chiark / gitweb /
speaker_play() actually honors playable()
[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   { "syslog", no_argument, 0, 's' },
121   { "no-syslog", no_argument, 0, 'S' },
122   { 0, 0, 0, 0 }
123 };
124
125 /* Display usage message and terminate. */
126 static void help(void) {
127   xprintf("Usage:\n"
128           "  disorder-speaker [OPTIONS]\n"
129           "Options:\n"
130           "  --help, -h              Display usage message\n"
131           "  --version, -V           Display version number\n"
132           "  --config PATH, -c PATH  Set configuration file\n"
133           "  --debug, -d             Turn on debugging\n"
134           "  --[no-]syslog           Force logging\n"
135           "\n"
136           "Speaker process for DisOrder.  Not intended to be run\n"
137           "directly.\n");
138   xfclose(stdout);
139   exit(0);
140 }
141
142 /* Display version number and terminate. */
143 static void version(void) {
144   xprintf("disorder-speaker version %s\n", disorder_version_string);
145   xfclose(stdout);
146   exit(0);
147 }
148
149 /** @brief Return the number of bytes per frame in @p format */
150 static size_t bytes_per_frame(const struct stream_header *format) {
151   return format->channels * format->bits / 8;
152 }
153
154 /** @brief Find track @p id, maybe creating it if not found */
155 static struct track *findtrack(const char *id, int create) {
156   struct track *t;
157
158   D(("findtrack %s %d", id, create));
159   for(t = tracks; t && strcmp(id, t->id); t = t->next)
160     ;
161   if(!t && create) {
162     t = xmalloc(sizeof *t);
163     t->next = tracks;
164     strcpy(t->id, id);
165     t->fd = -1;
166     tracks = t;
167   }
168   return t;
169 }
170
171 /** @brief Remove track @p id (but do not destroy it) */
172 static struct track *removetrack(const char *id) {
173   struct track *t, **tt;
174
175   D(("removetrack %s", id));
176   for(tt = &tracks; (t = *tt) && strcmp(id, t->id); tt = &t->next)
177     ;
178   if(t)
179     *tt = t->next;
180   return t;
181 }
182
183 /** @brief Destroy a track */
184 static void destroy(struct track *t) {
185   D(("destroy %s", t->id));
186   if(t->fd != -1) xclose(t->fd);
187   free(t);
188 }
189
190 /** @brief Read data into a sample buffer
191  * @param t Pointer to track
192  * @return 0 on success, -1 on EOF
193  *
194  * This is effectively the read callback on @c t->fd.  It is called from the
195  * main loop whenever the track's file descriptor is readable, assuming the
196  * buffer has not reached the maximum allowed occupancy.
197  */
198 static int speaker_fill(struct track *t) {
199   size_t where, left;
200   int n;
201
202   D(("fill %s: eof=%d used=%zu",
203      t->id, t->eof, t->used));
204   if(t->eof) return -1;
205   if(t->used < sizeof t->buffer) {
206     /* there is room left in the buffer */
207     where = (t->start + t->used) % sizeof t->buffer;
208     /* Get as much data as we can */
209     if(where >= t->start) left = (sizeof t->buffer) - where;
210     else left = t->start - where;
211     do {
212       n = read(t->fd, t->buffer + where, left);
213     } while(n < 0 && errno == EINTR);
214     if(n < 0) {
215       if(errno != EAGAIN) fatal(errno, "error reading sample stream");
216       return 0;
217     }
218     if(n == 0) {
219       D(("fill %s: eof detected", t->id));
220       t->eof = 1;
221       t->playable = 1;
222       return -1;
223     }
224     t->used += n;
225     if(t->used == sizeof t->buffer)
226       t->playable = 1;
227   }
228   return 0;
229 }
230
231 /** @brief Close the sound device
232  *
233  * This is called to deactivate the output device when pausing, and also by the
234  * ALSA backend when changing encoding (in which case the sound device will be
235  * immediately reactivated).
236  */
237 static void idle(void) {
238   D(("idle"));
239   if(backend->deactivate) 
240     backend->deactivate();
241   else
242     device_state = device_closed;
243   idled = 1;
244 }
245
246 /** @brief Abandon the current track */
247 void abandon(void) {
248   struct speaker_message sm;
249
250   D(("abandon"));
251   memset(&sm, 0, sizeof sm);
252   sm.type = SM_FINISHED;
253   strcpy(sm.id, playing->id);
254   speaker_send(1, &sm);
255   removetrack(playing->id);
256   destroy(playing);
257   playing = 0;
258 }
259
260 /** @brief Enable sound output
261  *
262  * Makes sure the sound device is open and has the right sample format.  Return
263  * 0 on success and -1 on error.
