ioctl
除了讀取和寫入設備之外，大部分驅動程序還需要另外一種能力，即通過設備驅動程序執行各種類型的硬件控制，通常這種需求使用ioctl方法支持，該方法實現了同名的系統調用；
在用戶空間，ioctl系統調用的原型如下：
1 int ioctl(int d, int request, ...);
原型中的可變參數不是數目不定的一串參數，而只是一個可選參數；可選參數的具體格式依賴於控制命令，也就是第二個參數；某些控制命令不需要參數，某些需要一個整數參數，某些需要一個指針參數；使用指針參數可以向ioctl傳遞任意數據，這樣設備可以與用戶空間交換任意數量的數據；
ioctl系統調用內核中的定義如下：
1 SYSCALL_DEFINE3(ioctl, unsigned int, fd, unsigned int, cmd, unsigned long, arg)
ioctl在file_operations中的函數原型如下：
1 long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long); 2 long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
大多數ioctl的實現都包含了一個switch語句來根據cmd參數選擇對應的操作；不同的命令被賦予不同的數值，為了簡化代碼，通常會在代碼中使用符號名代替數值，這些符號名由c語言的預處理語句定義，訂制設備驅動程序通常會在它們的頭文件中聲明這些符號；
選擇ioctl命令
ioctl命令號碼定義使用了4個為字段，其含義如下：
type：幻數；選擇一個號碼，並在整個驅動程序中使用這個號碼；這個字段是8位寬(_IOC_TYPEBITS)；通常使用一個英文字母；比如#define MY_IOC_MAGIC ‘k’；需要注意避免命令號沖突；
number：序數(順序編號)；是8位寬(_IOC_NRBITS)；通常從0開始順序編號；
direction：如果命令涉及到數據的傳輸，則該位字段定義數據傳輸的方向；可以使用的值包括_IOC_NONE(沒有數據傳輸)、_IOC_READ、_IOC_WRITE、_IOC_READ|_IOC_WRITE(雙向傳輸)；數據傳輸是從應用程序的角度來看的，也就是說，IOC_READ意味着從設備中讀取數據，所以驅動程序必須向用戶空間寫入數據；注意，該字段是一個位掩碼，因此可以使用邏輯AND操作從中分解出_IOC_READ和_IOC_WRITE；
size：所涉及的用戶數據大小；這個字段的寬度與體系結構有關，通常是13或者14位，具體可以通過宏_IOC_SIZEBIT找到針對特定體系結構的具體數值；系統並不強制只用這個字段，也就是說，內核不會檢查這個字段；對該字段的正確使用可以幫助我們檢測用戶程序的錯誤，並且如果我們從不改變相關的數據項大小的話，這個位字段哈可以幫我們實現向后的兼容性；但是，如果需要很大的數據傳輸，則可以忽略這個位字段；
用於構造命令編號的宏如下，其中type和number位字段通過參數傳入，而size位字段通過對datatype參數取sizeof獲取的；
_IO(type,nr)用於構造無參數的命令編號；
_IOR(type,nr,size)用於構造從驅動程序讀取數據的命令編號；
_IOW(type,nr,size)用於構造用用戶空間寫入數據的命令；
_IOWR(type,nr,size)用於雙向傳輸；
用於解開位字段的宏如下：
_IOC_DIR(nr)、_IOC_TYPE(nr)、_IOC_NR(nr)、_IOC_SIZE(nr)；
返回值
ioctl實現通常就是一個基於命令號的switch語句；當命令號不合法時，有些內核函數返回-ENVAL(非法參數)；POSIX標准規定，應該返回-ENOTTY，C庫將這個錯誤碼解釋為不合適的設備ioctl；但是普遍做法是返回-EINVAL；
使用ioctl參數
ioctl的附加參數，如果是個整數，直接使用就可以了，如果是個指針，就需要注意一些問題；
