chiark / gitweb /
d3aea99deda84283ee27cfb857b8fa9c8b4e8ec4
[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 processs
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  * For the <a href="http://www.alsa-project.org/">ALSA</a> API, 8- and 16- bit
29  * stereo and mono are supported, with any sample rate (within the limits that
30  * ALSA can deal with.)
31  *
32  * When communicating with a subprocess, <a
33  * href="http://sox.sourceforge.net/">sox</a> is invoked to convert the inbound
34  * data to a single consistent format.  The same applies for network (RTP)
35  * play, though in that case currently only 44.1KHz 16-bit stereo is supported.
36  *
37  * The inbound data starts with a structure defining the data format.  Note
38  * that this is NOT portable between different platforms or even necessarily
39  * between versions; the speaker is assumed to be built from the same source
40  * and run on the same host as the main server.
41  *
42  * This program deliberately does not use the garbage collector even though it
43  * might be convenient to do so.  This is for two reasons.  Firstly some sound
44  * APIs use thread threads and we do not want to have to deal with potential
45  * interactions between threading and garbage collection.  Secondly this
46  * process needs to be able to respond quickly and this is not compatible with
47  * the collector hanging the program even relatively briefly.
48  */
49
50 #include <config.h>
51 #include "types.h"
52
53 #include <getopt.h>
54 #include <stdio.h>
55 #include <stdlib.h>
56 #include <locale.h>
57 #include <syslog.h>
58 #include <unistd.h>
59 #include <errno.h>
60 #include <ao/ao.h>
61 #include <string.h>
62 #include <assert.h>
63 #include <sys/select.h>
64 #include <sys/wait.h>
65 #include <time.h>
66 #include <fcntl.h>
67 #include <poll.h>
68 #include <sys/socket.h>
69 #include <netdb.h>
70 #include <gcrypt.h>
71 #include <sys/uio.h>
72
73 #include "configuration.h"
74 #include "syscalls.h"
75 #include "log.h"
76 #include "defs.h"
77 #include "mem.h"
78 #include "speaker.h"
79 #include "user.h"
80 #include "addr.h"
81 #include "timeval.h"
82 #include "rtp.h"
83
84 #if API_ALSA
85 #include <alsa/asoundlib.h>
86 #endif
87
88 #ifdef WORDS_BIGENDIAN
89 # define MACHINE_AO_FMT AO_FMT_BIG
90 #else
91 # define MACHINE_AO_FMT AO_FMT_LITTLE
92 #endif
93
94 /** @brief How many seconds of input to buffer
95  *
96  * While any given connection has this much audio buffered, no more reads will
97  * be issued for that connection.  The decoder will have to wait.
98  */
99 #define BUFFER_SECONDS 5
100
101 #define FRAMES 4096                     /* Frame batch size */
102
103 /** @brief Bytes to send per network packet
104  *
105  * Don't make this too big or arithmetic will start to overflow.
106  */
107 #define NETWORK_BYTES (1024+sizeof(struct rtp_header))
108
109 /** @brief Maximum RTP playahead (ms) */
110 #define RTP_AHEAD_MS 1000
111
112 /** @brief Maximum number of FDs to poll for */
113 #define NFDS 256
114
115 /** @brief Track structure
116  *
117  * Known tracks are kept in a linked list.  Usually there will be at most two
118  * of these but rearranging the queue can cause there to be more.
119  */
120 static struct track {
121   struct track *next;                   /* next track */
122   int fd;                               /* input FD */
123   char id[24];                          /* ID */
124   size_t start, used;                   /* start + bytes used */
125   int eof;                              /* input is at EOF */
126   int got_format;                       /* got format yet? */
127   ao_sample_format format;              /* sample format */
128   unsigned long long played;            /* number of frames played */
129   char *buffer;                         /* sample buffer */
130   size_t size;                          /* sample buffer size */
131   int slot;                             /* poll array slot */
132 } *tracks, *playing;                    /* all tracks + playing track */
133
134 static time_t last_report;              /* when we last reported */
135 static int paused;                      /* pause status */
136 static size_t bpf;                      /* bytes per frame */
137 static struct pollfd fds[NFDS];         /* if we need more than that */
138 static int fdno;                        /* fd number */
139 static size_t bufsize;                  /* buffer size */
140 #if API_ALSA
141 /** @brief The current PCM handle */
142 static snd_pcm_t *pcm;
143 static snd_pcm_uframes_t last_pcm_bufsize; /* last seen buffer size */
144 static ao_sample_format pcm_format;     /* current format if aodev != 0 */
145 #endif
146
147 /** @brief Ready to send audio
148  *
149  * This is set when the destination is ready to receive audio.  Generally
150  * this implies that the sound device is open.  In the ALSA backend it
151  * does @b not necessarily imply that is has the right sample format.
152  */
153 static int ready;
154
155 static int forceplay;                   /* frames to force play */
156 static int cmdfd = -1;                  /* child process input */
157 static int bfd = -1;                    /* broadcast FD */
158
159 /** @brief RTP timestamp
160  *
161  * This counts the number of samples played (NB not the number of frames
162  * played).
163  *
164  * The timestamp in the packet header is only 32 bits wide.  With 44100Hz
165  * stereo, that only gives about half a day before wrapping, which is not
166  * particularly convenient for certain debugging purposes.  Therefore the
167  * timestamp is maintained as a 64-bit integer, giving around six million years
168  * before wrapping, and truncated to 32 bits when transmitting.
169  */
170 static uint64_t rtp_time;
171
172 /** @brief RTP base timestamp
173  *
174  * This is the real time correspoding to an @ref rtp_time of 0.  It is used
175  * to recalculate the timestamp after idle periods.
176  */
177 static struct timeval rtp_time_0;
178
179 static uint16_t rtp_seq;                /* frame sequence number */
180 static uint32_t rtp_id;                 /* RTP SSRC */
181 static int idled;                       /* set when idled */
182 static int audio_errors;                /* audio error counter */
183
184 /** @brief Structure of a backend */
185 struct speaker_backend {
186   /** @brief Which backend this is
187    *
188    * @c -1 terminates the list.
