chiark / gitweb /
Reduce random pick interval
[disorder] / server / speaker.c
1 /*
2  * This file is part of DisOrder
3  * Copyright (C) 2005-2008 Richard Kettlewell
4  * Portions (C) 2007 Mark Wooding
5  *
6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
7  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
8  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
9  * (at your option) any later version.
10  *
11  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
12  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14  * General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
17  * along with this program; if not, write to the Free Software
18  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307
19  * USA
20  */
21 /** @file server/speaker.c
22  * @brief Speaker process
23  *
24  * This program is responsible for transmitting a single coherent audio stream
25  * to its destination (over the network, to some sound API, to some
26  * subprocess).  It receives connections from decoders (or rather from the
27  * process that is about to become disorder-normalize) and plays them in the
28  * right order.
29  *
30  * @b Encodings.  For the <a href="http://www.alsa-project.org/">ALSA</a> API,
31  * 8- and 16- bit stereo and mono are supported, with any sample rate (within
32  * the limits that ALSA can deal with.)
33  *
34  * Inbound data is expected to match @c config->sample_format.  In normal use
35  * this is arranged by the @c disorder-normalize program (see @ref
36  * server/normalize.c).
37  *
38 7 * @b Garbage @b Collection.  This program deliberately does not use the
39  * garbage collector even though it might be convenient to do so.  This is for
40  * two reasons.  Firstly some sound APIs use thread threads and we do not want
41  * to have to deal with potential interactions between threading and garbage
42  * collection.  Secondly this process needs to be able to respond quickly and
43  * this is not compatible with the collector hanging the program even
44  * relatively briefly.
45  *
46  * @b Units.  This program thinks at various times in three different units.
47  * Bytes are obvious.  A sample is a single sample on a single channel.  A
48  * frame is several samples on different channels at the same point in time.
49  * So (for instance) a 16-bit stereo frame is 4 bytes and consists of a pair of
50  * 2-byte samples.
51  */
52
53 #include <config.h>
54 #include "types.h"
55
56 #include <getopt.h>
57 #include <stdio.h>
58 #include <stdlib.h>
59 #include <locale.h>
60 #include <syslog.h>
61 #include <unistd.h>
62 #include <errno.h>
63 #include <ao/ao.h>
64 #include <string.h>
65 #include <assert.h>
66 #include <sys/select.h>
67 #include <sys/wait.h>
68 #include <time.h>
69 #include <fcntl.h>
70 #include <poll.h>
71 #include <sys/un.h>
72 #include <sys/stat.h>
73
74 #include "configuration.h"
75 #include "syscalls.h"
76 #include "log.h"
77 #include "defs.h"
78 #include "mem.h"
79 #include "speaker-protocol.h"
80 #include "user.h"
81 #include "speaker.h"
82 #include "printf.h"
83 #include "version.h"
84
85 /** @brief Linked list of all prepared tracks */
86 struct track *tracks;
87
88 /** @brief Playing track, or NULL */
89 struct track *playing;
90
91 /** @brief Number of bytes pre frame */
92 size_t bpf;
93
94 /** @brief Array of file descriptors for poll() */
95 struct pollfd fds[NFDS];
96
97 /** @brief Next free slot in @ref fds */
98 int fdno;
99
100 /** @brief Listen socket */
101 static int listenfd;
102
103 static time_t last_report;              /* when we last reported */
104 static int paused;                      /* pause status */
105
106 /** @brief The current device state */
107 enum device_states device_state;
108
109 /** @brief Set when idled
110  *
111  * This is set when the sound device is deliberately closed by idle().
