linux ioctl

ioctl 接口介绍

大部分驱动需要 -- 除了读写设备的能力 -- 通过设备驱动进行各种硬件控制的能力. 大
部分设备可进行超出简单的数据传输之外的操作; 用户空间必须常常能够请求, 例如, 设
备锁上它的门, 弹出它的介质, 报告错误信息, 改变波特率, 或者自我销毁. 这些操作常
常通过 ioctl 方法来支持, 它通过相同名子的系统调用来实现.
在用户空间, ioctl 系统调用有下面的原型:
int ioctl(int fd, unsigned long cmd, ...);
这个原型由于这些点而凸现于 Unix 系统调用列表, 这些点常常表示函数有数目不定的参
数. 在实际系统中, 但是, 一个系统调用不能真正有变数目的参数. 系统调用必须有一个
很好定义的原型, 因为用户程序可存取它们只能通过硬件的"门". 因此, 原型中的点不表
示一个变数目的参数, 而是一个单个可选的参数, 传统上标识为 char *argp. 这些点在
那里只是为了阻止在编译时的类型检查. 第 3 个参数的实际特点依赖所发出的特定的控
制命令( 第 2 个参数 ). 一些命令不用参数, 一些用一个整数值, 以及一些使用指向其
他数据的指针. 使用一个指针是传递任意数据到 ioctl 调用的方法; 设备接着可与用户
空间交换任何数量的数据.
ioctl 调用的非结构化特性使它在内核开发者中失宠. 每个 ioctl 命令, 基本上, 是一
个单独的, 常常无文档的系统调用, 并且没有方法以任何类型的全面的方式核查这些调用.
也难于使非结构化的 ioctl 参数在所有系统上一致工作; 例如, 考虑运行在 32-位模式
的一个用户进程的 64-位 系统. 结果, 有很大的压力来实现混杂的控制操作, 只通过任
何其他的方法. 可能的选择包括嵌入命令到数据流(本章稍后我们将讨论这个方法)或者使
用虚拟文件系统, 要么是 sysfs 要么是设备特定的文件系统. (我们将在 14 章看看
sysfs). 但是, 事实是 ioctl 常常是最容易的和最直接的选择,对于真正的设备操作.
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ioctl 驱动方法有和用户空间版本不同的原型:
int (*ioctl) (struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd,
unsigned long arg);
inode 和 filp 指针是对应应用程序传递的文件描述符 fd 的值, 和传递给 open 方法的
相同参数. cmd 参数从用户那里不改变地传下来, 并且可选的参数 arg 参数以一个
unsigned long 的形式传递, 不管它是否由用户给定为一个整数或一个指针. 如果调用程
序不传递第 3 个参数, 被驱动操作收到的 arg 值是无定义的. 因为类型检查在这个额外
参数上被关闭, 编译器不能警告你如果一个无效的参数被传递给 ioctl, 并且任何关联的
错误将难以查找.
如果你可能想到的, 大部分 ioctl 实现包括一个大的 switch 语句来根据 cmd 参数, 选
择正确的做法. 不同的命令有不同的数值, 它们常常被给予符号名来简化编码. 符号名通
过一个预处理定义来安排. 定制的驱动常常声明这样的符号在它们的头文件中; scull.h
为 scull 声明它们. 用户程序必须, 当然, 包含那个头文件来存取这些符号.