189    */
190   int backend;
191
192   /** @brief Flags
193    *
194    * Possible values
195    * - @ref FIXED_FORMAT
196    */
197   unsigned flags;
198 /** @brief Lock to configured sample format */
199 #define FIXED_FORMAT 0x0001
200   
201   /** @brief Initialization
202    *
203    * Called once at startup.  This is responsible for one-time setup
204    * operations, for instance opening a network socket to transmit to.
205    *
206    * When writing to a native sound API this might @b not imply opening the
207    * native sound device - that might be done by @c activate below.
208    */
209   void (*init)(void);
210
211   /** @brief Activation
212    * @return 0 on success, non-0 on error
213    *
214    * Called to activate the output device.
215    *
216    * After this function succeeds, @ref ready should be non-0.  As well as
217    * opening the audio device, this function is responsible for reconfiguring
218    * if it necessary to cope with different samples formats (for backends that
219    * don't demand a single fixed sample format for the lifetime of the server).
220    */
221   int (*activate)(void);
222
223   /** @brief Play sound
224    * @param frames Number of frames to play
225    * @return Number of frames actually played
226    */
227   size_t (*play)(size_t frames);
228   
229   /** @brief Deactivation
230    *
231    * Called to deactivate the sound device.  This is the inverse of
232    * @c activate above.
233    */
234   void (*deactivate)(void);
235 };
236
237 /** @brief Selected backend */
238 static const struct speaker_backend *backend;
239
240 static const struct option options[] = {
241   { "help", no_argument, 0, 'h' },
242   { "version", no_argument, 0, 'V' },
243   { "config", required_argument, 0, 'c' },
244   { "debug", no_argument, 0, 'd' },
245   { "no-debug", no_argument, 0, 'D' },
246   { 0, 0, 0, 0 }
247 };
248
249 /* Display usage message and terminate. */
250 static void help(void) {
251   xprintf("Usage:\n"
252           "  disorder-speaker [OPTIONS]\n"
253           "Options:\n"
254           "  --help, -h              Display usage message\n"
255           "  --version, -V           Display version number\n"
256           "  --config PATH, -c PATH  Set configuration file\n"
257           "  --debug, -d             Turn on debugging\n"
258           "\n"
259           "Speaker process for DisOrder.  Not intended to be run\n"
260           "directly.\n");
261   xfclose(stdout);
262   exit(0);
263 }
264
265 /* Display version number and terminate. */
266 static void version(void) {
267   xprintf("disorder-speaker version %s\n", disorder_version_string);
268   xfclose(stdout);
269   exit(0);
270 }
271
272 /** @brief Return the number of bytes per frame in @p format */
273 static size_t bytes_per_frame(const ao_sample_format *format) {
274   return format->channels * format->bits / 8;
275 }
276
277 /** @brief Find track @p id, maybe creating it if not found */
278 static struct track *findtrack(const char *id, int create) {
279   struct track *t;
280
281   D(("findtrack %s %d", id, create));
282   for(t = tracks; t && strcmp(id, t->id); t = t->next)
283     ;
284   if(!t && create) {
285     t = xmalloc(sizeof *t);
286     t->next = tracks;
287     strcpy(t->id, id);
288     t->fd = -1;
289     tracks = t;
290     /* The initial input buffer will be the sample format. */
291     t->buffer = (void *)&t->format;
292     t->size = sizeof t->format;
293   }
294   return t;
295 }
296
297 /** @brief Remove track @p id (but do not destroy it) */
298 static struct track *removetrack(const char *id) {
299   struct track *t, **tt;
300
301   D(("removetrack %s", id));
302   for(tt = &tracks; (t = *tt) && strcmp(id, t->id); tt = &t->next)
303     ;
304   if(t)
305     *tt = t->next;
306   return t;
307 }
308
309 /** @brief Destroy a track */
310 static void destroy(struct track *t) {
311   D(("destroy %s", t->id));
312   if(t->fd != -1) xclose(t->fd);
313   if(t->buffer != (void *)&t->format) free(t->buffer);
314   free(t);
315 }
316
317 /** @brief Notice a new connection */
318 static void acquire(struct track *t, int fd) {
319   D(("acquire %s %d", t->id, fd));
320   if(t->fd != -1)
321     xclose(t->fd);
322   t->fd = fd;
323   nonblock(fd);
324 }
325
326 /** @brief Return true if A and B denote identical libao formats, else false */
327 static int formats_equal(const ao_sample_format *a,
328                          const ao_sample_format *b) {
329   return (a->bits == b->bits
330           && a->rate == b->rate
331           && a->channels == b->channels
332           && a->byte_format == b->byte_format);
333 }
334
335 /** @brief Compute arguments to sox */
336 static void soxargs(const char ***pp, char **qq, ao_sample_format *ao) {
337   int n;
338
339   *(*pp)++ = "-t.raw";
340   *(*pp)++ = "-s";
341   *(*pp)++ = *qq; n = sprintf(*qq, "-r%d", ao->rate); *qq += n + 1;
342   *(*pp)++ = *qq; n = sprintf(*qq, "-c%d", ao->channels); *qq += n + 1;
343   /* sox 12.17.9 insists on -b etc; CVS sox insists on -<n> etc; both are
344    * deployed! */
345   switch(config->sox_generation) {
346   case 0:
347     if(ao->bits != 8
348        && ao->byte_format != AO_FMT_NATIVE
349        && ao->byte_format != MACHINE_AO_FMT) {
350       *(*pp)++ = "-x";
351     }
352     switch(ao->bits) {
353     case 8: *(*pp)++ = "-b"; break;
354     case 16: *(*pp)++ = "-w"; break;
355     case 32: *(*pp)++ = "-l"; break;
356     case 64: *(*pp)++ = "-d"; break;
357     default: fatal(0, "cannot handle sample size %d", (int)ao->bits);
358     }
359     break;
360   case 1:
361     switch(ao->byte_format) {
362     case AO_FMT_NATIVE: break;
363     case AO_FMT_BIG: *(*pp)++ = "-B"; break;
364     case AO_FMT_LITTLE: *(*pp)++ = "-L"; break;
365     }
366     *(*pp)++ = *qq; n = sprintf(*qq, "-%d", ao->bits/8); *qq += n + 1;
367     break;
368   }
369 }
370
371 /** @brief Enable format translation
372  *
373  * If necessary, replaces a tracks inbound file descriptor with one connected
374  * to a sox invocation, which performs the required translation.