112  */
113 int idled;
114
115 /** @brief Selected backend */
116 static const struct speaker_backend *backend;
117
118 static const struct option options[] = {
119   { "help", no_argument, 0, 'h' },
120   { "version", no_argument, 0, 'V' },
121   { "config", required_argument, 0, 'c' },
122   { "debug", no_argument, 0, 'd' },
123   { "no-debug", no_argument, 0, 'D' },
124   { "syslog", no_argument, 0, 's' },
125   { "no-syslog", no_argument, 0, 'S' },
126   { 0, 0, 0, 0 }
127 };
128
129 /* Display usage message and terminate. */
130 static void help(void) {
131   xprintf("Usage:\n"
132           "  disorder-speaker [OPTIONS]\n"
133           "Options:\n"
134           "  --help, -h              Display usage message\n"
135           "  --version, -V           Display version number\n"
136           "  --config PATH, -c PATH  Set configuration file\n"
137           "  --debug, -d             Turn on debugging\n"
138           "  --[no-]syslog           Force logging\n"
139           "\n"
140           "Speaker process for DisOrder.  Not intended to be run\n"
141           "directly.\n");
142   xfclose(stdout);
143   exit(0);
144 }
145
146 /** @brief Return the number of bytes per frame in @p format */
147 static size_t bytes_per_frame(const struct stream_header *format) {
148   return format->channels * format->bits / 8;
149 }
150
151 /** @brief Find track @p id, maybe creating it if not found */
152 static struct track *findtrack(const char *id, int create) {
153   struct track *t;
154
155   D(("findtrack %s %d", id, create));
156   for(t = tracks; t && strcmp(id, t->id); t = t->next)
157     ;
158   if(!t && create) {
159     t = xmalloc(sizeof *t);
160     t->next = tracks;
161     strcpy(t->id, id);
162     t->fd = -1;
163     tracks = t;
164   }
165   return t;
166 }
167
168 /** @brief Remove track @p id (but do not destroy it) */
169 static struct track *removetrack(const char *id) {
170   struct track *t, **tt;
171
172   D(("removetrack %s", id));
173   for(tt = &tracks; (t = *tt) && strcmp(id, t->id); tt = &t->next)
174     ;
175   if(t)
176     *tt = t->next;
177   return t;
178 }
179
180 /** @brief Destroy a track */
181 static void destroy(struct track *t) {
182   D(("destroy %s", t->id));
183   if(t->fd != -1) xclose(t->fd);
184   free(t);
185 }
186
187 /** @brief Read data into a sample buffer
188  * @param t Pointer to track
189  * @return 0 on success, -1 on EOF
190  *
191  * This is effectively the read callback on @c t->fd.  It is called from the
192  * main loop whenever the track's file descriptor is readable, assuming the
193  * buffer has not reached the maximum allowed occupancy.
194  */
195 static int speaker_fill(struct track *t) {
196   size_t where, left;
197   int n;
198
199   D(("fill %s: eof=%d used=%zu",
200      t->id, t->eof, t->used));
201   if(t->eof) return -1;
202   if(t->used < sizeof t->buffer) {
203     /* there is room left in the buffer */
204     where = (t->start + t->used) % sizeof t->buffer;
205     /* Get as much data as we can */
206     if(where >= t->start) left = (sizeof t->buffer) - where;
207     else left = t->start - where;
208     do {
209       n = read(t->fd, t->buffer + where, left);
210     } while(n < 0 && errno == EINTR);
211     if(n < 0) {
212       if(errno != EAGAIN) fatal(errno, "error reading sample stream");
213       return 0;
214     }
215     if(n == 0) {
216       D(("fill %s: eof detected", t->id));
217       t->eof = 1;
218       t->playable = 1;
219       return -1;
220     }
221     t->used += n;
222     if(t->used == sizeof t->buffer)
223       t->playable = 1;
224   }
225   return 0;
226 }
227
228 /** @brief Close the sound device
229  *
230  * This is called to deactivate the output device when pausing, and also by the
231  * ALSA backend when changing encoding (in which case the sound device will be
232  * immediately reactivated).
