(十五)ioctl、ifreq、ifconf

ioctl操作

 

传统上ioctl函数是用于那些普遍使用，但不适合归入其他类别的任何特性的系统接 口。Posix去掉了ioctl，它通过

创建特殊的其功能已被Posix标准化的包裹函数来代替ioctl。这一章介绍和网络 编程有关的ioctl操作。

 

1. ioctl函数

 

int ioctl(int d, int request, ...);

 

和网络有关的ioctl请求有6类：

套接口操作

文件操作

接口操作

ARP高速缓存操作

路由表操作

流系统

2. 套接口操作

 

类别	请求	描述	数据类型
套接口	SIOCATMASK	在带外标志上吗	int
	SIOCSPGRP	设置套接口的进程ID和进程组ID	int
	SIOCGPGPR	获取套接口的进程ID和进程组ID	int

 

SIOCATMASK： 如果套接口的读指针在带外标志上，则通过第三个参数指向的整数返回一个非零值，否则返回零。

3. 文件操作

 

类别	请求	描述	数据类型
文件操作	FIONBIO	设置/清除非阻塞标志	int
	FIOASYNC	设置/清除异步I/O标志	int
	FIONREAD	获取接收缓冲区中数据的字节数	int
	FIOSETOWN	设置文件的进程ID或进程组ID	int
	FIOGETOWN	获取文件的进程ID或进程组ID	int

 

FIONBIO： 这个请求和用fcntl的F_SETFL命令设置和清除O_NONBLOCK标志效果相同。

 

4. 接口配置

类别	请求	描述	数据类型
接口	SIOCGIFCONF	获取所有接口的列表	struct ifconf
	SIOCSIFADDR	设置接口地址	struct ifreq
	SIOCGIFADDR	获取接口地址	struct ifreq
	SIOCSIFFLAGS	设置接口标志	struct ifreq
	SIOCGIFFLAGS	获取接口标志	struct ifreq
	SIOCSIFDSTADDR	设置点对点地址	struct ifreq
	SIOCGIFDSTADDR	获取点对点地址	struct ifreq
	SIOCGIFBRDADDR	获取广播地址	struct ifreq
	SIOCSIFBRDADDR	设置广播地址	struct ifreq
	SIOCGIFNETMASK	获取子网掩码	struct ifreq
	SIOCSIFNETMASK	设置子网掩码	struct ifreq
	SIOCGIFMETRIC	获取接口的测度(metric)	struct ifreq
	SIOCSIFMETRIC	设置接口的测度(metric)	struct ifreq
	SIOCxxx

 

 

 

5. ARP

 

类别	请求	描述	数据类型
ARP	SIOCSARP	创建/修改ARP项	struct arpreq
	SIOCGARP	获取ARP项	struct arpreq
	SIOCDARP	删除ARP项	struct arpreq

 

 

6. 路由

 

类别	请求	描述	数据类型
路由	SIOCADDRT	增加路径	struct rtentry
	SIOCDELRT	删除路径	struct rtentry

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套接口ioctl函数

#include <unistd.h>
int ioctl(int fd, int request, … /* void *arg */ );
返回：成功返回0，出错返回-1。

第三个参数总是一个指针，但指针的类型依赖于request。

ioctl和网络有关的请求可分为如下6类：

类别	request	描述	数据类型
套接口	SIOCATMARK	在带外标志上吗	int
	SIOCSPGRP	设置套接口的进程ID或进程组ID	int
	SIOCGPGRP	获取套接口的进程ID或进程组ID	int
文件	FIONBIO	设置/清除非阻塞标志	int
	FIOASYNC	设置/清除异步I/O标志	int
	FIONREAD	获取接收缓冲区中的字节数	int
	FIOSETOWN	设置文件的进程ID或进程组ID	int
	FIOGETOWN	获取文件的进程ID或进程组ID	int
接口	SIOCGIFCONF	获取所有接口的列表	struct ifconf
	SIOCSIFADDR	设置接口地址	struct ifreq
	SIOCGIFADDR	获取接口地址	struct ifreq
	SIOCSIFFLAGS	设置接口标志	struct ifreq
	SIOCGIFFLAGS	获取接口标志	struct ifreq
	SIOCSIFDSTADDR	设置点到点地址	struct ifreq
	SIOCGIFDSTADDR	获取点到点地址	struct ifreq
	SIOCGIFBRDADDR	获取广播地址	struct ifreq
	SIOCSIFBRDADDR	设置广播地址	struct ifreq
	SIOCGIFNETMASK	获取子网掩码	struct ifreq
	SIOCSIFNETMASK	设置子网掩码	struct ifreq
	SIOCGIFMETRIC	获取接口的测度（metric）	struct ifreq
	SIOCSIFMETRIC	设置接口的测度（metric）	struct ifreq
	SIOCxxx	（有很多，依赖于实现）
ARP	SIOCSARP	创建/修改ARP项	struct arpreq
	SIOCGARP	获取ARP项	struct arpreq
	SIOCDARP	删除ARP项	struct arpreq
路由	SIOCADDRT	增加路径	struct rtentry
	SIOCDELRT	删除路径	struct rtentry