375  */
376 static void enable_translation(struct track *t) {
377   if((backend->flags & FIXED_FORMAT)
378      && !formats_equal(&t->format, &config->sample_format)) {
379     char argbuf[1024], *q = argbuf;
380     const char *av[18], **pp = av;
381     int soxpipe[2];
382     pid_t soxkid;
383
384     *pp++ = "sox";
385     soxargs(&pp, &q, &t->format);
386     *pp++ = "-";
387     soxargs(&pp, &q, &config->sample_format);
388     *pp++ = "-";
389     *pp++ = 0;
390     if(debugging) {
391       for(pp = av; *pp; pp++)
392         D(("sox arg[%d] = %s", pp - av, *pp));
393       D(("end args"));
394     }
395     xpipe(soxpipe);
396     soxkid = xfork();
397     if(soxkid == 0) {
398       signal(SIGPIPE, SIG_DFL);
399       xdup2(t->fd, 0);
400       xdup2(soxpipe[1], 1);
401       fcntl(0, F_SETFL, fcntl(0, F_GETFL) & ~O_NONBLOCK);
402       close(soxpipe[0]);
403       close(soxpipe[1]);
404       close(t->fd);
405       execvp("sox", (char **)av);
406       _exit(1);
407     }
408     D(("forking sox for format conversion (kid = %d)", soxkid));
409     close(t->fd);
410     close(soxpipe[1]);
411     t->fd = soxpipe[0];
412     t->format = config->sample_format;
413   }
414 }
415
416 /** @brief Read data into a sample buffer
417  * @param t Pointer to track
418  * @return 0 on success, -1 on EOF
419  *
420  * This is effectively the read callback on @c t->fd.
421  */
422 static int fill(struct track *t) {
423   size_t where, left;
424   int n;
425
426   D(("fill %s: eof=%d used=%zu size=%zu  got_format=%d",
427      t->id, t->eof, t->used, t->size, t->got_format));
428   if(t->eof) return -1;
429   if(t->used < t->size) {
430     /* there is room left in the buffer */
431     where = (t->start + t->used) % t->size;
432     if(t->got_format) {
433       /* We are reading audio data, get as much as we can */
434       if(where >= t->start) left = t->size - where;
435       else left = t->start - where;
436     } else
437       /* We are still waiting for the format, only get that */
438       left = sizeof (ao_sample_format) - t->used;
439     do {
440       n = read(t->fd, t->buffer + where, left);
441     } while(n < 0 && errno == EINTR);
442     if(n < 0) {
443       if(errno != EAGAIN) fatal(errno, "error reading sample stream");
444       return 0;
445     }
446     if(n == 0) {
447       D(("fill %s: eof detected", t->id));
448       t->eof = 1;
449       return -1;
450     }
451     t->used += n;
452     if(!t->got_format && t->used >= sizeof (ao_sample_format)) {
453       assert(t->used == sizeof (ao_sample_format));
454       /* Check that our assumptions are met. */
455       if(t->format.bits & 7)
456         fatal(0, "bits per sample not a multiple of 8");
457       /* If the input format is unsuitable, arrange to translate it */
458       enable_translation(t);
459       /* Make a new buffer for audio data. */
460       t->size = bytes_per_frame(&t->format) * t->format.rate * BUFFER_SECONDS;
461       t->buffer = xmalloc(t->size);
462       t->used = 0;
463       t->got_format = 1;
464       D(("got format for %s", t->id));
465     }
466   }
467   return 0;
468 }
469
470 /** @brief Close the sound device */
471 static void idle(void) {
472   D(("idle"));
473   if(backend->deactivate)
474     backend->deactivate();
475   idled = 1;
476   ready = 0;
477 }
478
479 /** @brief Abandon the current track */
480 static void abandon(void) {
481   struct speaker_message sm;
482
483   D(("abandon"));
484   memset(&sm, 0, sizeof sm);
485   sm.type = SM_FINISHED;
486   strcpy(sm.id, playing->id);
487   speaker_send(1, &sm, 0);
488   removetrack(playing->id);
489   destroy(playing);
490   playing = 0;
491   forceplay = 0;
492 }
493
494 #if API_ALSA
495 /** @brief Log ALSA parameters */
496 static void log_params(snd_pcm_hw_params_t *hwparams,
497                        snd_pcm_sw_params_t *swparams) {
498   snd_pcm_uframes_t f;
499   unsigned u;
500
501   return;                               /* too verbose */
502   if(hwparams) {
503     /* TODO */
504   }
505   if(swparams) {
506     snd_pcm_sw_params_get_silence_size(swparams, &f);
507     info("sw silence_size=%lu", (unsigned long)f);
508     snd_pcm_sw_params_get_silence_threshold(swparams, &f);
509     info("sw silence_threshold=%lu", (unsigned long)f);
510     snd_pcm_sw_params_get_sleep_min(swparams, &u);
511     info("sw sleep_min=%lu", (unsigned long)u);
512     snd_pcm_sw_params_get_start_threshold(swparams, &f);
513     info("sw start_threshold=%lu", (unsigned long)f);
514     snd_pcm_sw_params_get_stop_threshold(swparams, &f);
515     info("sw stop_threshold=%lu", (unsigned long)f);
516     snd_pcm_sw_params_get_xfer_align(swparams, &f);
517     info("sw xfer_align=%lu", (unsigned long)f);
518   }
519 }
520 #endif
521
522 /** @brief Enable sound output
523  *
524  * Makes sure the sound device is open and has the right sample format.  Return
525  * 0 on success and -1 on error.
