聊聊新版RT-Thread內(nèi)核中的鉤子

GitHub：https://github.com/RT-Thread/rt-thread

Gitee：https://gitee.com/rtthread/rt-thread?_from=gitee_search

歡迎star！

1、綜述

從4.1.0版本開始，RT-Thread在保證向前兼容的基礎(chǔ)上對原有的HOOK方式進行了改進，實現(xiàn)了如下的效果：

與原有使用函數(shù)指針進行“運行時刻”HOOK的方式兼容，依賴原有方式進行代碼插入或HOOK的模塊無需修改；

使用RT_USING_HOOK作為總開關(guān)

當(dāng)未定義該宏時，將關(guān)閉所有HOOK功能，也不再生成任何相關(guān)代碼

當(dāng)定義該宏時，在未開啟傳統(tǒng)“函數(shù)指針HOOK”時，默認(rèn)情況下也不再生成額外代碼

允許用戶通過“插入宏的方式”在編譯時刻精細(xì)控制具體HOOK哪個位置

可以插入任意代碼塊——其中就包括函數(shù)指針、對普通函數(shù)的調(diào)用等等

2、使用方法

2.1 總開關(guān)

在rtconfig.h定義宏開關(guān)RT_USING_HOOK將開啟HOOK功能。默認(rèn)情況下，在該宏未定義時，所有HOOK功能都將被強制關(guān)閉，不會生成任何代碼。

2.2 向前兼容

在4.1.0之前，RT-Thread提供了一套基于函數(shù)指針運行時注冊的HOOK機制。新版本中，在開啟HOOK功能的前提下，定義宏開關(guān)RT_HOOK_USING_FUNC_PTR將開啟與過去相同的基于函數(shù)指針運行時注冊的HOOK機制，實現(xiàn)向前兼容。

需要特別說明的是：

該機制的優(yōu)點：在運行時刻允許用戶動態(tài)修改HOOK函數(shù)；

其缺點是：即便用戶并未使用對應(yīng)的HOOK，該機制也將生成對應(yīng)的代碼，并在運行時刻略微占用一些幾乎可以忽略不計的CPU周期數(shù)。

2.3 使用插入宏實現(xiàn)定點精細(xì)HOOK

無論用戶是否定義了宏RT_HOOK_USING_FUNC_PTR，新的HOOK機制都允許用戶“定點”、“精細(xì)”的對RT-Thread的任意錨點進行HOOK。具體方法為：在rtconfig.h(或其直接、間接包含的頭文件)中按照如下的格式定義插入宏：

#define __on_<錨點名稱>(<形參列表>)   
    do {                           
        /* 你要插入的任意代碼 */      
    } while(0)

以內(nèi)核的調(diào)度錨點rt_scheduler_hook為例，它的"等效"函數(shù)原型如下：

void __on_rt_scheduler_hook(struct rt_thread *from, struct rt_thread *to);

因此，我們只需要在rtconfig.h(或其直接、間接包含的頭文件)中定義如下的宏：

#define __on_rt_scheduler_hook(__from, __to)   
    do {                                       
        /* 你要插入的任意代碼 */                  
    } while(0)

就可以將任意代碼插入到錨點rt_scheduler_hook在scheduler.c中的對應(yīng)位置上。實際上，所有錨點的名稱都與過去函數(shù)指針的名稱相同。

除了插入代碼塊以外，一般插入宏會被用來將目標(biāo)錨點直接替換為“對用戶指定函數(shù)的調(diào)用”，比如，在上述例子中，假設(shè)用戶想在調(diào)度器切換線程時調(diào)用一個指定的函數(shù)my_scheduler_notifier()，則可以修改插入宏為：

#define __on_rt_scheduler_hook(__from, __to)   
    my_scheduler_notifier((__from), (__to))

這里存在一個明顯的問題，即，一般來說錨點所在的c源文件并不知道用戶目標(biāo)函數(shù)的原型（function prototype），因此編譯器會報告"implicit function declaration" 一類的警告，甚至?xí)⑵湟曌骶幾g錯誤。為了避免這類情況的發(fā)生，我們可以在定義插入宏時順便引入對應(yīng)的函數(shù)原型：

extern void my_scheduler_notifier(struct rt_thread *from, struct rt_thread *to);

#define __on_rt_scheduler_hook(__from, __to)   
    my_scheduler_notifier((__from), (__to))

2.4 注意事項

插入宏的方式優(yōu)先級高于函數(shù)指針方式，即：當(dāng)你同時使用兩種方法對同一個錨點進行HOOK時，插入宏的方式將覆蓋（Override）掉對應(yīng)的函數(shù)指針HOOK。

RT-Thread一般不推薦用戶直接修改rtconfig.h也不推薦在其中添加額外的代碼：比如用戶函數(shù)的原型等等。為了解決這一問題，通常有兩個方案：

在rtconfig.h中包含一個專門存放用戶HOOK的頭文件，比如：

//! rtconfg.h
...
#include “user_hook.h”

在編譯選項中以全局頭文件包含的形式將專門存放用戶HOOK的頭文件引用進來，比如：

在gcc、clang和arm compiler 6中使用-include "<頭文件>"的方式:

-include "user_hook.h"

在arm compiler 5中使用--preinclude=頭文件的方式:

--preinclude="user_hook.h"