主頁（http://www.by236.com）：介紹一個開源的SIP(VOIP)協議庫PJSIP

 如果你對SIP/VoIP技術感興趣,哪希望你不要錯過:),如果你對寫出堪稱優美的Code感興趣
,那么你也不可錯過:)

這期間我想分析一下一個實際的協議棧的設計到實現的相關技術,算是自己的一個學習經
歷記錄.

最初選擇這個庫做分析的原因很簡單,文檔齊全:),其它良好的特征則是慢慢發現的:)

www.pjsip.org

1. PJSIP簡介

PJSIP的實現是為了能在嵌入式設備上高效實現SIP/VOIP.其主要特征包括:
1).極具移植性.(Extremely portable)
當前可支持平臺包括:
* 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).非常小的足印.(Very small footprint)
    官方宣稱編譯后的庫<150Kb,我在PC上編譯后加上strip后大概173Kb,這對于嵌入
    式設備,是個好消息:)
    
    3).高性能.(High performance)
    這點我們后面可以看看是否如作者宣稱的:)
    
    4).支持眾多的特征.(Many features)
    這點可以從http://www.pjsip.org/sip_media_features.htm#sip_features看出.


    
    5).充足的SIP文檔.(Extensive SIP documentation)
    這是我最初選擇該庫的原因,當然不是最終的原因,最終的原因是它的code:)
    
2. PJSIP的組成.

其實說是PJSIP不是特別貼切,這個庫實際上是幾個部分組成的.
1).PJSIP - Open Source SIP Stack[開源的SIP協議棧]

2).PJMEDIA - Open Source Media Stack[開源的媒體棧]

3).PJNATH - Open Source NAT Traversal Helper Library[開源的NAT-T輔助庫]

4).PJLIB-UTIL - Auxiliary Library[輔助工具庫]

5).PJLIB - Ultra Portable Base Framework Library[基礎框架庫]

而在最上層庫的目錄分為:(可以使用tree -d -L 1 查看)

$TOP/build [包含Makefile]
$TOP/build.symbian [針對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

而在每個子目錄,可以看到分為:
bin [編譯后產生的二進制文件]
build [Makefile]
build/output
build/wince-evc4
docs [doxygen的文檔,用doxygen docs/doxygen.cfg產生]
include [頭文件]
lib [編譯后產生的庫]
src [源代碼]

3. PJLIB簡介

要理解好PJSIP，就不得不先說說PJLIB，PJLIB算的上是這個庫中最基礎的庫，正是這個
庫的優美實現，才讓PJSIP變得如此優越。

PJLIB提供了一系列特征，這是我們下面分析的重點，涉及到：
1).非動態內存分配[No Dynamic Memory Allocations]
實現了內存池，獲取內存是從與分配的內存池中獲取，高性能程序多會自己構造內存池
，后面我們會解釋該內存池的使用以及基本的原理。根據作者的比較，是常規的 malloc(
)/free()函數的30倍。

2).OS抽象[Operating System Abstraction]
實現OS抽象的根本原因在與可移植性，毋庸置疑:).
涉及到：
a).線程[Threads.]
b).線程本地存儲[Thread Local Storage.]
c).互斥[Mutexes.]
d).信號燈[Semaphores.]
e).原子變量[Atomic Variables.]
f).臨屆區[Critical sections.]
g).鎖對象[Lock Objects.]
h).事件對象[Event Object.]
i).時間管理[Time Data Type and Manipulation.]
j).高解析的時間戳[High Resolution Timestamp.]
等等，這些我們后面分析代碼時一一看來:)

3).低層的網絡相關IO[Low-Level Network I/O]
    這涉及到：
    a).Socket抽象[Socket Abstraction.]
    b).網絡地址解析[Network Address Resolution.]
    c).實現針對Socket的select API[Socket select() API.]
    