526  */
527 static int activate(void) {
528   /* If we don't know the format yet we cannot start. */
529   if(!playing->got_format) {
530     D((" - not got format for %s", playing->id));
531     return -1;
532   }
533   return backend->activate();
534 }
535
536 /* Check to see whether the current track has finished playing */
537 static void maybe_finished(void) {
538   if(playing
539      && playing->eof
540      && (!playing->got_format
541          || playing->used < bytes_per_frame(&playing->format)))
542     abandon();
543 }
544
545 static void fork_cmd(void) {
546   pid_t cmdpid;
547   int pfd[2];
548   if(cmdfd != -1) close(cmdfd);
549   xpipe(pfd);
550   cmdpid = xfork();
551   if(!cmdpid) {
552     signal(SIGPIPE, SIG_DFL);
553     xdup2(pfd[0], 0);
554     close(pfd[0]);
555     close(pfd[1]);
556     execl("/bin/sh", "sh", "-c", config->speaker_command, (char *)0);
557     fatal(errno, "error execing /bin/sh");
558   }
559   close(pfd[0]);
560   cmdfd = pfd[1];
561   D(("forked cmd %d, fd = %d", cmdpid, cmdfd));
562 }
563
564 static void play(size_t frames) {
565   size_t avail_frames, avail_bytes, write_bytes, written_frames;
566   ssize_t written_bytes;
567   struct rtp_header header;
568   struct iovec vec[2];
569
570   /* Make sure the output device is activated */
571   if(activate()) {
572     if(playing)
573       forceplay = frames;
574     else
575       forceplay = 0;                    /* Must have called abandon() */
576     return;
577   }
578   D(("play: play %zu/%zu%s %dHz %db %dc",  frames, playing->used / bpf,
579      playing->eof ? " EOF" : "",
580      playing->format.rate,
581      playing->format.bits,
582      playing->format.channels));
583   /* If we haven't got enough bytes yet wait until we have.  Exception: when
584    * we are at eof. */
585   if(playing->used < frames * bpf && !playing->eof) {
586     forceplay = frames;
587     return;
588   }
589   /* We have got enough data so don't force play again */
590   forceplay = 0;
591   /* Figure out how many frames there are available to write */
592   if(playing->start + playing->used > playing->size)
593     /* The ring buffer is currently wrapped, only play up to the wrap point */
594     avail_bytes = playing->size - playing->start;
595   else
596     /* The ring buffer is not wrapped, can play the lot */
597     avail_bytes = playing->used;
598   avail_frames = avail_bytes / bpf;
599   /* Only play up to the requested amount */
600   if(avail_frames > frames)
601     avail_frames = frames;
602   if(!avail_frames)
603     return;
604
605   switch(config->speaker_backend) {
606 #if API_ALSA
607   case BACKEND_ALSA: {
608     written_frames = backend->play(avail_frames);
609     break;
610   }
611 #endif
612   case BACKEND_COMMAND:
613     if(avail_bytes > frames * bpf)
614       avail_bytes = frames * bpf;
615     written_bytes = write(cmdfd, playing->buffer + playing->start,
616                           avail_bytes);
617     D(("actually play %zu bytes, wrote %d",
618        avail_bytes, (int)written_bytes));
619     if(written_bytes < 0) {
620       switch(errno) {
621         case EPIPE:
622           error(0, "hmm, command died; trying another");
623           fork_cmd();
624           return;
625         case EAGAIN:
626           return;
627       }
628     }
629     written_frames = written_bytes / bpf; /* good enough */
630     break;
631   case BACKEND_NETWORK:
632     /* We transmit using RTP (RFC3550) and attempt to conform to the internet
633      * AVT profile (RFC3551). */
634
635     if(idled) {
636       /* There may have been a gap.  Fix up the RTP time accordingly. */
637       struct timeval now;
638       uint64_t delta;
639       uint64_t target_rtp_time;
640
641       /* Find the current time */
642       xgettimeofday(&now, 0);
643       /* Find the number of microseconds elapsed since rtp_time=0 */
644       delta = tvsub_us(now, rtp_time_0);
645       assert(delta <= UINT64_MAX / 88200);
646       target_rtp_time = (delta * playing->format.rate
647                                * playing->format.channels) / 1000000;
648       /* Overflows at ~6 years uptime with 44100Hz stereo */
649
650       /* rtp_time is the number of samples we've played.  NB that we play
651        * RTP_AHEAD_MS ahead of ourselves, so it may legitimately be ahead of
652        * the value we deduce from time comparison.
653        *
654        * Suppose we have 1s track started at t=0, and another track begins to
655        * play at t=2s.  Suppose RTP_AHEAD_MS=1000 and 44100Hz stereo.  In that
656        * case we'll send 1s of audio as fast as we can, giving rtp_time=88200.
657        * rtp_time stops at this point.
658        *
659        * At t=2s we'll have calculated target_rtp_time=176400.  In this case we
660        * set rtp_time=176400 and the player can correctly conclude that it
661        * should leave 1s between the tracks.
662        *
663        * Suppose instead that the second track arrives at t=0.5s, and that
664        * we've managed to transmit the whole of the first track already.  We'll
665        * have target_rtp_time=44100.
666        *
667        * The desired behaviour is to play the second track back to back with
668        * first.  In this case therefore we do not modify rtp_time.
669        *
670        * Is it ever right to reduce rtp_time?  No; for that would imply
671        * transmitting packets with overlapping timestamp ranges, which does not
672        * make sense.
673        */
674       if(target_rtp_time > rtp_time) {
675         /* More time has elapsed than we've transmitted samples.  That implies
676          * we've been 'sending' silence.  */
677         info("advancing rtp_time by %"PRIu64" samples",
678              target_rtp_time - rtp_time);
679         rtp_time = target_rtp_time;
680       } else if(target_rtp_time < rtp_time) {
681         const int64_t samples_ahead = ((uint64_t)RTP_AHEAD_MS
682                                            * config->sample_format.rate
683                                            * config->sample_format.channels
684                                            / 1000);
685         
686         if(target_rtp_time + samples_ahead < rtp_time) {
687           info("reversing rtp_time by %"PRIu64" samples",
688                rtp_time - target_rtp_time);
689         }
690       }
691     }
692     header.vpxcc = 2 << 6;              /* V=2, P=0, X=0, CC=0 */
693     header.seq = htons(rtp_seq++);
694     header.timestamp = htonl((uint32_t)rtp_time);
695     header.ssrc = rtp_id;
696     header.mpt = (idled ? 0x80 : 0x00) | 10;
697     /* 10 = L16 = 16-bit x 2 x 44100KHz.  We ought to deduce this value from
698      * the sample rate (in a library somewhere so that configuration.c can rule
699      * out invalid rates).
