manual: Talk about threading
authorWim Taymans <wim.taymans@collabora.co.uk>
Tue, 9 Oct 2012 14:12:01 +0000 (16:12 +0200)
committerWim Taymans <wim.taymans@collabora.co.uk>
Tue, 9 Oct 2012 14:12:01 +0000 (16:12 +0200)
Rework the threading chapter.
Talk about stream-status and give some examples on how to change
the thread priorities.

docs/manual/advanced-threads.xml
tests/examples/manual/.gitignore
tests/examples/manual/Makefile.am

index cabdcf5..5925640 100644 (file)
     may want to have influence on some parts of those. &GStreamer; allows
     applications to force the use of multiple threads over some parts of
     a pipeline.
+    See <xref linkend="section-threads-uses"/>.
   </para>
+  <para> 
+    &GStreamer; can also notify you when threads are created so that you can
+    configure things such as the thread priority or the threadpool to use.
+    See <xref linkend="section-threads-status"/>.
+  </para>
+
+  <sect1 id="section-threads-scheduling">
+    <title>Scheduling in &GStreamer;</title>
+    <para>
+      Each element in the &GStreamer; pipeline decides how it is going to
+      be scheduled. Elements can choose if their pads are to be scheduled
+      push-based or pull-based. An element can, for example, choose to start
+      a thread to start pulling from the sink pad or/and start pushing on
+      the source pad. An element can also choose to use the upstream or
+      downstream thread for its data processing in push and pull mode
+      respectively. &GStreamer; does not pose any restrictions on how the
+      element chooses to be scheduled. See the Plugin Writer Guide for more
+      details.
+    </para>
+    <para>
+      What will happen in any case is that some elements will start a thread
+      for their data processing, called the <quote>streaming threads</quote>. 
+      The streaming threads, or <classname>GstTask</classname> objects, are
+      created from a <classname>GstTaskPool</classname> when the element
+      needs to make a streaming thread. In the next section we see how we
+      can receive notifications of the tasks and pools.
+    </para>
+  </sect1>
+
+  <sect1 id="section-threads-status">
+    <title>Configuring Threads in &GStreamer;</title>
+    <para>
+      A STREAM_STATUS message is posted on the bus to inform you about the
+      status of the streaming threads. You will get the following information
+      from the message:
+      <itemizedlist>
+        <listitem>
+          <para>
+            When a new thread is about to be created, you will be notified
+            of this with a GST_STREAM_STATUS_TYPE_CREATE type. It is then
+            possible to configure a <classname>GstTaskPool</classname> in
+            the <classname>GstTask</classname>. The custom taskpool will
+            provide custom threads for the task to implement the streaming
+            threads.
+          </para>
+          <para>
+            This message needs to be handled synchronously if you want to
+            configure a custom taskpool. If you don't configure the taskpool
+            on the task when this message returns, the task will use its
+            default pool.
+          </para>
+        </listitem>
+        <listitem>
+          <para>
+            When a thread is entered or left. This is the moment where you
+            could configure thread priorities. You also get a notification
+            when a thread is destroyed.
+          </para>
+        </listitem>
+        <listitem>
+          <para>
+            You get messages when the thread starts, pauses and stops. This
+            could be used to visualize the status of streaming threads in
+            a gui application.
+          </para>
+        </listitem>
+      </itemizedlist>
+    </para>
+    <para>
+    </para>
+    <para>
+      We will now look at some examples in the next sections.
+    </para>
+
+    <sect2 id="section-threads-rt">
+      <title>Boost priority of a thread</title>
+      <programlisting>
+        .----------.    .----------.
+        | faksesrc |    | fakesink |
+        |         src->sink        |
+        '----------'    '----------'
+      </programlisting>
+      <para>
+        Let's look at the simple pipeline above. We would like to boost
+        the priority of the streaming thread.
+        It will be the fakesrc element that starts the streaming thread for
+        generating the fake data pushing them to the peer fakesink.
+        The flow for changing the priority would go like this:
+      </para>
