chiark / gitweb /
shiner about... box
[disorder] / server / speaker.c
1 /*
2  * This file is part of DisOrder
3  * Copyright (C) 2005, 2006, 2007 Richard Kettlewell
4  *
5  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
6  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
7  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
8  * (at your option) any later version.
9  *
10  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
11  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
13  * General Public License for more details.
14  *
15  * You should have received a copy of the GNU General Public License
16  * along with this program; if not, write to the Free Software
17  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307
18  * USA
19  */
20 /** @file server/speaker.c
21  * @brief Speaker process
22  *
23  * This program is responsible for transmitting a single coherent audio stream
24  * to its destination (over the network, to some sound API, to some
25  * subprocess).  It receives connections from decoders (or rather from the
26  * process that is about to become disorder-normalize) and plays them in the
27  * right order.
28  *
29  * @b Encodings.  For the <a href="http://www.alsa-project.org/">ALSA</a> API,
30  * 8- and 16- bit stereo and mono are supported, with any sample rate (within
31  * the limits that ALSA can deal with.)
32  *
33  * Inbound data is expected to match @c config->sample_format.  In normal use
34  * this is arranged by the @c disorder-normalize program (see @ref
35  * server/normalize.c).
36  *
37  * @b Garbage @b Collection.  This program deliberately does not use the
38  * garbage collector even though it might be convenient to do so.  This is for
39  * two reasons.  Firstly some sound APIs use thread threads and we do not want
40  * to have to deal with potential interactions between threading and garbage
41  * collection.  Secondly this process needs to be able to respond quickly and
42  * this is not compatible with the collector hanging the program even
43  * relatively briefly.
44  *
45  * @b Units.  This program thinks at various times in three different units.
46  * Bytes are obvious.  A sample is a single sample on a single channel.  A
47  * frame is several samples on different channels at the same point in time.
48  * So (for instance) a 16-bit stereo frame is 4 bytes and consists of a pair of
49  * 2-byte samples.
50  */
51
52 #include <config.h>
53 #include "types.h"
54
55 #include <getopt.h>
56 #include <stdio.h>
57 #include <stdlib.h>
58 #include <locale.h>
59 #include <syslog.h>
60 #include <unistd.h>
61 #include <errno.h>
62 #include <ao/ao.h>
63 #include <string.h>
64 #include <assert.h>
65 #include <sys/select.h>
66 #include <sys/wait.h>
67 #include <time.h>
68 #include <fcntl.h>
69 #include <poll.h>
70 #include <sys/un.h>
71
72 #include "configuration.h"
73 #include "syscalls.h"
74 #include "log.h"
75 #include "defs.h"
76 #include "mem.h"
77 #include "speaker-protocol.h"
78 #include "user.h"
79 #include "speaker.h"
80
81 /** @brief Linked list of all prepared tracks */
82 struct track *tracks;
83
84 /** @brief Playing track, or NULL */
85 struct track *playing;
86
87 /** @brief Number of bytes pre frame */
88 size_t bpf;
89
90 /** @brief Array of file descriptors for poll() */
91 struct pollfd fds[NFDS];
92
93 /** @brief Next free slot in @ref fds */
94 int fdno;
95
96 /** @brief Listen socket */
97 static int listenfd;
98
99 static time_t last_report;              /* when we last reported */
100 static int paused;                      /* pause status */
101
102 /** @brief The current device state */
103 enum device_states device_state;
104
105 /** @brief Set when idled
106  *
107  * This is set when the sound device is deliberately closed by idle().