700      */
701     idled = 0;
702     if(avail_bytes > NETWORK_BYTES - sizeof header) {
703       avail_bytes = NETWORK_BYTES - sizeof header;
704       /* Always send a whole number of frames */
705       avail_bytes -= avail_bytes % bpf;
706     }
707     /* "The RTP clock rate used for generating the RTP timestamp is independent
708      * of the number of channels and the encoding; it equals the number of
709      * sampling periods per second.  For N-channel encodings, each sampling
710      * period (say, 1/8000 of a second) generates N samples. (This terminology
711      * is standard, but somewhat confusing, as the total number of samples
712      * generated per second is then the sampling rate times the channel
713      * count.)"
714      */
715     write_bytes = avail_bytes;
716     if(write_bytes) {
717       vec[0].iov_base = (void *)&header;
718       vec[0].iov_len = sizeof header;
719       vec[1].iov_base = playing->buffer + playing->start;
720       vec[1].iov_len = avail_bytes;
721       do {
722         written_bytes = writev(bfd,
723                                vec,
724                                2);
725       } while(written_bytes < 0 && errno == EINTR);
726       if(written_bytes < 0) {
727         error(errno, "error transmitting audio data");
728         ++audio_errors;
729         if(audio_errors == 10)
730           fatal(0, "too many audio errors");
731       return;
732       }
733     } else
734     audio_errors /= 2;
735     written_bytes = avail_bytes;
736     written_frames = written_bytes / bpf;
737     /* Advance RTP's notion of the time */
738     rtp_time += written_frames * playing->format.channels;
739     break;
740   default:
741     assert(!"reached");
742   }
743   written_bytes = written_frames * bpf;
744   /* written_bytes and written_frames had better both be set and correct by
745    * this point */
746   playing->start += written_bytes;
747   playing->used -= written_bytes;
748   playing->played += written_frames;
749   /* If the pointer is at the end of the buffer (or the buffer is completely
750    * empty) wrap it back to the start. */
751   if(!playing->used || playing->start == playing->size)
752     playing->start = 0;
753   frames -= written_frames;
754 }
755
756 /* Notify the server what we're up to. */
757 static void report(void) {
758   struct speaker_message sm;
759
760   if(playing && playing->buffer != (void *)&playing->format) {
761     memset(&sm, 0, sizeof sm);
762     sm.type = paused ? SM_PAUSED : SM_PLAYING;
763     strcpy(sm.id, playing->id);
764     sm.data = playing->played / playing->format.rate;
765     speaker_send(1, &sm, 0);
766   }
767   time(&last_report);
768 }
769
770 static void reap(int __attribute__((unused)) sig) {
771   pid_t cmdpid;
772   int st;
773
774   do
775     cmdpid = waitpid(-1, &st, WNOHANG);
776   while(cmdpid > 0);
777   signal(SIGCHLD, reap);
778 }
779
780 static int addfd(int fd, int events) {
781   if(fdno < NFDS) {
782     fds[fdno].fd = fd;
783     fds[fdno].events = events;
784     return fdno++;
785   } else
786     return -1;
787 }
788
789 #if API_ALSA
790 /** @brief ALSA backend initialization */
791 static void alsa_init(void) {
792   info("selected ALSA backend");
793 }
794
795 /** @brief ALSA backend activation */
796 static int alsa_activate(void) {
797   /* If we need to change format then close the current device. */
798   if(pcm && !formats_equal(&playing->format, &pcm_format))
799     idle();
800   if(!pcm) {
801     snd_pcm_hw_params_t *hwparams;
802     snd_pcm_sw_params_t *swparams;
803     snd_pcm_uframes_t pcm_bufsize;
804     int err;
805     int sample_format = 0;
806     unsigned rate;
807
808     D(("snd_pcm_open"));
809     if((err = snd_pcm_open(&pcm,
810                            config->device,
811                            SND_PCM_STREAM_PLAYBACK,
812                            SND_PCM_NONBLOCK))) {
813       error(0, "error from snd_pcm_open: %d", err);
814       goto error;
815     }
816     snd_pcm_hw_params_alloca(&hwparams);
817     D(("set up hw params"));
818     if((err = snd_pcm_hw_params_any(pcm, hwparams)) < 0)
819       fatal(0, "error from snd_pcm_hw_params_any: %d", err);
820     if((err = snd_pcm_hw_params_set_access(pcm, hwparams,
821                                            SND_PCM_ACCESS_RW_INTERLEAVED)) < 0)
822       fatal(0, "error from snd_pcm_hw_params_set_access: %d", err);
823     switch(playing->format.bits) {
824     case 8:
825       sample_format = SND_PCM_FORMAT_S8;
826       break;
827     case 16:
828       switch(playing->format.byte_format) {
829       case AO_FMT_NATIVE: sample_format = SND_PCM_FORMAT_S16; break;
830       case AO_FMT_LITTLE: sample_format = SND_PCM_FORMAT_S16_LE; break;
831       case AO_FMT_BIG: sample_format = SND_PCM_FORMAT_S16_BE; break;
832         error(0, "unrecognized byte format %d", playing->format.byte_format);
833         goto fatal;
834       }
835       break;
836     default:
837       error(0, "unsupported sample size %d", playing->format.bits);
838       goto fatal;
839     }
840     if((err = snd_pcm_hw_params_set_format(pcm, hwparams,
841                                            sample_format)) < 0) {
842       error(0, "error from snd_pcm_hw_params_set_format (%d): %d",
