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Darwin分析经验


当前,伴随着Internet的飞速发展,计算机网络已经进入到每一个普通人的家庭。在这个过程中,一个值得我们关注的现象是:Internet中存储和 传输内容的构成已经发生了本质的改变,从传统的基于文本或少量图像的主页变为大容量、富信息量的流式媒体信息。一份早在1998年提交的研究报告就曾指 出,流式媒体统治Internet的潮流是不可抗拒的,该报告估计到2003年,存储在网络服务器上的内容超过50%的将是流式媒体信息。但今天看来,这 个估计还是有些保守了。

所谓的流式媒体简单的讲就是指人们通过网络实时的收看多媒体信息:如音频流、视频流等。与流式媒体对应的传统工作方式是下 载+播放模式,即用户首先下载多媒体文件,然后再在本地播放,这种方法的一个主要缺点是启动延迟较大,例如一个30分钟长的MPEG-I文件(相当于 VCD质量),即使使用1.5Mbps的速率下载,也需要半个小时才能完成,这样一个漫长的等待时间实在是无法忍受。在窄带网络环境中,几乎所有基于 Internet的流式媒体产品都有着类似的工作原理:首先需要开发高效的压缩编码技术,并通过一套完整有效的传输体系将其发布到用户的桌面上。目前在流 式媒体领域,有三种占有主导地位的产品,它们分别是Apple公司的Quick Time、Microsoft公司的Media Server以及Real公司的Real System。本文将介绍QuickTime技术及其开放源代码的Darwin流化服务器。


1 QuickTime技术介绍

Apple 公司近日发布了QuickTime 5及QuickTime Streaming Server 3(简称QTSS)。作为客户端的QuickTime 5是用于在Internet上对高质量音频和视频内容进行创建、播放及提供数字流的软件,目前QuickTime在全世界的使用量已经超过1亿5千万份。 QuickTime Streaming Server 3是Apple基于标准的、开放式源代码的流式服务器软件的新版本,它包括以下新功能:跳读保护(Skip Protection),一项获得专利的特性组合,它可以保证Internet上数字流的质量,防止中断;全新的易于使用、基于Web的界面,用户可以在 本地或远程进行管理,实现服务器配置。作为Internet流媒体联盟(ISMA)的创建者之一,Apple不断致力于开发符合业界标准的产品和技术,通 过提高互*作性来优化用户的使用体验,目前QuickTime已被国际标准组织(ISO)选为MPEG-4的基本文件格式,可预见Apple将有更多 MPEG-4 产品和技术的推出。

QuickTime正迅速成为世界领先的跨平台多媒体技术,而且是迄今为止唯一的开放式源代码、基于标准的数字 流解决方案。ZDNet在2000年9月对于三种流式媒体服务器的特征比较说明了QTSS不仅仅被技术开发者关注,而且可以通过简单的定制成为成熟强大的 产品,评测结果可见表1。

表1  ZDNet对三类产品的评测结果

服务器模块 QTSS 2.01 Media Server 7 RealServer Basic 7

作系统支持 Windows NT, 2000; FreeBSD; Linux; Mac OS; Solaris Windows NT, 2000 Windows NT, 2000

并发流个数 2,000 2,000 25 free/3000 pro

现场直播和广播 Yes Yes Yes

在线广告支持  Yes Yes Yes

PPV/流加密 No / No Yes / Yes Yes / Yes

分配流能力 No Yes Yes

SMIL标准支持 Yes No Yes

RTSP标准支持 Yes  No Yes

多播支持 Yes Yes Yes

状态报告 Yes Yes Yes

服务器日志 Yes Yes Yes

防火墙和代理支持 Yes Yes Yes

远程监控 Yes Yes Yes

客 户可以使用QuickTime Player或其他支持QuickTime的应用程序在Windows或Macintosh平台上接收视频流,而且QuickTime Player可以从苹果公司的网站上下载免费使用。如果安装了QuickTime的插件,客户还可以直接通过浏览器收看。

客户希望点播一个节目 时,QuickTime Player或插件将向QTSS发送请求,指明要点播的节目名。如果该节目存在,QTSS将向客户发送相应的视频流。当客户希望收看现场直播(或实时广 播)时,它首先从QTSS获得关于当前频道的编码格式、地址等相关信息,然后再接受该频道的媒体流。

对于那些希望在Internet上实时流化视频或音频信息的用户,QTSS服务器将是一个很好的选择,通过它可实现多项任务,例如:

创建一个24小时在线的Internet广播电台;

现场实况转播:如公司会议、体育节目等;

创建远程学习站点:如能够点播视频和演讲;

图1是一个利用QTSS服务器建立的现场直播场景。


2 Darwin流化服务器介绍

Darwin Streaming Server(简称DSS)是QuickTime Streaming Server开放式源代码的版本,同时支持FreeBSD、Linux、Solaris、Windows NT和Windows 2000等多个*作系统,是当前所有同类产品中支持平台最多的一个。DSS的源代码和相关文档可从以下站点获得:http://www.apple.com DSS源代码完全采用标准C++语言写成,编程风格非常优秀,每个C++类都对应着一对和类同名的.h/.cpp文件。但是由于大量采用了面向对象的概 念,如继承、多态等等;而且源文件和类相当多,所以不太容易讲清楚。因此,读者最好事先把代码完整的过滤一两遍,再配合本文,就能看得更清楚点。 整个服务器包括多个子系统,分别存放在独立的工程内,如图2所示。

其中,最为重要的是基础功能类库(CommonUtilitiesLib)和流化服务器(StreamingServer)两个工程,前者是整个系统的通 用代码工具箱,包括了线程管理、数据结构、网络和文本分析等多个功能模块。DSS和其他相关的工具使用基础功能类库工程中定义的功能类实现以下三个目标: (1)抽象出系统中相同或类似的功能,用于降低代码的冗余度; (2)封装基本功能,简化高层编码的复杂度; (3)隔离开*作系统平台相关的代码。 而流化服务器工程中包含了DSS对多个国际标准的实现,是整个服务器的主工程。在本文中,我们将重点分析这两个工程中的核心代码和模块。另外,我们还将简 单介绍利用DSS提供的开发接口(Module)扩展和定*务器的方法。DSS实现了四种IETF制定的国际标准,分别是:实时流传输协议RTSP(Real-time Streaming Protocol, RFC 2326)、实时传输协议(RTP Real-time Transfer Protocol,RFC 1889)、实时传输控制协议RTCP(Real-time Transport Control Protocol,RFC 1889)、会话描述协议SDP(Session Description Protocol,RFC 2327)。这四个标准是开发所有流式媒体产品都必须掌握的,因此在对相关代码进行分析和二次开发之前,希望读者了解上述四种协议的基本思想,上述协议样本可从以下网站获得:http://www.ietf.org


3 基础功能类库(Common Utilities)

3.1 OS类


Darwin Streaming Server支持包括Windows,Linux以及Solaris在内的多种*作系统平台。我们知道,Windows和Unix(或Unix- like)*作系统之间无论从内核还是编程接口上都有着本质的区别,即使是Linux和Solaris,在编程接口上也大为不同。为此,DSS开发了多个 用于处理时间、临界区、信号量、事件、互斥量和线程等*作系统相关的类,这些类为上层提供了统一的使用接口,但在内部却需要针对不同的*作系统采用不同的 方法实现。表2罗列出了DSS中的主要OS类和数据结构。