 

(1)套接口操作

• SIOCATMARK：如果套接口的读指针当前在带外标志上，则通过第三个参数指向的整数返回一个非零值，否则返回零。Posix.1g 用sockatmark代替了这种请求。
• SIOCGPGRP：通过第三个参数指向的整数返回为接收来自这个套接口的SIGIO或SIGURG信号而设置的进程ID或进程组ID。 这和fcntl的F_GETOWN相同。
• SIOCSPGRP：用第三个参数指向的整数设置进程ID或进程组ID以接收这个套接口的SIGIO或SIGURG信号。这和fcntl 的F_SETOWN相同。

(2)文件操作

• FIONBIO：套接口的非阻塞标志会根据第三个参数指向的值是否为零而清除或设置。等价于fcntl的F_SETFL设置/清除 O_NONBLOCK标志。
• FIOASYNC：根据第三个参数指向的值是否为零决定清除或接收套接口上的异步I/O信号。等价于fcntl的F_SETFL设置和清 除O_AYNC标志。
• FIONREAD：在第三个参数指向的整数中返回套接口接收缓冲区中当前的字节数。
• FIOSETOWN：在套接口上等价于SIOCSPGRP。
• FIOGETOWN：在套接口上等价于SIOCGPGRP。

(3)接口配置

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。

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

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。

一个实现获取所有接口的程序，可参见unpv12e：lib/get_ifi_info.c

(4)接口操作

• SIOCGIFCONF：从内核中获取系统中配置的所有接口。

(5)ARP高速缓存操作

(6)路由表操作

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NAME

netdevice - 底层访问 Linux 网络设备.

总览 (SYNOPSIS)

#include <sys/ioctl.h> 
#include <net/if.h>

描述 (DESCRIPTION)

本手册 描述 用于 配置 网络设备 的 套接字(socket) 接口.

Linux 支持 一些 配置 网络设备 的 标准 ioctl. 他们 用于 任意的 套接字 描述符, 而 无须 了解 其 类型 或 系列. 他们 传递 一个 ifreq 结构:

struct ifreq
{
    char            ifr_name[IFNAMSIZ];   /* Interface name */
    union {
                    struct sockaddr       ifr_addr;
                    struct sockaddr       ifr_dstaddr;
                    struct sockaddr       ifr_broadaddr;
                    struct sockaddr       ifr_netmask;
                    struct sockaddr       ifr_hwaddr;
                    short                 ifr_flags;
                    int                   ifr_ifindex;
                    int                   ifr_metric;
                    int                   ifr_mtu;
                    struct ifmap          ifr_map;
                    char                  ifr_slave[IFNAMSIZ];
                    char                  ifr_newname[IFNAMSIZ];
                    char *                ifr_data;
    };
}

struct ifconf 
{ 
    int ifc_len;                          /* size of buffer */
    union {            
                    char *                ifc_buf; /* buffer address */ 
                    struct ifreq *ifc_req; /* array of structures */
    };  
};     

一般说来, ioctl 通过 把 ifr_name 设置为 接口 的 名字 来 指定 将要 操作 的 设备. 结构的 其他成员 可以 分享 内存.

IOCTLS

如果 某个 ioctl 标记为 特权操作, 那么 操作时 需要 有效uid 为 0, 或者 拥有 CAP_NET_ADMIN 能力. 否则 将 返回 EPERM .