108  */
109 int idled;
110
111 /** @brief Selected backend */
112 static const struct speaker_backend *backend;
113
114 static const struct option options[] = {
115   { "help", no_argument, 0, 'h' },
116   { "version", no_argument, 0, 'V' },
117   { "config", required_argument, 0, 'c' },
118   { "debug", no_argument, 0, 'd' },
119   { "no-debug", no_argument, 0, 'D' },
120   { 0, 0, 0, 0 }
121 };
122
123 /* Display usage message and terminate. */
124 static void help(void) {
125   xprintf("Usage:\n"
126           "  disorder-speaker [OPTIONS]\n"
127           "Options:\n"
128           "  --help, -h              Display usage message\n"
129           "  --version, -V           Display version number\n"
130           "  --config PATH, -c PATH  Set configuration file\n"
131           "  --debug, -d             Turn on debugging\n"
132           "\n"
133           "Speaker process for DisOrder.  Not intended to be run\n"
134           "directly.\n");
135   xfclose(stdout);
136   exit(0);
137 }
138
139 /* Display version number and terminate. */
140 static void version(void) {
141   xprintf("disorder-speaker version %s\n", disorder_version_string);
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 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       return -1;
219     }
220     t->used += n;
221   }
222   return 0;
223 }
224
225 /** @brief Close the sound device
226  *
227  * This is called to deactivate the output device when pausing, and also by the
228  * ALSA backend when changing encoding (in which case the sound device will be
229  * immediately reactivated).
230  */
231 static void idle(void) {
232   D(("idle"));
233   if(backend->deactivate) 
234     backend->deactivate();
235   else
236     device_state = device_closed;
237   idled = 1;
238 }
239
240 /** @brief Abandon the current track */
241 void abandon(void) {
242   struct speaker_message sm;
243
244   D(("abandon"));
245   memset(&sm, 0, sizeof sm);
246   sm.type = SM_FINISHED;
247   strcpy(sm.id, playing->id);
248   speaker_send(1, &sm);
249   removetrack(playing->id);
250   destroy(playing);
251   playing = 0;
252 }
253
254 /** @brief Enable sound output
255  *
256  * Makes sure the sound device is open and has the right sample format.  Return
257  * 0 on success and -1 on error.
258  */
259 static void activate(void) {
260   if(backend->activate)
261     backend->activate();
262   else
263     device_state = device_open;
264 }
265
266 /** @brief Check whether the current track has finished
267  *
268  * The current track is determined to have finished either if the input stream
269  * eded before the format could be determined (i.e. it is malformed) or the
270  * input is at end of file and there is less than a frame left unplayed.  (So
271  * it copes with decoders that crash mid-frame.)
272  */
273 static void maybe_finished(void) {
274   if(playing
275      && playing->eof
276      && playing->used < bytes_per_frame(&config->sample_format))
277     abandon();
278 }
279
280 /** @brief Play up to @p frames frames of audio
281  *
282  * It is always safe to call this function.
283  * - If @ref playing is 0 then it will just return
284  * - If @ref paused is non-0 then it will just return
285  * - If @ref device_state != @ref device_open then it will call activate() and
286  * return if it it fails.
287  * - If there is not enough audio to play then it play what is available.
288  *
289  * If there are not enough frames to play then whatever is available is played
290  * instead.  It is up to mainloop() to ensure that play() is not called when
291  * unreasonably only an small amounts of data is available to play.
