_CHR_MAGIC, 2, unsigned int)#define IOCTL_MAXNR 2#endif // _IOCTL_CHR_H_

test.c

/** @Date: 2024-05-07 16:54:27* @author: lidonghang-02 2426971102@qq.com* @LastEditTime: 2024-05-19 19:54:51*/
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <errno.h>
#include "ioctl.h"
int main(int argc, char* argv[])
{unsigned int n;int fd;fd = open("/dev/ioctl0", O_RDWR);switch (argv[1][0]){case '0':ioctl(fd, IOCTL_CLEAN);printf("rclean mem\n");break;case '1':ioctl(fd, IOCTL_GET_LEN, &n);printf("get lens value = %u\n", n);break;case '2':n = atoi(argv[2]);ioctl(fd, IOCTL_SET_LEN, &n);printf("set lens value = %u\n", n);break;}close(fd);return 0;
}

这篇关于[Linux内核驱动]ioctl的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1082351。

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