+      <itemizedlist>
+        <listitem>
+          <para>
+            When going from READY to PAUSED state, udpsrc will require a
+            streaming thread for pushing data into the depayloader. It will
+            post a STREAM_STATUS message indicating its requirement for a
+            streaming thread.
+          </para>
+        </listitem>
+        <listitem>
+          <para>
+            The application will react to the STREAM_STATUS messages with a
+            sync bus handler. It will then configure a custom
+            <classname>GstTaskPool</classname> on the
+            <classname>GstTask</classname> inside the message. The custom
+            taskpool is responsible for creating the threads. In this
+            example we will make a thread with a higher priority.
+          </para>
+        </listitem>
+        <listitem>
+          <para>
+            Alternatively, since the sync message is called in the thread
+            context, you can use thread ENTER/LEAVE notifications to
+            change the priority or scheduling pollicy of the current thread.
+          </para>
+        </listitem>
+      </itemizedlist>
+      <para>
+        In a first step we need to implement a custom
+        <classname>GstTaskPool</classname> that we can configure on the task.
+        Below is the implementation of a <classname>GstTaskPool</classname>
+        subclass that uses pthreads to create a SCHED_RR real-time thread.
+        Note that creating real-time threads might require extra priveleges.
+      </para>
+      <programlisting>
+<!-- example-begin testrtpool.c a -->
+<!--
+#include <gst/gst.h>
+
+#define TEST_TYPE_RT_POOL             (test_rt_pool_get_type ())
+#define TEST_RT_POOL(pool)            (G_TYPE_CHECK_INSTANCE_CAST ((pool), TEST_TYPE_RT_POOL, TestRTPool))
+#define TEST_IS_RT_POOL(pool)         (G_TYPE_CHECK_INSTANCE_TYPE ((pool), TEST_TYPE_RT_POOL))
+#define TEST_RT_POOL_CLASS(pclass)    (G_TYPE_CHECK_CLASS_CAST ((pclass), TEST_TYPE_RT_POOL, TestRTPoolClass))
+#define TEST_IS_RT_POOL_CLASS(pclass) (G_TYPE_CHECK_CLASS_TYPE ((pclass), TEST_TYPE_RT_POOL))
+#define TEST_RT_POOL_GET_CLASS(pool)  (G_TYPE_INSTANCE_GET_CLASS ((pool), TEST_TYPE_RT_POOL, TestRTPoolClass))
+#define TEST_RT_POOL_CAST(pool)       ((TestRTPool*)(pool))
+
+typedef struct _TestRTPool TestRTPool;
+typedef struct _TestRTPoolClass TestRTPoolClass;
+
+struct _TestRTPool {
+  GstTaskPool    object;
+};
+
+struct _TestRTPoolClass {
+  GstTaskPoolClass parent_class;
+};
+
+GType           test_rt_pool_get_type    (void);
+
+GstTaskPool *   test_rt_pool_new         (void);
+
+-->
+<!-- example-end testrtpool.c a-->
+<!-- example-begin testrtpool.c b -->
+<![CDATA[
+#include <pthread.h>
+
+typedef struct
+{
+  pthread_t thread;
+} TestRTId;
+
+G_DEFINE_TYPE (TestRTPool, test_rt_pool, GST_TYPE_TASK_POOL);
+
+static void
+default_prepare (GstTaskPool * pool, GError ** error)
+{
+  /* we don't do anything here. We could construct a pool of threads here that
+   * we could reuse later but we don't */
+}
+
+static void
+default_cleanup (GstTaskPool * pool)
+{
+}
+
+static gpointer
+default_push (GstTaskPool * pool, GstTaskPoolFunction func, gpointer data,
+    GError ** error)
+{
+  TestRTId *tid;
+  gint res;
+  pthread_attr_t attr;
+  struct sched_param param;
+
+  tid = g_slice_new0 (TestRTId);
+
+  pthread_attr_init (&attr);
+  if ((res = pthread_attr_setschedpolicy (&attr, SCHED_RR)) != 0)
+    g_warning ("setschedpolicy: failure: %p", g_strerror (res));
+
+  param.sched_priority = 50;
+  if ((res = pthread_attr_setschedparam (&attr, &param)) != 0)
+    g_warning ("setschedparam: failure: %p", g_strerror (res));
+
+  if ((res = pthread_attr_setinheritsched (&attr, PTHREAD_EXPLICIT_SCHED)) != 0)
+    g_warning ("setinheritsched: failure: %p", g_strerror (res));
+
+  res = pthread_create (&tid->thread, &attr, (void *(*)(void *)) func, data);
+
+  if (res != 0) {
+    g_set_error (error, G_THREAD_ERROR, G_THREAD_ERROR_AGAIN,
+        "Error creating thread: %s", g_strerror (res));
+    g_slice_free (TestRTId, tid);
+    tid = NULL;
+  }
+
+  return tid;
+}
+
+static void
+default_join (GstTaskPool * pool, gpointer id)
+{
+  TestRTId *tid = (TestRTId *) id;
+
+  pthread_join (tid->thread, NULL);
+
+  g_slice_free (TestRTId, tid);
+}
+
+static void
+test_rt_pool_class_init (TestRTPoolClass * klass)
+{
+  GstTaskPoolClass *gsttaskpool_class;
+
+  gsttaskpool_class = (GstTaskPoolClass *) klass;
+
+  gsttaskpool_class->prepare = default_prepare;
