介绍一个开源的SIP(VOIP)协议库PJSIP

本文系转载，出处不可考。

假设你对SIP/VoIP技术感兴趣,哪希望你不要错过:),假设你对写出堪称优美的Code感兴趣

,那么你也不可错过:)



这期间我想分析一下一个实际的协议栈的设计到实现的相关技术,算是自己的一个学习经

历记录.



最初选择这个库做分析的原因非常easy,文档齐全:),其他良好的特征则是慢慢发现的:)



www.pjsip.org



1. PJSIP简单介绍



PJSIP的实现是为了能在嵌入式设备上高效实现SIP/VOIP.其主要特征包含:

1).极具移植性.(Extremely portable)

当前可支持平台包含:

* Win32/x86 (Win95/98/ME, NT/2000/XP/2003, mingw).

    * arm, WinCE and Windows Mobile.

    * Linux/x86, (user mode and as kernel module(!)).

    * Linux/alpha

    * Solaris/ultra.

    * MacOS X/powerpc

    * RTEMS (x86 and powerpc).



正移植到:

    * Symbian OS 

    

    2).很小的足印.(Very small footprint)

    官方宣称编译后的库<150Kb,我在PC上编译后加上strip后大概173Kb,这对于嵌入

    式设备,是个好消息:)

    

    3).高性能.(High performance)

    这点我们后面能够看看是否如作者宣称的:)

    

    4).支持众多的特征.(Many features)

    这点能够从http://www.pjsip.org/sip_media_features.htm#sip_features看出.





    

    5).充足的SIP文档.(Extensive SIP documentation)

    这是我最初选择该库的原因,当然不是终于的原因,终于的原因是它的code:)

    

2. PJSIP的组成.



事实上说是PJSIP不是特别贴切,这个库实际上是几个部分组成的.

1).PJSIP - Open Source SIP Stack[开源的SIP协议栈]



2).PJMEDIA - Open Source Media Stack[开源的媒体栈]



3).PJNATH - Open Source NAT Traversal Helper Library[开源的NAT-T辅助库]



4).PJLIB-UTIL - Auxiliary Library[辅助工具库]



5).PJLIB - Ultra Portable Base Framework Library[基础框架库]



而在最上层库的文件夹分为:(能够使用tree -d -L 1 查看)



$TOP/build [包括Makefile]

$TOP/build.symbian [针对symbian的Makefile]

$TOP/pjlib [參考上面]

$TOP/pjlib-util [參考上面]

$TOP/pjnath [參考上面]

$TOP/pjmedia [參考上面]

$TOP/pjsip [參考上面]

$TOP/pjsip-apps

$TOP/third_party



而在每一个子文件夹,能够看到分为:

bin [编译后产生的二进制文件]

build [Makefile]

build/output

build/wince-evc4

docs [doxygen的文档,用doxygen docs/doxygen.cfg产生]

include [头文件]

lib [编译后产生的库]

src [源码]

3. PJLIB简单介绍



要理解好PJSIP，就不得不先说说PJLIB，PJLIB算的上是这个库中最基础的库，正是这个

库的优美实现，才让PJSIP变得如此优越。



PJLIB提供了一系列特征。这是我们以下分析的重点。涉及到：

1).非动态内存分配[No Dynamic Memory Allocations]

实现了内存池，获取内存是从与分配的内存池中获取，高性能程序多会自己构造内存池

，后面我们会解释该内存池的使用以及主要的原理。依据作者的比較，是常规的 malloc(

)/free()函数的30倍。

2).OS抽象[Operating System Abstraction]

实现OS抽象的根本原因在与可移植性，毋庸置疑:).

涉及到：

a).线程[Threads.]

b).线程本地存储[Thread Local Storage.]

c).相互排斥[Mutexes.]

d).信号灯[Semaphores.]

e).原子变量[Atomic Variables.]

f).临届区[Critical sections.]

g).锁对象[Lock Objects.]

h).事件对象[Event Object.]

i).时间管理[Time Data Type and Manipulation.]

j).高解析的时间戳[High Resolution Timestamp.]

等等，这些我们后面分析代码时一一看来:)



3).低层的网络相关IO[Low-Level Network I/O]

    这涉及到：

    a).Socket抽象[Socket Abstraction.]

    b).网络地址解析[Network Address Resolution.]

    c).实现针对Socket的select API[Socket select() API.]