选择 ioctl 命令

在为 ioctl 编写代码之前, 你需要选择对应命令的数字. 许多程序员的第一个本能的反
应是选择一组小数从 0 或 1 开始, 并且从此开始向上. 但是, 有充分的理由不这样做.
ioctl 命令数字应当在这个系统是唯一的, 为了阻止向错误的设备发出正确的命令而引起
的错误. 这样的不匹配不会不可能发生, 并且一个程序可能发现它自己试图改变一个非串
口输入系统的波特率, 例如一个 FIFO 或者一个音频设备. 如果这样的 ioctl 号是唯一
的, 这个应用程序得到一个 EINVAL 错误而不是继续做不应当做的事情.
为帮助程序员创建唯一的 ioctl 命令代码, 这些编码已被划分为几个位段. Linux 的第
一个版本使用 16-位数: 高 8 位是关联这个设备的"魔"数, 低 8 位是一个顺序号, 在设
备内唯一. 这样做是因为 Linus 是"无能"的(他自己的话); 一个更好的位段划分仅在后
来被设想. 不幸的是, 许多驱动仍然使用老传统. 它们不得不: 改变命令编码会破坏大量
的二进制程序,并且这不是内核开发者愿意见到的.
根据 Linux 内核惯例来为你的驱动选择 ioctl 号, 你应当首先检查
include/asm/ioctl.h 和 Documentation/ioctl-number.txt. 这个头文件定义你将使用
的位段: type(魔数), 序号, 传输方向, 和参数大小. ioctl-number.txt 文件列举了在
内核中使用的魔数,
[20]20 因此你将可选择你自己的魔数并且避免交叠. 这个文本文件也列
举了为什么应当使用惯例的原因.
定义 ioctl 命令号的正确方法使用 4 个位段, 它们有下列的含义. 这个列表中介绍的新
符号定义在 .
type
20 [20]  但是, 这个文件的维护在后来有些少见了.
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魔数. 只是选择一个数(在参考了 ioctl-number.txt 之后)并且使用它在整个驱动
中. 这个成员是 8 位宽(_IOC_TYPEBITS).
number
序(顺序)号. 它是 8 位(_IOC_NRBITS)宽.
direction
数据传送的方向,如果这个特殊的命令涉及数据传送. 可能的值是 _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). 数据传送是从应用程序的观点来看待的; _IOC_READ 意思是从设备读,
因此设备必须写到用户空间. 注意这个成员是一个位掩码, 因此 _IOC_READ 和
_IOC_WRITE 可使用一个逻辑 AND 操作来抽取.
size
涉及到的用户数据的大小. 这个成员的宽度是依赖体系的, 但是常常是 13 或者
14 位. 你可为你的特定体系在宏 _IOC_SIZEBITS 中找到它的值. 你使用这个
size 成员不是强制的 - 内核不检查它 -- 但是它是一个好主意. 正确使用这个成
员可帮助检测用户空间程序的错误并使你实现向后兼容, 如果你曾需要改变相关数
据项的大小. 如果你需要更大的数据结构, 但是, 你可忽略这个 size 成员. 我们
很快见到如何使用这个成员.
头文件 , 它包含在 中, 定义宏来帮助建立命令号, 如
下: _IO(type,nr)(给没有参数的命令), _IOR(type, nre, datatype)(给从驱动中读数据
的), _IOW(type,nr,datatype)(给写数据), 和 _IOWR(type,nr,datatype)(给双向传送).
type 和 number 成员作为参数被传递, 并且 size 成员通过应用 sizeof 到 datatype
参数而得到.
这个头文件还定义宏, 可被用在你的驱动中来解码这个号: _IOC_DIR(nr),
_IOC_TYPE(nr), _IOC_NR(nr), 和 _IOC_SIZE(nr). 我们不进入任何这些宏的细节, 因为
头文件是清楚的, 并且在本节稍后有例子代码展示.
这里是一些 ioctl 命令如何在 scull 被定义的. 特别地, 这些命令设置和获得驱动的可
配置参数.
/* Use 'k' as magic number */
#define SCULL_IOC_MAGIC 'k'
/* Please use a different 8-bit number in your code */
#define SCULL_IOCRESET _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 0)
/*
* S means "Set" through a ptr,
* T means "Tell" directly with the argument value
