chiark / gitweb /
start on playrtp split
[disorder] / clients / playrtp.c
index fcc339b00551d2c20dba5b8aa6033d12df57391e..86a248c849af5965eccb9af10c8e21a43856b405 100644 (file)
  * systems.  There is no support for Microsoft Windows yet, and that will in
  * fact probably an entirely separate program.
  *
- * The program runs (at least) two threads.  listen_thread() is responsible for
- * reading RTP packets off the wire and adding them to the binary heap @ref
- * packets, assuming they are basically sound.
+ * The program runs (at least) three threads.  listen_thread() is responsible
+ * for reading RTP packets off the wire and adding them to the linked list @ref
+ * received_packets, assuming they are basically sound.  queue_thread() takes
+ * packets off this linked list and adds them to @ref packets (an operation
+ * which might be much slower due to contention for @ref lock).
  *
  * The main thread is responsible for actually playing audio.  In ALSA this
  * means it waits until ALSA says it's ready for more audio which it then
  * plays.
  *
- * InCore Audio the main thread is only responsible for starting and stopping
+ * In Core Audio the main thread is only responsible for starting and stopping
  * play: the system does the actual playback in its own private thread, and
  * calls adioproc() to fetch the audio data.
  *
  * Sometimes it happens that there is no audio available to play.  This may
  * because the server went away, or a packet was dropped, or the server
  * deliberately did not send any sound because it encountered a silence.
+ *
+ * Assumptions:
+ * - it is safe to read uint32_t values without a lock protecting them
  */
 
 #include <config.h>
@@ -57,6 +62,7 @@
 #include <locale.h>
 #include <sys/uio.h>
 #include <string.h>
+#include <assert.h>
 
 #include "log.h"
 #include "mem.h"
@@ -67,6 +73,8 @@
 #include "defs.h"
 #include "vector.h"
 #include "heap.h"
+#include "timeval.h"
+#include "playrtp.h"
 
 #if HAVE_COREAUDIO_AUDIOHARDWARE_H
 # include <CoreAudio/AudioHardware.h>
@@ -84,13 +92,7 @@ static int rtpfd;
 static FILE *logfp;
 
 /** @brief Output device */
-static const char *device;
-
-/** @brief Maximum samples per packet we'll support
- *
- * NB that two channels = two samples in this program.
- */
-#define MAXSAMPLES 2048
+const char *device;
 
 /** @brief Minimum low watermark
  *
@@ -107,138 +109,64 @@ static unsigned readahead = 2 * 2 * 44100;
  * We'll stop reading from the network if we have this many samples. */
 static unsigned maxbuffer;
 
-/** @brief Number of samples to infill by in one go
+/** @brief Received packets
+ * Protected by @ref receive_lock
  *
- * This is an upper bound - in practice we expect the underlying audio API to
- * only ask for a much smaller number of samples in any one go.
+ * Received packets are added to this list, and queue_thread() picks them off
+ * it and adds them to @ref packets.  Whenever a packet is added to it, @ref
+ * receive_cond is signalled.
  */
-#define INFILL_SAMPLES (44100 * 2)      /* 1s */
+struct packet *received_packets;
 
-/** @brief Received packet
- *
- * Received packets are kept in a binary heap (see @ref pheap) ordered by
- * timestamp.
+/** @brief Tail of @ref received_packets
+ * Protected by @ref receive_lock
  */
-struct packet {
-  /** @brief Number of samples in this packet */
-  uint32_t nsamples;
-
-  /** @brief Timestamp from RTP packet
-   *
-   * NB that "timestamps" are really sample counters.  Use lt() or lt_packet()
-   * to compare timestamps. 
-   */
-  uint32_t timestamp;
-
-  /** @brief Flags
-   *
-   * Valid values are:
-   * - @ref IDLE - the idle bit was set in the RTP packet
-   */
-  unsigned flags;
-/** @brief idle bit set in RTP packet*/
-#define IDLE 0x0001
-
-  /** @brief Raw sample data
-   *
-   * Only the first @p nsamples samples are defined; the rest is uninitialized
-   * data.
-   */
-  uint16_t samples_raw[MAXSAMPLES];
-};
+struct packet **received_tail = &received_packets;
 