表2 DSS中的主要OS类和数据结构

类(数据结构)名 主要功能

OS 平台相关的功能类,如内存分配、时间等

OSCond 状态变量的基本功能和*作

OSMutex 互斥量的基本功能和*作

OSThread 线程类

OSFileSource 简单文件类

OSQueue 队列类

OSHashTable 哈希表类

OSHeap 堆类

OSRef 参考引用类

3.1.1 OSMutex/OSCond Class

在有多个线程并发运行的环境中,能同步不同线程的活动是很重要的,DSS开发了OSMutex和OSCond两个类用以封装不同*作系统对线程同步支持的差异。

我们首先分析OSMutex类,这个类定义了广义互斥量的基本*作,类定义如下:

class OSMutex

{

1 public:

2 OSMutex(); //构造函数

3 ~OSMutex(); //析构函数

4 inline void Lock(); //加锁

5 inline void Unlock(); //解锁

6 inline Bool16 TryLock(); //异步锁,无论是否成功立即返回

7 private:

8 #ifdef __Win32__

9 CRITICAL_SECTION fMutex; //临界区

10 DWORD fHolder; //拥有临界区的线程id

11 UInt32 fHolderCount; //进入临界区线程数

//其他略…

}

在 Windows平台上,OSMutex类是通过临界区(CRITICAL_SECTION)来实现的,第10行定义了临界区变量fMutex。类实例化时 构造函数调用InitializeCriticalSection(&fMutex)初始化临界区变量,对应的在析构函数中调用 DeleteCriticalSection(&fMutex)清除。

Lock()函数用于对互斥量加锁,它调用私有方法RecursiveLock实现:

void OSMutex::RecursiveLock()

{

// 当前线程已经拥有互斥量,只需增加引用计数

1 if (OSThread::GetCurrentThreadID() == fHolder)

2 {

3 fHolderCount++; //增加引用计数

4 return;

5 }

6 #ifdef __Win32__

7 ::EnterCriticalSection(&fMutex); //申请进入临界区

8 #else

9 (void)pthread_mutex_lock(&fMutex);

10 #endif

11 Assert(fHolder == 0);

12 fHolder = OSThread::GetCurrentThreadID(); //更新临界区拥有者标志

13 fHolderCount++;

14 Assert(fHolderCount == 1);

}

第1行检测如果当前线程已经拥有互斥量,就只需将内部计数fHolderCount加1,以便纪录正在使用互斥量的方法数。如果当前线程还没有得到互斥 量,第7行调用EnterCriticalSection()函数申请进入临界区;如果当前已经有其他线程进入临界区,该函数就会阻塞,使得当前线程进入 睡眠状态,直到占用临界区的线程调用LeaveCriticalSection(&fMutex)离开临界区后才可能被唤醒。一旦线程进入临界区 后,它将首先更新临界区持有者标志(第12行),同时将临界区引用计数加1。

注意到另外一个函数TryLock(),该函数也是用于为互斥量加锁,但与Lock()不同的是,TryLock()函数为用户提供了异步调用互斥量的功 能,这是因为它调用::TryEnterCriticalSection(&fMutex)函数申请进入缓冲区:如果临界区没有被任何线程拥有, 该函数将临界区的访问区给予调用的线程,并返回TRUE,否则它将立刻返回FALSE。TryEnterCriticalSection()和 EnterCriticalSection()函数的本质区别在于前者从不挂起线程。

接着分析OSCond类,该类定义了状态变量(Condition Variable)的基本*作,类定义如下:

class OSCond

{

1 public:

2 OSCond(); //构造函数

3 ~OSCond(); //析构函数

4 inline void Signal(); //传信函数

5 inline void Wait(OSMutex* inMutex, SInt32 inTimeoutInMilSecs = 0);

//等待传信函数

6 inline void Broadcast(); //广播传信函数

7 private:

8 #ifdef __Win32__

9 HANDLE fCondition; //事件句柄

10 UInt32 fWaitCount; //等待传信用户数

//其他略…

}

虽然同是用于线程同步,但OSCond类与OSMutex大不相同,后者用来控制对关键数据的访问,而前者则通过发信号表示某一*作已经完成。在 Windows平台中,OSCond是通过事件(event)来实现的;构造函数调用CreateEvent()函数初始化事件句柄 fCondition,而析构函数则调用CloseHandle()关闭句柄。

OSCond的使用流程是这样的:线程调用Wait(OSMutex* inMutex, SInt32 inTimeoutInMilSecs = 0)函数等待某个事件的发生,其中inTimeoutInMilSecs是最长等待时间,0代表无限长。Wait()函数内部调用了 WaitForSingleObject (fCondition, theTimeout)函数,该函数告诉系统线程在等待由事件句柄fCondition标识的内核对象变为有信号,参数theTimeout告诉系统线程 最长愿意等待多少毫秒。如果指定的内核对象在规定时间内没有变为有信号,系统就会唤醒该线程,让它继续执行。而函数Signal()正是用来使事件句柄 fCondition有信号的。Signal()函数内部实现很简单,只是简单调用SetEvent函数将事件句柄设置为有信号状态。

使用OSCond的过程中存在一种需求,就是希望通知所有正在等待的用户事件已经完成,而Signal()函数每次只能通知一个用户,因此又开发了另外一个广播传信函数如下:

inline void OSCond::Broadcast()

{ //提示:本函数相当循环调用Signal()函数

1 #ifdef __Win32__

2 UInt32 waitCount = fWaitCount; //等待传信的用户数

3 for (UInt32 x = 0; x < waitCount; x++) //循环为每个用户传信

4 {

5 BOOL theErr = ::SetEvent(fCondition); //设置事件句柄为有信号状态

6 Assert(theErr == TRUE);

7 }

//此处略…

}

Broadcast首先统计所有等待传信的用户数(第2行),然后用一个循环为每个用户传信(第3~7)行。这种编程方法虽然不是很优雅(elegant),但是由于Windows平台上不支持广播传信功能(Linux和Solaris均支持),也只好如此。

3.1.2 OSThread Class

OSThread是DSS中最重要的类之一,它封装并且定义了使用线程的方式,因此需要重点讨论。OSThread类的定义如下:

class OSThread

{

1 public:

// 必须在使用其他OSThread函数前调用该初始化函数

2 static void Initialize();

3 OSThread(); //构造函数

4 virtual ~OSThread(); //析构函数

//子类继承该纯虚函数完成自己的工作

5 virtual void Entry() = 0;

6 void Start(); //启动线程

7 void Join(); //等待线程运行完成后删除

8 void Detach(); //使线程处于fDetached状态

9 static void ThreadYield(); //Windows平台不用

10 static void Sleep(UInt32 inMsec); //让线程睡眠

11 private:

//标识线程的状态

12 Bool16 fStopRequested:1;

13 Bool16 fRunning:1;

14 Bool16 fCancelThrown:1;

15 Bool16 fDetached:1;

16 Bool16 fJoined:1;

17 static void CallEntry(OSThread* thread);//调用子类重载的虚函数

18 #ifdef __Win32__

//使用_beginghreadex创建线程时的标准入口函数

19 static unsigned int WINAPI _Entry(LPVOID inThread);

20 #else

21 static void* _Entry(void* inThread); //unix下的入口函数

22 #endif

}

OSThread 封装了线程的基本功能,一个OSThread的实例代表一个线程。用户通过继承OSThread,并且重载其中的纯虚函数Entry(第5行),从而将自 己的任务交给该线程运行。OSThread内部运行机制比较复杂,为此我们用图3所示的流程来描述其运行过程。