292  */
293 static void play(size_t frames) {
294   size_t avail_frames, avail_bytes, written_frames;
295   ssize_t written_bytes;
296
297   /* Make sure there's a track to play and it is not pasued */
298   if(!playing || paused)
299     return;
300   /* Make sure the output device is open */
301   if(device_state != device_open) {
302     activate(); 
303     if(device_state != device_open)
304       return;
305   }
306   D(("play: play %zu/%zu%s %dHz %db %dc",  frames, playing->used / bpf,
307      playing->eof ? " EOF" : "",
308      config->sample_format.rate,
309      config->sample_format.bits,
310      config->sample_format.channels));
311   /* Figure out how many frames there are available to write */
312   if(playing->start + playing->used > sizeof playing->buffer)
313     /* The ring buffer is currently wrapped, only play up to the wrap point */
314     avail_bytes = (sizeof playing->buffer) - playing->start;
315   else
316     /* The ring buffer is not wrapped, can play the lot */
317     avail_bytes = playing->used;
318   avail_frames = avail_bytes / bpf;
319   /* Only play up to the requested amount */
320   if(avail_frames > frames)
321     avail_frames = frames;
322   if(!avail_frames)
323     return;
324   /* Play it, Sam */
325   written_frames = backend->play(avail_frames);
326   written_bytes = written_frames * bpf;
327   /* written_bytes and written_frames had better both be set and correct by
328    * this point */
329   playing->start += written_bytes;
330   playing->used -= written_bytes;
331   playing->played += written_frames;
332   /* If the pointer is at the end of the buffer (or the buffer is completely
333    * empty) wrap it back to the start. */
334   if(!playing->used || playing->start == (sizeof playing->buffer))
335     playing->start = 0;
336   frames -= written_frames;
337   return;
338 }
339
340 /* Notify the server what we're up to. */
341 static void report(void) {
342   struct speaker_message sm;
343
344   if(playing) {
345     memset(&sm, 0, sizeof sm);
346     sm.type = paused ? SM_PAUSED : SM_PLAYING;
347     strcpy(sm.id, playing->id);
348     sm.data = playing->played / config->sample_format.rate;
349     speaker_send(1, &sm);
350   }
351   time(&last_report);
352 }
353
354 static void reap(int __attribute__((unused)) sig) {
355   pid_t cmdpid;
356   int st;
357
358   do
359     cmdpid = waitpid(-1, &st, WNOHANG);
360   while(cmdpid > 0);
361   signal(SIGCHLD, reap);
362 }
363
364 int addfd(int fd, int events) {
365   if(fdno < NFDS) {
366     fds[fdno].fd = fd;
367     fds[fdno].events = events;
368     return fdno++;
369   } else
370     return -1;
371 }
372
373 /** @brief Table of speaker backends */
374 static const struct speaker_backend *backends[] = {
375 #if HAVE_ALSA_ASOUNDLIB_H
376   &alsa_backend,
377 #endif
378   &command_backend,
379   &network_backend,
380 #if HAVE_COREAUDIO_AUDIOHARDWARE_H
381   &coreaudio_backend,
382 #endif
383 #if HAVE_SYS_SOUNDCARD_H
384   &oss_backend,
385 #endif
386   0
387 };
388
389 /** @brief Return nonzero if we want to play some audio
390  *
391  * We want to play audio if there is a current track; and it is not paused; and
392  * there are at least @ref FRAMES frames of audio to play, or we are in sight
393  * of the end of the current track.
394  */
395 static int playable(void) {
396   return playing
397          && !paused
398          && (playing->used >= FRAMES || playing->eof);
399 }
400
401 /** @brief Main event loop */
402 static void mainloop(void) {
403   struct track *t;
404   struct speaker_message sm;
405   int n, fd, stdin_slot, timeout, listen_slot;
406
407   while(getppid() != 1) {
408     fdno = 0;
409     /* By default we will wait up to a second before thinking about current
410      * state. */
411     timeout = 1000;
412     /* Always ready for commands from the main server. */
413     stdin_slot = addfd(0, POLLIN);
414     /* Also always ready for inbound connections */
415     listen_slot = addfd(listenfd, POLLIN);
416     /* Try to read sample data for the currently playing track if there is
417      * buffer space. */
418     if(playing
419        && playing->fd >= 0
420        && !playing->eof
421        && playing->used < (sizeof playing->buffer))
422       playing->slot = addfd(playing->fd, POLLIN);
423     else if(playing)
424       playing->slot = -1;
425     if(playable()) {
426       /* We want to play some audio.  If the device is closed then we attempt
427        * to open it. */
428       if(device_state == device_closed)
429         activate();
430       /* If the device is (now) open then we will wait up until it is ready for
431        * more.  If something went wrong then we should have device_error
432        * instead, but the post-poll code will cope even if it's
433        * device_closed. */
434       if(device_state == device_open)
435         backend->beforepoll(&timeout);
436     }
437     /* If any other tracks don't have a full buffer, try to read sample data
438      * from them.  We do this last of all, so that if we run out of slots,
439      * nothing important can't be monitored. */
440     for(t = tracks; t; t = t->next)
441       if(t != playing) {
442         if(t->fd >= 0
443            && !t->eof
444            && t->used < sizeof t->buffer) {
445           t->slot = addfd(t->fd,  POLLIN | POLLHUP);
446         } else
447           t->slot = -1;
448       }
449     /* Wait for something interesting to happen */
450     n = poll(fds, fdno, timeout);
451     if(n < 0) {
452       if(errno == EINTR) continue;
453       fatal(errno, "error calling poll");
454     }
455     /* Play some sound before doing anything else */
456     if(playable()) {
457       /* We want to play some audio */
458       if(device_state == device_open) {
459         if(backend->ready())
460           play(3 * FRAMES);
461       } else {
462         /* We must be in _closed or _error, and it should be the latter, but we
463          * cope with either.
