《网络编程》ioctl 操作

概要

         ioctl 功能与 fcntl 功能类似，它可以被用于描述操作的叙述字符，获取或设置属性的描述是开放式的叙事休息，但在网络编程的两个功能有关的不同类型的操作。fcntl 作、文件操作，而 ioctl 函数除了能够操作 fcntl 函数可操作的类型之外，还能够进行接口操作、路由表操作、 ARP 快速缓存操作以及流系统操作。

ioctl 函数

该函数能够实现对已打开描写叙述符进程操作。其定义例如以下：

/* 函数功能：操作描写叙述符，设置已打开的描写叙述符属性。
 * 函数原型：
 */
#include <sys/ioctl.h>
/* Perform the I/O control operation specified by REQUEST on FD.
   One argument may follow; its presence and type depend on REQUEST.
   Return value depends on REQUEST.  Usually -1 indicates error.  */
int ioctl (int fd, unsigned long int request, .../* void *arg */);
/*
 * 说明：
 * 把和网络相关的请求request划分为下面 6 类：
 * （1）套接字操作
 * （2）文件操作
 * （3）接口操作
 * （4）ARP快速缓存操作
 * （5）路由表操作
 * （6）流系统
 */
/*
*fcntl函数
*功能：操纵文件描写叙述符，设置已打开的文件的属性*/
int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );
/*说明：
 * fcntl 函数提供了与网络编程相关的特性例如以下：
 * （1）非堵塞式IO。标志：O_NONBLOCK
 * （2）信号驱动式IO；标志：O_ASYNC
 * （3）套接字属性；标志：F_GETOWN、F_SETOWN
 *
 * cmd的取值能够例如以下：
 * 拷贝文件描写叙述符
 *   F_DUPFD (long)
 * 设置/获取文件描写叙述符标志
 *   F_GETFD (void)
 *   F_SETFD (long)
 * 设置/获取文件状态标志
 *   F_GETFL (void)
 *   F_SETFL (long)
 * 获取/设置文件锁
 *   F_GETLK
 *   F_SETLK，F_SETLKW
 */

当中 request 參数以及 arg 地址指向的数据类型与网络相关。下面列出了不同网络类型相应的信息：

以下针对由请求 request 划分的 6 大类进行分析。

套接字操作

由上面表格能够知道，在套接字操作中，ioctl 函数的请求 request 參数有 3 可选值，而且这 3 个值相应的第三个參数的数据类型是一个指向整数的指针。

1. SIOCATMARK：若套接字的 读指针 当前位于带外标记，则 ioctl 函数通过第三个參数指向的整数返回非 0 值；否则返回 0 值；
2. SIOCGPRP：通过由第三个參数指向的整数返回套接字的 进程 ID 或进程组 ID。该 ID 指定针对套接字的 SIGIO 或 SIGURG 信号的接收进程；等价于 fcntl 函数指定 F_GETOWN 命令；
3. SIOCSPGRP：把套接字的 进程 ID 或 进程组 ID 设置成由第三个參数指向的整数，该 ID 指定针对套接字的 SIGIO 或 SIGURG 信号的接收进程。等价于 fcntl 函数指定 F_SETOWN 命令。

文件操作

依据 请求 request 參数和第三个參数不同有下面的内容：

1. FIONBIO：依据 ioctl 函数第三个參数指向一个 0 值或非 0 值，可清除或设置套接字的非堵塞 I/O 标志；
2. FIOASYNC：依据 ioctl 函数第三个參数指向一个 0 值或非 0 值，可清除或设置套接字的信号驱动异步 I/O 标志，决定是否接收针对套接字的异步 I/O 信号（SIGIO）；
3. FIONREAD：依据 ioctl 函数第三个參数指向的整数返回当前套接字接收缓冲区的字节数；
4. FIOSETOWN：对于套接字和前面的 SIOCSPGRP 等效：
5. FIOGETOWN：对于套接字和前面的 SIOCGPGRP 等效：

接口操作

        须要处理网络接口。首先必须从内核获取配置在系统上的全部接口信息。详细请求 request 參数的取值由上表可知。SIOCGIFCONF：从内核中获取系统中配置的全部接口。它使用了结构 ifconf，ifconf 又使用了 ifreq 结构。

