Asterisk开源工程分析12.docx
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Asterisk开源工程分析12
Asterisk开源工程分析（1.2）
曾盛金
2008-4-18
记录
修改日期
修改人
原因
2008-4-18
曾盛金
创建
Asterisk开源工程分析（1.2）1
1、序言：
3
2、asterisk的架构3
3、启动5
3、1Ulaw初始化5
3、2alaw初始化5
3、3Callerid初始化5
3．4、64参数表初始化5
3．5、Tdd初始化5
3．6处理根配置文件5
3．7、term的初始化6
3．8、配置CLI命令解释器6
3．9、建立管理用的socket6
3．10、载入模块6
3．11、通道初始化6
3．12、管理器初始化6
3．13、cdr_engine初始化6
3．14、device_state初始化7
3．15、rtp初始化7
3．16、图像管理初始化7
3．17、pbx初始化7
3．18、modules的再次初始化7
3．19、其他初始化7
4、通话流程（以sip为例）7
4．1、通话的处理流程8
4．2、通话中可以使用的控制台处理函数9
5、asterisk的核心9
5．1、pbx交换模块9
5．1、Pbx的桥接10
5．2、pbx桥接的数据转换问题11
6、Asterisk的通道管理（channel.c）11
6、1、通道模块有：
（channels目录下）11
6、2、通道接口应该实现的接口12
6、2、1通道启动12
6、2、2开始一个电话呼叫12
7、拨号方案管理13
8、io管理（io.c）14
9、呼叫记录管理（cdr.c）15
10、通信用户管理（db.c）15
11、iax管理15
12、日志管理16
13、应用管理16
14、媒体流管理16
15、媒体文件16
16、软件解码文件17
17、asterisk的下载和安装17
1、序言：
Asterisk是开源的IPPBX，其支持模式有：
ip电话与传统电话之间的数据交换、ip电话与ip电话之间的数据交换，传统电话与传统电话之间的数据交换。
总的来说，asterisk主要在下面3个方面进行数据的交换。
（1）、模拟接口，如模拟电话
（2）、数字接口，如T1和E1
（3）、voip协议，如sip，iax
（注：
其支持语音邮箱、坐席和会议室）
Asterisk主要在linux上运行，其最初设计的目的就是与linux一样，支持开源的方式，其最初的发起者也就选择了linux平台。
如果要支持传统的电话系统，需要配置对应的TDM卡（主要支持FXO和FXS模式）来支持，也可以支持T1/E1。
业界对单个Asterisk可以支持的用户数没有统一的定论，考虑到cpu既要做信令的管理还要做数据的采集、处理、交换、传输，因此支持的用户数量有一定的限制。
下面是一个参考：
系统
通道数
最小要求
非专业系统
<5
400Mcpu,256M内存
Soho系统
5~10
1Gcpu，512M内存
小型商用系统
10~15
3Gcpu，1G内存
中等商用系统
>15
双处理器，在分布式架构中采用多个服务器
2、asterisk的架构
Asterisk的架构非常灵活，其支持的很多功能都做成模块的方式来单独加载。
它支持CLI命令，支持通过网络的方式与管理核心通信。
而其作为通道的接口都是采用动态库的方式来加入到系统中，使得系统得构建非常灵活。
下面是asterisk得一个构建示意图，上面得pbx是系统的电话交换核心，中间的是asterisk支持的通道接口，下面是管理接口，它可以直接对通道进行管理。
拨号策略
（对应的是apps目录下的程序），在拨号策略中，可能需要dial，go，answer，playback
这也对应于配置文件的extensions.conf中的设置
Asterisk的交换核心
（pbx.c,channel.c,app_dial.c,dsp.c,cdr.c等组成）
其他接口
I
A
X
2
E1
F
X
O
F
X
S
Sip
电话
Cli接口（控制台命令接口）cli.c
Asterisk的程序源代码的分布为：
Asterisk-1.2.0---核心模块pbx.c，启动模块等
---codecs/解码器等模块，对应是否需要码流转换。
---channels/各种通道模块
---apps/主要是拨号模块
---sounds/存放声音demo声音文件
---cdr/记录通话模块
---formats/支持录放音的格式
Asterisk的很多信息都是采用配置文件来进行处理，其中asterisk很有创意的设计是拨号方案。
在extensions.conf文件中，可以定义很多拨号模式，采用模式匹配的方式进行。
3、启动
在Asterisk的main函数中，顺序初始化ulaw,alaw,callerid，utils,tdd参数信息，初始化CLI的命令管理，建立命令管理用的socket，初始化日志管理，dns管理，开始载入模块，初始化通道管理，引擎管理，设备管理，rtp管理，转入pbx核心，初始化fram管理，初始化数据库管理。
注：
asterisk必须在root的用户下运行
3、1Ulaw初始化
1、初始化__ast_mulaw数组。
2、初始化__ast_lin2mu数组
3、2alaw初始化
1、__ast_alaw初始化
2、__ast_lin2a的初始化
3、3Callerid初始化
给cid_dr，cid_di，sasdr，sasdi，casdr1，casdi1，casdr2，casdi2设置初始值。