* G means "Get": reply by setting through a pointer
* Q means "Query": response is on the return value
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* X means "eXchange": switch G and S atomically
* H means "sHift": switch T and Q atomically
*/
#define SCULL_IOCSQUANTUM _IOW(SCULL_IOC_MAGIC, 1, int)
#define SCULL_IOCSQSET _IOW(SCULL_IOC_MAGIC, 2, int)
#define SCULL_IOCTQUANTUM _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 3)
#define SCULL_IOCTQSET _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 4)
#define SCULL_IOCGQUANTUM _IOR(SCULL_IOC_MAGIC, 5, int)
#define SCULL_IOCGQSET _IOR(SCULL_IOC_MAGIC, 6, int)
#define SCULL_IOCQQUANTUM _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 7)
#define SCULL_IOCQQSET _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 8)
#define SCULL_IOCXQUANTUM _IOWR(SCULL_IOC_MAGIC, 9, int)
#define SCULL_IOCXQSET _IOWR(SCULL_IOC_MAGIC,10, int)
#define SCULL_IOCHQUANTUM _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 11)
#define SCULL_IOCHQSET _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 12)
#define SCULL_IOC_MAXNR 14
真正的源文件定义几个额外的这里没有出现的命令.
我们选择实现 2 种方法传递整数参数: 通过指针和通过明确的值(尽管, 由于一个已存在
的惯例, ioclt 应当通过指针交换值). 类似地, 2 种方法被用来返回一个整数值:通过指
针和通过设置返回值. 这个有效只要返回值是一个正的整数; 如同你现在所知道的, 在从
任何系统调用返回时, 一个正值被保留(如同我们在 read 和 write 中见到的), 而一个
负值被看作一个错误并且被用来在用户空间设置 errno.
[21]21
"exchange"和"shift"操作对于 scull 没有特别的用处. 我们实现"exchange"来显示驱动
如何结合独立的操作到单个的原子的操作, 并且"shift"来连接"tell"和"query". 有时需
要象这样的原子的测试-和-设置操作, 特别地, 当应用程序需要设置和释放锁.
命令的明确的序号没有特别的含义. 它只用来区分命令. 实际上, 你甚至可使用相同的序
号给一个读命令和一个写命令, 因为实际的 ioctl 号在"方向"位是不同的, 但是你没有
理由这样做. 我们选择在任何地方不使用命令的序号除了声明中, 因此我们不分配一个返
回值给它. 这就是为什么明确的号出现在之前给定的定义中. 这个例子展示了一个使用命
令号的方法, 但是你有自由不这样做.
除了少数几个预定义的命令(马上就讨论), ioctl 的 cmd 参数的值当前不被内核使用,
并且在将来也很不可能. 因此, 你可以, 如果你觉得懒, 避免前面展示的复杂的声明并明
确声明一组调整数字. 另一方面, 如果你做了, 你不会从使用这些位段中获益, 并且你会
遇到困难如果你曾提交你的代码来包含在主线内核中. 头文件 是这个老式
方法的例子, 使用 16-位的调整值来定义 ioctl 命令. 那个源代码依靠调整数因为使用
那个时候遵循的惯例, 不是由于懒惰. 现在改变它可能导致无理由的不兼容.
21 [21]  实际上, 所有的当前使用的 libc 实现(包括 uClibc) 仅将 -4095 到 -1 的值当作错误码. 不幸的是, 能够返
回大的负数而不是小的, 没有多大用处.
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返回值