843             sample_format, err);
844       goto fatal;
845     }
846     rate = playing->format.rate;
847     if((err = snd_pcm_hw_params_set_rate_near(pcm, hwparams, &rate, 0)) < 0) {
848       error(0, "error from snd_pcm_hw_params_set_rate (%d): %d",
849             playing->format.rate, err);
850       goto fatal;
851     }
852     if(rate != (unsigned)playing->format.rate)
853       info("want rate %d, got %u", playing->format.rate, rate);
854     if((err = snd_pcm_hw_params_set_channels(pcm, hwparams,
855                                              playing->format.channels)) < 0) {
856       error(0, "error from snd_pcm_hw_params_set_channels (%d): %d",
857             playing->format.channels, err);
858       goto fatal;
859     }
860     bufsize = 3 * FRAMES;
861     pcm_bufsize = bufsize;
862     if((err = snd_pcm_hw_params_set_buffer_size_near(pcm, hwparams,
863                                                      &pcm_bufsize)) < 0)
864       fatal(0, "error from snd_pcm_hw_params_set_buffer_size (%d): %d",
865             3 * FRAMES, err);
866     if(pcm_bufsize != 3 * FRAMES && pcm_bufsize != last_pcm_bufsize)
867       info("asked for PCM buffer of %d frames, got %d",
868            3 * FRAMES, (int)pcm_bufsize);
869     last_pcm_bufsize = pcm_bufsize;
870     if((err = snd_pcm_hw_params(pcm, hwparams)) < 0)
871       fatal(0, "error calling snd_pcm_hw_params: %d", err);
872     D(("set up sw params"));
873     snd_pcm_sw_params_alloca(&swparams);
874     if((err = snd_pcm_sw_params_current(pcm, swparams)) < 0)
875       fatal(0, "error calling snd_pcm_sw_params_current: %d", err);
876     if((err = snd_pcm_sw_params_set_avail_min(pcm, swparams, FRAMES)) < 0)
877       fatal(0, "error calling snd_pcm_sw_params_set_avail_min %d: %d",
878             FRAMES, err);
879     if((err = snd_pcm_sw_params(pcm, swparams)) < 0)
880       fatal(0, "error calling snd_pcm_sw_params: %d", err);
881     pcm_format = playing->format;
882     bpf = bytes_per_frame(&pcm_format);
883     D(("acquired audio device"));
884     log_params(hwparams, swparams);
885     ready = 1;
886   }
887   return 0;
888 fatal:
889   abandon();
890 error:
891   /* We assume the error is temporary and that we'll retry in a bit. */
892   if(pcm) {
893     snd_pcm_close(pcm);
894     pcm = 0;
895   }
896   return -1;
897 }
898
899 /** @brief Play via ALSA */
900 static size_t alsa_play(size_t frames) {
901   snd_pcm_sframes_t pcm_written_frames;
902   int err;
903   
904   pcm_written_frames = snd_pcm_writei(pcm,
905                                       playing->buffer + playing->start,
906                                       frames);
907   D(("actually play %zu frames, wrote %d",
908      frames, (int)pcm_written_frames));
909   if(pcm_written_frames < 0) {
910     switch(pcm_written_frames) {
911     case -EPIPE:                        /* underrun */
912       error(0, "snd_pcm_writei reports underrun");
913       if((err = snd_pcm_prepare(pcm)) < 0)
914         fatal(0, "error calling snd_pcm_prepare: %d", err);
915       return 0;
916     case -EAGAIN:
917       return 0;
918     default:
919       fatal(0, "error calling snd_pcm_writei: %d",
920             (int)pcm_written_frames);
921     }
922   } else
923     return pcm_written_frames;
924 }
925
926 /** @brief ALSA deactivation */
927 static void alsa_deactivate(void) {
928   if(pcm) {
929     int  err;
930     
931     if((err = snd_pcm_nonblock(pcm, 0)) < 0)
932       fatal(0, "error calling snd_pcm_nonblock: %d", err);
933     D(("draining pcm"));
934     snd_pcm_drain(pcm);
935     D(("closing pcm"));
936     snd_pcm_close(pcm);
937     pcm = 0;
938     forceplay = 0;
939     D(("released audio device"));
940   }
941 }
942 #endif
943
944 /** @brief Command backend initialization */
945 static void command_init(void) {
946   info("selected command backend");
947   fork_cmd();
948 }
949
950 /** @brief Play to a subprocess */
951 static size_t command_play(size_t frames) {
952   return frames;
953 }
954
955 /** @brief Command/network backend activation */
956 static int generic_activate(void) {
957   if(!ready) {
958     bufsize = 3 * FRAMES;
959     bpf = bytes_per_frame(&config->sample_format);
960     D(("acquired audio device"));
961     ready = 1;
962   }
963   return 0;
964 }
965
966 /** @brief Network backend initialization */
967 static void network_init(void) {
968   struct addrinfo *res, *sres;
969   static const struct addrinfo pref = {
970     0,
971     PF_INET,
972     SOCK_DGRAM,
973     IPPROTO_UDP,
974     0,
975     0,
976     0,
977     0
978   };
979   static const struct addrinfo prefbind = {
980     AI_PASSIVE,
981     PF_INET,
982     SOCK_DGRAM,
983     IPPROTO_UDP,
984     0,
985     0,
986     0,
987     0
988   };
989   static const int one = 1;
990   int sndbuf, target_sndbuf = 131072;
991   socklen_t len;
992   char *sockname, *ssockname;
993
994   res = get_address(&config->broadcast, &pref, &sockname);
995   if(!res) exit(-1);
996   if(config->broadcast_from.n) {
997     sres = get_address(&config->broadcast_from, &prefbind, &ssockname);
998     if(!sres) exit(-1);
999   } else
1000     sres = 0;
1001   if((bfd = socket(res->ai_family,
1002                    res->ai_socktype,
