聊聊新版RT-Thread内核中的钩子

1、综述

从4.1.0版本开始，RT-Thread在保证向前兼容的基础上对原有的HOOK方式进行了改进，实现了如下的效果：

• 与原有使用函数指针进行“运行时刻”HOOK的方式兼容，依赖原有方式进行代码插入或HOOK的模块无需修改；
• 使用RT_USING_HOOK作为总开关
  • 当未定义该宏时，将关闭所有HOOK功能，也不再生成任何相关代码
  • 当定义该宏时，在未开启传统“函数指针HOOK”时，默认情况下也不再生成额外代码
• 允许用户通过“插入宏的方式”在编译时刻精细控制具体HOOK哪个位置
  • 可以插入任意代码块——其中就包括函数指针、对普通函数的调用等等

2、使用方法

2.1 总开关

在rtconfig.h定义宏开关RT_USING_HOOK将开启HOOK功能。默认情况下，在该宏未定义时，所有HOOK功能都将被强制关闭，不会生成任何代码。

2.2 向前兼容

在4.1.0之前，RT-Thread提供了一套基于函数指针运行时注册的HOOK机制。新版本中，在开启HOOK功能的前提下，定义宏开关RT_HOOK_USING_FUNC_PTR将开启与过去相同的基于函数指针运行时注册的HOOK机制，实现向前兼容。

需要特别说明的是：

• 该机制的优点：在运行时刻允许用户动态修改HOOK函数；
• 其缺点是：即便用户并未使用对应的HOOK，该机制也将生成对应的代码，并在运行时刻略微占用一些几乎可以忽略不计的CPU周期数。

2.3 使用插入宏实现定点精细HOOK

无论用户是否定义了宏RT_HOOK_USING_FUNC_PTR，新的HOOK机制都允许用户“定点”、“精细”的对RT-Thread的任意锚点进行HOOK。具体方法为：在rtconfig.h(或其直接、间接包含的头文件)中按照如下的格式定义插入宏：

#define __on_<锚点名称>(<形参列表>)   \
    do {                           \
        /* 你要插入的任意代码 */      \
    } while(0)

以内核的调度锚点rt_scheduler_hook为例，它的"等效"函数原型如下：

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

因此，我们只需要在rtconfig.h(或其直接、间接包含的头文件)中定义如下的宏：

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

就可以将任意代码插入到锚点rt_scheduler_hook在scheduler.c中的对应位置上。实际上，所有锚点的名称都与过去函数指针的名称相同。

除了插入代码块以外，一般插入宏会被用来将目标锚点直接替换为“对用户指定函数的调用”，比如，在上述例子中，假设用户想在调度器切换线程时调用一个指定的函数my_scheduler_notifier()，则可以修改插入宏为：

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

这里存在一个明显的问题，即，一般来说锚点所在的c源文件并不知道用户目标函数的原型（function prototype），因此编译器会报告"implicit function declaration" 一类的警告，甚至会将其视作编译错误。为了避免这类情况的发生，我们可以在定义插入宏时顺便引入对应的函数原型：

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 注意事项

• 插入宏的方式优先级高于函数指针方式，即：当你同时使用两种方法对同一个锚点进行HOOK时，插入宏的方式将覆盖（Override）掉对应的函数指针HOOK。
• RT-Thread一般不推荐用户直接修改rtconfig.h也不推荐在其中添加额外的代码：比如用户函数的原型等等。为了解决这一问题，通常有两个方案：
  • 在rtconfig.h中包含一个专门存放用户HOOK的头文件，比如： //! rtconfg.h ... #include “user_hook.h”
  • 在编译选项中以全局头文件包含的形式将专门存放用户HOOK的头文件引用进来，比如： 在gcc、clang和arm compiler 6中使用 -include "<头文件>"的方式: -include "user_hook.h" 在arm compiler 5中使用--preinclude=头文件的方式: --preinclude="user_hook.h"