ioctl 的实现常常是一个 switch 语句, 基于命令号. 但是当命令号没有匹配一个有效的
操作时缺省的选择应当是什么? 这个问题是有争议的. 几个内核函数返回 -
ENIVAL("Invalid argument"), 它有意义是因为命令参数确实不是一个有效的. POSIX 标
准, 但是, 说如果一个不合适的 ioctl 命令被发出, 那么 -ENOTTY 应当被返回. 这个错
误码被 C 库解释为"设备的不适当的 ioctl", 这常常正是程序员需要听到的. 然而, 它
仍然是相当普遍的来返回 -EINVAL, 对于响应一个无效的 ioctl 命令.

预定义的命令

尽管 ioctl 系统调用最常用来作用于设备, 内核能识别几个命令. 注意这些命令, 当用
到你的设备时, 在你自己的文件操作被调用之前被解码. 因此, 如果你选择相同的号给一
个你的 ioctl 命令, 你不会看到任何的给那个命令的请求, 并且应用程序获得某些不期望
的东西, 因为在 ioctl 号之间的冲突.
预定义命令分为 3 类:
•  可对任何文件发出的(常规, 设备, FIFO, 或者 socket) 的那些.
•  只对常规文件发出的那些.
•  对文件系统类型特殊的那些.
最后一类的命令由宿主文件系统的实现来执行(这是 chattr 命令如何工作的). 设备驱动
编写者只对第一类命令感兴趣, 它们的魔数是 "T". 查看其他类的工作留给读者作为练习;
ext2_ioctl 是最有趣的函数(并且比预期的要容易理解), 因为它实现 append-only 标志
和 immutable 标志.
下列 ioctl 命令是预定义给任何文件, 包括设备特殊的文件:
FIOCLEX
设置 close-on-exec 标志(File IOctl Close on EXec). 设置这个标志使文件描
述符被关闭, 当调用进程执行一个新程序时.
FIONCLEX
清除 close-no-exec 标志(File IOctl Not CLose on EXec). 这个命令恢复普通
文件行为, 复原上面 FIOCLEX 所做的. FIOASYNC 为这个文件设置或者复位异步通
知(如同在本章中"异步通知"一节中讨论的). 注意直到 Linux 2.2.4 版本的内核
不正确地使用这个命令来修改 O_SYNC 标志. 因为两个动作都可通过 fcntl 来完
成, 没有人真正使用 FIOASYNC 命令, 它在这里出现只是为了完整性.
FIOQSIZE
这个命令返回一个文件或者目录的大小; 当用作一个设备文件, 但是, 它返回一个
ENOTTY 错误.
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FIONBIO
"File IOctl Non-Blocking I/O"(在"阻塞和非阻塞操作"一节中描述). 这个调用
修改在 filp->f_flags 中的 O_NONBLOCK 标志. 给这个系统调用的第 3 个参数用
作指示是否这个标志被置位或者清除. (我们将在本章看到这个标志的角色). 注意
常用的改变这个标志的方法是使用 fcntl 系统调用, 使用 F_SETFL 命令.
列表中的最后一项介绍了一个新的系统调用, fcntl, 它看来象 ioctl. 事实上, fcntl
调用非常类似 ioctl, 它也是获得一个命令参数和一个额外的(可选地)参数. 它保持和
ioctl 独立主要是因为历史原因: 当 Unix 开发者面对控制 I/O 操作的问题时, 他们决
定文件和设备是不同的. 那时, 有 ioctl 实现的唯一设备是 ttys, 它解释了为什么 -
ENOTTY 是标准的对不正确 ioctl 命令的回答. 事情已经改变, 但是 fcntl 保留为一个
独立的系统调用.

