Android ioctl 第二个参数命令码以及BINDER_FREEZE示例

1. _IOC_NRSHIFT _IOC_TYPESHIFT _IOC_SIZESHIFT _IOC_DIRSHIFT

宏定义了命令码中各字段的二进制偏移量，用于将不同参数定位到命令码的特定位置

#define _IOC_NRBITS 8
#define _IOC_TYPEBITS 8
#define _IOC_SIZEBITS 14
#define _IOC_NRSHIFT 0
#define _IOC_TYPESHIFT (_IOC_NRSHIFT + _IOC_NRBITS)
#define _IOC_SIZESHIFT (_IOC_TYPESHIFT + _IOC_TYPEBITS)
#define _IOC_DIRSHIFT (_IOC_SIZESHIFT + _IOC_SIZEBITS)

​​_IOC_DIRSHIFT​​
​​作用​​：方向（dir）字段的起始位偏移量。
​​值​​：30（大小占 14 位后，方向从第 30 位开始）。
​​计算逻辑​​：_IOC_SIZESHIFT + _IOC_SIZEBITS = 16 + 14 = 30。

_IOC_TYPESHIFT​​
​​作用​​：类型（type，即幻数）字段的起始位偏移量。
​​值​​：8（序号占 8 位后，类型从第 8 位开始）。
​​计算逻辑​​：_IOC_NRSHIFT + _IOC_NRBITS = 0 + 8 = 8

_IOC_NRSHIFT​​
​​作用​​：序号（nr）字段的起始位偏移量。
​​值​​：0（序号是命令码的第一个字段，从最低位开始）。
​​计算逻辑​​：序号占 _IOC_NRBITS（8 位），因此其偏移量为 0。

_IOC_SIZESHIFT​​
​​作用​​：数据大小（size）字段的起始位偏移量。
​​值​​：16（类型占 8 位后，大小从第 16 位开始）。
​​计算逻辑​​：_IOC_TYPESHIFT + _IOC_TYPEBITS = 8 + 8 = 16。

2. _IOC_TYPECHECK

此宏用于验证数据类型的大小是否合法，并生成数据大小字段的值

#define _IOC_TYPECHECK(t) (sizeof(t))

计算数据类型 t 的大小（通过 sizeof）。
确保数据大小不超过 14 位能表示的最大值（即 16383 字节）。

3. _IOC

通过 _IOC 宏将各字段组合为最终的命令码

#define _IOC(dir, type, nr, size) \
    (((dir) << _IOC_DIRSHIFT) | \
     ((type) << _IOC_TYPESHIFT) | \
     ((nr) << _IOC_NRSHIFT) | \
     ((size) << _IOC_SIZESHIFT))

4. BINDER_FREEZE

1. 命令定义分解

#define BINDER_FREEZE      _IOW('b', 14, struct binder_freeze_info)

#define _IOW(type,nr,size)  _IOC(_IOC_WRITE, (type), (nr), (_IOC_TYPECHECK(size)))

#define _IOC(dir,type,nr,size) \
    (((dir)  << _IOC_DIRSHIFT) | \
     ((type) << _IOC_TYPESHIFT) | \
     ((nr)   << _IOC_NRSHIFT) | \
     ((size) << _IOC_SIZESHIFT))

2. 命令码的二进制结构

一个 ioctl 命令码是 ​​32位整数​​，按以下分段：
所谓幻数就是类型的意思。

3. 具体计算示例

假设 struct binder_freeze_info 的大小为 ​​12 字节​​：
各字段二进制位置：

// 1. 方向 _IOC_WRITE (写操作)
方向位 = 1 << 30 (0x40000000)
// 2. 幻数 'b' (ASCII码 0x62)
幻数位 = 0x62 << 24 (0x62000000)
// 3. 序号 14
序号位 = 14 << 16 (0x000E0000)
// 4. 数据大小 12
大小位 = 12 << 0 (0x0000000C)

命令码 = 0x40000000 | 0x62000000 | 0x000E0000 | 0x0000000C 
       = 0x62 00 E0 0C → 十六进制表示为 0x62E00C

4. 关键设计思想

为何需要如此复杂的宏？

1. ​​类型安全​​：
   _IOC_TYPECHECK(size) 确保用户空间传递的结构体大小与内核一致，避免内存越界。
2. ​​方向明确​​：
   明确数据流向（_IOC_READ/_IOC_WRITE），驱动无需猜测用户意图。
3. ​​幻数隔离​​：
   不同驱动的幻数不同（如 Binder 用 ‘b’，USB 用 ‘U’），避免命令码冲突。