SIOCGIFNAME

给定 ifr_ifindex, 返回 ifr_name 中 的 接口名字. 这是 唯一 返回 ifr_name 内容 的 ioctl.

SIOCGIFINDEX

把 接口 的 索引 存入 ifr_ifindex.

SIOCGIFFLAGS, SIOCSIFFLAGS

读取 或 设置 设备的 活动标志字. ifr_flags 包含 下列值 的 屏蔽位:

设备标志
IFF_UP	接口正在运行.
IFF_BROADCAST	有效的广播地址集.
IFF_DEBUG	内部调试标志.
IFF_LOOPBACK	这是自环接口.
IFF_POINTOPOINT	这是点到点的链路接口.
IFF_RUNNING	资源已分配.
IFF_NOARP	无arp协议, 没有设置第二层目的地址.
IFF_PROMISC	接口为杂凑(promiscuous)模式.
IFF_NOTRAILERS	避免使用trailer .
IFF_ALLMULTI	接收所有组播(multicast)报文.
IFF_MASTER	主负载平衡群(bundle).
IFF_SLAVE	从负载平衡群(bundle).
IFF_MULTICAST	支持组播(multicast).
IFF_PORTSEL	可以通过ifmap选择介质(media)类型.
IFF_AUTOMEDIA	自动选择介质.
IFF_DYNAMIC	接口关闭时丢弃地址.

设置 活动标志字 是 特权操作, 但是 任何进程 都可以 读取 标志字.

SIOCGIFMETRIC, SIOCSIFMETRIC

使用 ifr_metric 读取 或 设置 设备的 metric 值. 该功能 目前 还没有 实现. 读取操作 使 ifr_metric 置 0, 而 设置操作 则 返回 EOPNOTSUPP.

SIOCGIFMTU, SIOCSIFMTU

使用 ifr_mtu 读取 或 设置 设备的 MTU(最大传输单元). 设置 MTU 是 特权操作. 过小的 MTU 可能 导致 内核 崩溃.

SIOCGIFHWADDR, SIOCSIFHWADDR

使用 ifr_hwaddr 读取 或 设置 设备的 硬件地址. 设置 硬件地址 是 特权操作.

SIOCSIFHWBROADCAST

使用 ifr_hwaddr 读取 或 设置 设备的 硬件广播地址. 这是个 特权操作.

SIOCGIFMAP, SIOCSIFMAP

使用 ifr_map 读取 或 设置 接口的 硬件参数. 设置 这个参数 是 特权操作.

struct ifmap 
{
    unsigned long   mem_start;
    unsigned long   mem_end;
    unsigned short  base_addr; 
    unsigned char   irq;                  
    unsigned char   dma; 
    unsigned char   port; 
};

对 ifmap 结构 的 解释 取决于 设备驱动程序 和 体系结构.

SIOCADDMULTI, SIOCDELMULTI

使用 ifr_hwaddr 在 设备的 链路层 组播过滤器 (multicase filter) 中 添加 或 删除 地址. 这些是 特权操作. 参看 packet(7).

SIOCGIFTXQLEN, SIOCSIFTXQLEN

使用 ifr_qlen 读取 或 设置 设备的 传输队列长度. 设置 传输队列长度 是 特权操作.

SIOCSIFNAME

把 ifr_ifindex 中 指定的 接口名字 改成 ifr_newname. 这是个 特权操作.

SIOCGIFCONF

返回 接口地址(传输层) 列表. 出于 兼容性, 目前 只代表 AF_INET 地址. 用户 传送 一个 ifconf 结构 作为 ioctl 的 参数. 其中 ifc_req 包含 一个 指针 指向 ifreq 结构数组, 他的 长度 以字节 为单位 存放在 ifc_len 中. 内核 用 所有 当前的 L3(第三层?) 接口地址 填充 ifreqs, 这些 接口 正在 运行: ifr_name 存放 接口名字 (eth0:1等), ifr_addr 存放 地址. 内核 在 ifc_len 中 返回 实际长度; 如果 他 等于 初始长度, 表示 溢出了, 用户 应该 换一个 大些的 缓冲区 重试 一下. 没有 发生 错误时 ioctl 返回 0, 否则 返回 -1, 溢出 不算 错误.