背景
传统的操作系统可以分成两层，用户层和内核层。内核代码处理敏感资源同时在不同应用程序中间提供了安全且可信的隔离，出于此，操作系统要阻止用户态的程序直接访问内核资源。用户空间的程序通常发出一个给内核的请求，该请求称为系统调用，它的实现代码在内核层。操作系统提供了内核访问标准外部设备的系统调用，因为大多数硬件设备只能够在内核空间内直接寻址,但是当访问非标准硬件设备这些系统调用显得不合适,有时候用户模式可能需要直接访问设备，比如，一个系统管理员可能要修改网卡的配置。现代操作系统提供了各种各样设备的支持，有一些设备可能没有被内核设计者考虑到，如此一来提供一个这样的系统调用来使用设备就变得不可能了。
为了解决这个问题，内核被设计成可扩展的，可以加入一个称为设备驱动的模块，驱动的代码允许在内核空间运行而且可以对设备直接寻址。一个Ioctl接口是一个独立的系统调用，通过它用户空间可以跟设备驱动沟通。对设备驱动的请求是一个以设备和请求号码为参数的Ioctl调用，如此内核就允许用户空间访问设备驱动进而访问设备而不需要了解具体的设备细节，同时也不需要一大堆针对不同设备的系统调用。
百度百科对ioctl的介绍
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在计算机中，ioctl(input/output control)是一个专用于设备输入输出操作的系统调用,该调用传入一个跟设备有关的请求码，系统调用的功能完全取决于请求码。
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ioctl是设备驱动程序中对设备的I/O通道进行管理的函数。所谓对I/O通道进行管理，就是对设备的一些特性进行控制
ioctl函数
int ioctl(int fd, ind cmd, …)；
其中fd就是用户程序打开设备时使用open函数返回的文件描述符，cmd就是用户程序对设备的控制命令，至于后面的省略号，那是一些补充参数，一般最多一个，有或没有是和cmd的意义相关的。
ioctl函数的作用
- 使用ioctl来实现控制的功能。用户程序所作的只是通过命令码(cmd)告诉驱动程序它想做什么，至于怎么解释这些命令和怎么实现这些命令，这都是驱动程序要做的事情。
- 是内核空间与用户空间通信的一种方式，用户程序可以通过调用ioctl函数来实现将一个cmd传给内核，而内核驱动根据switch case来实现预先设定好cmd对应执行的相关程序。
- ioctl 是设备驱动程序中设备控制接口函数，一个字符设备驱动通常会实现设备打开、关闭、读、写等功能，在一些需要细分的情境下，如果需要扩展新的功能，通常以增设 ioctl() 命令的方式实现。
ioctl参数
cmd的构成
| 设备类型 | 序列号 | 方向 | 数据尺寸 |
|---|---|---|---|
| 8 bit | 8 bit | 2 bit | 8~14 bit |
| ---------- | -------- | ------ | -------- |
- dir（direction），ioctl 命令访问模式（数据传输方向），占据 2 bit，可以为_IOC_NONE、_IOC_READ、_IOC_WRITE、_IOC_READ | _IOC_WRITE，分别指示了四种访问模式：无数据、读数据、写数据、读写数据；
- type（device type），设备类型，占据 8 bit，在一些文献中翻译为 “幻数” 或者 “魔数”，可以为任意 char 型字符，例如‘a’、’b’、’c’ 等等，其主要作用是使 ioctl 命令有唯一的设备标识；
- nr（number），命令编号/序数，占据 8 bit，可以为任意 unsigned char 型数据，取值范围 0~255，如果定义了多个 ioctl 命令，通常从 0 开始编号递增；
- size，涉及到 ioctl 函数 第三个参数 arg ，占据 13bit 或者 14bit（体系相关，arm 架构一般为 14 位），指定了 arg 的数据类型及长度，如果在驱动的 ioctl 实现中不检查，通常可以忽略该参数；
参数说明
- cmd参数在用户程序端由一些宏根据设备类型、序列号、传送方向、数据尺寸等生成，这个整数通过系统调用传递到内核中的驱动程序，再由驱动程序使用解码宏从这个整数中得到设备的类型、序列号、传送方向、数据尺寸等信息，然后通过switch{case}结构进行相应的操作。
- 这样一来，一个命令就变成了一个整数形式的命令码；但是命令码非常的不直观，所以Linux Kernel中提供了一些宏。这些宏可根据便于理解的字符串生成命令码，或者是从命令码得到一些用户可以理解的字符串以标明这个命令对应的设备类型、设备序列号、数据传送方向和数据传输尺寸。
ioctl理解
- ioctl其实没有什么很难的东西需要理解，关键是理解cmd命令码是怎么在用户程序里生成并在驱动程序里解析的，程序员最主要的工作量在switch{case}结构中，因为对设备的I/O控制都是通过这一部分的代码实现的。
- 把ioctl当做特殊的read,write, 当你用read，write不能完成某一功能时，就用考虑使用ioctl
- 一些没办法归类的函数就统一放在ioctl这个函数操作中，通过指定的命令来实现对应的操作。所以，ioctl函数里面都实现了多个的对硬件的操作，通过应用层传入的命令来调用相应的操作。
说明
如上只是帮助我们理解，如何运用在后面我们会用简单demo来说明框架原理。