    

4).时间管理[Timer Management]

这主要涉及到两个部分。一个时定时器的管理，还有就是时间解析的精度(举例说来，就

是能精确到哪个时间等级，比方 POSIX sleep(),就仅仅能以秒为单位，而使用select()则可

以实现毫秒级别的计时) 



5).各种数据结构[Various Data Structures]

主要有:

a).针对字符串的操作[String Operations]

b).数组辅助[Array helper]

c).Hash表[Hash Tabl]

d).链表[Linked List]

e).红黑平衡树[Red/Black Balanced Tree]



6).异常处理[Exception Construct]

使用的是TRY/CATCH,知道C++/JAVA之类面向对象语言的人看过会宛而一笑:)



7).LOG机制[Logging Facility]

非常显然，一个良好的程序，好的LOG机制不可少。

这能非常方便的让你去调试程序，对此我

是深有体会，不论什么时候。不要忘记“好的程序，是架构出来的；而能跑的程序，是调试出

来的:)”



8).随机数以及GUID的产生[Random and GUID Generation]

GUID指的是"globally unique identifier"，仅仅是一个标识而已。比方说你的省份证，

算的上是一个GUID。当然。准确说来是“china unique identifier”:).



看了这么多的特征列举，是不是非常完备，的确。



总算是初步列举完了PJLIB的基本特征了。后面我们来说说它的使用与实现:



4. PJLIB的使用



有了上述介绍，是不是非常想知道这个库的使用，没关系，我们慢慢说来:)



首先是头文件和编译出来的库的位置，这就不必多说了，除非你没有使用过手动编译的库

，假设不太了解步骤，google一下。啊:)



1).为了使用这个库，须要使用：

#include 

当然，也能够选择：

#include 

    #include 

    这样的分离的方式，只是。简单介绍其间，还是使用第一种吧:),毕竟，你不须要确认到你所

需的函数或者数据结构详细到哪个详细的头文件:)

    

    2).确保在使用PJLIB之前调用 pj_init()来完毕PJLIB库使用前说必须的一些初始化.



    这是一个不可缺少的步骤.

    ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

    

    3).使用PJLIB的一些建议

    作者对使用PJLIB的程序提出了一些建议，包含例如以下 ：

    a).不要使用ANSI C[Do NOT Use ANSI C]

    观点非常明白。ANSI C并不会让程序具有最大的移植性，应该使用PJSIP库所提供的响

应机制来实现你所须要的功能.

    

    b).使用pj_str_t代替C风格的字符串[Use pj_str_t instead of C Strings]

    原因之中的一个是移植性，之二则是PJLIB内置的pj_str_t相关操作会更快(性能).

    

    c).从内存池分配内存[Use Pool for Memory Allocations]

    这非常明显，假设你知道为什么会使用内存池的话(提示一下，性能以及易用性:))

    

    d).使用PJLIB的LOG机制做文字显示[Use Logging for Text Display]

    非常明显:)

    

     还有些关于移植的一些问题。不在我们的讨论范围。假设你须要移植到其他平台或者

环境，请參考http://www.pjsip.org/pjlib/docs/html/porting_pjlib_pg.htm

5. PJLIB的使用以及原理

最终開始提及实现原理以及详细的编码了:),前面的列举还真是个琐碎的事情,还是奔主题

来:).



5.1高速内存池[Fast Memory Pool]

前面说过,使用内存池的原因在于性能的考虑,原因是C风格的malloc()以及C++风格的new

操作在高性能或实时条件下表现并不太好,原因在于性能的瓶颈在于内存碎片问题.



以下列举其长处与须要基本的问题:

长处：

a).不像其他内存池,同意分配不同尺寸的chunks.

b).高速.

内存chunks拥有O(1)的复杂度,而且操作不过指针的算术运算,其间不须要使用锁住任

何相互排斥量.

c).有效使用内存.

除了可能由于内存对齐的原因会浪费非常少的内存外,内存的使用效率非常高.

d).可预防内存泄漏.

在C/C++程序中假设出现内存泄漏问题,其查找过程哪个艰辛,不足为外人道也:(

[以前有次用别人的Code,出现了内存泄漏,在开发板上查找N天,又没工具可在开发板上使

用,哪个痛苦,想自杀:(]

原因非常easy,你的内存都是从内存池中获取的,就算你没有释放你获取的内存,仅仅要你记得

把内存池destroy,那么内存还是会还给系统.



还有设计带来的一些其他益处,比方可用性和灵活性:

e).内存泄漏更easy被跟踪.

这是由于你的内存是在指定的内存池中分配的,仅仅要能非常快定位到内存池,内存泄漏的侦

測就方便多了.

f).设计上从内存池中获取内存这一操作是非线程安全的.

原因是设计者觉得内存池被上层对象所拥有,线程安全应该由上层对象去保证,这种话

,没有锁的问题会让内存分配变得很的快.

g).内存池的行为像C++中的new的行为,当内存池获取内存chunks会抛出PJ_NO_MEMORY_EX

CEPTION异常,当然,由于支持异常处理,也能够使用其他方式让上层程序灵活的定义异常的

处理.