另外,OSThread对于线程的状态定义了一套完整的控制方法。当用户调用start()函数后,按照上图,最终将调用CallEntry()函数,而 该函数在调用Entry()之前将线程设定为运行状态(thread->fRunning = true),当Entry()函数运行完后再设为非运行状态;在运行过程中,用户可以通过StopAndWaitForThread()、join()、 Detach()以及ThrowStopRequest()等函数改变线程其他状态变量。

3.1.3 OSHashTable/OSQueue/OSHeap/OSRef Class

DSS 定义了几个通用的较为复杂的数据结构,它们都以类的方式封装。这些数据结构不但贯穿于DSS的所有源代码,而且由于其封装的十分好,读者可以在看懂源代码 的基础上很容易的将它们从DSS的工程中抽取出来,构建自己的基础类库,为将来的开发工作打下良好的基础。另外,对这些基础数据结构源代码的研究将提高我 们对于面向对象技术的掌握和领会。

最主要的数据结构有四种:哈希表(OSHashTable)、队列(OSQueue)、堆(OSHeap)和对象引用表(OSRef)。前三种是我们在编 程中大量使用的数据结构,而对象引用表则是类似于COM/DCOM组件编程中IUNKOWN接口功能的数据结构,它首先为每个对象建立了一个字符串形式的 ID,以便于通过这个ID找到对象(类似于QueryInte*ce);另外OSRef类还为每个对象实例建立了引用计数,只有一个对象不再被任何人引 用,才可能被释放(类似于AddRef和Release)。

鉴于这几个类在结构上有相似之处,下面我们将分析OSHashTable的源代码,以便能够帮助读者更好的理解其他几个类。OSHashTable的代码如下:

template<class T, class K>

class OSHashTable {

/*提示:OSHashTable被设计成为一个类模版,两个输入参数分别为:class T:实际的对象类;class K:用于为class T计算哈希表键值的功能类。*/

1 public:

2 OSHashTable( UInt32 size ) //构造函数,入参是哈希表中对象的最大个数

3 {

4 fHashTable = new ( T*[size] ); //申请分配size个哈希对象class T的空间

5 Assert( fHashTable );

6 memset( fHashTable, 0, sizeof(T*) * size ); //初始化

7 fSize = size;

/*下面的代码决定用哪种方式为哈希表的键值计算索引;

如果哈希表的大小不是2的幂,只好采用对fSize求余的方法;

否则可以直接用掩码的方式,这种方式相对速度更快*/

8 fMask = fSize - 1;

9 if ((fMask & fSize) != 0) //fSize不是2的幂

10 fMask = 0;

11 fNumEntries = 0; //当前对象数

12 }

13 ~OSHashTable() //析构函数

14 {

15 delete [] fHashTable; //释放空间

16 }

//下面介绍向哈希表中添加一个class T对象的源代码

17 void Add( T* entry ) {

18 Assert( entry->fNextHashEntry == NULL );

/*利用功能类class K,计算class T对象的哈希键值,其计算方法由用户在class K中定义*/

19 K key( entry );

20 UInt32 theIndex = ComputeIndex( key.GetHashKey() );//利用键值计算索引

21 entry->fNextHashEntry = fHashTable[ theIndex ]; //在新加对象中存储索引值

22 fHashTable[ theIndex ] = entry; //将该对象插入到索引指定的位置

23 fNumEntries++; /

24 }

//下面介绍从哈希表中删除一个class T对象的源代码

25 void Remove( T* entry )

26 {

//首先从哈希表中找到待删除的对象

//1、计算哈希键值和其对应的对象索引

27 key( entry );

28 UInt32 theIndex = ComputeIndex( key.GetHashKey() );

29 T* elem = fHashTable[ theIndex ];

30 T* last = NULL;

/*2、通过对象索引查找对象,如果不是要找的对象,接着找下一个,直到找到为止。这是因为,存放的时候就是按照这种模式计算索引的。*/

31 while (elem && elem != entry) {

32 last = elem;

33 elem = elem->fNextHashEntry;

34 }

//找到该对象,将其删除

35 if ( elem )

36 {

37 Assert(elem);

38 if (last)

39 last->fNextHashEntry = elem->fNextHashEntry;

40 else //elem在头部

41 fHashTable[ theIndex ] = elem->fNextHashEntry;

42 elem->fNextHashEntry = NULL;

43 fNumEntries--;

44 }

45 }

//下面介绍从哈希表中查找一个class T对象的方法

46 T* Map( K* key ) //入参为哈希键值

47 {

48 UInt32 theIndex = ComputeIndex( key->GetHashKey() ); //计算索引

49 T* elem = fHashTable[ theIndex ]; //找到索引对应的对象

50 while (elem) {

51 K elemKey( elem );

52 if (elemKey =*key) //检查是否找对

53 break;

54 elem = elem->fNextHashEntry; //如果不是,继续找下一个

55 }

56 return elem;

57 }

//以下略…

}

以上介绍了哈希表的构造以及三种基本*作:添加、删除和查询。另外,DSS还定义了OSHashTableIter类用于枚举OSHashTable中的class T对象;其中主要的*作有First和Next等,限于篇幅,此处就不再详述。


3.2 Tasks类


因为服务器从整体上采用了异步的运行模式,这就需要一种用于事件通信的机制。举例来说:一个RTSP连接对应的Socket 端口监测到网络上有数据到达,此时必须有一个模块(或代码)被通知(notify)去处理这些数据。为此,DSS定义了Task及其相关类作为实现这一通 信机制的核心。

在Task.h/cpp文件中,定义了三个主要的类,分别是:任务线程池类(TaskThreadPool Class)、任务线程类(TaskThread Class)以及任务类(Task Class)。

每 个Task对象有两个主要的方法:Signal和Run。当服务器希望发送一个事件给某个Task对象时,就会调用Signal()方法;而Run()方 法是在Task对象获得处理该事件的时间片后运行的,服务器中的大部分工作都是在不同Task对象的Run()函数中进行的。每个Task对象的目标就是 利用很小的且不会阻塞的时间片完成服务器指定某个工作。

任务线程类是上文介绍的OSThread类的一个子类,代表专门用于运行任务类的一个线 程。在每个任务线程对象内部都有一个OSQueue_Blocking类型的任务队列,存储该线程需要执行的任务。后面的分析可以看到,服务器调用一个任 务的Signal函数,实际上就是将该任务加入到某个任务线程类的任务队列中去。另外,为了统一管理这些任务线程,DSS还开发了任务线程池类,该类负责 生成、删除以及维护内部的任务线程列表。图4描述了任务类的运行。

下面我们首先分析TashThread类,该类的定义如下:

class TaskThread : public OSThread //OSThread的子类

{ //提示:所有的Task对象都将在TaskThread中运行

1 public:

2 TaskThread() : OSThread(), fTaskThreadPoolElem(this){} //构造函数

3 virtual ~TaskThread() { this->StopAndWaitForThread(); } //析构函数

4 private:

5 virtual void Entry(); //从OSThread重载的执行函数,仍然能够被子类重载

6 Task* WaitForTask(); //检测是否有该执行的任务

7 OSQueueElem fTaskThreadPoolElem; //对应的线程池对象

8 OSHeap fHeap; //纪录任务运行时间的堆,用于WaitForTask函数

/*关键数据结构:任务队列;在Task的Signal函数中直接调用fTaskQueue对象的EnQueue函数将自己加入任务队列*/

9 OSQueue_Blocking fTaskQueue;

//此处略…

}

作为OSThread的子类,TaskThread重载了Entry函数,一旦TaskThread的对象被实例化,便运行该函数。Entry()函数的 主要任务就是调用WaitForTask()函数监测任务队列,如果发现新任务,就在规定时间内执行;否则,就被阻塞。下面我们简要分析Entry()函 数的流程:

void TaskThread::Entry()

{

1 Task* theTask = NULL; //空任务

2 while (true) //线程循环执行

3 { //监测是否有需要执行的任务,如果有就返回该任务;否则阻塞;

4 theTask = this->WaitForTask();

5 Assert(theTask != NULL);

6 Bool16 doneProcessingEvent = false; //尚未处理事件

7 while (!doneProcessingEvent)

8 {

9 theTask->fUseThisThread = NULL; // 对任务的调度独立于线程

10 SInt64 theTimeout = 0; //Task中Run函数的返回值,重要

//核心部分:运行任务,根据返回值判断任务进度

11 if (theTask->fWriteLock)

12 { //如果任务中有写锁,需要使用写互斥量,否则可能造成死锁

13 OSMutexWriteLocker mutexLocker(&TaskThreadPool::sMutexRW);

14 theTimeout = theTask->Run(); //运行任务,得到返回值

15 theTask->fWriteLock = false;

16 }

17 else

18 { //使用读互斥量

19 OSMutexReadLocker mutexLocker(&TaskThreadPool::sMutexRW);

20 theTimeout = theTask->Run(); //运行任务,得到返回值

21 }

22 //监测Task中Run()函数的返回值,共有三种情况

23 //1、返回负数,表明任务已经完全结束

24 if (theTimeout < 0)

25 {

26 delete theTask; //删除Task对象

27 theTask = NULL;

28 doneProcessingEvent = true;

19 }

30 //2、返回0,表明任务希望在下次传信时被再次立即执行

31 else if (theTimeout=0)

32 {

33 doneProcessingEvent = compare_and_store(Task::kAlive, 0, &theTask->fEvents);

34 if (doneProcessingEvent)

35 theTask = NULL;

36 }

//3、返回正数,表明任务希望在等待theTimeout时间后再次执行

37 else

38 {

/*将该任务加入到Heap中,并且纪录它希望等待的时间。Entry()函数将通过waitfortask()函数进行检测,如果等待的时间到了,就再次运行该任务*/

39 theTask->fTimerHeapElem.SetValue(OS::Milliseconds() + theTimeout);

40 fHeap.Insert(&theTask->fTimerHeapElem);

41 (void)atomic_or(&theTask->fEvents, Task::kIdleEvent);//设置Idle事件

42 doneProcessingEvent = true;

43 }

//此处略…

}

注意,如果Task的Run()函数返回值TimeOut为正数,意味着该任务是一个周期性的工作,例如发送数据的视频泵(pump),需要每隔一定时间 就发出一定量的视频数据,直至整个节目结束。为此,在第38~43行,将该任务加入到堆fHeap中去,并且标记该任务下次运行的时间为TimeOut毫 秒之后。将来通过调用WaitForTask()函数就能检测到该任务是否到达规定的运行时间,WaitForTask()函数的代码如下:

Task* TaskThread::WaitForTask()

{

1 while (true)

2 { //得到当前时间,该函数为静态函数,定义见OS.h

3 SInt64 theCurrentTime = OS::Milliseconds();

/*如果堆中有任务,且任务已经到执行时间,返回该任务。 PeekMin函数见OSHeap.h,窃听堆中第一个元素(但不取出)*/

4 if ((fHeap.PeekMin() != NULL) && (fHeap.PeekMin()->GetValue() <= theCurrentTime))

//从堆中取出第一个任务返回

5 return (Task*)fHeap.ExtractMin()->GetEnclosingObject();

//如果堆中有任务,但是尚未到执行时间,计算需要等待的时间

6 SInt32 theTimeout = 0;

7 if (fHeap.PeekMin() != NULL) //计算还需等待的时间

8 theTimeout = fHeap.PeekMin()->GetValue() - theCurrentTime;

9 Assert(theTimeout >= 0);

//等待theTimeout时间后从堆中取出任务返回

10 OSQueueElem* theElem = fTaskQueue.DeQueueBlocking(this, theTimeout);

11 if (theElem != NULL)

12 return (Task*)theElem->GetEnclosingObject();

13 }

}

上文曾经提到,Task对象内有两个方法:Signal和Run。Run函数是一个虚函数,由Task的子类重载,它的用法我们在分析 TaskThread的Entry()函数和WaitForTask()函数中已经讨论了。而另一个Signal()函数也十分重要:服务器通过调用该函 数将Task加入TaskThread,并且执行Run()函数。Signal()函数的核心部分如下:

void Task::Signal(EventFlags events)

{

// fUseThisThread用于指定该任务运行的任务线程

1 if (fUseThisThread != NULL) //存在指定任务线程

//将该任务加入到指定任务线程的任务队列中

2 fUseThisThread->fTaskQueue.EnQueue(&fTaskQueueElem);

//不存在指定的任务线程,随机选择一个任务线程运行该任务

3 else

4 {

//从线程池中随机选择一个任务线程

5 unsigned int theThread = atomic_add(&sThreadPicker, 1);

6 theThread %= TaskThreadPool::sNumTaskThreads;

//将该任务加入到上面选择的任务线程的任务队列中

7 TaskThreadPool::sTaskThreadArray[theThread]-> fTaskQueue.EnQueue (&fTaskQueueElem);

8 }

}

至此我们已经将DSS的线程和任务运行机制分析完了,这种由事件去触发任务的概念已经被集成到了DSS的各个子系统中。例如,在DSS中经常将一个 Task对象和一个Socket对象关联在一起,当Socket对象收到事件(通过select()函数),相对应的Task对象就会被传信(通过 Signal()函数);而包含着处理代码的Run()函数就将在某个任务线程中运行。

因此,通过使用这些Task对象,我们就可以让所有连接都使用一个线程来处理,这也是DSS的缺省配置方法。


3.3 Socket类


作 为一个典型的网络服务器,DSS源代码中的Socket编程部分是其精华之一。DSS定义了一系列Socket类用于屏蔽不同平台在TCP/UDP编程接 口和使用方法上的差异。DSS中的Socket类一般都采用异步模式的(即非阻塞的),而且能够向对应的Task对象传信(Signal),这点我们在上 一节介绍过。Socket类中具有代表性的类是:EventContext、EventThread、Socket、UDPSocket、 TCPSocket以及TCPListenerSocket等等,它们之间的继承关系见图5。

在eventcontext.h/.cpp文件中,定义了两个类:EventContext类和EventThread类。 Event Context提供了检测Unix式的文件描述符(Socket就是一种文件描述符)产生的事件(通常是EV_RE 或 EV_WR)的能力,同时还可以传信指定的任务。EventThread类是OSThread类的子类,它本身很简单,只是重载了OSThread的纯虚 函数Entry(),用以监控所有的Socket端口是否有数据到来,其代码分析如下:

void EventThread::Entry()

{

/*该结构定义在ev.h中,记录Socket描述符和在该描述符上发生的事件*/

1 struct eventreq theCurrentEvent;

