Liunx用户和内核空间之间的通信实现

共有 4 条评论

1. js001sdx 于 2009-09-29 10:10:35发表:

   读了，谢了

2. augustnov 于 2006-11-16 09:38:40发表:

   该设备自己定义了一些ioctl命令字范围在SIOCDEVPRIVATE到SIOCDEVPRIVATE + 15之间），调用函数dev_ioctl实现对该设备指定的ioctl命令的操作。
   
   ■ dev_ioctl()
   
   功能：用来处理所有设备接口的ioctl请求，只是一个包装器， 实际的动作将由dev_ifsioc()来实现。dev_ioctl做的只是检查这个调用是否具有了正当的权限。
   
   ■ dev_ifsioc()
   
   功能：真正处理所有设备接口的ioctl请求。
   
   具体操作说明：函数首先要做的一些事情包括得到与ifr.ifr_name相匹配的设备的结构，但这是在实现特定的接口命令之后。这些特定的接口命令被放置到一个巨大的switch语句之中。其中SIOCDEVPRIVATE命令和其他的在0x89F0到0x89FF之间的代码将出现在switch语句中的一个分支----default语句中，代码最后还增加了对无线网络的支持。内核执行时会检查表示设备的结构变量中，是否已经定义了一个与设备相关的ioctl句柄（handler）。这里的句柄是一个函数指针，它在表示设备的结构变量中do_ioctl部分。如果已经设置了这个句柄，那么内核将会执行它。如ipv6隧道设备体，在初始化时，就作了说明：dev->do_ioctl = ip6ip6_tnl_ioctl，其中函数ip6ip6_tnl_ioctl就是该设备对应的ioctl句柄，由于隧道设备是自己定义的ioctl命令字，因而执行应在default语句中，进而调用到自己定义的ioctl处理函数ip6ip6_tnl_ioctl。

3. augustnov 于 2006-11-16 09:38:23发表:

   其中调用到函数的说明：
   
   ★ fget()函数，它是用来获取操作文件的指针，在这篇文档里，我是使用socket创建了一个文件描述符，fd = socket(AF_INET6, SOCK_DGRAM, 0);用户态的创建socket()到内核中传给函数sys_socket()处理, sys_socket()函数先调用函数sock_create()创建socket，然后把socket操作和文件操作关联起来，具体调用函数sock_map_fd()来实现，成功后将文件描述和文件结构file都保存在sock->file中。
   
   对于函数fget()函数，它首先调用fcheck函数，检查一下文件描述符fd是否对应一个打开的文件，如果是就获取该文件，调用函数get_file()将f_count加1。
   
   具体看一下fcheck函数的执行，参考代码：
   
   
   include/linux/file.h
   static inline struct file * fcheck(unsigned int fd)
   {
   struct file * file = NULL;
   struct files_struct *files = current->files;
   
   if (fd < files->max_fds) /*max_fds是最多打开的文件数*/
   file = files->fd[fd]; /*其中files_struct结构中定义的file是进程文件描述符表*/
   return file;
   }
   
   
   ★ filp->f_op->ioctl()函数，调用设备对应的ioctl函数，对于使用socket创建文件描述符，它应该调用sock_ioctl()函数，具体流程图如下：
   
   每一个设备都可以定义自己的ioctl命令字，命令编号的范围是SIOCDEVPRIVATE到SIOCDEVPRIVATE + 15。针对ipv6隧道，它定一个四个命令字，分别是SIOCGETTUNNEL，SIOCADDTUNNEL，SIOCCHGTUNNEL，SIOCDELTUNNEL。用户空间通过ioctl系统调用，最终调用到内核中定义的函数ip6ip6_tnl_ioctl。
   
   
   sock_ioctl()函数调用中有关的内核函数：
   sock_ioctl
   inet6_ioctl
   dev_ioctl
   dev_ifsioc
   
   
   ■ sock_ioctl()
   
   功能:：直接调用一个协议特定的函数，如：当socket family是PF_INET6，调用函数inet6_ioctl。
   
   ■ inet6_ioctl()
   