[这是异常处理的基本出发点,可是这有大量的争论,原因是这改变了程序的正常流程,谁能

去保证这样的流程是用户所须要的呢,因此C++中的异常处理饱受争议,请酌情使用]

h). 能够在后端使用不论什么的内存分配器.默认情况下是使用malloc/free管理内存池的块,

可是应用程序也能够指定自己的策略(strategy),比如从一个全局存储空间分配内存.



恩,要知道,不论什么事务都是两面的(颇为佩服创造出“双赢”这个词的语言天才, 只是。文

字游戏对于技术人员不能说是件好事情:(),好了,使用时,不要觉得这个内存池是哪种"per

fect"的技术,要记得"不论什么设计,都是在各种限制条件中的一个折中,对于'戴着镣铐的舞蹈

',除了'舞蹈',也不要忘记'镣铐'哦",不要忘了告诫:):

告诫[Caveats]:

a).使用合适的大小来初始化内存池.

使用内存池时,须要指定一个初始内存池大小, 这个值是内存池的初始值,假设你想要高

性能,要慎重选择这个值哦,太大的化会浪费内存,过小又会让内存池自身频繁的去添加内存

,显然这两种情况都不可取.

b). 注意,内存池仅仅能添加,而不能被缩小(shrink),由于内存池没有函数把内存chunks释

放还给系统,这就要去内存池的构造者和使用者明白使用内存.



恩,主要的原理都差点儿相同了,后面我们来看看怎样使用这个内存池.



5.2内存池的使用[Using Memory Pool]

内存池的使用相当的简单,扳个手指头就搞定了,假设你看明确了上面的原理和特征:)



a).创建内存池工厂[Create Pool Factory]

上面不是提及内存池的内部分配策略以及异常处理方式么, 事实上这就是指定这个的:)



当然,不须要你每一个内存池都自己取指定策略和异常处理方式,PJLIB已经有了一个默认的

实现:Caching Pool Factory,这个内存池工厂的初始化使用函数pj_caching_pool_init()





b).创建内存池[Create The Pool]

使用pj_pool_create(),其參数分别为内存工厂(Pool Factory),内存池的名字(name),初

始时的大小以及增长时的大小.



c).依据须要分配内存[Allocate Memory as Required]

然后,你就能够使用pj_pool_alloc(), pj_pool_calloc(), 或pj_pool_zalloc()从指定

的内存池依据须要去获取内存了:)



d).Destroy内存池[Destroy the Pool]

这实际上是把预分配的内存还给系统.



e).Destroy内存池工厂[Destroy the Pool Factory]

这没什么好说的.



非常easy吧:)

作者在文档中给出了一个样例:

例如以下：

#include 



   #define THIS_FILE    "pool_sample.c"



   static void my_perror(const char *title, pj_status_t status)

   {

        char errmsg[PJ_ERR_MSG_SIZE];



        pj_strerror(status, errmsg, sizeof(errmsg));

        PJ_LOG(1,(THIS_FILE, "%s: %s [status=%d]", title, errmsg, status));

   }



   static void pool_demo_1(pj_pool_factory *pfactory)

   {

        unsigned i;

        pj_pool_t *pool;



        // Must create pool before we can allocate anything

        pool = pj_pool_create(pfactory,  // the factory

                              "pool1",   // pool's name

                              4000,      // initial size

                              4000,      // increment size

                              NULL);     // use default callback.

        if (pool == NULL) {

            my_perror("Error creating pool", PJ_ENOMEM);

            return;

        }



        // Demo: allocate some memory chunks

        for (i=0; i<1000; ++i) {

            void *p;



            p = pj_pool_alloc(pool, (pj_rand()+1) % 512);



            // Do something with p

            ...



            // Look! No need to free p!!

        }



        // Done with silly demo, must free pool to release all memory.

        pj_pool_release(pool);

   }



   int main()

   {

        pj_caching_pool cp;

        pj_status_t status;



        // Must init PJLIB before anything else

        status = pj_init();

        if (status != PJ_SUCCESS) {

            my_perror("Error initializing PJLIB", status);

            return 1;

        }



        // Create the pool factory, in this case, a caching pool,

        // using default pool policy.

        pj_caching_pool_init(&cp, NULL, 1024*1024 );



        // Do a demo

        pool_demo_1(&cp.factory);



        // Done with demos, destroy caching pool before exiting app.

        pj_caching_pool_destroy(&cp);



        return 0;

   }

   

   我就不解释了:)