《网络编程》ioctl 操作

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-08-06 03:14 154阅读 0赞

### 概述 ###

ioctl 函数和 fcntl 函数类似，都可用于对描述符的操作，获取或设置已打开描述符的属性，但是两个函数在网络编程相关中操作针对不同了类型，fcntl 函数有套接字操作、文件操作，而 ioctl 函数除了可以操作 fcntl 函数可操作的类型之外，还可以进行接口操作、路由表操作、 ARP 高速缓存操作以及流系统操作。

### ioctl 函数 ###

该函数可以实现对已打开描述符进程操作，其定义如下：

/* 函数功能：操作描述符，设置已打开的描述符属性；
     * 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划分为以下 6 类：
     * （1）套接字操作
     * （2）文件操作
     * （3）接口操作
     * （4）ARP高速缓存操作
     * （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如下：
     * （1）非阻塞式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的取值可以如下：
     * 复制文件描述符
     *   F_DUPFD (long)
     * 设置/获取文件描述符标志
     *   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
     */

其中 request 参数以及 arg 地址指向的数据类型与网络相关，以下列出了不同网络类型对应的信息：

![Center][]

下面针对由请求 request 划分的 6 大类进行分析。

### 套接字操作 ###

由上面表格可以知道，在套接字操作中，ioctl 函数的请求 request 参数有 3 可选值，并且这 3 个值对应的第三个参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 函数通过第三个参数指向的整数返回非 0 值；否则返回 0 值；
2.  SIOCGPRP：通过由第三个参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** 设置成由第三个参数指向的整数，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 ###

根据 请求 request 参数和第三个参数不同有以下的内容：

1.  FIONBIO：根据 ioctl 函数第三个参数指向一个 0 值或非 0 值，可清除或设置套接字的非阻塞 I/O 标志；
2.  FIOASYNC：根据 ioctl 函数第三个参数指向一个 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：根据 ioctl 函数第三个参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 ###

需要处理网络接口，首先必须从内核获取配置在系统上的所有接口信息。具体请求 request 参数的取值由上表可知。SIOCGIFCONF：从内核中获取系统中配置的所有接口。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 的第三个参数指向 ifconf 结构。

/* 结构定义如下：*/
    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 高速缓存操作 ###

可以使用 ioctl 函数操作 ARP 高速缓存，ioctl 函数的第三个参数必须指向一个 arpreq 结构，其结构定义如下：

/* 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

以下是请求参数的值及其功能：

1.  SIOCSARP：把一个新的表项添加到 ARP 高速缓存，或修改其中已经存在的一个表项；
2.  SIOCDARP：从 ARP 高速缓存中删除指定的一个表项；
3.  SIOCGARP：从 ARP 高速缓存中获取一个表项；

### 路由表操作 ###

ioctl 函数有 2 个请求可以操作路由，其对应的第三个参数是指向 rtentry 结构的指针，该结构定义如下

/* 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.  */
      };

以下是请求参数的值及其功能：

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

### 总结 ###

这章内容基本是围绕 ioctl 函数中的请求参数和第三个参数进行的，感觉不好记忆，因为都是一些参数标志，相关信息还是查看书本上的讲解，书本上有给出几个例子；

参考资料：

《Unix 网络编程》

[Center]: /images/20220806/f2d50d6fc8fd4a848a9b0524770d5b29.png