• 转：内核空间与用户空间数据交换的方式之一 --ioctl（通过字符设备演示）

    对于linux而言，内核程序和用户程序分别运行在内核空间和用户空间，要实现两者的数据交换，主要有以下几种方式：系统调用，读写系统文件（procfs，sysfs， seq_file，debugfs等）， Netlink， 内核模块加载参数，内核启动参数，以及设备驱动实现的设备读、写、控制（ioctl）（这种方式可以归结到读写系统文件）。

         设备驱动的实现过程中一般都会通过struct file_operations来实现对设备文件读、写以及控制命令。下面就仅通过ioctl的实现来说明通过字符设备，如何实现内核空间与用户空间的数据交换的。本例分为两个部分，内核代码为ict_k.c和ict_k.h，用户代码为ict_u.c

        下面为内核部分代码：

         1.ict_k.h

        

    [cpp] view plain copy
     
    1. #ifndef __ICT_K_H__  
    2. #define __ICT_K_H__  
    3.   
    4. #define MAX_BUFFER_SIZE            64  
    5. #define ICTDEV_MAJOR                  250  
    6.   
    7. #define ICT_IOCTL_MAGIC_NUM    'K'  
    8. #define ICTIOC_GETDEV_INFO       _IOR(ICT_IOCTL_MAGIC_NUM, 0, int)  
    9. #define ICTIOC_SETDEV_INFO       _IOWR(ICT_IOCTL_MAGIC_NUM, 1, int)  
    10.   
    11. #endif  


           2.ict_k.c

     

     