-/** @brief Return true iff \f$a < b\f$ in sequence-space arithmetic
+/** @brief Lock protecting @ref received_packets 
  *
- * Specifically it returns true if \f$(a-b) mod 2^{32} < 2^{31}\f$.
- *
- * See also lt_packet().
- */
-static inline int lt(uint32_t a, uint32_t b) {
-  return (uint32_t)(a - b) & 0x80000000;
-}
-
-/** @brief Return true iff a >= b in sequence-space arithmetic */
-static inline int ge(uint32_t a, uint32_t b) {
-  return !lt(a, b);
-}
-
-/** @brief Return true iff a > b in sequence-space arithmetic */
-static inline int gt(uint32_t a, uint32_t b) {
-  return lt(b, a);
-}
+ * Only listen_thread() and queue_thread() ever hold this lock.  It is vital
+ * that queue_thread() not hold it any longer than it strictly has to. */
+pthread_mutex_t receive_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
 
-/** @brief Return true iff a <= b in sequence-space arithmetic */
-static inline int le(uint32_t a, uint32_t b) {
-  return !lt(b, a);
-}
-
-/** @brief Ordering for packets, used by @ref pheap */
-static inline int lt_packet(const struct packet *a, const struct packet *b) {
-  return lt(a->timestamp, b->timestamp);
-}
+/** @brief Condition variable signalled when @ref received_packets is updated
+ *
+ * Used by listen_thread() to notify queue_thread() that it has added another
+ * packet to @ref received_packets. */
+pthread_cond_t receive_cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
 
-/** @struct pheap 
- * @brief Binary heap of packets ordered by timestamp */
-HEAP_TYPE(pheap, struct packet *, lt_packet);
+/** @brief Length of @ref received_packets */
+uint32_t nreceived;
 
 /** @brief Binary heap of received packets */
-static struct pheap packets;
+struct pheap packets;
 
-/** @brief Total number of samples available */
-static unsigned long nsamples;
+/** @brief Total number of samples available
+ *
+ * We make this volatile because we inspect it without a protecting lock,
+ * so the usual pthread_* guarantees aren't available.
+ */
+volatile uint32_t nsamples;
 
 /** @brief Timestamp of next packet to play.
  *
  * This is set to the timestamp of the last packet, plus the number of
  * samples it contained.  Only valid if @ref active is nonzero.
  */
-static uint32_t next_timestamp;
+uint32_t next_timestamp;
 
 /** @brief True if actively playing
  *
  * This is true when playing and false when just buffering. */
-static int active;
+int active;
 
-/** @brief Structure of free packet list */
-union free_packet {
-  struct packet p;
-  union free_packet *next;
-};
-
-/** @brief Linked list of free packets
- *
- * This is a linked list of formerly used packets.  For preference we re-use
- * packets that have already been used rather than unused ones, to limit the
- * size of the program's working set.  If there are no free packets in the list
- * we try @ref next_free_packet instead.
- *
- * Must hold @ref lock when accessing this.
- */
-static union free_packet *free_packets;
-
-/** @brief Array of new free packets 
- *
- * There are @ref count_free_packets ready to use at this address.  If there
- * are none left we allocate more memory.
- *
- * Must hold @ref lock when accessing this.
- */
-static union free_packet *next_free_packet;
-
-/** @brief Count of new free packets at @ref next_free_packet
- *
- * Must hold @ref lock when accessing this.
- */
-static size_t count_free_packets;
-
-/** @brief Lock protecting @ref packets 
- *
- * This also protects the packet memory allocation infrastructure, @ref
- * free_packets and @ref next_free_packet. */
-static pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
+/** @brief Lock protecting @ref packets */
+pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
 
 /** @brief Condition variable signalled whenever @ref packets is changed */
-static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
+pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
+
+HEAP_DEFINE(pheap, struct packet *, lt_packet);
 
 static const struct option options[] = {
   { "help", no_argument, 0, 'h' },
@@ -248,38 +176,11 @@ static const struct option options[] = {
   { "min", required_argument, 0, 'm' },
   { "max", required_argument, 0, 'x' },
   { "buffer", required_argument, 0, 'b' },
+  { "rcvbuf", required_argument, 0, 'R' },
+  { "multicast", required_argument, 0, 'M' },
   { 0, 0, 0, 0 }
 };
 