在调用 ioctl 之前分配一个缓冲区和一个 ifconf 结构，然后初始化后者，iotctl 的第三个參数指向 ifconf 结构。

/* 结构定义例如以下：*/
struct ifconf {
    int ifc_len; /* size of buffer, value-result */
    union {
        caddr_t ifcu_buf; /* input from user->kernel */
        struct ifreq *ifcu_req; /* return from kernel->user */
    }ifc_ifcu;
};
#define ifc_buf     ifc_ifcu.ifcu_buf
#define ifc_req     ifc_ifcu.ifcu_req
#define IFNAMSIZ    16
struct ifreq {
    char ifr_name[IFNAMSIZ];
    union {
        struct sockaddr ifru_addr;
        struct sockaddr ifru_dstaddr;
        struct sockaddr ifru_broadaddr;
        short ifru_flags;
        int ifru_metric;
        caddr_t ifru_data;
    }ifr_ifru;
};
#define ifr_addr        ifr_ifru.ifru_addr
#define ifr_dstaddr     ifr_ifru.ifru_dstaddr
#define ifr_broadaddr   ifr_ifru.broadaddr
#define ifr_flags       ifr_ifru.ifru_flags
#define ifr_metric      ifr_ifru.ifru_metric
#define ifr_data        ifr_ifru.ifru_data

ARP 快速缓存操作

能够使用 ioctl 函数操作 ARP 快速缓存，ioctl 函数的第三个參数必须指向一个 arpreq 结构，其结构定义例如以下：

/* ARP ioctl request.  */
struct arpreq
  {
    struct sockaddr arp_pa;		/* Protocol address.  */
    struct sockaddr arp_ha;		/* Hardware address.  */
    int arp_flags;			/* Flags.  */
    struct sockaddr arp_netmask;	/* Netmask (only for proxy arps).  */
    char arp_dev[16];
  };


/* ARP Flag values.  */
#define ATF_COM		0x02		/* Completed entry (ha valid).  */
#define	ATF_PERM	0x04		/* Permanent entry.  */
#define	ATF_PUBL	0x08		/* Publish entry.  */
#define	ATF_USETRAILERS	0x10		/* Has requested trailers.  */
#define ATF_NETMASK     0x20            /* Want to use a netmask (only
					   for proxy entries).  */
#define ATF_DONTPUB	0x40		/* Don't answer this addresses.  */
#define ATF_MAGIC	0x80		/* Automatically added entry.  */


/* Support for the user space arp daemon, arpd.  */
#define ARPD_UPDATE	0x01
#define ARPD_LOOKUP	0x02
#define ARPD_FLUSH	0x03

下面是请求參数的值及其功能：

1. SIOCSARP：把一个新的表项加入到 ARP 快速缓存，或改动当中已经存在的一个表项。
2. SIOCDARP：从 ARP 快速缓存中删除指定的一个表项；
3. SIOCGARP：从 ARP 快速缓存中获取一个表项；

路由表操作

ioctl 函数有 2 个请求能够操作路由，其相应的第三个參数是指向 rtentry 结构的指针，该结构定义例如以下

/* This structure gets passed by the SIOCADDRT and SIOCDELRT calls. */
struct rtentry
  {
    unsigned long int rt_pad1;
    struct sockaddr rt_dst;		/* Target address.  */
    struct sockaddr rt_gateway;		/* Gateway addr (RTF_GATEWAY).  */
    struct sockaddr rt_genmask;		/* Target network mask (IP).  */
    unsigned short int rt_flags;
    short int rt_pad2;
    unsigned long int rt_pad3;
    unsigned char rt_tos;
    unsigned char rt_class;
#if __WORDSIZE == 64
    short int rt_pad4[3];
#else
    short int rt_pad4;
#endif
    short int rt_metric;		/* +1 for binary compatibility!  */
    char *rt_dev;			/* Forcing the device at add.  */
    unsigned long int rt_mtu;		/* Per route MTU/Window.  */
    unsigned long int rt_window;	/* Window clamping.  */
    unsigned short int rt_irtt;		/* Initial RTT.  */
  };

下面是请求參数的值及其功能：

1. SIOCADDRT：往路由表中添加一个表项；
2. SIOCDELRT：往路由表中删除一个表项；

总结

        这章内容基本是环绕 ioctl 函数中的请求參数和第三个參数进行的。感觉不好记忆，由于都是一些參数标志，相关信息还是查看书本上的解说，书本上有给出几个样例。

參考资料：

《Unix 网络编程》

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