464          *
465          * We most likely timed out, so now is a good time to retry.  play()
466          * knows to re-activate the device if necessary.
467          */
468         play(3 * FRAMES);
469       }
470     }
471     /* Perhaps a connection has arrived */
472     if(fds[listen_slot].revents & POLLIN) {
473       struct sockaddr_un addr;
474       socklen_t addrlen = sizeof addr;
475       uint32_t l;
476       char id[24];
477
478       if((fd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&addr, &addrlen)) >= 0) {
479         blocking(fd);
480         if(read(fd, &l, sizeof l) < 4) {
481           error(errno, "reading length from inbound connection");
482           xclose(fd);
483         } else if(l >= sizeof id) {
484           error(0, "id length too long");
485           xclose(fd);
486         } else if(read(fd, id, l) < (ssize_t)l) {
487           error(errno, "reading id from inbound connection");
488           xclose(fd);
489         } else {
490           id[l] = 0;
491           D(("id %s fd %d", id, fd));
492           t = findtrack(id, 1/*create*/);
493           write(fd, "", 1);             /* write an ack */
494           if(t->fd != -1) {
495             error(0, "got a connection for a track that already has one");
496             xclose(fd);
497           } else {
498             nonblock(fd);
499             t->fd = fd;               /* yay */
500           }
501         }
502       } else
503         error(errno, "accept");
504     }
505     /* Perhaps we have a command to process */
506     if(fds[stdin_slot].revents & POLLIN) {
507       /* There might (in theory) be several commands queued up, but in general
508        * this won't be the case, so we don't bother looping around to pick them
509        * all up. */ 
510       n = speaker_recv(0, &sm);
511       /* TODO */
512       if(n > 0)
513         switch(sm.type) {
514         case SM_PLAY:
515           if(playing) fatal(0, "got SM_PLAY but already playing something");
516           t = findtrack(sm.id, 1);
517           D(("SM_PLAY %s fd %d", t->id, t->fd));
518           if(t->fd == -1)
519             error(0, "cannot play track because no connection arrived");
520           playing = t;
521           /* We attempt to play straight away rather than going round the loop.