2 ::memset( &theCurrentEvent, '/0', sizeof(theCurrentEvent) ); //初始化该结构

3 while (true)

4 {

//首先监听Socket端口的事件

5 int theErrno = EINTR;

6 while (theErrno=EINTR)

7 {

8 #if MACOSXEVENTQUEUE //Macos平台

9 int theReturnValue = waitevent(&theCurrentEvent, NULL);

10 #else //其他平台

/*调用select_waitevent函数监听所有的Socket端口,直到有事件发生为止*/

11 int theReturnValue = select_waitevent(&theCurrentEvent, NULL);

12 #endif

//有事件发生,唤醒相应的Socket端口

13 if (theCurrentEvent.er_data != NULL)

14 {

//通过事件中的标识找到相应的对象参考指针

15 StrPtrLen idStr((char*)&theCurrentEvent.er_data, sizeof(theCurrentEvent.er_data));

16 OSRef* ref = fRefTable.Resolve(&idStr);

17 if (ref != NULL)

18 { //通过参考指针得到EventContext对象

19 EventContext* theContext = (EventContext*)ref->GetObject();

//利用EventContext对象的ProcessEvent方法传信对应的Task

20 theContext->ProcessEvent(theCurrentEvent.er_eventbits);

21 fRefTable.Release(ref); //减少引用计数

22 }

//此处略…

}

上述代码有两点需要注意:首先在第11行,调用select_waitevent函数监听所有Socket端口的事件。该函数在Windows平台上是采 用WSAAsyncSelect(异步选择)模型实现的。具体实现是:系统首先创建一个窗口类,该类专门用于接受消息;在每个Socket端口创建后,调 用WSAsyncSelect函数,同时将上述窗口类的句柄作为参数传入;将来这些Socket端口有事件发生时,Windows就会自动将这些事件映射 为标准的Windows消息发送给窗口类,此时select_waitevent函数通过检查消息就能够获得对应Socket端口发生的事件。对于 Windows平台下Socket的异步编程技术细节请参阅《Windows网络编程技术》一书。

另外,在第20行调用的EventContext对象的ProcessEvent函数实现上很简单,只有一行代 码:fTask->Signal(Task::kReadEvent);其中fTask为该EventContext对象对应的Task对 象;ProcessEvent函数向Task对象传信,以便及时处理刚刚发生的Socket事件。

与EventThread对应的EventContext对象负责维护指定的描述符,其主要函数包括InitNonBlocking、CleanUp和 RequestEvent等。其中InitNonBlocking函数调用Socket API ioctlsocket将用户指定的描述符设置为异步,CleanUp函数用于关闭该描述符;另外,用户通过RequestEvent函数申请对该描述符 中某些事件的监听,如前所述,该函数内部调用了WSAsyncSelect来实现这一功能。

Socket Class、UDPSocket Class和TCPSocketClass三个类都是EventContext的子类,它们封装了TCP和UDP的部分实现,同时扩展了 EventContext中的事件,但都没有改变其运行机制,因此此处不再详述,留给读者自行分析。我们要为大家分析的是另外一个比较复杂的Socket 类TCPListenerSocket类。TCPListenerSocket用于监听TCP端口,当一个新连接请求到达后,该类将赋予这个新连接一个 Socket对象和一个Task对象的配对。首先分析TCPListenerSocket类的主要定义如下:

class TCPListenerSocket : public TCPSocket, public IdleTask

{

/*提示:该类从有两个基类,所以它既是一个事件监听者,同时也是一个任务Task。作为一个任务,给TCPListenerObject发送Kill事件就可以删除它*/

1 public:

2 TCPListenerSocket() : TCPSocket(NULL, Socket::kNonBlockingSocketType), IdleTask(), fAddr(0), fPort(0), fOutOfDescriptors(false) {} //构造函数

3 virtual ~TCPListenerSocket() {} //析构函数

//addr为地址,port为端口号,初始化函数自动监听TCP端口

4 OS_Error Initialize(UInt32 addr, UInt16 port);

//子类必须重载该纯虚函数,用于建立新连接时生成任务对象

5 virtual Task* GetSessionTask(TCPSocket** outSocket) = 0;

6 virtual SInt64 Run(); //重载Task的Run函数,子类仍可重载

7 private:

//重载EventContext的ProcessEvent函数,用于产生Socket和Task对象配对

8 virtual void ProcessEvent(int eventBits);

9 OS_Error Listen(UInt32 queueLength);

//其他略…

}

前面我们分析得知,EventContext类通过ProcessEvent函数来实现对任务的传信工作,但在TCPListenerSocket 中,ProcessEvent函数被重载用来创建Socket和Task对象得配对,该函数的实现如下:

void TCPListenerSocket::ProcessEvent(int /*eventBits*/)

{ /*提示:该函数运行于系统唯一的EventThread线程中,所以要尽量快速,以免占用过多的系统资源*/

//此处略去部分定义…

1 Task* theTask = NULL; //Task对象

2 TCPSocket* theSocket = NULL; //Socket对象

//创建对象配对

3 while (true)

4 { //accept连接

5 int osSocket = accept(fFileDesc, (struct sockaddr*)&addr, &size);

6 if (osSocket == -1) //监听端口出错

7 { //此处略去出错处理 }

//用子类重载的GetSessionTask函数创建Task对象

8 if ((theTask = this->GetSessionTask(&theSocket))=NULL) //创建出错

9 close(osSocket);

10 else //创建成功,接着创建Socket对象

11 {

12 Assert(osSocket != EventContext::kInvalidFileDesc);

//此处略去部分对新建连接端口的设置(setsockopt函数)

//创建新的Socket对象

13 theSocket->Set(osSocket, &addr);

14 theSocket->InitNonBlocking(osSocket); //初始化

15 theSocket->SetTask(theTask); //设置对应的任务

16 theSocket->RequestEvent(EV_RE); //新对象监听读事件

17 }

18 }

//处理完一次连接请求后,TCPListenerSocket对象还要接着监听

19 this->RequestEvent(EV_RE);

}

对Socket类的分析基本完成了,从中我们可以发现,DSS对于网络传信和任务调度之间的处理非常精密,环环相扣,在某种程度上甚至是有些过a于花哨。但是这些基本类是上层RTSP/RTP等服务器子系统编码的基础,因此希望读者能够从本质上掌握这些代码。


4 核心功能库(Server Core)

4.1 RTSP 子系统


RTSP标准是实时流控制协议(Real-Time Streaming Protocol RFC2326)的简称,它被客户和流式媒体服务器用来交换对媒体的控制信息。图6是RTSP基本*作的描述。

再给出一个RTSP协议的例子如下:

DSS开发了一个RTSP子系统来支持标准的RTSP协议,本节将分析这些源代码。

首先,DSS定义了一个TCPListenerSocket类的子类RTSPListenerSocket,用于监听RTSP连接请求。 RTSPListenerSocket类做的唯一一件事就是重载了GetSessionTask函数,当客户的连接请求到达后,它创建了一个Socket 对象和RTSPSession对象的配对。RTSPSession对象是Task类的子类,是专门用于处理RTSP请求的任务类。

如图7所示,RTSP连接建立后,服务器会为每个客户维护一个Socket对象和RTSPSession对象的配对;当客户的RTSP请求到达 时,Socket对象就会调用RTSPSession对象的Signal方法传信,即将RTSPSession对象加入到TaskThread对象的任务 队列中去;而当时间片到来,TaskThread线程就会调用RTSPSession对象的Run方法,这个方法就会处理客户发送过来的RTSP请求。因 此,下面我们将主要分析RTSPSession的Run方法。