4).時間管理[Timer Management]
這主要涉及到兩個部分，一個時定時器的管理，還有就是時間解析的精度(舉例說來，就
是能精確到哪個時間等級，比如 POSIX sleep(),就只能以秒為單位，而使用select()則可
以實現毫秒級別的計時) 

5).各種數據結構[Various Data Structures]
主要有:
a).針對字符串的操作[String Operations]
b).數組輔助[Array helper]
c).Hash表[Hash Tabl]
d).鏈表[Linked List]
e).紅黑平衡樹[Red/Black Balanced Tree]

6).異常處理[Exception Construct]
使用的是TRY/CATCH,知道C++/JAVA之類面向對象語言的人看過會宛而一笑:)

7).LOG機制[Logging Facility]
很顯然，一個良好的程序，好的LOG機制不可少。這能很方便的讓你去調試程序，對此我
是深有體會，任何時候，不要忘記“好的程序，是架構出來的；而能跑的程序，是調試出
來的:)”

8).隨機數以及GUID的產生[Random and GUID Generation]
GUID指的是"globally unique identifier"，只是一個標識而已，比如說你的省份證，
算的上是一個GUID，當然，準確說來是“china unique identifier”:).

看了這么多的特征列舉，是不是很完備，的確。

總算是初步列舉完了PJLIB的基本特征了，后面我們來說說它的使用與實現:

4. PJLIB的使用

有了上述介紹，是不是很想知道這個庫的使用，沒關系，我們慢慢說來:)

首先是頭文件和編譯出來的庫的位置，這就不必多說了，除非你沒有使用過手動編譯的庫
，如果不太了解步驟，google一下，啊:)

1).為了使用這個庫，需要使用：
#include 
當然，也可以選擇：
#include 
    #include 
    這種分離的方式，不過，簡介其間，還是使用第一種吧:),畢竟，你不需要確認到你所
需的函數或者數據結構具體到哪個具體的頭文件:)
    
    2).確保在使用PJLIB之前調用 pj_init()來完成PJLIB庫使用前說必須的一些初始化.

    這是一個必不可少的步驟.
    ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
    
    3).使用PJLIB的一些建議
    作者對使用PJLIB的程序提出了一些建議，包括如下 ：
    a).不要使用ANSI C[Do NOT Use ANSI C]
    觀點很明確，ANSI C并不會讓程序具有最大的移植性，應該使用PJSIP庫所提供的響
應機制來實現你所需要的功能.
    
    b).使用pj_str_t取代C風格的字符串[Use pj_str_t instead of C Strings]
    原因之一是移植性，之二則是PJLIB內置的pj_str_t相關操作會更快(性能).
    
    c).從內存池分配內存[Use Pool for Memory Allocations]
    這很明顯，如果你知道為什么會使用內存池的話(提示一下，性能以及易用性:))
    
    d).使用PJLIB的LOG機制做文字顯示[Use Logging for Text Display]
    很明顯:)
    
     還有些關于移植的一些問題，不在我們的討論范圍，如果你需要移植到其它平臺或者
環境，請參考http://www.pjsip.org/pjlib/docs/html/porting_pjlib_pg.htm

5. PJLIB的使用以及原理
終于開始提及實現原理以及具體的編碼了:),前面的列舉還真是個瑣碎的事情,還是奔主題
來:).

5.1快速內存池[Fast Memory Pool]
前面說過,使用內存池的原因在于性能的考慮,原因是C風格的malloc()以及C++風格的new
操作在高性能或實時條件下表現并不太好,原因在于性能的瓶頸在于內存碎片問題.

