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應用程序如果想要設置/獲取驅動層的數據，一般是驅動提供一個ioclt接口，然后應用層調用。因此，學會在驅動中實現ioctl接口是必要的一項技能。
ioctl命令編碼規則
想要定義一個自己的ioctl命令，必須要遵從ioctl的編碼規則 。
一個ioctl命令由32比特位表示，每個比特位都有不同的含義，不同版本的內核定義可能有些差異，具體參考文檔“Documentation/ioctl/ioctl-deconding.txt”.
| 比特位 | 含義 |
|---|---|
| 31-30 | 00 - 命令不帶參數01 - 命令需要把數據寫入驅動，寫方向10 - 命令需要從驅動中獲取數據，讀方向11 - 命令既要寫入數據又要獲取數據，讀寫方向 |
| 29-16 | 如果命令帶參數，則指定參數所占用的內存空間大小 |
| 15-8 | 每個驅動全局唯一的幻數（魔數） |
| 7-0 | 命令碼 |
在內核include/uapi/asm-generic/ioctl.h頭文件中提供了一組宏來定義、提取命令中的字符信息：
#define _IOC(dir,type,nr,size) (((dir) < < _IOC_DIRSHIFT) | ((type) < < _IOC_TYPESHIFT) | ((nr) < < _IOC_NRSHIFT) | ((size) < < _IOC_SIZESHIFT))
#ifndef __KERNEL__
#define _IOC_TYPECHECK(t) (sizeof(t))
#endif
/* used to create numbers */
#define _IO(type,nr) _IOC(_IOC_NONE,(type),(nr),0)
#define _IOR(type,nr,size) _IOC(_IOC_READ,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
#define _IOW(type,nr,size) _IOC(_IOC_WRITE,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
#define _IOWR(type,nr,size) _IOC(_IOC_READ|_IOC_WRITE,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
#define _IOR_BAD(type,nr,size) _IOC(_IOC_READ,(type),(nr),sizeof(size))
#define _IOW_BAD(type,nr,size) _IOC(_IOC_WRITE,(type),(nr),sizeof(size))
#define _IOWR_BAD(type,nr,size) _IOC(_IOC_READ|_IOC_WRITE,(type),(nr),sizeof(size))
/* used to decode ioctl numbers.. */
#define _IOC_DIR(nr) (((nr) > > _IOC_DIRSHIFT) & _IOC_DIRMASK)
#define _IOC_TYPE(nr) (((nr) > > _IOC_TYPESHIFT) & _IOC_TYPEMASK)
#define _IOC_NR(nr) (((nr) > > _IOC_NRSHIFT) & _IOC_NRMASK)
#define _IOC_SIZE(nr) (((nr) > > _IOC_SIZESHIFT) & _IOC_SIZEMASK)
構造ioctl命令 ：
_IO(type,nr):用于構造無參數的命令號_IOR(type,nr,datetype):用于構造從驅動程序中讀取數據的命令號_IOW(type,nr,datatype):用于構造向驅動程序寫入數據的命令號_IORW(type,nr,datatype):用于構造雙向傳輸的命令號
解析ioctl命令 ：
_IOC_DIR(cmd):獲得傳輸方向位段的值_IOC_TYPE(cmd):獲得類型的值_IOC_NR(cmd):獲得編號的值_IOC_SIZE(cmd):獲得大小的值
具體示例 ：
向驅動寫入數據，假設定義幻數為'a'，命令碼為0，傳入的數據為結構體struct option：
#define VS_MAGIC 's'//幻數
#define VS_SET_FFMT _IOW(VS_MAGIC, 0, struct option)
從驅動獲得數據，將命令碼修改為1，_IOW換成_IOR：
#define VS_MAGIC 's'//幻數
#define VS_GET_FFMT _IOR(VS_MAGIC, 1, struct option)
這里要注意，理想情況下定義的幻數在一種體系結構下應該是全局唯一的，雖然很難做到，但我們還是應該遵從內核所規定的這種定義形式。
ioctl系統調用過程
ioctl本質是一個系統調用 ，在應用層使用ioctl函數時，會使得系統從用戶態trap到內核態，即調用到內核態的sys_ioctl函數。
sys_ioctl函數的定義位于內核源碼fs/ioctl.c中：
SYSCALL_DEFINE3(ioctl, unsigned int, fd, unsigned int, cmd, unsigned long, arg)
{
int error;
struct fd f = fdget(fd);
if (!f.file)
return -EBADF;
error = security_file_ioctl(f.file, cmd, arg);
if (!error)
error = do_vfs_ioctl(f.file, fd, cmd, arg);
fdput(f);
return error;
}
SYSCALL_DEFINE3是一個系統調用宏，3代表這個系統調用需要3個參數，具體的SYSCALL_DEFINE宏定義可以參考include/linux/syscalls.h。這里不對系統調用展開討論，只需要知道ioctl是一個系統調用就可以了。
展開之后，這個函數名字其實就是sys_ioctl，sys_ioctl函數首先調用了security_file_ioctl，然后調用了do_vfs_ioctl。
do_vfs_ioctl函數是需要關注的，定義如下：
int do_vfs_ioctl(struct file *filp, unsigned int fd, unsigned int cmd,
unsigned long arg)
{
int error = 0;
int __user *argp = (int __user *)arg;
struct inode *inode = file_inode(filp);
switch (cmd) {
case FIOCLEX:
set_close_on_exec(fd, 1);
break;
case FIONCLEX:
set_close_on_exec(fd, 0);
break;
case FIONBIO:
error = ioctl_fionbio(filp, argp);
break;
case FIOASYNC:
error = ioctl_fioasync(fd, filp, argp);
break;
case FIOQSIZE:
if (S_ISDIR(inode- >i_mode) || S_ISREG(inode- >i_mode) ||
S_ISLNK(inode- >i_mode)) {
loff_t res = inode_get_bytes(inode);
error = copy_to_user(argp, &res, sizeof(res)) ?
-EFAULT : 0;
} else
error = -ENOTTY;
break;
case FIFREEZE:
error = ioctl_fsfreeze(filp);
break;
case FITHAW:
error = ioctl_fsthaw(filp);
break;
case FS_IOC_FIEMAP:
return ioctl_fiemap(filp, arg);
case FIGETBSZ:
return put_user(inode- >i_sb- >s_blocksize, argp);
case FICLONE:
return ioctl_file_clone(filp, arg, 0, 0, 0);
case FICLONERANGE:
return ioctl_file_clone_range(filp, argp);
case FIDEDUPERANGE:
return ioctl_file_dedupe_range(filp, argp);
default:
if (S_ISREG(inode- >i_mode))
error = file_ioctl(filp, cmd, arg);
else
error = vfs_ioctl(filp, cmd, arg);
break;
}
return error;
}