-/** @brief Return a new packet
- *
- * Assumes that @ref lock is held. */
-static struct packet *new_packet(void) {
-  struct packet *p;
-
-  if(free_packets) {
-    p = &free_packets->p;
-    free_packets = free_packets->next;
-  } else {
-    if(!count_free_packets) {
-      next_free_packet = xcalloc(1024, sizeof (union free_packet));
-      count_free_packets = 1024;
-    }
-    p = &(next_free_packet++)->p;
-    --count_free_packets;
-  }
-  return p;
-}
-
-/** @brief Free a packet
- *
- * Assumes that @ref lock is held. */
-static void free_packet(struct packet *p) {
-  union free_packet *u = (union free_packet *)p;
-  u->next = free_packets;
-  free_packets = u;
-}
-
 /** @brief Drop the first packet
  *
  * Assumes that @ref lock is held. 
@@ -293,6 +194,36 @@ static void drop_first_packet(void) {
   }
 }
 
+/** @brief Background thread adding packets to heap
+ *
+ * This just transfers packets from @ref received_packets to @ref packets.  It
+ * is important that it holds @ref receive_lock for as little time as possible,
+ * in order to minimize the interval between calls to read() in
+ * listen_thread().
+ */
+static void *queue_thread(void attribute((unused)) *arg) {
+  struct packet *p;
+
+  for(;;) {
+    /* Get the next packet */
+    pthread_mutex_lock(&receive_lock);
+    while(!received_packets)
+      pthread_cond_wait(&receive_cond, &receive_lock);
+    p = received_packets;
+    received_packets = p->next;
+    if(!received_packets)
+      received_tail = &received_packets;
+    --nreceived;
+    pthread_mutex_unlock(&receive_lock);
+    /* Add it to the heap */
+    pthread_mutex_lock(&lock);
+    pheap_insert(&packets, p);
+    nsamples += p->nsamples;
+    pthread_cond_broadcast(&cond);
+    pthread_mutex_unlock(&lock);
+  }
+}
+
 /** @brief Background thread collecting samples
  *
  * This function collects samples, perhaps converts them to the target format,
@@ -323,11 +254,8 @@ static void *listen_thread(void attribute((unused)) *arg) {
   struct iovec iov[2];
 
   for(;;) {
-    if(!p) {
-      pthread_mutex_lock(&lock);
+    if(!p)
       p = new_packet();
-      pthread_mutex_unlock(&lock);
-    }
     iov[0].iov_base = &header;
     iov[0].iov_len = sizeof header;
     iov[1].iov_base = p->samples_raw;
@@ -354,7 +282,7 @@ static void *listen_thread(void attribute((unused)) *arg) {
            timestamp, next_timestamp);
       continue;
     }
-    pthread_mutex_lock(&lock);
+    p->next = 0;
     p->flags = 0;
     p->timestamp = timestamp;
     /* Convert to target format */
@@ -377,17 +305,20 @@ static void *listen_thread(void attribute((unused)) *arg) {
      * This is rather unsatisfactory: it means that if packets get heavily
      * out of order then we guarantee dropouts.  But for now... */
     if(nsamples >= maxbuffer) {
-      info("Buffer full");
+      pthread_mutex_lock(&lock);
       while(nsamples >= maxbuffer)
         pthread_cond_wait(&cond, &lock);
+      pthread_mutex_unlock(&lock);
     }
-    /* Add the packet to the heap */
-    pheap_insert(&packets, p);
-    nsamples += p->nsamples;
+    /* Add the packet to the receive queue */
+    pthread_mutex_lock(&receive_lock);
+    *received_tail = p;
+    received_tail = &p->next;
+    ++nreceived;
+    pthread_cond_signal(&receive_cond);
+    pthread_mutex_unlock(&receive_lock);
     /* We'll need a new packet */
     p = 0;
-    pthread_cond_broadcast(&cond);
-    pthread_mutex_unlock(&lock);
   }
 }
 