    [cpp] view plain copy
     
    1. /******************************************************************************** 
    2. *FileName          :ict_k.c 
    3. * 
    4. *Description       :This program is the kernel part which is used to illustrate the usage of ioctl.  
    5. * 
    6. *Author              :Michael Zhang <zhang_mq@sina.com> 
    7. * 
    8. *Version             :V0.1  2013-09-02 
    9. *********************************************************************************/  
    10. #include <linux/kernel.h>  
    11. #include <linux/module.h>  
    12. #include <linux/cdev.h>  
    13. #include <linux/types.h>  
    14. #include <asm/uaccess.h>  
    15. #include <linux/fs.h>     /*struct file*/  
    16. #include <linux/slab.h>  /*kfree*/  
    17. #include "ict_k.h"  
    18.   
    19. struct ict_dev  
    20. {  
    21.     struct cdev cdev;  
    22.     char buffer[MAX_BUFFER_SIZE];  
    23. };  
    24.   
    25. static int mod_param = 0;  
    26. static int ictdev_major = ICTDEV_MAJOR;  
    27. static struct ict_dev *ict_devp;  
    28. static int devinfo = 0;  
    29.   
    30. /*Device open function*/  
    31. static int ictdev_open(struct inode *inode, struct file *filp)  
    32. {  
    33.     printk(KERN_INFO"Ict device has been open. ");  
    34.     return 0;  
    35. }  
    36.   
    37. /*ioctl: device control function*/  
    38. //static long ictdev_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)  
    39. static long ictdev_ioctl(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)  
    40. {  
    41.     int ret = 0;  
    42.     int tmp;  
    43.     void __user *argp = (void __user *)arg;  
    44.   
    45.     switch(cmd)  
    46.     {  
    47.         case ICTIOC_GETDEV_INFO:  
    48.             put_user(devinfo, (int *)arg);  
    49.             break;  
    50.   
    51.         case ICTIOC_SETDEV_INFO:  
    52.             get_user(tmp, (int __user *)argp);  
    53.             devinfo = tmp;  
    54.             printk(KERN_INFO"Set devinfo as: %d ", devinfo);  
    55.             break;  
    56.               
    57.         default:  
    58.             break;  
    59.     }  
    60.   
    61.     return ret;  
    62.   
    63. }  
    64.   
    65. static  int ictdev_release(struct inode *inode, struct file *filp)  
    66. {  
    67.     printk(KERN_INFO"Ict device will be closed. ");  
    68.     return 0;  
    69. }  
    70.   
    71. struct file_operations ictdev_fops =  
    72. {  
    73.     .owner = THIS_MODULE,  
    74.     .open = ictdev_open,  
    75.     .ioctl = ictdev_ioctl,  
    76.     //.unlock_ioct = ictdev_ioctl,  
    77.     .release = ictdev_release,  
    78. };  
    79.   
    80.   
    81. static void ict_dev_setup(dev_t devno, struct ict_dev *dev)  
    82. {  
    83.     int ret;  
    84.     cdev_init(&dev->cdev, &ictdev_fops);  
    85.     dev->cdev.owner = THIS_MODULE;  
    86.     ret = cdev_add(&dev->cdev, devno, 1);  
    87.     if(ret)  
    88.     {  
    89.         printk(KERN_ERR"Add cdev fail. ");  
    90.     }  
    91.   
    92.     return;    
    93. }  
    94.   
    95.   
    96. /*Ict module intilization*/  
    97. static int __init ict_ill_init(void)  
    98. {  
    99.     int result;  
    100.     dev_t devno;  
    101.       
    102.     devno = MKDEV(ictdev_major, 0);  
    103.   
    104.     if(ictdev_major)  
    105.     {  
    106.         result = register_chrdev_region(devno, 1, "ictdev");  
    107.     }  
    108.     else  
    109.     {  
    110.         result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "ictdev");  
    111.         ictdev_major = MAJOR(devno);  
    112.     }  
    113.   
    114.     printk(KERN_INFO"ictdev_major is %d ", ictdev_major);  
    115.     if(result < 0)  
    116.     {  
    117.         printk("Register/Allocate device number fail. ");  
    118.         return result;  
    119.     }  
    120.   
    121.     ict_devp = kmalloc(sizeof(struct ict_dev), GFP_KERNEL);  
    122.     if(!ict_devp)  
    123.     {  
    124.         printk("Memory allocation fail. ");  
    125.         result = -ENOMEM;  
    126.         goto fail_malloc;  
    127.     }  
    128.   
    129.     memset(ict_devp, 0, sizeof(struct ict_dev));  
    130.     ict_dev_setup(devno, ict_devp);  
    131.     return 0;  
    132.   
    133. fail_malloc:  
    134.     unregister_chrdev_region(devno, 1);  
    135.     return result;  
    136.       
    137. }  
    138.   
    139.   
    140. static void __exit ict_ill_exit(void)  
    141. {  
    142.     cdev_del(&ict_devp->cdev);  
    143.     kfree(ict_devp);  
    144.     unregister_chrdev_region(MKDEV(ictdev_major, 0), 1);  
    145. }  
    146.   
    147.   
    148. module_init(ict_ill_init);  
    149. module_exit(ict_ill_exit);  
    150.   
    151. MODULE_LICENSE("GPL");  
    152. MODULE_AUTHOR("Michael Zhang <zhang_mq@sina.com>");  
    153.   
    154. module_param(mod_param, int, S_IRUGO);  
    155. MODULE_PARM_DESC(mod_param, "Initialization param of ioctl illustration program.");  
    156.   
    157. module_param(ictdev_major, int, S_IRUGO);  
    158. MODULE_PARM_DESC(mod_param, "Initialization param of ioctl illustration program.");  

     

       3.内核部分代码通过下面的Makefile文件可编译成ict_u.ko

     