233  */
234 static void idle(void) {
235   D(("idle"));
236   if(backend->deactivate) 
237     backend->deactivate();
238   else
239     device_state = device_closed;
240   idled = 1;
241 }
242
243 /** @brief Abandon the current track */
244 void abandon(void) {
245   struct speaker_message sm;
246
247   D(("abandon"));
248   memset(&sm, 0, sizeof sm);
249   sm.type = SM_FINISHED;
250   strcpy(sm.id, playing->id);
251   speaker_send(1, &sm);
252   removetrack(playing->id);
253   destroy(playing);
254   playing = 0;
255 }
256
257 /** @brief Enable sound output
258  *
259  * Makes sure the sound device is open and has the right sample format.  Return
260  * 0 on success and -1 on error.
261  */
262 static void activate(void) {
263   if(backend->activate)
264     backend->activate();
265   else
266     device_state = device_open;
267 }
268
269 /** @brief Check whether the current track has finished
270  *
271  * The current track is determined to have finished either if the input stream
272  * eded before the format could be determined (i.e. it is malformed) or the
273  * input is at end of file and there is less than a frame left unplayed.  (So
274  * it copes with decoders that crash mid-frame.)
275  */
276 static void maybe_finished(void) {
277   if(playing
278      && playing->eof
279      && playing->used < bytes_per_frame(&config->sample_format))
280     abandon();
281 }
282
283 /** @brief Return nonzero if we want to play some audio
284  *
285  * We want to play audio if there is a current track; and it is not paused; and
286  * it is playable according to the rules for @ref track::playable.
287  */
288 static int playable(void) {
289   return playing
290          && !paused
291          && playing->playable;
292 }
293
294 /** @brief Play up to @p frames frames of audio
295  *
296  * It is always safe to call this function.
297  * - If @ref playing is 0 then it will just return
298  * - If @ref paused is non-0 then it will just return
299  * - If @ref device_state != @ref device_open then it will call activate() and
300  * return if it it fails.
301  * - If there is not enough audio to play then it play what is available.
302  *
303  * If there are not enough frames to play then whatever is available is played
304  * instead.  It is up to mainloop() to ensure that speaker_play() is not called
305  * when unreasonably only an small amounts of data is available to play.
306  */
307 static void speaker_play(size_t frames) {
308   size_t avail_frames, avail_bytes, written_frames;
309   ssize_t written_bytes;
310
311   /* Make sure there's a track to play and it is not paused */
312   if(!playable())
313     return;
314   /* Make sure the output device is open */
315   if(device_state != device_open) {
316     activate(); 
317     if(device_state != device_open)
318       return;
319   }
320   D(("play: play %zu/%zu%s %dHz %db %dc",  frames, playing->used / bpf,
321      playing->eof ? " EOF" : "",
322      config->sample_format.rate,
323      config->sample_format.bits,
324      config->sample_format.channels));
325   /* Figure out how many frames there are available to write */
326   if(playing->start + playing->used > sizeof playing->buffer)
327     /* The ring buffer is currently wrapped, only play up to the wrap point */
328     avail_bytes = (sizeof playing->buffer) - playing->start;
329   else
330     /* The ring buffer is not wrapped, can play the lot */
331     avail_bytes = playing->used;
332   avail_frames = avail_bytes / bpf;
333   /* Only play up to the requested amount */
334   if(avail_frames > frames)
335     avail_frames = frames;
336   if(!avail_frames)
337     return;
338   /* Play it, Sam */
339   written_frames = backend->play(avail_frames);
340   written_bytes = written_frames * bpf;
341   /* written_bytes and written_frames had better both be set and correct by
342    * this point */
343   playing->start += written_bytes;
344   playing->used -= written_bytes;
345   playing->played += written_frames;
346   /* If the pointer is at the end of the buffer (or the buffer is completely
347    * empty) wrap it back to the start. */