@@ -408,6 +339,8 @@ static inline int contains(const struct packet *p, uint32_t timestamp) {
  * Must be called with @ref lock held.
  */
 static void fill_buffer(void) {
+  while(nsamples)
+    drop_first_packet();
   info("Buffering...");
   while(nsamples < readahead)
     pthread_cond_wait(&cond, &lock);
@@ -460,8 +393,6 @@ static OSStatus adioproc
     while(samplesOutLeft > 0) {
       const struct packet *p = next_packet();
       if(p && contains(p, next_timestamp)) {
-        if(p->flags & IDLE)
-          write(2, "I", 1);
         /* This packet is ready to play */
         const uint32_t packet_end = p->timestamp + p->nsamples;
         const uint32_t offset = next_timestamp - p->timestamp;
@@ -476,7 +407,6 @@ static OSStatus adioproc
           *samplesOut++ = (int16_t)ntohs(*ptr++) * (0.5 / 32767);
         /* We don't bother junking the packet - that'll be dealt with next time
          * round */
-        write(2, ".", 1);
       } else {
         /* No packet is ready to play (and there might be no packet at all) */
         samples_available = p ? p->timestamp - next_timestamp
@@ -488,7 +418,6 @@ static OSStatus adioproc
         next_timestamp += samples_available;
         samplesOut += samples_available;
         samplesOutLeft -= samples_available;
-        write(2, "?", 1);
       }
     }
     ++ab;
@@ -594,7 +523,6 @@ static int alsa_writei(const void *s, size_t n) {
     /* Something went wrong */
     switch(frames_written) {
     case -EAGAIN:
-      write(2, "#", 1);
       return 0;
     case -EPIPE:
       error(0, "error calling snd_pcm_writei: %ld",
@@ -616,9 +544,6 @@ static int alsa_writei(const void *s, size_t n) {
  * @return 0 on success, -1 on non-fatal error
  */
 static int alsa_play(const struct packet *p) {
-  if(p->flags & IDLE)
-    write(2, "I", 1);
-  write(2, ".", 1);
   return alsa_writei(p->samples_raw + next_timestamp - p->timestamp,
                      (p->timestamp + p->nsamples) - next_timestamp);
 }
@@ -633,7 +558,6 @@ static int alsa_infill(const struct packet *p) {
 
   if(p && samples_available > p->timestamp - next_timestamp)
     samples_available = p->timestamp - next_timestamp;
-  write(2, "?", 1);
   return alsa_writei(zeros, samples_available);
 }
 
@@ -669,6 +593,8 @@ static void play_rtp(void) {
 
   /* We receive and convert audio data in a background thread */
   pthread_create(&ltid, 0, listen_thread, 0);
+  /* We have a second thread to add received packets to the queue */
+  pthread_create(&ltid, 0, queue_thread, 0);
 #if API_ALSA
   {
     struct packet *p;
@@ -689,7 +615,10 @@ static void play_rtp(void) {
       info("Playing...");
       /* Keep playing until the buffer empties out, or ALSA tells us to get
        * lost */
-      while(nsamples >= minbuffer && !escape) {
+      while((nsamples >= minbuffer
+             || (nsamples > 0
+                 && contains(pheap_first(&packets), next_timestamp)))
+            && !escape) {
         /* Wait for ALSA to ask us for more data */
         pthread_mutex_unlock(&lock);
         wait_alsa();
@@ -760,7 +689,9 @@ static void play_rtp(void) {
       if(status)
         fatal(0, "AudioDeviceStart: %d", (int)status);
       /* Wait until the buffer empties out */
-      while(nsamples >= minbuffer)
+      while(nsamples >= minbuffer
+            || (nsamples > 0
+                && contains(pheap_first(&packets), next_timestamp)))
         pthread_cond_wait(&cond, &lock);
       /* Stop playing for a bit until the buffer re-fills */
       status = AudioDeviceStop(adid, adioproc);
@@ -784,6 +715,8 @@ static void help(void) {
           "  --min, -m FRAMES        Buffer low water mark\n"
           "  --buffer, -b FRAMES     Buffer high water mark\n"
           "  --max, -x FRAMES        Buffer maximum size\n"
+          "  --rcvbuf, -R BYTES      Socket receive buffer size\n"
+          "  --multicast, -M GROUP   Join multicast group\n"
          "  --help, -h              Display usage message\n"
          "  --version, -V           Display version number\n"
           );
@@ -803,6 +736,11 @@ int main(int argc, char **argv) {
   struct addrinfo *res;
   struct stringlist sl;
   char *sockname;
+  int rcvbuf, target_rcvbuf = 131072;
+  socklen_t len;
+  char *multicast_group = 0;
+  struct ip_mreq mreq;
+  struct ipv6_mreq mreq6;
 