   功能：v6对应socket的ioctl内核函数，根据不同的case情况，作相应的处理。
   
   
   case SIOCADDRT:
   case SIOCDELRT:
   return(ipv6_route_ioctl(cmd,(void *)arg));/*对路由表的ioctl操作，
   调用内核函ipv6_route_ioctl进行增加或是删除*/
   
   
   当ioctl命令字不满足上述各种case情况时：
   
   
   default:
   if ((cmd >= SIOCDEVPRIVATE) &&
   (cmd <= (SIOCDEVPRIVATE + 15)))
   return(dev_ioctl(cmd,(void *) arg));

4. augustnov 于 2006-11-16 09:37:57发表:

   当DoSyscall 找到正确的系统调用地址后，它将调用指定的系统调用函数。如要做系统ioctl调用，对应的系统调用号为54，它将调用函数sys_ioctl()。下面具体会说明sys_ioctl()的调用过程。
   
   当函数调用完毕之后，返回到 DoSyscall()，它将控制权切换给 ret_from_except（在 arch/ppc/kernel/entry.S 中定义）。它会去检查那些在切换回用户空间之前需要完成的任务。如果没有需要做的事情，那么就通过 restore 函数恢复用户进程的状态，并将控制权交还给用户程序。
   
   ● ioctl系统调用的整个流程
   
   sys_ioctl()是整个ioctl系统调用过程中的最顶级函数，它需要对输入的参数进行预处理，检查参数的合法性，然后调用底层的处理函数作更进一步的处理。
   
   分析函数sys_ioctl()，参考代码：
   
   fs/ioctl.c
   asmlinkage long sys_ioctl(unsigned int fd, unsigned int cmd, unsigned long arg)
   {
   struct file * filp;
   unsigned int flag;
   int on, error = -EBADF;
   
   filp = fget(fd);
   /*通过传入的参数文件句柄fd来获得需要操作的文件(或者设备)的指针，后面做了具体的说明*/
   if (!filp)
   goto out;
   error = 0;
   TRACE_FILE_SYSTEM(TRACE_EV_FILE_SYSTEM_IOCTL,
   fd,
   cmd,
   NULL);
   lock_kernel();
   switch (cmd) { /*不同的传入命令字参数cmd的处理*/
   case FIOCLEX:
   set_close_on_exec(fd, 1);
   break;
   
   case FIONCLEX:
   set_close_on_exec(fd, 0);
   break;
   
   case FIONBIO:
   if ((error = get_user(on, (int *)arg)) != 0)
   break;
   flag = O_NONBLOCK;
   #ifdef __sparc__
   /* SunOS compatibility item. */
   if(O_NONBLOCK != O_NDELAY)
   flag |= O_NDELAY;
   #endif
   if (on)
   filp->f_flags |= flag;
   else
   filp->f_flags &= ~flag;
   break;
   
   case FIOASYNC:
   if ((error = get_user(on, (int *)arg)) != 0)
   break;
   flag = on ? FASYNC : 0;
   
   /* Did FASYNC state change ? */
   if ((flag ^ filp->f_flags) & FASYNC) {
   if (filp->f_op && filp->f_op->fasync)
   error = filp->f_op->fasync(fd, filp, on);
   else error = -ENOTTY;
   }
   if (error != 0)
   break;
   
   if (on)
   filp->f_flags |= FASYNC;
   else
   filp->f_flags &= ~FASYNC;
   break;
   
   default:
   /*如果传入的命令字参数cmd不符合上述情况，则需要调用更底层的ioctl处理函数
   error = -ENOTTY;
   /*下面根据情况调用ioctl处理函数*/
   if (S_ISREG(filp->f_dentry->d_inode->i_mode))
   error = file_ioctl(filp, cmd, arg); /*执行关于文件的ioctl的一般操作*/
   else if (filp->f_op && filp->f_op->ioctl)
   /*如果filp本身是一个设备，则执行filp->f_op->ioctl()函数，
   对设备进行ioctl函数操作，该指针在初始化时就已经指向了设备函数接口中的ioctl函数，
   因此在设备初始化时，只要向内核提交了file_operations{}结构
   或block_device_operations{},其中的ioctl函数就会被调用到*/
   error = filp->f_op->ioctl(filp->f_dentry->d_inode, filp, cmd, arg);
   }
   unlock_kernel();
   fput(filp);
   
   out:
   return error;
   }