使用 ioctl 参数

在看 scull 驱动的 ioctl 代码之前, 我们需要涉及的另一点是如何使用这个额外的参数.
如果它是一个整数, 就容易: 它可以直接使用. 如果它是一个指针, 但是, 必须小心些.
当用一个指针引用用户空间, 我们必须确保用户地址是有效的. 试图存取一个没验证过的
用户提供的指针可能导致不正确的行为, 一个内核 oops, 系统崩溃, 或者安全问题. 它
是驱动的责任来对每个它使用的用户空间地址进行正确的检查, 并且返回一个错误如果它
是无效的.
在第 3 章, 我们看了 copy_from_user 和 copy_to_user 函数, 它们可用来安全地移动
数据到和从用户空间. 这些函数也可用在 ioctl 方法中, 但是 ioctl 调用常常包含小数
据项, 可通过其他方法更有效地操作. 开始, 地址校验(不传送数据)由函数 access_ok
实现, 它定义在 :
int access_ok(int type, const void *addr, unsigned long size);
第一个参数应当是 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 参数持有一个用户空间地址, size 是一个字节量. 例如,
如果 ioctl 需要从用户空间读一个整数, size 是 sizeof(int). 如果你需要读和写给定
地址, 使用 VERIFY_WRITE, 因为它是 VERIRY_READ 的超集.
不象大部分的内核函数, access_ok 返回一个布尔值: 1 是成功(存取没问题)和 0 是失
败(存取有问题). 如果它返回假, 驱动应当返回 -EFAULT 给调用者.
关于 access_ok 有多个有趣的东西要注意. 首先, 它不做校验内存存取的完整工作; 它只
检查看这个内存引用是在这个进程有合理权限的内存范围中. 特别地, access_ok 确保这
个地址不指向内核空间内存. 第 2, 大部分驱动代码不需要真正调用 access_ok. 后面描
述的内存存取函数为你负责这个. 但是, 我们来演示它的使用, 以便你可见到它如何完成.
scull 源码利用了 ioclt 号中的位段来检查参数, 在 switch 之前:
int err = 0, tmp;
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int retval = 0;
/*
* extract the type and number bitfields, and don't decode
* wrong cmds: return ENOTTY (inappropriate ioctl) before access_ok()
*/
if (_IOC_TYPE(cmd) != SCULL_IOC_MAGIC)
return -ENOTTY;
if (_IOC_NR(cmd) > SCULL_IOC_MAXNR)
return -ENOTTY;
/*
* the direction is a bitmask, and VERIFY_WRITE catches R/W
* transfers. `Type' is user-oriented, while
* access_ok is kernel-oriented, so the concept of "read" and
* "write" is reversed
*/
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;
在调用 access_ok 之后, 驱动可安全地进行真正的传输. 加上 copy_from_user 和
copy_to_user_ 函数, 程序员可利用一组为被最多使用的数据大小(1, 2, 4, 和 8 字节)
而优化过的函数. 这些函数在下面列表中描述, 它们定义在 :
put_user(datum, ptr)
__put_user(datum, ptr)
这些宏定义写 datum 到用户空间; 它们相对快, 并且应当被调用来代替
copy_to_user 无论何时要传送单个值时. 这些宏已被编写来允许传递任何类型的
指针到 put_user, 只要它是一个用户空间地址. 传送的数据大小依赖 prt 参数的
类型, 并且在编译时使用 sizeof 和 typeof 等编译器内建宏确定. 结果是, 如果
prt 是一个 char 指针, 传送一个字节, 以及对于 2, 4, 和 可能的 8 字节.
put_user 检查来确保这个进程能够写入给定的内存地址. 它在成功时返回 0, 并
且在错误时返回 -EFAULT. __put_user 进行更少的检查(它不调用 access_ok),
但是仍然能够失败如果被指向的内存对用户是不可写的. 因此, __put_user 应当
只用在内存区已经用 access_ok 检查过的时候.
作为一个通用的规则, 当你实现一个 read 方法时, 调用 __put_user 来节省几个
周期, 或者当你拷贝几个项时, 因此, 在第一次数据传送之前调用 access_ok 一
次, 如同上面 ioctl 所示.
get_user(local, ptr)
__get_user(local, ptr)
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这些宏定义用来从用户空间接收单个数据. 它们象 put_user 和 __put_user, 但
是在相反方向传递数据. 获取的值存储于本地变量 local; 返回值指出这个操作是
否成功. 再次, __get_user 应当只用在已经使用 access_ok 校验过的地址.
如果做一个尝试来使用一个列出的函数来传送一个不适合特定大小的值, 结果常常是一个
来自编译器的奇怪消息, 例如"coversion to non-scalar type requested". 在这些情况
中, 必须使用 copy_to_user 或者 copy_from_user.