+  gsttaskpool_class->cleanup = default_cleanup;
+  gsttaskpool_class->push = default_push;
+  gsttaskpool_class->join = default_join;
+}
+
+static void
+test_rt_pool_init (TestRTPool * pool)
+{
+}
+
+GstTaskPool *
+test_rt_pool_new (void)
+{
+  GstTaskPool *pool;
+
+  pool = g_object_new (TEST_TYPE_RT_POOL, NULL);
+
+  return pool;
+}
+]]>
+<!-- example-end testrtpool.c b -->
+      </programlisting>
+      <para>
+        The important function to implement when writing an taskpool is the
+        <quote>push</quote> function. The implementation should start a thread
+        that calls the given function. More involved implementations might
+        want to keep some threads around in a pool because creating and
+        destroying threads is not always the fastest operation.
+      </para>
+      <para>
+        In a next step we need to actually configure the custom taskpool when
+        the fakesrc needs it. For this we intercept the STREAM_STATUS messages
+        with a sync handler.
+      </para>
+      <programlisting>
+<!-- example-begin testrtpool.c c -->
+<![CDATA[
+static GMainLoop* loop;
+
+static void
+on_stream_status (GstBus     *bus,
+                  GstMessage *message,
+                  gpointer    user_data)
+{
+  GstStreamStatusType type;
+  GstElement *owner;
+  const GValue *val;
+  GstTask *task = NULL;
+
+  gst_message_parse_stream_status (message, &type, &owner);
+
+  val = gst_message_get_stream_status_object (message);
+
+  /* see if we know how to deal with this object */
+  if (G_VALUE_TYPE (val) == GST_TYPE_TASK) {
+    task = g_value_get_object (val);
+  }
+
+  switch (type) {
+    case GST_STREAM_STATUS_TYPE_CREATE:
+      if (task) {
+        GstTaskPool *pool;
+
+        pool = test_rt_pool_new();
+
+        gst_task_set_pool (task, pool);
+      }
+      break;
+    default:
+      break;
+  }
+}
+
+static void
+on_error (GstBus     *bus,
+          GstMessage *message,
+          gpointer    user_data)
+{
+  g_message ("received ERROR");
+  g_main_loop_quit (loop);
+}
+
+static void
+on_eos (GstBus     *bus,
+        GstMessage *message,
+        gpointer    user_data)
+{
+  g_main_loop_quit (loop);
+}
+
+int
+main (int argc, char *argv[])
+{
+  GstElement *bin, *fakesrc, *fakesink;
+  GstBus *bus;
+  GstStateChangeReturn ret;
+  
+  gst_init (&argc, &argv);
+
+  /* create a new bin to hold the elements */
+  bin = gst_pipeline_new ("pipeline");
+  g_assert (bin);
+
+  /* create a source */
+  fakesrc = gst_element_factory_make ("fakesrc", "fakesrc");
+  g_assert (fakesrc);
+  g_object_set (fakesrc, "num-buffers", 50, NULL);
+
+  /* and a sink */
+  fakesink = gst_element_factory_make ("fakesink", "fakesink");
+  g_assert (fakesink);
+
+  /* add objects to the main pipeline */
+  gst_bin_add_many (GST_BIN (bin), fakesrc, fakesink, NULL);
+
+  /* link the elements */
+  gst_element_link (fakesrc, fakesink);
+
+  loop = g_main_loop_new (NULL, FALSE);
+
+  /* get the bus, we need to install a sync handler */
+  bus = gst_pipeline_get_bus (GST_PIPELINE (bin));
+  gst_bus_enable_sync_message_emission (bus);
+  gst_bus_add_signal_watch (bus);
+
+  g_signal_connect (bus, "sync-message::stream-status",
+      (GCallback) on_stream_status, NULL);
+  g_signal_connect (bus, "message::error",
+      (GCallback) on_error, NULL);
+  g_signal_connect (bus, "message::eos",
+      (GCallback) on_eos, NULL);
+
+  /* start playing */
+  ret = gst_element_set_state (bin, GST_STATE_PLAYING);
+  if (ret != GST_STATE_CHANGE_SUCCESS) {
+    g_message ("failed to change state");
+    return -1;
+  }
+
+  /* Run event loop listening for bus messages until EOS or ERROR */
+  g_main_loop_run (loop);
+
+  /* stop the bin */
+  gst_element_set_state (bin, GST_STATE_NULL);
+  gst_object_unref (bus);
+  g_main_loop_unref (loop);
+
+  return 0;
+}
+]]>
+<!-- example-end testrtpool.c c -->
+      </programlisting>
+      <para>
+        Note that this program likely needs root permissions in order to
+        create real-time threads. When the thread can't be created, the
+        state change function will fail, which we catch in the application
+        above.
+      </para>
+      <para>
+        When there are multiple threads in the pipeline, you will receive
+        multiple STREAM_STATUS messages. You should use the owner of the
+        message, which is likely the pad or the element that starts the
+        thread, to figure out what the function of this thread is in the
+        context of the application.
+      </para>
+    </sect2>
+  </sect1>
 