348   if(!playing->used || playing->start == (sizeof playing->buffer))
349     playing->start = 0;
350   /* If the buffer emptied out mark the track as unplayably */
351   if(!playing->used && !playing->eof) {
352     error(0, "track buffer emptied");
353     playing->playable = 0;
354   }
355   frames -= written_frames;
356   return;
357 }
358
359 /* Notify the server what we're up to. */
360 static void report(void) {
361   struct speaker_message sm;
362
363   if(playing) {
364     memset(&sm, 0, sizeof sm);
365     sm.type = paused ? SM_PAUSED : SM_PLAYING;
366     strcpy(sm.id, playing->id);
367     sm.data = playing->played / config->sample_format.rate;
368     speaker_send(1, &sm);
369   }
370   time(&last_report);
371 }
372
373 static void reap(int __attribute__((unused)) sig) {
374   pid_t cmdpid;
375   int st;
376
377   do
378     cmdpid = waitpid(-1, &st, WNOHANG);
379   while(cmdpid > 0);
380   signal(SIGCHLD, reap);
381 }
382
383 int addfd(int fd, int events) {
384   if(fdno < NFDS) {
385     fds[fdno].fd = fd;
386     fds[fdno].events = events;
387     return fdno++;
388   } else
389     return -1;
390 }
391
392 /** @brief Table of speaker backends */
393 static const struct speaker_backend *backends[] = {
394 #if HAVE_ALSA_ASOUNDLIB_H
395   &alsa_backend,
396 #endif
397   &command_backend,
398   &network_backend,
399 #if HAVE_COREAUDIO_AUDIOHARDWARE_H
400   &coreaudio_backend,
401 #endif
402 #if HAVE_SYS_SOUNDCARD_H
403   &oss_backend,
404 #endif
405   0
406 };
407
408 /** @brief Main event loop */
409 static void mainloop(void) {
410   struct track *t;
411   struct speaker_message sm;
412   int n, fd, stdin_slot, timeout, listen_slot;
413
414   while(getppid() != 1) {
415     fdno = 0;
416     /* By default we will wait up to a second before thinking about current
417      * state. */
418     timeout = 1000;
419     /* Always ready for commands from the main server. */
420     stdin_slot = addfd(0, POLLIN);
421     /* Also always ready for inbound connections */
422     listen_slot = addfd(listenfd, POLLIN);
423     /* Try to read sample data for the currently playing track if there is
424      * buffer space. */
425     if(playing
426        && playing->fd >= 0
427        && !playing->eof
428        && playing->used < (sizeof playing->buffer))
429       playing->slot = addfd(playing->fd, POLLIN);
430     else if(playing)
431       playing->slot = -1;
432     if(playable()) {
433       /* We want to play some audio.  If the device is closed then we attempt
434        * to open it. */
435       if(device_state == device_closed)
436         activate();
437       /* If the device is (now) open then we will wait up until it is ready for
438        * more.  If something went wrong then we should have device_error
439        * instead, but the post-poll code will cope even if it's
440        * device_closed. */
441       if(device_state == device_open)
442         backend->beforepoll(&timeout);
443     }
444     /* If any other tracks don't have a full buffer, try to read sample data
445      * from them.  We do this last of all, so that if we run out of slots,
446      * nothing important can't be monitored. */
447     for(t = tracks; t; t = t->next)
448       if(t != playing) {
449         if(t->fd >= 0
450            && !t->eof
451            && t->used < sizeof t->buffer) {
452           t->slot = addfd(t->fd,  POLLIN | POLLHUP);
453         } else
454           t->slot = -1;
455       }
456     /* Wait for something interesting to happen */
457     n = poll(fds, fdno, timeout);
458     if(n < 0) {
459       if(errno == EINTR) continue;
460       fatal(errno, "error calling poll");
461     }
462     /* Play some sound before doing anything else */
463     if(playable()) {
464       /* We want to play some audio */
465       if(device_state == device_open) {
466         if(backend->ready())
467           speaker_play(3 * FRAMES);
468       } else {
469         /* We must be in _closed or _error, and it should be the latter, but we
470          * cope with either.
471          *
472          * We most likely timed out, so now is a good time to retry.