为了跟踪当前处理的情况,RTSPSession类内部定义了多个状态,而Run方法其实就是通过在这些状态之间不断切换,同时对客户的RTSP请求做出不同的处理。

enum

{

//RTSPSession的基本状态

kReadingRequest= 0,

kFilteringRequest= 1,

kRoutingRequest= 2,

kAuthenticatingRequest= 3,

kPreprocessingRequest= 4,

kProcessingRequest= 5,

kSendingResponse= 6,

kPostProcessingRequest = 7,

kCleaningUp= 8,

//当RTSP协议通过HTTP隧道实现时将用到下面的状态

kWaitingToBindHTTPTunnel = 9,

kSocketHasBeenBoundIntoHTTPTunnel = 10,

kHTTPFilteringRequest = 11,

kReadingFirstRequest = 12,

kHaveNonTunnelMessage = 13

}

另外,值得注意的是,DSS提供一种称为Module的二次开发模式,开发人员可以编写新的Module并且注册其希望运行的状态,系统就会在相应的状态 下调用该Module,从而将控制权暂时交给二次开发的代码,以便增强系统的功能。简单起见,下面我们将分析不存在客户模块的Run()函数源代码。首先 分析其主框架如下:

SInt64 RTSPSession::Run()

{

1 EventFlags events = this->GetEvents(); //取出事件

2 QTSS_Error err = QTSS_NoErr;

3 QTSSModule* theModule = NULL;

4 UInt32 numModules = 0;

// 设定当前的Module状态

5 OSThread::GetCurrent()->SetThreadData(&fModuleState);

//检查该连接是否超时,如果是就设定状态断掉该连接

6 if ((events & Task::kTimeoutEvent) || (events & Task::kKillEvent))

7 fLiveSession = false;

8 while (this->IsLiveSession()) //如果连接尚未拆除,执行状态机

9 {

/* 提示:下面是RTSPSession的状态机。因为在处理RTSP请求过程中,有多个地方需要Run方法返回以便继续监听新的事件。为此,我们需要跟踪当前的运行状态,以便在被打断后还能回到原状态*/

10 tch (fState)

11 {

12 case 状态1: //处理略

13 case 状态2: //处理略…

14 case 状态n: //处理略

15 } //此处略…

}

Run函数的主框架比较简单,其核心就在于10~15的状态机,因此我们希望按照客户请求到达并且被处理的主要流程为读者描述该状态机的运转。

1第一次请求到达进入kReadingFirstRequest状态,该状态主要负责从RTSPRequestStream类的对象fInputStream中读出客户的RTSP请求,其处理如下:

case kReadingFirstRequest:

{

1 if ((err = fInputStream.ReadRequest())=QTSS_NoErr)

2 {/* RequestStream返回QTSS_NoErr意味着所有数据已经从Socket中读出,但尚不能构成一个完整的请求,因此必须等待更多的数据到达*/

3 fInputSocketP->RequestEvent(EV_RE); //接着请求监听读事件

4 return 0; //Run函数返回,等待下一个事件发生

5 }

6 if ((err != QTSS_RequestArrived) && (err != E2BIG))

7 {//出错,停止处理

8 Assert(err > 0);

9 Assert(!this->IsLiveSession());

10 break;

11 }

//请求已经完全到达,转入kHTTPFilteringRequest状态

12 if (err = QTSS_RequestArrived)

13 fState = kHTTPFilteringRequest;

//接收缓冲区溢出,转入kHaveNonTunnelMessage状态

14 if (err=E2BIG)

15 fState = kHaveNonTunnelMessage;

}

continue;

2正常情况下,在获得一个完整的RTSP请求后(上第12行),系统将进入kHTTPFilteringRequest状态该状态检查RTSP连接是否需要经过HTTP代理实现;如不需要,转入kHaveNonTunnelMessage状态。

3进入kHaveNonTunnelMessage状态后,系统创建了RTSPRequest类的对象fRequest,该对象解析客户的RTSP请求,并保存各种属性。fRequest对象被传递给其他状态处理。

4接着进入kFilteringRequest状态,二次开发人员可以通过编写Module对客户的请求做出特殊处理。如果客户的请求为正常的RTSP请求,系统调用SetupRequest函数建立用于管理数据传输的RTPSession类对象,其源代码分析如下:

void RTSPSession::SetupRequest()

{

// 首先分析RTSP请求,细节见RTSPRequest.h/.cpp

1 QTSS_Error theErr = fRequest->Parse();

2 if (theErr != QTSS_NoErr)

3 return;

//OPTIONS请求,简单发回标准OPTIONS响应即可

4 if (fRequest->GetMethod() = qtssOptionsMethod)

5 {//此处略去部分处理代码…

6 }

//DESCRIBE请求,必须保证已经有了SessionID

7 if (fRequest->GetMethod() = qtssDescribeMethod)

8 {

9 if (fRequest->GetHeaderDictionary()->GetValue(qtssSessionHeader)->Len > 0)

10 {

11 (void)QTSSModuleUtils::SendErrorResponse(fRequest, qtssClientHeaderFieldNotValid, qtssMsgNoSesIDOnDescribe);

12 return;

13 }

14 }

//查找该请求的RTPSession

15 OSRefTable* theMap = QTSServerInte*ce::GetServer()->GetRTPSessionMap();

16 theErr = this->FindRTPSession(theMap);

17 if (theErr != QTSS_NoErr)

18 return;

//如果未查找到,建立一个新的RTPSession

19 if (fRTPSession= NULL)

20 {

21 theErr = this->CreateNewRTPSession(theMap);

22 if (theErr != QTSS_NoErr)

23 return;

24 }

//此处略…

}

5进入kRoutingRequest状态,调用二次开发人员加入的Module,用于将该请求路由(Routing)出去。缺省情况下,系统本身对此状态不做处理。

6进入kAuthenticatingRequest状态,调用二次开发人员加入的安全模块,主要用于客户身份验证以及其他如规则的处理。读者如果希望开发具有商业用途的流式媒体服务器,该模块必须进行二次开发。

7进入kPreprocessingRequest和kProcessingRequest及kPostProcessingRequest状态,这三种 状态都是通过调用系统自带或二次开发人员添加的Module来处理RTSP请求,例如系统提供了QTSSReflector Module、QTSSSplitter Module以及QTSSFile Module等模块。其中比较重要的QTSSFile Module属于QTLib库的部分,此处不再详述。

8进入kSendingResponse状态,用于发送对客户RTSP请求处理完成之后的响应。系统在该状态调用了fOutputStream.Flush()函数将在fOutputStream中尚未发出的请求响应通过Socket端口完全发送出去。

9进入kCleaningUp状态,清除所有上次处理的数据,并将状态设置为kReadingRequest等待下次请求到达。

RTSPSession的主流程分析完了,但辅助其*作的多个RTSP类还需要读者自行分析,它们分别是:RTSPSessionInte*ce Class、RTSPRequest Class、RTSPRequestInte*ce Class、RTSPRequestStream Class以及RTSPResponseStream Class等等。