264  */
265 static void activate(void) {
266   if(backend->activate)
267     backend->activate();
268   else
269     device_state = device_open;
270 }
271
272 /** @brief Check whether the current track has finished
273  *
274  * The current track is determined to have finished either if the input stream
275  * eded before the format could be determined (i.e. it is malformed) or the
276  * input is at end of file and there is less than a frame left unplayed.  (So
277  * it copes with decoders that crash mid-frame.)
278  */
279 static void maybe_finished(void) {
280   if(playing
281      && playing->eof
282      && playing->used < bytes_per_frame(&config->sample_format))
283     abandon();
284 }
285
286 /** @brief Return nonzero if we want to play some audio
287  *
288  * We want to play audio if there is a current track; and it is not paused; and
289  * it is playable according to the rules for @ref track::playable.
290  */
291 static int playable(void) {
292   return playing
293          && !paused
294          && playing->playable;
295 }
296
297 /** @brief Play up to @p frames frames of audio
298  *
299  * It is always safe to call this function.
300  * - If @ref playing is 0 then it will just return
301  * - If @ref paused is non-0 then it will just return
302  * - If @ref device_state != @ref device_open then it will call activate() and
303  * return if it it fails.
304  * - If there is not enough audio to play then it play what is available.
305  *
306  * If there are not enough frames to play then whatever is available is played
307  * instead.  It is up to mainloop() to ensure that speaker_play() is not called
308  * when unreasonably only an small amounts of data is available to play.
309  */
310 static void speaker_play(size_t frames) {
311   size_t avail_frames, avail_bytes, written_frames;
312   ssize_t written_bytes;
313
314   /* Make sure there's a track to play and it is not paused */
315   if(!playable())
316     return;
317   /* Make sure the output device is open */
318   if(device_state != device_open) {
319     activate(); 
320     if(device_state != device_open)
321       return;
322   }
323   D(("play: play %zu/%zu%s %dHz %db %dc",  frames, playing->used / bpf,
324      playing->eof ? " EOF" : "",
325      config->sample_format.rate,
326      config->sample_format.bits,
327      config->sample_format.channels));
328   /* Figure out how many frames there are available to write */
329   if(playing->start + playing->used > sizeof playing->buffer)
330     /* The ring buffer is currently wrapped, only play up to the wrap point */
331     avail_bytes = (sizeof playing->buffer) - playing->start;
332   else
333     /* The ring buffer is not wrapped, can play the lot */
334     avail_bytes = playing->used;
335   avail_frames = avail_bytes / bpf;
336   /* Only play up to the requested amount */
337   if(avail_frames > frames)
338     avail_frames = frames;
339   if(!avail_frames)
340     return;
341   /* Play it, Sam */
342   written_frames = backend->play(avail_frames);
343   written_bytes = written_frames * bpf;
344   /* written_bytes and written_frames had better both be set and correct by
345    * this point */
346   playing->start += written_bytes;
347   playing->used -= written_bytes;
348   playing->played += written_frames;
349   /* If the pointer is at the end of the buffer (or the buffer is completely
350    * empty) wrap it back to the start. */
351   if(!playing->used || playing->start == (sizeof playing->buffer))
352     playing->start = 0;
353   /* If the buffer emptied out mark the track as unplayably */
354   if(!playing->used)
355     playing->playable = 0;
356   frames -= written_frames;
357   return;
358 }
359
360 /* Notify the server what we're up to. */
361 static void report(void) {
362   struct speaker_message sm;
363
364   if(playing) {
365     memset(&sm, 0, sizeof sm);
366     sm.type = paused ? SM_PAUSED : SM_PLAYING;
367     strcpy(sm.id, playing->id);
368     sm.data = playing->played / config->sample_format.rate;
369     speaker_send(1, &sm);
370   }
371   time(&last_report);
372 }
373
374 static void reap(int __attribute__((unused)) sig) {
375   pid_t cmdpid;
376   int st;
377
378   do
379     cmdpid = waitpid(-1, &st, WNOHANG);
380   while(cmdpid > 0);
381   signal(SIGCHLD, reap);
382 }
383
384 int addfd(int fd, int events) {
385   if(fdno < NFDS) {
386     fds[fdno].fd = fd;
387     fds[fdno].events = events;
388     return fdno++;
389   } else
390     return -1;
391 }
392
393 /** @brief Table of speaker backends */
394 static const struct speaker_backend *backends[] = {
395 #if HAVE_ALSA_ASOUNDLIB_H
396   &alsa_backend,
397 #endif
398   &command_backend,
399   &network_backend,
400 #if HAVE_COREAUDIO_AUDIOHARDWARE_H
401   &coreaudio_backend,
402 #endif
403 #if HAVE_SYS_SOUNDCARD_H
404   &oss_backend,
405 #endif
406   0
407 };
