Treść #
W tym zadaniu będziemy symulować pisanie odtwarzacza filmów. Aby osiągnąć dobrą wydajność oraz stabilność odtwarzania, praca w tego typu programach jest zwykle rozłożona na kilka wątków.
Program powinien składać się z czterech wątków:
- Wątek główny - tworzy pozostałe wątki i jest odpowiedzialny za obsługę sygnałów.
- Wątek dekodujący - zajmuje się dekodowaniem klatek filmu
(
decode_frame()) i przesyłaniem ich dalej. - Wątek transformujący - odbiera klatki od wątku dekodującego,
transformuje je (
transform_frame()) i przesyła dalej. - Wątek wyświetlający - odbiera klatki od wątku transformującego i
wysyła je na ekran (
display_frame()) pilnując stałego klatkażu 30 FPS (30 klatek na sekundę).
Nagłówek video-player.h zawiera definicje makr, funkcji i struktur,
których powinieneś/powinnaś użyć. Modyfikacja tego pliku jest
niedozwolona, cała funkcjonalność powinna być zawarta w pliku
sop-vp.c.
Aby przekazywać klatki pomiędzy wątkami wykorzystaj bufor cykliczny
(ang. circular buffer). Jest to bardzo użyteczna struktura, mająca
wiele zastosowań w aplikacjach wymagających przetwarzania danych w
czasie rzeczywistym. Składa się z bufora (tablicy, w naszym przypadku
tablicy wskaźników na strukturę Frame rozmiaru BUFFER_SIZE),
wskaźników (indeksów) na początek (głowę, head) oraz koniec (ogon,
tail) bufora, licznika ilości elementów oraz obiektów niezbędnych do
zapewnienia synchronizacji. Założeniem struktury jest, że dane są
,,zawinięte” - po dojściu do ostatniego elementu w buforze (tablicy)
zaczynamy wstawianie od początku.
W tym zadaniu zaimplementuj bufor cykliczny w następujący sposób:
Podczas tworzenia struktury ustaw head oraz tail na zero. Head oznacza miejsce, na które wstawimy następny element, natomiast tail - miejsce na którym znajduje się ostatni element.
Do synchronizacji użyjemy tylko jednego mutexu - dla bufora (tablicy) oraz, na drodze wyjątku, techniki ,,busy waiting”. Nie jest to optymalny sposób na implementację tej struktury danych, jako ćwiczenie przed następnym laboratorium, możesz spróbować poprawić ten program przy wykorzystaniu innych technik synchronizacji.
Aby dodać nowy element (push) do bufora, poczekaj aż nie będzie pełny (busy waiting z 5ms usypianiem wątku). Dodaj nowy element na miejsce wskazywane przez head, przesuń head na nową pozycję i zwiększ licznik elementów.
Podobnie, aby pobrać element (pop) z bufora, poczekaj aż nie będzie pusty (busy waiting z 5ms usypianiem wątku). Pobierz element wskazywany przez tail, przesuń tail na następną pozycję i zmniejsz licznik elementów.
Przemyśl, jak powyższe funkcje powinny być synchronizowane, aby zapewnić bezpieczeństwo i uniknąć deadlocka, przy jednocześnie możliwie krótkiej sekcji krytycznej. Możesz założyć, że bufor jest używany jedynie przez jeden wątek producenta (wywołujący push) oraz jeden konsumenta (wywołujacy pop) na raz.
Wskazówka: w przypadku tego zadania implementujemy bardzo szczególny przypadek bufora cyklicznego. W internecie możesz znaleźć wiele innych rodzajów tej struktury. Pamiętaj jednak, że na tym laboratorium powinieneś ją zaimplementować dokładnie tak, jak to zostało wyżej opisane.
Synchronizacja wyświetlania (w etapie 2) oznacza, że klatki filmu powinny być wyświetlane tak szybko jak to możliwe, ale nie częściej niż co 33.33ms (czyli 30 na sekundę).
W rozwiązaniu nie powinno być innych zmiennych globalnych niż ewentualna jedna flaga w etapie 4 (wskazówka: ona też nie jest potrzebna).
Etapy #
Stwórz 3 wątki jak w opisie zadania. Na tym etapie dane mogą być przesyłane między wątkami przez współdzieloną zmienną chronioną mutexem. W przypadku braku dostępnych danych wątek czeka 5ms i próbuje ponownie. Mutexy nie powinny być zablokowane dłużej, niż to konieczne.
Dodaj synchronizację wyświetlania w wątku wyświetlającym (podpowiedź:
clock_gettime).Zaimplementuj bufor cykliczny tak, jak to opisano w treści zadania.
Główny wątek obsługuje sygnały - po otrzymaniu SIGINT (ctrl+c) główny wątek sygnalizuje pozostałym wątkom koniec pracy, czeka na ich zakończenie, zwalnia wszystkie zasoby i się kończy.