   static const struct addrinfo prefs = {
     AI_PASSIVE,
@@ -817,7 +755,7 @@ int main(int argc, char **argv) {
 
   mem_init();
   if(!setlocale(LC_CTYPE, "")) fatal(errno, "error calling setlocale");
-  while((n = getopt_long(argc, argv, "hVdD:m:b:x:L:", options, 0)) >= 0) {
+  while((n = getopt_long(argc, argv, "hVdD:m:b:x:L:R:M:", options, 0)) >= 0) {
     switch(n) {
     case 'h': help();
     case 'V': version();
@@ -827,6 +765,8 @@ int main(int argc, char **argv) {
     case 'b': readahead = 2 * atol(optarg); break;
     case 'x': maxbuffer = 2 * atol(optarg); break;
     case 'L': logfp = fopen(optarg, "w"); break;
+    case 'R': target_rcvbuf = atoi(optarg); break;
+    case 'M': multicast_group = optarg; break;
     default: fatal(0, "invalid option");
     }
   }
@@ -847,6 +787,44 @@ int main(int argc, char **argv) {
     fatal(errno, "error creating socket");
   if(bind(rtpfd, res->ai_addr, res->ai_addrlen) < 0)
     fatal(errno, "error binding socket to %s", sockname);
+  if(multicast_group) {
+    if((n = getaddrinfo(multicast_group, 0, &prefs, &res)))
+      fatal(0, "getaddrinfo %s: %s", multicast_group, gai_strerror(n));
+    switch(res->ai_family) {
+    case PF_INET:
+      mreq.imr_multiaddr = ((struct sockaddr_in *)res->ai_addr)->sin_addr;
+      mreq.imr_interface.s_addr = 0;      /* use primary interface */
+      if(setsockopt(rtpfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP,
+                    &mreq, sizeof mreq) < 0)
+        fatal(errno, "error calling setsockopt IP_ADD_MEMBERSHIP");
+      break;
+    case PF_INET6:
+      mreq6.ipv6mr_multiaddr = ((struct sockaddr_in6 *)res->ai_addr)->sin6_addr;
+      memset(&mreq6.ipv6mr_interface, 0, sizeof mreq6.ipv6mr_interface);
+      if(setsockopt(rtpfd, IPPROTO_IPV6, IPV6_JOIN_GROUP,
+                    &mreq6, sizeof mreq6) < 0)
+        fatal(errno, "error calling setsockopt IPV6_JOIN_GROUP");
+      break;
+    default:
+      fatal(0, "unsupported address family %d", res->ai_family);
+    }
+  }
+  len = sizeof rcvbuf;
+  if(getsockopt(rtpfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &rcvbuf, &len) < 0)
+    fatal(errno, "error calling getsockopt SO_RCVBUF");
+  if(target_rcvbuf > rcvbuf) {
+    if(setsockopt(rtpfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF,
+                  &target_rcvbuf, sizeof target_rcvbuf) < 0)
+      error(errno, "error calling setsockopt SO_RCVBUF %d", 
+            target_rcvbuf);
+      /* We try to carry on anyway */
+    else
+      info("changed socket receive buffer from %d to %d",
+           rcvbuf, target_rcvbuf);
+  } else
+    info("default socket receive buffer %d", rcvbuf);
+  if(logfp)
+    info("WARNING: -L option can impact performance");
   play_rtp();
   return 0;
 }