    [cpp] view plain copy
     
      1. ifneq ($(KERNELRELEASE),)  
      2.   obj-m := ict_k.o  
      3. else  
      4. KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build  
      5. PWD := $(shell pwd)  
      6.   
      7. default:  
      8.     $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules  
      9.   
      10. clean:  
      11.     rm -rf *.o *.mod.c *.ko  
      12.   
      13. endif  
      14.   
      15.   在编译出ict_k.ko后，将模块记载到内核，查看设备的主设备号。  
      16.   在/dev目录下通过运行以下命令来生成设备节点： sudo mkdev ictdev c 250 0  
      17.   对于内核代码中，struct file_operations实现了成员ioctl，但是对于大于2.6.36内核版本，其将会被unlocked_ioctl取代。  
      18.   
      19.    4.用户空间代码ict_u.c  
      20. <pre name="code" class="cpp">/******************************************************************************** 
      21. *FileName          :ict_u.c 
      22. * 
      23. *Description       :This program is the user part which is used to illustrate the usage of ioctl.  
      24. * 
      25. *Author              :Michael Zhang <zhang_mq@sina.com> 
      26. * 
      27. *Version             :V0.1  2013-09-04 
      28. *********************************************************************************/  
      29. #include <stdio.h>  
      30. #include <unistd.h>  
      31. #include <string.h>  
      32. #include <sys/types.h>  
      33. #include <sys/ioctl.h>  
      34. #include <sys/stat.h>  
      35. #include <fcntl.h>  
      36.   
      37. /**********************Define Error Return Value**********************************/  
      38. #define ICT_SUCCESS            0  
      39. #define ICT_ERROR_DEV        1  
      40. #define ICT_ERROR_PARAM   2  
      41. #define ICT_ERROR_IOCTL     3  
      42.   
      43. /**************************IOCTL Releate Macro**********************************/  
      44. #define ICT_IOCTL_MAGIC_NUM    'K'  
      45. #define ICTIOC_GETDEV_INFO       _IOR(ICT_IOCTL_MAGIC_NUM, 0, int)  
      46. #define ICTIOC_SETDEV_INFO       _IOWR(ICT_IOCTL_MAGIC_NUM, 1, int)  
      47.   
      48. #define ICT_DEV_FILE        "/dev/ictdev"  
      49.   
      50. static int ict_fd;  
      51.   
      52. static void usage()  
      53. {  
      54.     printf("************************************************ ");  
      55.     printf("ictdev [get | set [0|1]] ");  
      56.     printf("        -get    Get ict device info ");  
      57.     printf("        -set    Set ict device info ");  
      58.     printf("                -0    Set ict device info as 0 ");  
      59.     printf("                -1    Set ict device info as 0 ");  
      60.     printf("************************************************ ");  
      61. }  
      62.   
      63. static int parse_param(char *param)  
      64. {  
      65.     if(*param == '1')  
      66.         return 1;  
      67.     else if(*param == '0')  
      68.         return 0;  
      69.     else  
      70.         usage();  
      71.       
      72.     return -1;  
      73. }  
      74.   
      75. int main(int argc, char **argv)  
      76. {  
      77.     int fd;  
      78.     int devinfo;  
      79.       
      80.     if(argc < 2)  
      81.     {  
      82.         usage();  
      83.         return ICT_ERROR_PARAM;  
      84.     }  
      85.   
      86.     /*Open device file*/  
      87.     ict_fd = open(ICT_DEV_FILE, O_RDWR);  
      88.     if(ict_fd < 0)  
      89.     {  
      90.         printf("Open ict device fail ");  
      91.         return ICT_ERROR_DEV;  
      92.     }  
      93.     if(strcmp("get", argv[1]) == 0)  
      94.     {  
      95.         if(ioctl(ict_fd, ICTIOC_GETDEV_INFO, &devinfo) < 0)  
      96.         {  
      97.             printf("Get ICT device info fail. ");  
      98.             return ICT_ERROR_IOCTL;  
      99.         }  
      100.   
      101.         printf("ICT device info is: %d ", devinfo);  
      102.         return ICT_SUCCESS;  
      103.     }  
      104.     else if(strcmp("set", argv[1]) == 0)  
      105.     {  
      106.         devinfo = parse_param(argv[2]);  
      107.         if(devinfo == -1)  
      108.         {  
      109.             return ICT_ERROR_PARAM;  
      110.         }  
      111.         if(ioctl(ict_fd, ICTIOC_SETDEV_INFO, &devinfo))  
      112.         {  
      113.             printf("Set ICT device info fail. ");  
      114.             return ICT_ERROR_IOCTL;  
      115.         }  
      116.         return ICT_SUCCESS;  
      117.     }  
      118.     else  
      119.     {  
      120.         usage();  
      121.         return ICT_ERROR_PARAM;  
      122.     }  
      123. }  
      124. </pre><br>  
      125. <br>  
      126. 通过gcc将其便以为可执行文件，如： gcc ict_u.c -o ict_app<br>  
      127. 通过运行 ./ict_app get 或./ict_app set [0/1] 就可观察内核与用户空间是如何实现数据交换的。<br>  
      128. 在运行ict_app是会去打开设备/dev/ictdev，故可能会因读写权限问题出现打开失败的问题，则可先修改/dev/ictdev的读写权限。<br>  
      129. <pre></pre>  
      130. <p></p>  
      131. <pre></pre>  
      132. <p><br>  
      133. </p>  
      134.      
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