473          * speaker_play() knows to re-activate the device if necessary.
474          */
475         speaker_play(3 * FRAMES);
476       }
477     }
478     /* Perhaps a connection has arrived */
479     if(fds[listen_slot].revents & POLLIN) {
480       struct sockaddr_un addr;
481       socklen_t addrlen = sizeof addr;
482       uint32_t l;
483       char id[24];
484
485       if((fd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&addr, &addrlen)) >= 0) {
486         blocking(fd);
487         if(read(fd, &l, sizeof l) < 4) {
488           error(errno, "reading length from inbound connection");
489           xclose(fd);
490         } else if(l >= sizeof id) {
491           error(0, "id length too long");
492           xclose(fd);
493         } else if(read(fd, id, l) < (ssize_t)l) {
494           error(errno, "reading id from inbound connection");
495           xclose(fd);
496         } else {
497           id[l] = 0;
498           D(("id %s fd %d", id, fd));
499           t = findtrack(id, 1/*create*/);
500           write(fd, "", 1);             /* write an ack */
501           if(t->fd != -1) {
502             error(0, "%s: already got a connection", id);
503             xclose(fd);
504           } else {
505             nonblock(fd);
506             t->fd = fd;               /* yay */
507           }
508         }
509       } else
510         error(errno, "accept");
511     }
512     /* Perhaps we have a command to process */
513     if(fds[stdin_slot].revents & POLLIN) {
514       /* There might (in theory) be several commands queued up, but in general
515        * this won't be the case, so we don't bother looping around to pick them
516        * all up. */ 
517       n = speaker_recv(0, &sm);
518       /* TODO */
519       if(n > 0)
520         switch(sm.type) {
521         case SM_PLAY:
522           if(playing) fatal(0, "got SM_PLAY but already playing something");
523           t = findtrack(sm.id, 1);
524           D(("SM_PLAY %s fd %d", t->id, t->fd));
525           if(t->fd == -1)
526             error(0, "cannot play track because no connection arrived");
527           playing = t;
528           /* We attempt to play straight away rather than going round the loop.
529            * speaker_play() is clever enough to perform any activation that is
530            * required. */
531           speaker_play(3 * FRAMES);
532           report();
533           break;
534         case SM_PAUSE:
535           D(("SM_PAUSE"));
536           paused = 1;
537           report();
538           break;
539         case SM_RESUME:
540           D(("SM_RESUME"));
541           if(paused) {
542             paused = 0;
543             /* As for SM_PLAY we attempt to play straight away. */
544             if(playing)
545               speaker_play(3 * FRAMES);
546           }
547           report();
548           break;
549         case SM_CANCEL:
550           D(("SM_CANCEL %s", sm.id));
551           t = removetrack(sm.id);
552           if(t) {
553             if(t == playing) {
554               /* scratching the playing track */
555               sm.type = SM_FINISHED;
556               playing = 0;
557             } else {
558               /* Could be scratching the playing track before it's quite got
559                * going, or could be just removing a track from the queue.  We
560                * log more because there's been a bug here recently than because
561                * it's particularly interesting; the log message will be removed
562                * if no further problems show up. */
563               info("SM_CANCEL for nonplaying track %s", sm.id);
564               sm.type = SM_STILLBORN;
565             }
566             strcpy(sm.id, t->id);
567             destroy(t);
568           } else {
569             /* Probably scratching the playing track well before it's got
570              * going, but could indicate a bug, so we log this as an error. */
571             sm.type = SM_UNKNOWN;
572             error(0, "SM_CANCEL for unknown track %s", sm.id);
573           }
574           speaker_send(1, &sm);