1003                    res->ai_protocol)) < 0)
1004     fatal(errno, "error creating broadcast socket");
1005   if(setsockopt(bfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &one, sizeof one) < 0)
1006     fatal(errno, "error setting SO_BROADCAST on broadcast socket");
1007   len = sizeof sndbuf;
1008   if(getsockopt(bfd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF,
1009                 &sndbuf, &len) < 0)
1010     fatal(errno, "error getting SO_SNDBUF");
1011   if(target_sndbuf > sndbuf) {
1012     if(setsockopt(bfd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF,
1013                   &target_sndbuf, sizeof target_sndbuf) < 0)
1014       error(errno, "error setting SO_SNDBUF to %d", target_sndbuf);
1015     else
1016       info("changed socket send buffer size from %d to %d",
1017            sndbuf, target_sndbuf);
1018   } else
1019     info("default socket send buffer is %d",
1020          sndbuf);
1021   /* We might well want to set additional broadcast- or multicast-related
1022    * options here */
1023   if(sres && bind(bfd, sres->ai_addr, sres->ai_addrlen) < 0)
1024     fatal(errno, "error binding broadcast socket to %s", ssockname);
1025   if(connect(bfd, res->ai_addr, res->ai_addrlen) < 0)
1026     fatal(errno, "error connecting broadcast socket to %s", sockname);
1027   /* Select an SSRC */
1028   gcry_randomize(&rtp_id, sizeof rtp_id, GCRY_STRONG_RANDOM);
1029   info("selected network backend, sending to %s", sockname);
1030   if(config->sample_format.byte_format != AO_FMT_BIG) {
1031     info("forcing big-endian sample format");
1032     config->sample_format.byte_format = AO_FMT_BIG;
1033   }
1034 }
1035
1036 /** @brief Play over the network */
1037 static size_t network_play(size_t frames) {
1038   return frames;
1039 }
1040
1041 /** @brief Table of speaker backends */
1042 static const struct speaker_backend backends[] = {
1043 #if API_ALSA
1044   {
1045     BACKEND_ALSA,
1046     0,
1047     alsa_init,
1048     alsa_activate,
1049     alsa_play,
1050     alsa_deactivate
1051   },
1052 #endif
1053   {
1054     BACKEND_COMMAND,
1055     FIXED_FORMAT,
1056     command_init,
1057     generic_activate,
1058     command_play,
1059     0                                   /* deactivate */
1060   },
1061   {
1062     BACKEND_NETWORK,
1063     FIXED_FORMAT,
1064     network_init,
1065     generic_activate,
1066     network_play,
1067     0                                   /* deactivate */
1068   },
1069   { -1, 0, 0, 0, 0, 0 }
1070 };
1071
1072 int main(int argc, char **argv) {
1073   int n, fd, stdin_slot, alsa_slots, cmdfd_slot, bfd_slot, poke, timeout;
1074   struct track *t;
1075   struct speaker_message sm;
1076 #if API_ALSA
1077   int alsa_nslots = -1, err;
1078 #endif
1079
1080   set_progname(argv);
1081   if(!setlocale(LC_CTYPE, "")) fatal(errno, "error calling setlocale");
1082   while((n = getopt_long(argc, argv, "hVc:dD", options, 0)) >= 0) {
1083     switch(n) {
1084     case 'h': help();
1085     case 'V': version();
1086     case 'c': configfile = optarg; break;
1087     case 'd': debugging = 1; break;
1088     case 'D': debugging = 0; break;
1089     default: fatal(0, "invalid option");
1090     }
1091   }
1092   if(getenv("DISORDER_DEBUG_SPEAKER")) debugging = 1;
1093   /* If stderr is a TTY then log there, otherwise to syslog. */
1094   if(!isatty(2)) {
1095     openlog(progname, LOG_PID, LOG_DAEMON);
1096     log_default = &log_syslog;
1097   }
1098   if(config_read()) fatal(0, "cannot read configuration");
1099   /* ignore SIGPIPE */
1100   signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
1101   /* reap kids */
1102   signal(SIGCHLD, reap);
1103   /* set nice value */
1104   xnice(config->nice_speaker);
1105   /* change user */
1106   become_mortal();
1107   /* make sure we're not root, whatever the config says */
1108   if(getuid() == 0 || geteuid() == 0) fatal(0, "do not run as root");
1109   /* identify the backend used to play */
1110   for(n = 0; backends[n].backend != -1; ++n)
1111     if(backends[n].backend == config->speaker_backend)
1112       break;
1113   if(backends[n].backend == -1)
1114     fatal(0, "unsupported backend %d", config->speaker_backend);
1115   backend = &backends[n];
1116   /* backend-specific initialization */
1117   backend->init();
1118   while(getppid() != 1) {
1119     fdno = 0;
1120     /* Always ready for commands from the main server. */
1121     stdin_slot = addfd(0, POLLIN);
1122     /* Try to read sample data for the currently playing track if there is
1123      * buffer space. */
1124     if(playing && !playing->eof && playing->used < playing->size) {
1125       playing->slot = addfd(playing->fd, POLLIN);
1126     } else if(playing)
1127       playing->slot = -1;
1128     /* If forceplay is set then wait until it succeeds before waiting on the
1129      * sound device. */
1130     alsa_slots = -1;
1131     cmdfd_slot = -1;
1132     bfd_slot = -1;
1133     /* By default we will wait up to a second before thinking about current
1134      * state. */
1135     timeout = 1000;
1136     if(ready && !forceplay) {
1137       switch(config->speaker_backend) {
1138       case BACKEND_COMMAND:
1139         /* We send sample data to the subprocess as fast as it can accept it.