兼容性和受限操作

存取一个设备由设备文件上的许可权控制, 并且驱动正常地不涉及到许可权的检查. 但是,
有些情形, 在保证给任何用户对设备的读写许可的地方, 一些控制操作仍然应当被拒绝.
例如, 不是所有的磁带驱动器的用户都应当能够设置它的缺省块大小, 并且一个已经被给
予对一个磁盘设备读写权限的用户应当仍然可能被拒绝来格式化它. 在这样的情况下, 驱
动必须进行额外的检查来确保用户能够进行被请求的操作.
传统上 unix 系统对超级用户帐户限制了特权操作. 这意味着特权是一个全有-或-全无的
东西 -- 超级用户可能任意做任何事情, 但是所有其他的用户被高度限制了. Linux 内核
提供了一个更加灵活的系统, 称为能力. 一个基于能力的系统丢弃了全有-或全无模式,
并且打破特权操作为独立的子类. 这种方式, 一个特殊的用户(或者是程序)可被授权来进
行一个特定的特权操作而不必泄漏进行其他的, 无关的操作的能力. 内核在许可权管理上
排他地使用能力, 并且输出 2 个系统调用 capget 和 capset, 来允许它们被从用户空间
管理.
全部能力可在 中找到. 这些是对系统唯一可用的能力; 对于驱动
作者或者系统管理员, 不可能不修改内核源码而来定义新的. 设备驱动编写者可能感兴趣
的这些能力的一个子集, 包括下面:
CAP_DAC_OVERRIDE
这个能力来推翻在文件和目录上的存取的限制(数据存取控制, 或者 DAC).
CAP_NET_ADMIN
进行网络管理任务的能力, 包括那些能够影响网络接口的.
CAP_SYS_MODULE
加载或去除内核模块的能力.
CAP_SYS_RAWIO
进行 "raw" I/O 操作的能力. 例子包括存取设备端口或者直接和 USB 设备通讯.
CAP_SYS_ADMIN
一个捕获-全部的能力, 提供对许多系统管理操作的存取.
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CAP_SYS_TTY_CONFIG
进行 tty 配置任务的能力.
在进行一个特权操作之前, 一个设备驱动应当检查调用进程有合适的能力; 不这样做可能
导致用户进程进行非法的操作, 对系统的稳定和安全有坏的后果. 能力检查是通过
capable 函数来进行的(定义在 ):
int capable(int capability);
在 scull 例子驱动中, 任何用户被许可来查询 quantum 和 quantum 集的大小. 只有特
权用户, 但是, 可改变这些值, 因为不适当的值可能很坏地影响系统性能. 当需要时,
ioctl 的 scull 实现检查用户的特权级别, 如下:
if (! capable (CAP_SYS_ADMIN))
return -EPERM;
在这个任务缺乏一个更加特定的能力时, CAP_SYS_ADMIN 被选择来做这个测试.

ioctl 命令的实现

ioctl 的 scull 实现只传递设备的配置参数, 并且象下面这样容易:
switch(cmd)
{
case SCULL_IOCRESET:
scull_quantum = SCULL_QUANTUM;
scull_qset = SCULL_QSET;
break;
case SCULL_IOCSQUANTUM: /* Set: arg points to the value */
if (! capable (CAP_SYS_ADMIN))
return -EPERM;
retval = __get_user(scull_quantum, (int __user *)arg);
break;
case SCULL_IOCTQUANTUM: /* Tell: arg is the value */
if (! capable (CAP_SYS_ADMIN))
return -EPERM;
scull_quantum = arg;
break;
case SCULL_IOCGQUANTUM: /* Get: arg is pointer to result */
retval = __put_user(scull_quantum, (int __user *)arg);
break;
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case SCULL_IOCQQUANTUM: /* Query: return it (it's positive) */
return scull_quantum;
case SCULL_IOCXQUANTUM: /* eXchange: use arg as pointer */
if (! capable (CAP_SYS_ADMIN))
return -EPERM;
tmp = scull_quantum;
retval = __get_user(scull_quantum, (int __user *)arg);
if (retval == 0)
retval = __put_user(tmp, (int __user *)arg);
break;
case SCULL_IOCHQUANTUM: /* sHift: like Tell + Query */
if (! capable (CAP_SYS_ADMIN))
return -EPERM;
tmp = scull_quantum;
scull_quantum = arg;
return tmp;
default: /* redundant, as cmd was checked against MAXNR */
return -ENOTTY;
}
return retval;
scull 还包含 6 个入口项作用于 scull_qset. 这些入口项和给 scull_quantum 的是一
致的, 并且不值得展示出来.
从调用者的观点看(即从用户空间), 这 6 种传递和接收参数的方法看来如下:
int quantum;
ioctl(fd,SCULL_IOCSQUANTUM, &quantum); /* Set by pointer */
ioctl(fd,SCULL_IOCTQUANTUM, quantum); /* Set by value */
ioctl(fd,SCULL_IOCGQUANTUM, &quantum); /* Get by pointer */
quantum = ioctl(fd,SCULL_IOCQQUANTUM); /* Get by return value */
ioctl(fd,SCULL_IOCXQUANTUM, &quantum); /* Exchange by pointer */
quantum = ioctl(fd,SCULL_IOCHQUANTUM, quantum); /* Exchange by value */
当然, 一个正常的驱动不可能实现这样一个调用模式的混合体. 我们这里这样做只是为了
演示做事情的不同方式. 但是, 正常地, 数据交换将一致地进行, 通过指针或者通过值,
并且要避免混合这 2 种技术.