當用一個指針指向用戶空間時，必須確保指向的用戶空間是合法的；對未驗證的用戶空間指針的訪問，可能導致內核oops，系統崩潰或者安全問題；驅動程序應該負責對每個用到的用戶空間地址做適當的檢查，如果是非法地址則應該返回一個錯誤；
copy_from_user和copy_to_user可以安全的與用戶空間交換數據，這兩個函數也可以在ioctl中使用，但是因為ioctl通常涉及較小的數據項，因此可以通過其他方法更有效的操作；為此，我們首先要通過access_ok函數驗證地址，而不傳輸數據，函數聲明如下：<asm-generic/uaccess.h>
1 #define access_ok(type, addr, size) __access_ok((unsigned long)(addr),(size))
第一個參數type應是VERIFY_READ或者VERIFY_RIWTE，取決於要執行的動作是讀取還是寫入用戶空間內存區；addr參數是一個用戶空間地址，size是字節數，如ioctl要從用戶空間讀取一個整數，則size是sizeof(int)；如果在指定地址處既要讀取又要寫入，則應該用VERIFY_WRITE，因為它是VERIFY_READ的超集；
與大多數函數不同，access_ok返回1標識成功，0標識失敗；如果返回失敗，則通常需要返回-EFAULT給調用者；
關於該函數，需要注意兩點：第一，它並沒有完成驗證內存的全部工作，而只是檢查了所引用的內存是否位於進程有對應訪問權限的區域中，特別是要確保訪問的地址沒有指向內核空間的內存區；第二，大多數驅動程序代碼中都不需要真正調用access_ok，因為內存管理程序會處理它；
數據傳送
除了copy_from_user和copy_to_user函數之外，內核還提供了常用的數據大小為1,2,4,8字節優化過的一組函數；
1 #define put_user(x, ptr) 2 #define __put_user(x, ptr) 3 4 #define get_user(x, ptr) 5 #define __get_user(x, ptr)
其中put_user函數把數據x寫到用戶空間；它們相對比較快，當需要傳遞單個數據時，使用這些宏而不是用copy_to_user；由於這些宏在展開時不做類型檢查，所以可以傳遞給put_user任意類型的指針，只要是個用戶空間地址就行；傳遞數據大小依賴於ptr參數的類型，在編譯時由編譯器的內建指令sizeof和typeof確定；總之，若ptr是一個字符指針，就傳遞1個字節，2,4,8字節的情況類似；
put_user已經進行了檢查確保進程可以寫入指定的內存地址，並在成功時返回0，出錯是返回-EFAULT；__put_user則做的檢查少些，它不調用access_ok，但是如果地址指向的用戶不能寫入內存，會出現操作失敗，因為__put_user要在已經使用過access_ok檢查后使用；
get_user從用戶空間接收一個數據，接收的數值保存在局部變量x中，返回值指明了操作是否成功；通用，__get_user應該在操作地址已經被access_ok檢查通過后使用；
如果是不滿足上述的傳遞大小的數值，則必須使用copy_to_user和copy_from_user；
權能與受限操作
權限相關的定義在<uapi/linux/capability.h>中，其中包含了系統能夠理解的所有權能；不修改內核源碼，驅動程序無法定義新的權能；對驅動程序開發來講有意義的權能如下：
CAP_DAC_OVERRIDE
越過文件或者目錄的訪問限制的能力；
CAP_NET_ADMIN
執行網絡管理任務的能力，包括哪些能影響網絡接口的任務；
CAP_SYS_MODULE
載入或者卸載內核模塊的能力
CAP_SYS_RAWIO
執行裸IO操作的能力，例如，訪問設備端口或者直接與USB設備通信；
CAP_SYS_ADMIN
截獲的能力，它提供了訪問許多系統管理操作的途徑；
在執行某項特權操作之前，需要檢查調用進程是否有合適的權能；如果不進行這類檢查，將導致用戶進程執行非授權操作，從而影響系統穩定性和安全性；權能檢查通過capable實現；在<linux/capability.h>中；
1 bool capable(int cap);