1140          * This isn't ideal as pause latency can be very high as a result. */
1141         if(cmdfd >= 0)
1142           cmdfd_slot = addfd(cmdfd, POLLOUT);
1143         break;
1144       case BACKEND_NETWORK: {
1145         struct timeval now;
1146         uint64_t target_us;
1147         uint64_t target_rtp_time;
1148         const int64_t samples_ahead = ((uint64_t)RTP_AHEAD_MS
1149                                            * config->sample_format.rate
1150                                            * config->sample_format.channels
1151                                            / 1000);
1152 #if 0
1153         static unsigned logit;
1154 #endif
1155
1156         /* If we're starting then initialize the base time */
1157         if(!rtp_time)
1158           xgettimeofday(&rtp_time_0, 0);
1159         /* We send audio data whenever we get RTP_AHEAD seconds or more
1160          * behind */
1161         xgettimeofday(&now, 0);
1162         target_us = tvsub_us(now, rtp_time_0);
1163         assert(target_us <= UINT64_MAX / 88200);
1164         target_rtp_time = (target_us * config->sample_format.rate
1165                                      * config->sample_format.channels)
1166
1167                           / 1000000;
1168 #if 0
1169         /* TODO remove logging guff */
1170         if(!(logit++ & 1023))
1171           info("rtp_time %llu target %llu difference %lld [%lld]", 
1172                rtp_time, target_rtp_time,
1173                rtp_time - target_rtp_time,
1174                samples_ahead);
1175 #endif
1176         if((int64_t)(rtp_time - target_rtp_time) < samples_ahead)
1177           bfd_slot = addfd(bfd, POLLOUT);
1178         break;
1179       }
1180 #if API_ALSA
1181       case BACKEND_ALSA: {
1182         /* We send sample data to ALSA as fast as it can accept it, relying on
1183          * the fact that it has a relatively small buffer to minimize pause
1184          * latency. */
1185         int retry = 3;
1186         
1187         alsa_slots = fdno;
1188         do {
1189           retry = 0;
1190           alsa_nslots = snd_pcm_poll_descriptors(pcm, &fds[fdno], NFDS - fdno);
1191           if((alsa_nslots <= 0
1192               || !(fds[alsa_slots].events & POLLOUT))
1193              && snd_pcm_state(pcm) == SND_PCM_STATE_XRUN) {
1194             error(0, "underrun detected after call to snd_pcm_poll_descriptors()");
1195             if((err = snd_pcm_prepare(pcm)))
1196               fatal(0, "error calling snd_pcm_prepare: %d", err);
1197           } else
1198             break;
1199         } while(retry-- > 0);
1200         if(alsa_nslots >= 0)
1201           fdno += alsa_nslots;
1202         break;
1203       }
1204 #endif
1205       default:
1206         assert(!"unknown backend");
1207       }
1208     }
1209     /* If any other tracks don't have a full buffer, try to read sample data
1210      * from them. */
1211     for(t = tracks; t; t = t->next)
1212       if(t != playing) {
1213         if(!t->eof && t->used < t->size) {
1214           t->slot = addfd(t->fd,  POLLIN | POLLHUP);
1215         } else
1216           t->slot = -1;
1217       }
1218     /* Wait for something interesting to happen */
1219     n = poll(fds, fdno, timeout);
1220     if(n < 0) {
1221       if(errno == EINTR) continue;
1222       fatal(errno, "error calling poll");
1223     }
1224     /* Play some sound before doing anything else */
1225     poke = 0;
1226     switch(config->speaker_backend) {
1227 #if API_ALSA
1228     case BACKEND_ALSA:
1229       if(alsa_slots != -1) {
1230         unsigned short alsa_revents;
1231         
1232         if((err = snd_pcm_poll_descriptors_revents(pcm,
1233                                                    &fds[alsa_slots],
1234                                                    alsa_nslots,
1235                                                    &alsa_revents)) < 0)
1236           fatal(0, "error calling snd_pcm_poll_descriptors_revents: %d", err);
1237         if(alsa_revents & (POLLOUT | POLLERR))
1238           play(3 * FRAMES);
1239       } else
1240         poke = 1;
1241       break;
1242 #endif
1243     case BACKEND_COMMAND:
1244       if(cmdfd_slot != -1) {
1245         if(fds[cmdfd_slot].revents & (POLLOUT | POLLERR))
1246           play(3 * FRAMES);
1247       } else
1248         poke = 1;
1249       break;
1250     case BACKEND_NETWORK:
1251       if(bfd_slot != -1) {
1252         if(fds[bfd_slot].revents & (POLLOUT | POLLERR))
1253           play(3 * FRAMES);
1254       } else
1255         poke = 1;
1256       break;
1257     }
1258     if(poke) {
1259       /* Some attempt to play must have failed */
1260       if(playing && !paused)
1261         play(forceplay);
1262       else
1263         forceplay = 0;                  /* just in case */
1264     }
1265     /* Perhaps we have a command to process */
1266     if(fds[stdin_slot].revents & POLLIN) {
1267       n = speaker_recv(0, &sm, &fd);
1268       if(n > 0)
1269         switch(sm.type) {
1270         case SM_PREPARE:
1271           D(("SM_PREPARE %s %d", sm.id, fd));
1272           if(fd == -1) fatal(0, "got SM_PREPARE but no file descriptor");
1273           t = findtrack(sm.id, 1);
1274           acquire(t, fd);
1275           break;
1276         case SM_PLAY:
1277           D(("SM_PLAY %s %d", sm.id, fd));
1278           if(playing) fatal(0, "got SM_PLAY but already playing something");
1279           t = findtrack(sm.id, 1);
1280           if(fd != -1) acquire(t, fd);
1281           playing = t;
1282           play(bufsize);
1283           report();
1284           break;
1285         case SM_PAUSE:
1286           D(("SM_PAUSE"));
1287           paused = 1;
1288           report();
1289           break;
1290         case SM_RESUME:
1291           D(("SM_RESUME"));
1292           if(paused) {
1293             paused = 0;
1294             if(playing)
1295               play(bufsize);
1296           }
1297           report();
1298           break;
1299         case SM_CANCEL:
1300           D(("SM_CANCEL %s",  sm.id));
1301           t = removetrack(sm.id);
1302           if(t) {
1303             if(t == playing) {
1304               sm.type = SM_FINISHED;
1305               strcpy(sm.id, playing->id);
1306               speaker_send(1, &sm, 0);
1307               playing = 0;
1308             }
1309             destroy(t);
1310           } else
1311             error(0, "SM_CANCEL for unknown track %s", sm.id);
1312           report();
1313           break;
1314         case SM_RELOAD:
1315           D(("SM_RELOAD"));
1316           if(config_read()) error(0, "cannot read configuration");
1317           info("reloaded configuration");
1318           break;
1319         default:
1320           error(0, "unknown message type %d", sm.type);
1321         }
1322     }
1323     /* Read in any buffered data */
1324     for(t = tracks; t; t = t->next)
1325       if(t->slot != -1 && (fds[t->slot].revents & (POLLIN | POLLHUP)))
1326          fill(t);
1327     /* We might be able to play now */
1328     if(ready && forceplay && playing && !paused)
1329       play(forceplay);
1330     /* Maybe we finished playing a track somewhere in the above */
1331     maybe_finished();
1332     /* If we don't need the sound device for now then close it for the benefit
1333      * of anyone else who wants it. */
1334     if((!playing || paused) && ready)
1335       idle();
1336     /* If we've not reported out state for a second do so now. */
1337     if(time(0) > last_report)
1338       report();
1339   }
1340   info("stopped (parent terminated)");
1341   exit(0);
1342 }
1343
1344 /*
1345 Local Variables:
1346 c-basic-offset:2
1347 comment-column:40
1348 fill-column:79
1349 indent-tabs-mode:nil
1350 End:
1351 */