4.2 RTP子系统


RTP标准是实时传输协议(Real-Time Transfer Protocol)的简称,它被客户和流式媒体服务器用来处理流式媒体数据的传输。在介绍RTSP的运行流程时,我们发现RTSPSession对象通过 调用SetupRequest函数为客户建立RTPSession对象。RTPSession类是Task类的子类,因此它重载了Task类的Run函 数,该函数通过调用FileModule.cpp文件中的SendPacket()函数向客户发送RTP协议打包的流式媒体数据。当客户通过利用RTSP 向RTSPSession对象发出PLAY命令后,RTSPSession对象将调用RTPSession对象的Play()函数。Play函数准备好需 要打包发送的数据后,利用Task类的Signal函数传信RTPSession对象,使其被加入某个TaskThread的任务队列,从而运行其Run 函数。

另外,对同一个节目中的每一个独立的RTP流(如音频流或视频流等),DSS都定义了一个RTPStream类与之对应;显然一个RTPSession对象可能包含多个RTPStream对象。整个RTP子系统的核心运行流程见图8。

下面,我们首先分析RTPSession中Run()函数的用法:

SInt64 RTPSession::Run()

{ //提示:该函数代码在TaskThread内运行

1 EventFlags events = this->GetEvents(); //取出事件

2 QTSS_RoleParams theParams;

//提供给其他Module运行的参数,第一个成员是对象本身

3 theParams.clientSessionClosingParams.inClientSession = this;

//设定自己为当前运行的线程

4 OSThread::GetCurrent()->SetThreadData(&fModuleState);

/*如果事件是通知RTPSession对象死亡,就准备自杀。可能导致这种情况的有两种事件:自杀kKillEvent;超时kTimeoutEvent*/

5 if ((events & Task::kKillEvent) || (events & Task::kTimeoutEvent) || (fModuleDoingAsyncStuff))

6 { //处理对象自杀代码,此处略…

7 return –1; //返回出错信息,这样析构函数就会被调用,从而让对象完全死亡

8 }

//如果正处于暂停(PAUSE)状态,什么都不做就返回,等待PLAY命令

9 if ((fState == qtssPausedState) || (fModule == NULL))

10 return 0;

//下面代码负责发送数据

11 { //对Session互斥量加锁,防止发送数据过程中RTSP请求到来

12 OSMutexLocker locker(&fSessionMutex);

//设定数据包发送时间,防止被提前发送

13 theParams.rtpSendPacketsParams.inCurrentTime = OS::Milliseconds();

14 if (fPlayTime > theParams.rtpSendPacketsParams.inCurrentTime) //未到发送时间

15 theParams.rtpSendPacketsParams.outNextPacketTime=fPlayTime- theParams.rtpSendPacketsParams.inCurrentTime; //计算还需多长时间才可运行

16 else

17 { //下次运行时间的缺缺省值为0

18 theParams.rtpSendPacketsParams.outNextPacketTime = 0;

// 设置Module状态

19 fModuleState.eventRequested = false;

20 Assert(fModule != NULL);

//调用QTSS_RTPSendPackets_Role内的函数发送数据,见FileModule.cpp

21 (void)fModule->CallDispatch(QTSS_RTPSendPackets_Role, &theParams);

//将返回值从负数改为0,否则任务对象就会被TaskThread删除

22 if (theParams.rtpSendPacketsParams.outNextPacketTime < 0)

23 theParams.rtpSendPacketsParams.outNextPacketTime = 0;

24 }

25 }

//返回下一次希望被运行的时间;返回值含义见前文的分析

26 return theParams.rtpSendPacketsParams.outNextPacketTime;

}

从上面分析可见,正常状态下Run函数的返回值有两种:如果返回值为正数,代表下一次发送数据包的时间,规定时间到来的时候,TaskThread线程会 自动调用Run函数;如果返回值等于0,在下次任何事件发生时,Run函数就会被调用,这种情况往往发生在所有数据都已经发送完成或者该 RTPSession对象将要被杀死的时候。

在第21行我们看到,Run函数调用了QTSSFileModule中的QTSS_RTPSendPackets_Role发送数据。在 QTSSFileModule.cpp文件的QTSSFileModule_Main函数内,系统又调用了SendPackets函数,这才是真正发送 RTP数据包的函数,我们对其代码分析如下:

QTSS_Error SendPackets(QTSS_RTPSendPackets_Params* inParams)

{

//此处略去部分定义…

//得到要发送数据的FileSession对象,其定义见QTSSFileModule.cpp文件

1 FileSession** theFile = NULL;

2 UInt32 theLen = 0;

3 QTSS_Error theErr = QTSS_GetValuePtr(inParams->inClientSession, sFileSessionAttr, 0, (void**)&theFile, &theLen);

4 if ((theErr != QTSS_NoErr) || (theLen != sizeof(FileSession*))) //出错

5 { //设定出错原因,然后断掉连接,并返回

6 QTSS_CliSesTeardownReason reason = qtssCliSesTearDownServerInternalErr;

7 (void) QTSS_SetValue(inParams->inClientSession, qtssCliTeardownReason, 0, &reason, sizeof(reason));

8 (void)QTSS_Teardown(inParams->inClientSession);

9 return QTSS_RequestFailed;

10 }

//该节目文件中音频所能忍受的最大延迟

11 maxDelayToleranceForStream = (*theFile)->fMaxAudioDelayTolerance;

12 while (true)

13 {

//不存在待发送数据包,可能是文件尚未打开

14 if ((*theFile)->fNextPacket == NULL)

15 {

16 void* theCookie = NULL;

//获得第一个数据包,theTransmitTime为传输数据花费的时间

17 Float64 theTransmitTime = (*theFile)->fFile.GetNextPacket(&(*theFile)->fNextPacket, &(*theFile)->fNextPacketLen, &theCookie);

18 if ( QTRTPFile::errNoError != (*theFile)->fFile.Error() )

{//读数据出错,断掉连接,返回。此处略 }

19 (*theFile)->fStream = (QTSS_RTPStreamObject)theCookie; //得到RTPStream对象

20 (*theFile)->fPacketPlayTime = (*theFile)->fAdjustedPlayTime + ((SInt64)(theTransmitTime * 1000)); //推迟theTransmitTime长度的播放时间

21 (*theFile)->fPacketWasJustFetched = true;

22 if ((*theFile)->fNextPacket != NULL)

23 { // 判断流格式

24 QTSS_RTPPayloadType* thePayloadType = NULL;

25 QTSS_Error theErr = QTSS_GetValuePtr( (*theFile)->fStream, qtssRTPStrPayloadType, 0, (void**)&thePayloadType, &theLen );

//设定视频流可忍受的最大延迟时间

26 if (*thePayloadType == qtssVideoPayloadType)

27 maxDelayToleranceForStream = (*theFile)->fMaxVideoDelayTolerance;

28 }

29 }

//仍无数据,说明所有数据已经传输完成了

30 if ((*theFile)->fNextPacket = NULL)

31 { //向fStream中写入长度为0的空数据,以便强制缓冲区刷新

32 (void)QTSS_Write((*theFile)->fStream, NULL, 0, NULL, qtssWriteFlagsIsRTP);

33 inParams->outNextPacketTime = qtssDontCallSendPacketsAgain;

34 return QTSS_NoErr; //完成任务返回

35 }

//提示:开始发送RTP数据包

//计算当前时间和该段数据应该发送的时间之间的相对间隔

36 SInt64 theRelativePacketTime = (*theFile)->fPacketPlayTime - inParams->inCurrentTime; // inCurrentTime = OS::Milliseconds();