408
409 /** @brief Main event loop */
410 static void mainloop(void) {
411   struct track *t;
412   struct speaker_message sm;
413   int n, fd, stdin_slot, timeout, listen_slot;
414
415   while(getppid() != 1) {
416     fdno = 0;
417     /* By default we will wait up to a second before thinking about current
418      * state. */
419     timeout = 1000;
420     /* Always ready for commands from the main server. */
421     stdin_slot = addfd(0, POLLIN);
422     /* Also always ready for inbound connections */
423     listen_slot = addfd(listenfd, POLLIN);
424     /* Try to read sample data for the currently playing track if there is
425      * buffer space. */
426     if(playing
427        && playing->fd >= 0
428        && !playing->eof
429        && playing->used < (sizeof playing->buffer))
430       playing->slot = addfd(playing->fd, POLLIN);
431     else if(playing)
432       playing->slot = -1;
433     if(playable()) {
434       /* We want to play some audio.  If the device is closed then we attempt
435        * to open it. */
436       if(device_state == device_closed)
437         activate();
438       /* If the device is (now) open then we will wait up until it is ready for
439        * more.  If something went wrong then we should have device_error
440        * instead, but the post-poll code will cope even if it's
441        * device_closed. */
442       if(device_state == device_open)
443         backend->beforepoll(&timeout);
444     }
445     /* If any other tracks don't have a full buffer, try to read sample data
446      * from them.  We do this last of all, so that if we run out of slots,
447      * nothing important can't be monitored. */
448     for(t = tracks; t; t = t->next)
449       if(t != playing) {
450         if(t->fd >= 0
451            && !t->eof
452            && t->used < sizeof t->buffer) {
453           t->slot = addfd(t->fd,  POLLIN | POLLHUP);
454         } else
455           t->slot = -1;
456       }
457     /* Wait for something interesting to happen */
458     n = poll(fds, fdno, timeout);
459     if(n < 0) {
460       if(errno == EINTR) continue;
461       fatal(errno, "error calling poll");
462     }
463     /* Play some sound before doing anything else */
464     if(playable()) {
465       /* We want to play some audio */
466       if(device_state == device_open) {
467         if(backend->ready())
468           speaker_play(3 * FRAMES);
469       } else {
470         /* We must be in _closed or _error, and it should be the latter, but we
471          * cope with either.
472          *
473          * We most likely timed out, so now is a good time to retry.
474          * speaker_play() knows to re-activate the device if necessary.
475          */
476         speaker_play(3 * FRAMES);
477       }
478     }
479     /* Perhaps a connection has arrived */
480     if(fds[listen_slot].revents & POLLIN) {
481       struct sockaddr_un addr;
482       socklen_t addrlen = sizeof addr;
483       uint32_t l;
484       char id[24];
485
486       if((fd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&addr, &addrlen)) >= 0) {
487         blocking(fd);
488         if(read(fd, &l, sizeof l) < 4) {
489           error(errno, "reading length from inbound connection");
490           xclose(fd);
491         } else if(l >= sizeof id) {
492           error(0, "id length too long");
493           xclose(fd);
494         } else if(read(fd, id, l) < (ssize_t)l) {
495           error(errno, "reading id from inbound connection");
496           xclose(fd);
497         } else {
498           id[l] = 0;
499           D(("id %s fd %d", id, fd));
500           t = findtrack(id, 1/*create*/);
501           write(fd, "", 1);             /* write an ack */
502           if(t->fd != -1) {
503             error(0, "%s: already got a connection", id);
504             xclose(fd);
505           } else {
506             nonblock(fd);
507             t->fd = fd;               /* yay */
508           }
509         }
510       } else
511         error(errno, "accept");
512     }
513     /* Perhaps we have a command to process */
514     if(fds[stdin_slot].revents & POLLIN) {
515       /* There might (in theory) be several commands queued up, but in general
516        * this won't be the case, so we don't bother looping around to pick them
517        * all up. */ 
518       n = speaker_recv(0, &sm);
519       /* TODO */
520       if(n > 0)
521         switch(sm.type) {
522         case SM_PLAY:
523           if(playing) fatal(0, "got SM_PLAY but already playing something");
524           t = findtrack(sm.id, 1);
525           D(("SM_PLAY %s fd %d", t->id, t->fd));
526           if(t->fd == -1)
527             error(0, "cannot play track because no connection arrived");
528           playing = t;
529           /* We attempt to play straight away rather than going round the loop.