不用 ioctl 的设备控制

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有时控制设备最好是通过写控制序列到设备自身来实现. 例如, 这个技术用在控制台驱动
中, 这里所谓的 escape 序列被用来移动光标, 改变缺省的颜色, 或者进行其他的配置任
务. 这样实现设备控制的好处是用户可仅仅通过写数据控制设备, 不必使用(或者有时候
写)只为配置设备而建立的程序. 当设备可这样来控制, 发出命令的程序甚至常常不需要
运行在和它要控制的设备所在的同一个系统上.
例如, setterm 程序作用于控制台(或者其他终端)配置, 通过打印 escape 序列. 控制程
序可位于和被控制的设备不同的一台计算机上, 因为一个简单的数据流重定向可完成这个
配置工作. 这是每次你运行一个远程 tty 会话时所发生的事情: escape 序列在远端被打
印但是影响到本地的 tty; 然而, 这个技术不局限于 ttys.
通过打印来控制的缺点是它给设备增加了策略限制; 例如, 它仅仅当你确信在正常操作时
控制序列不会出现在正被写入设备的数据中. 这对于 ttys 只是部分正确的. 尽管一个文
本显示意味着只显示 ASCII 字符, 有时控制字符可潜入正被写入的数据中, 并且可能,
因此, 影响控制台的配置. 例如, 这可能发生在你显示一个二进制文件到屏幕时; 产生的
乱码可能包含任何东西, 并且最后你常常在你的控制台上出现错误的字体.
通过写来控制是当然的使用方法了, 对于不用传送数据而只是响应命令的设备, 例如遥控
设备.
例如, 被你们作者当中的一个编写来好玩的驱动, 移动一个 2 轴上的摄像机. 在这个驱
动里, 这个"设备"是一对老式步进电机, 它们不能真正读或写. 给一个步进电机"发送数
据流"的概念没有任何意义. 在这个情况下, 驱动解释正被写入的数据作为 ASCII 命令并
且转换这个请求为脉冲序列, 来操纵步进电机. 这个概念类似于, 有些, 你发给猫的 AT
命令来建立通讯, 主要的不同是和猫通讯的串口必须也传送真正的数据. 直接设备控制的
好处是你可以使用 cat 来移动摄像机, 而不必写和编译特殊的代码来发出 ioctl 调用.
当编写面向命令的驱动, 没有理由实现 ioctl 命令. 一个解释器中的额外命令更容易实
现并使用.
有时, 然而, 你可能选择使用其他的方法:不必转变 write 方法为一个解释器和避免
ioctl, 你可能选择完全避免写并且专门使用 ioctl 命令, 而实现驱动为使用一个特殊的
命令行工具来发送这些命令到驱动. 这个方法转移复杂性从内核空间到用户空间, 这里可
能更易处理, 并且帮助保持驱动小, 而拒绝使用简单的 cat 或者 echo 命令.