   <sect1 id="section-threads-uses">
     <title>When would you want to force a thread?</title>
     <para>
+      We have seen that threads are created by elements but it is also
+      possible to insert elements in the pipeline for the sole purpose of
+      forcing a new thread in the pipeline.
+    </para>
+    <para>
       There are several reasons to force the use of threads. However,
       for performance reasons, you never want to use one thread for every
       element out there, since that will create some overhead.
           Data buffering, for example when dealing with network streams or
           when recording data from a live stream such as a video or audio
           card. Short hickups elsewhere in the pipeline will not cause data
-          loss.
+          loss. See also <xref linkend="section-buffering-stream"/> about network
+          buffering with queue2.
         </para>
        <figure float="1" id="section-thread-buffering-img">
          <title>Data buffering, from a networked source</title>
       Above, we've mentioned the <quote>queue</quote> element several times
       now. A queue is the thread boundary element through which you can
       force the use of threads. It does so by using a classic
-      provider/receiver model as learned in threading classes at
+      provider/consumer model as learned in threading classes at
       universities all around the world. By doing this, it acts both as a
       means to make data throughput between threads threadsafe, and it can
       also act as a buffer. Queues have several <classname>GObject</classname>
     </para>
   </sect1>
 
-  <sect1 id="section-threads-scheduling">
-    <title>Scheduling in &GStreamer;</title>
-
-    <para>
-      Each element in the &GStreamer; pipeline decides how it is going to
-      be scheduled. Elements can choose to be scheduled push-based or
-      pull-based. 
-      If elements support random access to data, such as file sources,
-      then elements downstream in the pipeline can ask to schedule the random
-      access elements in pull-based mode. Data is pulled from upstream
-      and pushed downstream. If pull-mode is not supported, the element can
-      decide to operate in push-mode.
-    </para>
-    <para>
-      In practice, most elements in &GStreamer;, such as decoders, encoders,
-      etc. only support push-based scheduling, which means that in practice,
-      &GStreamer; uses a push-based scheduling model.
-    </para>
-  </sect1>
 </chapter>
index 8c15399..49574d9 100644 (file)
@@ -33,6 +33,8 @@ probe
 query
 fakesrc
 typefind
+effectswitch
+testrtpool
 
 xml-mp3
 xml
index a2db29b..dafec21 100644 (file)
@@ -41,6 +41,7 @@ EXAMPLES = \
        appsink \
        dynformat \
        effectswitch \
+       testrtpool \
        playbin \
        decodebin
 
@@ -59,6 +60,7 @@ BUILT_SOURCES = \
        appsink.c \
        dynformat.c \
        effectswitch.c \
+       testrtpool.c \
        playbin.c decodebin.c
 
 CLEANFILES = core core.* test-registry.* *.gcno *.gcda $(BUILT_SOURCES)
@@ -112,6 +114,9 @@ effectswitch.c: $(top_srcdir)/docs/manual/advanced-dataaccess.xml
 playbin.c decodebin.c: $(top_srcdir)/docs/manual/highlevel-components.xml
        $(PERL_PATH) $(srcdir)/extract.pl $@ $<
 
+testrtpool.c: $(top_srcdir)/docs/manual/advanced-threads.xml
+       $(PERL_PATH) $(srcdir)/extract.pl $@ $<
+
 TESTS = bin \
        elementcreate elementfactory elementget elementlink elementmake \
        ghostpad init