530            * speaker_play() is clever enough to perform any activation that is
531            * required. */
532           speaker_play(3 * FRAMES);
533           report();
534           break;
535         case SM_PAUSE:
536           D(("SM_PAUSE"));
537           paused = 1;
538           report();
539           break;
540         case SM_RESUME:
541           D(("SM_RESUME"));
542           if(paused) {
543             paused = 0;
544             /* As for SM_PLAY we attempt to play straight away. */
545             if(playing)
546               speaker_play(3 * FRAMES);
547           }
548           report();
549           break;
550         case SM_CANCEL:
551           D(("SM_CANCEL %s",  sm.id));
552           t = removetrack(sm.id);
553           if(t) {
554             if(t == playing) {
555               sm.type = SM_FINISHED;
556               strcpy(sm.id, playing->id);
557               speaker_send(1, &sm);
558               playing = 0;
559             }
560             destroy(t);
561           } else
562             error(0, "SM_CANCEL for unknown track %s", sm.id);
563           report();
564           break;
565         case SM_RELOAD:
566           D(("SM_RELOAD"));
567           if(config_read(1)) error(0, "cannot read configuration");
568           info("reloaded configuration");
569           break;
570         default:
571           error(0, "unknown message type %d", sm.type);
572         }
573     }
574     /* Read in any buffered data */
575     for(t = tracks; t; t = t->next)
576       if(t->fd != -1
577          && t->slot != -1
578          && (fds[t->slot].revents & (POLLIN | POLLHUP)))
579          speaker_fill(t);
580     /* Maybe we finished playing a track somewhere in the above */
581     maybe_finished();
582     /* If we don't need the sound device for now then close it for the benefit
583      * of anyone else who wants it. */
584     if((!playing || paused) && device_state == device_open)
585       idle();
586     /* If we've not reported out state for a second do so now. */
587     if(time(0) > last_report)
588       report();
589   }
590 }
591
592 int main(int argc, char **argv) {
593   int n, logsyslog = !isatty(2);
594   struct sockaddr_un addr;
595   static const int one = 1;
596   struct speaker_message sm;
597   const char *d;
598
599   set_progname(argv);
600   if(!setlocale(LC_CTYPE, "")) fatal(errno, "error calling setlocale");
601   while((n = getopt_long(argc, argv, "hVc:dDSs", options, 0)) >= 0) {
602     switch(n) {
603     case 'h': help();
604     case 'V': version();
605     case 'c': configfile = optarg; break;
606     case 'd': debugging = 1; break;
607     case 'D': debugging = 0; break;
608     case 'S': logsyslog = 0; break;
609     case 's': logsyslog = 1; break;
610     default: fatal(0, "invalid option");
611     }
612   }
613   if((d = getenv("DISORDER_DEBUG_SPEAKER"))) debugging = atoi(d);
614   if(logsyslog) {
615     openlog(progname, LOG_PID, LOG_DAEMON);
616     log_default = &log_syslog;
617   }
618   if(config_read(1)) fatal(0, "cannot read configuration");
619   bpf = bytes_per_frame(&config->sample_format);
620   /* ignore SIGPIPE */
621   signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
622   /* reap kids */
623   signal(SIGCHLD, reap);
624   /* set nice value */
625   xnice(config->nice_speaker);
626   /* change user */
627   become_mortal();
628   /* make sure we're not root, whatever the config says */
629   if(getuid() == 0 || geteuid() == 0) fatal(0, "do not run as root");
630   /* identify the backend used to play */
631   for(n = 0; backends[n]; ++n)
632     if(backends[n]->backend == config->speaker_backend)
633       break;
634   if(!backends[n])
635     fatal(0, "unsupported backend %d", config->speaker_backend);
636   backend = backends[n];
637   /* backend-specific initialization */
638   backend->init();
639   /* set up the listen socket */
640   listenfd = xsocket(PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
641   memset(&addr, 0, sizeof addr);
642   addr.sun_family = AF_UNIX;
643   snprintf(addr.sun_path, sizeof addr.sun_path, "%s/speaker",
644            config->home);
645   if(unlink(addr.sun_path) < 0 && errno != ENOENT)
646     error(errno, "removing %s", addr.sun_path);
647   xsetsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &one, sizeof one);
648   if(bind(listenfd, (const struct sockaddr *)&addr, sizeof addr) < 0)
649     fatal(errno, "error binding socket to %s", addr.sun_path);
650   xlisten(listenfd, 128);
651   nonblock(listenfd);
652   info("listening on %s", addr.sun_path);
653   memset(&sm, 0, sizeof sm);
654   sm.type = SM_READY;
655   speaker_send(1, &sm);
656   mainloop();
657   info("stopped (parent terminated)");
658   exit(0);
659 }
660
661 /*
662 Local Variables:
663 c-basic-offset:2
664 comment-column:40
665 fill-column:79
666 indent-tabs-mode:nil
667 End:
668 */