下面列舉其優點與需要主要的問題:
優點：
a).不像其它內存池,允許分配不同尺寸的chunks.
b).快速.
內存chunks擁有O(1)的復雜度,并且操作僅僅是指針的算術運算,其間不需要使用鎖住任
何互斥量.
c).有效使用內存.
除了可能因為內存對齊的原因會浪費很少的內存外,內存的使用效率非常高.
d).可預防內存泄漏.
在C/C++程序中如果出現內存泄漏問題,其查找過程哪個艱辛,不足為外人道也:(
[曾經有次用別人的Code,出現了內存泄漏,在開發板上查找N天,又沒工具可在開發板上使
用,哪個痛苦,想自殺:(]
原因很簡單,你的內存都是從內存池中獲取的,就算你沒有釋放你獲取的內存,只要你記得
把內存池destroy,那么內存還是會還給系統.

還有設計帶來的一些其它益處,比如可用性和靈活性:
e).內存泄漏更容易被跟蹤.
這是因為你的內存是在指定的內存池中分配的,只要能很快定位到內存池,內存泄漏的偵
測就方便多了.
f).設計上從內存池中獲取內存這一操作是非線程安全的.
原因是設計者認為內存池被上層對象所擁有,線程安全應該由上層對象去保證,這樣的話
,沒有鎖的問題會讓內存分配變得非常的快.
g).內存池的行為像C++中的new的行為,當內存池獲取內存chunks會拋出PJ_NO_MEMORY_EX
CEPTION異常,當然,因為支持異常處理,也可以使用其它方式讓上層程序靈活的定義異常的
處理.
[這是異常處理的基本出發點,但是這有大量的爭論,原因是這改變了程序的正常流程,誰能
去保證這種流程是用戶所需要的呢,因此C++中的異常處理飽受爭議,請酌情使用]
h). 可以在后端使用任何的內存分配器.默認情況下是使用malloc/free管理內存池的塊,
但是應用程序也可以指定自己的策略(strategy),例如從一個全局存儲空間分配內存.

恩,要知道,任何事務都是兩面的(頗為佩服創造出“雙贏”這個詞的語言天才, 不過，文
字游戲對于技術人員不能說是件好事情:(),好了,使用時,不要認為這個內存池是哪種"per
fect"的技術,要記得"任何設計,都是在各種限制條件中的一個折中,對于'戴著鐐銬的舞蹈
',除了'舞蹈',也不要忘記'鐐銬'哦",不要忘了告誡:):
告誡[Caveats]:
a).使用合適的大小來初始化內存池.
使用內存池時,需要指定一個初始內存池大小, 這個值是內存池的初始值,如果你想要高
性能,要謹慎選擇這個值哦,太大的化會浪費內存,過小又會讓內存池自身頻繁的去增加內存
,顯然這兩種情況都不可取.
b). 注意,內存池只能增加,而不能被縮小(shrink),因為內存池沒有函數把內存chunks釋
放還給系統,這就要去內存池的構造者和使用者明確使用內存.

恩,基本的原理都差不多了,后面我們來看看如何使用這個內存池.

5.2內存池的使用[Using Memory Pool]
內存池的使用相當的簡單,扳個手指頭就搞定了,如果你看明白了上面的原理和特征:)

a).創建內存池工廠[Create Pool Factory]
上面不是提及內存池的內部分配策略以及異常處理方式么, 其實這就是指定這個的:)

當然,不需要你每個內存池都自己取指定策略和異常處理方式,PJLIB已經有了一個默認的
實現:Caching Pool Factory,這個內存池工廠的初始化使用函數pj_caching_pool_init()


b).創建內存池[Create The Pool]
使用pj_pool_create(),其參數分別為內存工廠(Pool Factory),內存池的名字(name),初
始時的大小以及增長時的大小.

c).根據需要分配內存[Allocate Memory as Required]
然后,你就可以使用pj_pool_alloc(), pj_pool_calloc(), 或pj_pool_zalloc()從指定
的內存池根據需要去獲取內存了:)

d).Destroy內存池[Destroy the Pool]
這實際上是把預分配的內存還給系統.

e).Destroy內存池工廠[Destroy the Pool Factory]
這沒什么好說的.

很簡單吧:)
作者在文檔中給出了一個例子:
如下：
#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;
   }
   
   我就不解釋了:)