522            * play() is clever enough to perform any activation that is
523            * required. */
524           play(3 * FRAMES);
525           report();
526           break;
527         case SM_PAUSE:
528           D(("SM_PAUSE"));
529           paused = 1;
530           report();
531           break;
532         case SM_RESUME:
533           D(("SM_RESUME"));
534           if(paused) {
535             paused = 0;
536             /* As for SM_PLAY we attempt to play straight away. */
537             if(playing)
538               play(3 * FRAMES);
539           }
540           report();
541           break;
542         case SM_CANCEL:
543           D(("SM_CANCEL %s",  sm.id));
544           t = removetrack(sm.id);
545           if(t) {
546             if(t == playing) {
547               sm.type = SM_FINISHED;
548               strcpy(sm.id, playing->id);
549               speaker_send(1, &sm);
550               playing = 0;
551             }
552             destroy(t);
553           } else
554             error(0, "SM_CANCEL for unknown track %s", sm.id);
555           report();
556           break;
557         case SM_RELOAD:
558           D(("SM_RELOAD"));
559           if(config_read(1)) error(0, "cannot read configuration");
560           info("reloaded configuration");
561           break;
562         default:
563           error(0, "unknown message type %d", sm.type);
564         }
565     }
566     /* Read in any buffered data */
567     for(t = tracks; t; t = t->next)
568       if(t->fd != -1
569          && t->slot != -1
570          && (fds[t->slot].revents & (POLLIN | POLLHUP)))
571          fill(t);
572     /* Maybe we finished playing a track somewhere in the above */
573     maybe_finished();
574     /* If we don't need the sound device for now then close it for the benefit
575      * of anyone else who wants it. */
576     if((!playing || paused) && device_state == device_open)
577       idle();
578     /* If we've not reported out state for a second do so now. */
579     if(time(0) > last_report)
580       report();
581   }
582 }
583
584 int main(int argc, char **argv) {
585   int n;
586   struct sockaddr_un addr;
587   static const int one = 1;
588   struct speaker_message sm;
589
590   set_progname(argv);
591   if(!setlocale(LC_CTYPE, "")) fatal(errno, "error calling setlocale");
592   while((n = getopt_long(argc, argv, "hVc:dD", options, 0)) >= 0) {
593     switch(n) {
594     case 'h': help();
595     case 'V': version();
596     case 'c': configfile = optarg; break;
597     case 'd': debugging = 1; break;
598     case 'D': debugging = 0; break;
599     default: fatal(0, "invalid option");
600     }
601   }
602   if(getenv("DISORDER_DEBUG_SPEAKER")) debugging = 1;
603   /* If stderr is a TTY then log there, otherwise to syslog. */
604   if(!isatty(2)) {
605     openlog(progname, LOG_PID, LOG_DAEMON);
606     log_default = &log_syslog;
607   }
608   if(config_read(1)) fatal(0, "cannot read configuration");
609   bpf = bytes_per_frame(&config->sample_format);
610   /* ignore SIGPIPE */
611   signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
612   /* reap kids */
613   signal(SIGCHLD, reap);
614   /* set nice value */
615   xnice(config->nice_speaker);
616   /* change user */
617   become_mortal();
618   /* make sure we're not root, whatever the config says */
619   if(getuid() == 0 || geteuid() == 0) fatal(0, "do not run as root");
620   /* identify the backend used to play */
621   for(n = 0; backends[n]; ++n)
622     if(backends[n]->backend == config->speaker_backend)
623       break;
624   if(!backends[n])
625     fatal(0, "unsupported backend %d", config->speaker_backend);
626   backend = backends[n];
627   /* backend-specific initialization */
628   backend->init();
629   /* set up the listen socket */
630   listenfd = xsocket(PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
631   memset(&addr, 0, sizeof addr);
632   addr.sun_family = AF_UNIX;
633   snprintf(addr.sun_path, sizeof addr.sun_path, "%s/speaker",
634            config->home);
635   if(unlink(addr.sun_path) < 0 && errno != ENOENT)
636     error(errno, "removing %s", addr.sun_path);
637   xsetsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &one, sizeof one);
638   if(bind(listenfd, (const struct sockaddr *)&addr, sizeof addr) < 0)
639     fatal(errno, "error binding socket to %s", addr.sun_path);
640   xlisten(listenfd, 128);
641   nonblock(listenfd);
642   info("listening on %s", addr.sun_path);
643   memset(&sm, 0, sizeof sm);
644   sm.type = SM_READY;
645   speaker_send(1, &sm);
646   mainloop();
647   info("stopped (parent terminated)");
648   exit(0);
649 }
650
651 /*
652 Local Variables:
653 c-basic-offset:2
654 comment-column:40
655 fill-column:79
656 indent-tabs-mode:nil
657 End:
658 */