概述
在Linux系统中，所有的硬件设备都被抽象为文件，这些文件被称为设备文件。通过使用标准的文件操作函数（比如：open、close、read、write），可以对硬件设备进行控制和数据传输。但对于某些复杂或特定的硬件功能，标准的文件操作可能无法满足需求。这时候，就需要使用ioctl函数来实现更精细的控制。
设备文件
设备文件是Linux系统中用于表示硬件设备的一种特殊文件类型，通常位于/dev目录下。设备文件允许用户空间程序通过文件系统的接口来访问硬件资源，而无需关心底层的具体实现细节。当一个应用程序打开一个设备文件时，实际上是在请求内核提供对该硬件的访问权限。一旦获得了这个权限，程序就可以像对待普通文件一样对设备执行读取、写入等操作。
设备文件主要分为三种类型：字符设备、块设备、网络设备。
1、字符设备。字符设备是以字节流的方式处理数据的，这意味着，它可以逐个字符地读写数据，而每次读写的字节数量不是固定的。字符设备的特点是：它往往代表的是连续的数据流，因此适合那些需要实时响应的设备。字符设备通常不需要缓冲区支持，因为它可以直接与硬件通信。
常见的字符设备有：键盘、鼠标、打印机、调制解调器、虚拟终端、串行端口等。
2、块设备。块设备以固定大小的数据块为单位来处理数据，每个块的大小通常是512字节或更大。块设备的特点是：它更适合大批量的数据传输，并且由于缓存的存在，能够提供更好的性能优化。块设备依赖于操作系统提供的缓存机制，以便提高读写效率。
常见的块设备有：SATA硬盘、固态硬盘、CD-ROM、DVD-ROM、USB闪存盘等。
3、网络设备。网络设备通常不会作为文件系统中的设备文件出现，但在一些特殊情况下，它也可以被表示为设备文件（比如：/dev/net/tun等隧道设备）。网络设备主要用于发送和接收数据包，其工作方式不同于传统的字符设备和块设备，因为它处理的是网络协议层的数据包，而非简单的字节流和数据块。
常见的网络设备有：有线网卡、无线网卡、蓝牙设备、隧道设备等。
除了上面三种主要类型之外，还有其他一些特殊的设备文件。
1、伪设备。/dev/null为黑洞设备，所有写入它的数据都会被丢弃。/dev/zero提供无限数量的零值字节。/dev/random和/dev/urandom则提供了随机数生成。
2、FIFO。即命名管道，一种特殊的文件类型，它允许不同进程之间进行通信。
ioctl
有时候，普通的文件操作不足以完成我们想要做的事情，比如：调整声卡的音量、或改变显示器的亮度。这些操作通常需要直接访问硬件，而不仅仅是读取或写入数据。此时，ioctl就派上用场了。它就像是给硬件发送一封特殊的信件，告诉它做某些特殊的事情。ioctl函数的原型如下。
int ioctl(int fd, int request, ... /* arg */ );各个参数和返回值的含义如下。
fd：设备文件的文件描述符。
request：命令码，用来告诉硬件我们想要执行什么操作。每个设备都有自己的一套命令码，有点像不同硬件有不同的方言。
arg：可选参数，根据不同的请求，可能是一个指针指向某个结构体，也可能是一个简单的整数。它包含了我们想要传递给硬件的信息，比如：要设置的新值。
返回值：成功时返回0，失败时返回-1，并设置errno来指定具体的错误原因。
在下面的实战代码中，我们首先创建了一个UDP套接字。然后，使用ioctl发送了一个SIOCGIFADDR命令码，以获取指定网络接口eth0的IP地址。SIOCGIFADDR命令码告诉操作系统我们要查询该接口的地址信息，ifreq结构体用于携带命令的参数和返回的结果。
#include <stdio.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <net/if.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
int main()
{
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
struct ifreq ifr;
strcpy(ifr.ifr_name, "eth0");
// 获取网络接口的IP地址
if (ioctl(sockfd, SIOCGIFADDR, &ifr) == 0)
{
struct sockaddr_in *pAddr = (struct sockaddr_in *)&ifr.ifr_addr;
char *pszIP = inet_ntoa(pAddr->sin_addr);
printf("IP address: %s\n", pszIP);
}
else
{
printf("ioctl failed\n");
}
close(sockfd);
return 0;
}
