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