Linux如何知道调用哪个ioctl函数？

Question

这里是用户空间中的 ioctl 调用：

int ioctl(int fd, int cmd, ...);

据我所知，当我们想要执行IO操作时，我们需要定义自己的ioctl函数和一组请求（命令），将我们的ioctl赋值给file_operations结构体，代码如下：

struct file_operations fops = {
 .read = device_read,
 .write = device_write,
 .ioctl = device_ioctl, // device_ioctl is our function
 .open = device_open,
 .release = device_release,
};

而且，与用户空间接口相比，device_ioctl函数的定义有所不同：

static long device_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg)

我认为基于文件描述符，内核可以获得适当的文件结构并调用设备的ioctl函数。这只是猜测，因为我找不到内核根据传递给通用ioctl接口的文件描述符fd选择适当的ioctl函数的通用函数定义。我只能找到3个ioctl定义，但显然这些只是设备的定义，而不是内核的定义：ioctl。

- Amumu

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请问这里的点号（**.**）是什么意思，它如何作为函数指针工作？我很想知道。 - ind79ra

@indranil - 如何按照C编程语言标准初始化结构体 - jww

Answer 1

请查看Linux源代码，fs/ioctl.c文件（http://lxr.free-electrons.com/source/fs/ioctl.c）。

您会看到ioctl的系统调用：

SYSCALL_DEFINE3(ioctl, unsigned int, fd, unsigned int, cmd, unsigned long, arg)

这将调用do_vfs_ioctl()，该函数调用vfs_ioctl()，然后调用文件操作结构中为该文件系统定义的unlocked_ioctl函数。
这将是您注册的device_ioctl函数。

- Lev Iserovich

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我们的驱动 ioctl 将使用 fd inode 链接进行调用，那么为什么我们需要神秘数字呢？ - Haswell

Answer 2

device_ioctl 是一个函数指针。内核仅将 fd 作为索引传递给 struct file_operations 数组的对应元素，并调用其 .ioctl 函数。内核从不需要知道函数本身是哪个设备的。

这就是“一切皆文件”的基础，这是 Unix 的口号。

- Shahbaz

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谢谢。我知道这是一个函数指针。但是在用户空间中实现通用的ioctl以正确选择文件操作数组中的函数的位置在哪里？ - Amumu

@Shabaz 我指的是通常在用户应用程序中使用的 ioctl，也称为用户空间 ioctl。是的，我知道它会在内核空间选择适当的 ioctl。但是，我想知道通用的内核空间 ioctl 是在哪里实现的。我进行了搜索，只找到了 3 个定义，而这 3 个定义都是驱动程序的 ioctl：http://lxr.free-electrons.com/ident?i=ioctl - Amumu

也许查看fs/ioctl.c可以帮到你！我不知道用户空间的ioctl。据我所知，它们是内核空间实现。如果在用户空间中有这样的东西，您需要搜索glibc中的ioctl实现。 - Shahbaz

那可能是一个不错的提示。我会尝试查看glibc。我已经查看了fs/ioctl.c，但仍然找不到完全相同的定义，具有接受文件描述符的相同ioctl接口。 - Amumu

@jww，您可以像操作普通文件一样open()和read()/write()串行端口。这意味着任何应用程序的很大一部分都可以对实际底层“存储”（实际文件、套接字、端口等）保持不可知。这是一个非常强大的设计，肯定比小问题更重要。我可以使用echo命令将数据发送到串行端口，而echo命令甚至不知道自己正在处理一个串行端口，这真是太神奇了。 - Shahbaz

Answer 3

内核会根据文件描述符知道调用哪个ioctl函数。 要从用户空间调用ioctl()，您需要打开一个文件以获取fd，通常是/dev/[some_device]，其驱动程序将实现file_operations结构，正如您所指出的那样。

- sergico

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我们的驱动程序 ioctl 将使用 fd inode 链接进行调用，为什么还需要魔数呢？ - Haswell

Answer 4

当您调用ioctl时，需要传递文件描述符。您可以通过打开设备文件（如/dev/tty0）来获取文件描述符：

$ ls -l /dev/tty0
crw--w---- 1 root tty 4, 0 Mar  6 10:47 /dev/tty0
$

这里的数字4是设备主要编号，需要编码到内核驱动模块中以供使用。

- ouah

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你知道内核代码中在哪里基于文件描述符选择适当的设备ioctl吗？ - Amumu