37 SInt32 currentDelay = theRelativePacketTime * -1L; //计算传输延迟

38 theErr = QTSS_SetValue( (*theFile)->fStream, qtssRTPStrCurrentPacketDelay, 0, &currentDelay, sizeof(currentDelay) ); //保存该延迟

//如果延迟过大,就丢弃该包,等待发送下一个数据包

39 if (theRelativePacketTime > sMaxAdvSendTimeInMsec)

40 {

41 Assert( theRelativePacketTime > 0 );

42 inParams->outNextPacketTime = theRelativePacketTime;

43 return QTSS_NoErr;

44 }

//此处略去部分处理视频质量的代码…

// 发送当前数据包

45 QTSS_Error writeErr = QTSS_Write((*theFile)->fStream, (*theFile)->fNextPacket, (*theFile)->fNextPacketLen, NULL, qtssWriteFlagsIsRTP);

//其余代码略…

}

RTP子系统是DSS中最为复杂的部分之一,这是因为发送RTP数据包的过程不但涉及到网络接口,而且和文件系统有着密切的关系。DSS的一个重要特征就 是能够将线索化(Hinted)过的QuickTime文件通过RTSP和RTP协议流化出去。所有分析这些文件的代码都被提取出来并且封装在 QTFile库中。这种封装方式使得系统的各个部分都变得简单:QTFile负责处理文件的分析;而DSS其他部分负责处理网络和协议。服务器中的 RTPFileModule调用QTFile库检索索引过的QuickTime文件的数据包和元数据。QTFile库的讲解超出了本文的范围,但是希望让 DSS支持其他媒体格式的读者能够掌握它的实现机制。

5 DSS二次开发接口:Module开发流程

作为一个运行于多个*作系统平台的开发源代码的服务器,DSS提供了一种称为Module的二次开发接口。使用这个开发接口,我们可以充分利用服务器的可 扩展性及其实现的多种协议,并且能够保证和将来版本兼容。DSS中的许多核心功能也是以Module的方式预先实现并且编译的,因此可以说对Module 的支持已经被设计到DSS的内核中去了。

下面我们将分析DSS的一个内嵌Module:QTSSFileModule的源代码来说明Module的编程方式,QTSSFileModule的实现 在QTSSFileModule.cpp文件中。 每个QTSS Module必须实现两个函数: 首先,每个QTSS Module必须实现一个主函数,服务器调用该函数用于启动和初始化模块中的QTSS函数;QTSSFileModule主函数的实现如下: QTSS_Error QTSSFileModule_Main(void* inPrivateArgs) { return _stublibrary_main(inPrivateArgs, QTSSFileModuleDispatch); } 其中QTSSFileModuleDispatch是Module必须实现的分发函数名。 另一个需要实现的是分发函数,服务器调用该函数实现某个特殊任务。此时,服务器将向分发函数传入任务的名字和一个任务相关的参数块。

QTSSFileModule分发函数的实现如下:

QTSS_Error QTSSFileModuleDispatch(QTSS_Role inRole, QTSS_RoleParamPtr inParamBlock)

{

//根据传入的任务名称和入参执行相应的处理函数

tch (inRole) //任务名称

{

case QTSS_Register_Role:

return Register(&inParamBlock->regParams);

case QTSS_Initialize_Role:

return Initialize(&inParamBlock->initParams);

case QTSS_RereadPrefs_Role:

return RereadPrefs();

case QTSS_RTSPRequest_Role:

return ProcessRTSPRequest(&inParamBlock->rtspRequestParams);

case QTSS_RTPSendPackets_Role:

return SendPackets(&inParamBlock->rtpSendPacketsParams);

case QTSS_ClientSessionClosing_Role:

return DestroySession(&inParamBlock->clientSessionClosingParams);

}

return QTSS_NoErr;

}

其中,分发函数的入参是一个联合,它根据任务名称的不同,具体的数据结构也不同,下面是该数据结构的定义:

typedef union

{

QTSS_Register_Params regParams;

QTSS_Initialize_Params initParams;

QTSS_ErrorLog_Params errorParams;

//此处略去其他多个数据结构…

} QTSS_RoleParams, *QTSS_RoleParamPtr;

DSS提供了两种方式把我们自己开发的Module添加到服务器中:一种称为静态模块(Static Module),该方式将我们开发的Module代码直接编译到内核中去;另一种称为动态模块(Dynamic Module),该方式将我们开发的Module单独编译称为一个动态库,然后修改配置,使服务器在启动时将其加载。图9描述了DSS启动和关闭时模块调 用流程。 当服务器启动时,它首先装载没有被编译进内核的动态模块,然后才装载被编译进内核的静态模块;由于现有的大部分系统功能都是以静态模块的方式存在的,如果 你希望用自己的模块替换某个系统功能,最好是编写一个动态模块,因为它们将早于静态模块被装载。

无论是静态模块还是动态模块,它们的代码都是相同的,唯一的不同就是它们的编译方式。首先为了将静态模块编译到服务器中,我们必须修改 QTSServer.cpp文件中的QTSServer::LoadCompiledInModules,并向其中加入以下代码:

QTSSModule* myModule=new QTSSModule(*_XYZ_*);

(void)myModule->Initialize(&sCallbacks,&_XYZMAIN_);

(void)AddModule(MyModule);

其中,XYZ是静态模块的名字,而XYZMAIN则是其主函数入口。 动态模块的编译方法如下:首先单独编译动态模块为一个动态共享库;将该共享库与QTSS API stub library链接到一起;最后将结果文件放置到/usr/sbin/QTSSModules目录中去。此后,服务器在启动时就将自动调用该动态模块。


6 结束语

DSS是一项十分庞大的工程,而且随着新版本的不断推出和功能的增强,其内容也越来越丰富。限于篇幅,本文只是介绍了一些笔者认为比较重要的模块或类,希 望能够配合读者更好的掌握DSS的精髓。 我们之所以研究DSS的源代码,基本上有两个目标:一是希望利用DSS作为平台进行二次开发,如增加对媒体格式的支持,增加客户身份认证,增加对媒体内容 的管理等模块,使DSS成为一个符合实际需求的实用系统。抱此目的的读者在掌握DSS整体流程的基础上,应着重于其二次开发平台(如Module)以及底 层文件和媒体格式支持库的研究。另一类读者可能希望通过研究DSS源代码,掌握在Internet环境中处理流式媒体的关键技术,以便为将来开发相关底层 应用做准备。对于这些读者,笔者认为需要下更多的功夫去研究DSS源代码中的许多细节部分:例如高级网络编程(Socket)、多线程之间的通信、任务调 度、系统资源(CPU、磁盘等)的合理利用以及用于流式媒体的多个标准协议(RTP/RTCP、RTSP、SDP)的具体实现等等。 作为三大主要流式媒体应用中唯一一个开放源代码的产品,DSS让开发人员能够从最底层研究流式媒体技术,事实上,当前国内外许多公司正是在DSS的基础上 开发了自己的流式媒体相关产品。但是需要指出,作为一个开放源代码的工程,DSS的分发和开发须遵循苹果公司给出的一份版权文件(Apple Public Source License),希望进行商业化开发的读者应该仔细研读,该文件可从以下网址获得:http://www.publicsource.apple.com。 最后,如果读者希望跟踪DSS的最新进展,可以申请加入其邮件列表。通过该邮件列表,读者可以和全球众多的DSS开发人员交流经验,而且苹果公司的技术人员将会定期的解答各种问题。该邮件列表的地址为:http://www.lists.apple.com。

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