575           report();
576           break;
577         case SM_RELOAD:
578           D(("SM_RELOAD"));
579           if(config_read(1)) error(0, "cannot read configuration");
580           info("reloaded configuration");
581           break;
582         default:
583           error(0, "unknown message type %d", sm.type);
584         }
585     }
586     /* Read in any buffered data */
587     for(t = tracks; t; t = t->next)
588       if(t->fd != -1
589          && t->slot != -1
590          && (fds[t->slot].revents & (POLLIN | POLLHUP)))
591          speaker_fill(t);
592     /* Maybe we finished playing a track somewhere in the above */
593     maybe_finished();
594     /* If we don't need the sound device for now then close it for the benefit
595      * of anyone else who wants it. */
596     if((!playing || paused) && device_state == device_open)
597       idle();
598     /* If we've not reported out state for a second do so now. */
599     if(time(0) > last_report)
600       report();
601   }
602 }
603
604 int main(int argc, char **argv) {
605   int n, logsyslog = !isatty(2);
606   struct sockaddr_un addr;
607   static const int one = 1;
608   struct speaker_message sm;
609   const char *d;
610   char *dir;
611
612   set_progname(argv);
613   if(!setlocale(LC_CTYPE, "")) fatal(errno, "error calling setlocale");
614   while((n = getopt_long(argc, argv, "hVc:dDSs", options, 0)) >= 0) {
615     switch(n) {
616     case 'h': help();
617     case 'V': version("disorder-speaker");
618     case 'c': configfile = optarg; break;
619     case 'd': debugging = 1; break;
620     case 'D': debugging = 0; break;
621     case 'S': logsyslog = 0; break;
622     case 's': logsyslog = 1; break;
623     default: fatal(0, "invalid option");
624     }
625   }
626   if((d = getenv("DISORDER_DEBUG_SPEAKER"))) debugging = atoi(d);
627   if(logsyslog) {
628     openlog(progname, LOG_PID, LOG_DAEMON);
629     log_default = &log_syslog;
630   }
631   if(config_read(1)) fatal(0, "cannot read configuration");
632   bpf = bytes_per_frame(&config->sample_format);
633   /* ignore SIGPIPE */
634   signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
635   /* reap kids */
636   signal(SIGCHLD, reap);
637   /* set nice value */
638   xnice(config->nice_speaker);
639   /* change user */
640   become_mortal();
641   /* make sure we're not root, whatever the config says */
642   if(getuid() == 0 || geteuid() == 0) fatal(0, "do not run as root");
643   /* identify the backend used to play */
644   for(n = 0; backends[n]; ++n)
645     if(backends[n]->backend == config->api)
646       break;
647   if(!backends[n])
648     fatal(0, "unsupported api %d", config->api);
649   backend = backends[n];
650   /* backend-specific initialization */
651   backend->init();
652   /* create the socket directory */
653   byte_xasprintf(&dir, "%s/speaker", config->home);
654   unlink(dir);                          /* might be a leftover socket */
655   if(mkdir(dir, 0700) < 0 && errno != EEXIST)
656     fatal(errno, "error creating %s", dir);
657   /* set up the listen socket */
658   listenfd = xsocket(PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
659   memset(&addr, 0, sizeof addr);
660   addr.sun_family = AF_UNIX;
661   snprintf(addr.sun_path, sizeof addr.sun_path, "%s/speaker/socket",
662            config->home);
663   if(unlink(addr.sun_path) < 0 && errno != ENOENT)
664     error(errno, "removing %s", addr.sun_path);
665   xsetsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &one, sizeof one);
666   if(bind(listenfd, (const struct sockaddr *)&addr, sizeof addr) < 0)
667     fatal(errno, "error binding socket to %s", addr.sun_path);
668   xlisten(listenfd, 128);
669   nonblock(listenfd);
670   info("listening on %s", addr.sun_path);
671   memset(&sm, 0, sizeof sm);
672   sm.type = SM_READY;
673   speaker_send(1, &sm);
674   mainloop();
675   info("stopped (parent terminated)");
676   exit(0);
677 }
678
679 /*
680 Local Variables:
681 c-basic-offset:2
682 comment-column:40
683 fill-column:79
684 indent-tabs-mode:nil
685 End:
686 */