ioctl系统调用过程(深入Linux(ARM)内核源码)
1. 系统调用过程简述
图1-1 系统调用过程图
探究系统调用过程，以ioctl为例，通俗来说，其实就是探究操作系统实现应用程序的ioctl对应上特定驱动程序的ioctl的过程。由于应用程序的ioctl处于用户空间，驱动程序的ioctl处于内核空间，所以这两者之间不属于简单的函数调用关系；在者，考虑到内核空间操作的安全性，系统调用过程大量的安全性处理，进而使得系统调用看起来十分复杂，但是了解系统调用过程是十分必要的。不仅仅在你的开发过程中更好地找到问题所在，更加深你对Linux系统工作原理的理解！
2. 系统调用过程深入
2.0 提出问题，应用程序的ioctl怎么对应驱动程序的ioctl
首先我们来看看驱动程序中ioctl的设计代码：
图2-2 驱动程序ioctl设计代码截图
然后我们来看看应用程序的ioctl的设计代码：
图2-2 应用程序ioctl设计代码截图
那么，我们就有这样的疑问了，驱动程序和应用程序虽说都是ioctl，但是具体的函数名称或者函数指针的名称各不相同，那么他们之间是如何关联起来的呢？也就是回到标题 应用程序的ioctl怎么对应驱动程序的ioctl的呢?
2.1 应用程序ioctl
图2-3 应用程序ioctl设计代码截图
应用程序上的 ioctl 是Linux系统提供的系统调用接口，使用 man 工具查询ioctl介绍：
图2-4 ioctl介绍
ioctl属于可变参数函数，对于如上应用程序中的ioctl，第一个为文件描述符，对应的是驱动文件；第二个是操作命令，这个命令是自行定义，但是具有一套规则；第三个属于外加参数，我这里是没啥意义的。
2.2 中断过程
驱动程序中的ioctl属于内核空间，然而应用程序属于用户空间，没有权限访问内核空间，那么需要系统需要从用户态转为内核态，在系统调用中，是通过SWI(Software Interrupt)的方式陷入内核态的。(但是我并不清楚如何去窥探这个过程，希望知道的同学们在下面留言交流！)
2.3 根据系统调用号查找系统调用表
在讲这部分内容之前，由于接下来要涉及阅览linux内核源代码，简单介绍一下，使用的是linux内核版本是 3.4.39 ，使用的代码阅览工具是 source Insight。
首先我们得寻找ioctl的系统调用号，这个系统调用号会在中断过程中由相对应的寄存器传递给内核(对于x86平台，是eax寄存器，对于ARM平台，好像是R7传递的)。
图2-4 查看ioctl系统调用号操作图
找到系统调用表中对应的54号系统调用号对应的操作：
图2-5 查看系统调用表操作图
系统调用过程，中断陷入内核态之后，会根据寄存器传递过来的系统调用号(54)，执行系统调用表中的(54)操作，就是调用sys_ioctl()函数。
2.4 解析sys_ioctl()一步一步找到驱动程序led_ioctl()
2.4.1 sys_ioctl声明
source Insight在代码阅览时非常好用，他会生成代码关联，实现代码跳转，这对于我们预览代码量非常大的工程是必要的。跳转 sys_ioctl 声明：
图2-6 sys_ioctl函数声明
asmlinkage long sys_ioctl(unsigned int fd, unsigned int cmd, unsigned long arg);从函数原型来看，和驱动程序函数的原型十分相似，那么它和驱动函数的ioctl有什么联系呢，我们应该看看函数的定义！
2.4.2 sys_ioctl定义
"奇怪"的是，在整个linux内核源码中，都没有找到sys_ioctl的定义。其实，由于 CVE-2010-3301 漏洞的存在，系统在函数定义上又做了一层分装，过程也显得繁琐，后续我会另开一篇博文分析，也可以先看看下面这个博文：
linux内核SYSCALL_DEFINE分析
现在我们只需明白，SYSCALL_DEFINE3(ioctl, unsigned int, fd, unsigned int, cmd, unsigned long, arg)就是sys_ioctl的定义:
图2-7 sys_ioctl定义
从函数源代码来看，fget_light() 以及 security_file_ioctl() 就是检验可操作安全性，所以sys_ioctl更多是调用更深一层接口 do_vfs_ioctl()。
2.4.3 分析do_vfs_ioctl
图2-8 分析do_vfs_ioctl
所以这一步也是调用更深一层接口 vfs_ioctl()。
2.4.4 分析vfs_ioctl
图2-9 分析vfs_ioctl
图2-2 驱动程序ioctl设计代码截图
到这里，我们发现应用程序 ioctl() 和驱动程序的 led_ioctl() 也算是"牵手成功"。
总结
其实，总的来说，因为内核操作的敏感性，才会有系统调用这么一个概念，系统调用总结为下列几个步骤
1. 应用程序调用系统调用接口；
2. 程序由用户态通过中断陷入内核态，同时传递系统调用号；
3. 查找系统调用表对应的操作
4. 一系列封装找到底层的已设计好的接口函数。