用于逆fft计算。
3．4、64参数表初始化
主要是进行字母与数字的查表转换。
3．5、Tdd初始化
主要是用于逆fft。
3．6处理根配置文件
配置文件的配置信息（/etc/asterisk/asterisk.conf），这个配置信息在编译的时候是可以修改的。
从根配置文件主要是想得到：
1、其他配置文件的位置，如sip,iax,
2、模块加载位置：
如chan_sip.so，app_mp3.so,chan_phone.so,chan_mgcp.so等等
3、库的位置：
存放播放的一些语音文件等
4、日志位置，主要是asterisk的运行过程中产生的一些日志
5、还有其他的一些信息
注：
这些配置文件的解析主要在config.c的ast_config_load函数处理
3．7、term的初始化
如果在环境变量中配置有TERM信息，需要对其进行配置。
主要配置的有颜色，大小等信息。
3．8、配置CLI命令解释器
主要把CLI的结构进行初始化。
在配置后，把程序推倒后台执行。
3．9、建立管理用的socket
其不是tcp或udp类别的socket，主要就是给管理模块提供连接使用。
在使用asterisk–r时，需要调用在asterisk.c中的netconsole来处理用户的命令。
3．10、载入模块
首先载入在配置的模块目录下的模块，依次调用模块中的load_module函数，完整对应模块的初始化等。
3．11、通道初始化
控制台显示通道格式化信息和函数注册
3．12、管理器初始化
主要注册Ping、events、logoff、Handup、status等等的命令行函数入口。
3．13、cdr_engine初始化
初始化呼叫详细记录引擎。
3．14、device_state初始化
主要启动一条线程来监视state_changes集合的变化。
3．15、rtp初始化
注册rtp的命令行接口和rtp协议自身的初始化。
3．16、图像管理初始化
注册图形的cli接口
3．17、pbx初始化
公用的pbx处理接口注册，如超时，应答等。
3．18、modules的再次初始化
这次的初始化才真正进行通道的模块的动态加载。
3．19、其他初始化
4、通话流程（以sip为例）
在channels/chan_sip.c中，首先调用load_module完成sip的初始化，主要根据配置文件，设置对应的配置参数，把sip中提供的服务注册到通道对应的管理程序中，注册rtp服务，监视sip的服务请求。
下面是一个sip通信的示意图
...
.proxyproxy.
..
Alice’s............................................Bob’s
softphoneSIPPhone
||||
|INVITEF1|||
|--------------->|INVITEF2||
|100TryingF3|--------------->|INVITEF4|
|<---------------|100TryingF5|--------------->|
||<--------------|180RingingF6|
||180RingingF7|<---------------|
|180RingingF8|<---------------|200OKF9|
|<---------------|200OKF10|<---------------|
|200OKF11|<---------------||
|<---------------|||
|ACKF12|
|------------------------------------------------->|
|MediaSession|
|<================================================>|
|BYEF13|
|<-------------------------------------------------|
|200OKF14|
|------------------------------------------------->|
||
4．1、通话的处理流程
在sip启动的时候，首先把sip的读函数注册到io管理程序中，注册一条线程do_monitor，在其中等待数据到达的信号，等有数据报的io信息到达，直接调用sipsock_read函数进行分析。
sipsock_read函数读取数据报，分离出sip的协议信息。
找到对应的方法，进行处理。
看一个INVITE的情况。
1、在收到信息时，首先进行协议分析，（如果需要rtp处理，则开始一个新的rtp的绑定）然后调用handle_request函数进行处理，确认是INVITE的类别时，调用handle_request_invite函数进行处理。
2、handle_request_invite首先处理一些不支持的信息，如果是合法的，则给请求初始化者一个代码为100的响应（Trying），同时调用ast_pbx_start新创建一个pbx，准备呼叫被叫用户。
3、ast_pbx_start根据判断用户是否存在，然后根据呼叫策略，找到对应的应用管理程序，如dial拨号策略，则使用apps/app_dial.c中的程序进行处理。
Dial创建与呼叫相关的一个通道（可能不再是sip而是电话）。
4、找到被叫的通道信息后，开始调用对应通道的request完成通道占用的准备。
5、准备成功后，调用对应通道的call函数开始进行呼叫。
6、把为主叫方准备的语音通信的句柄和为被叫方准备的句柄放在select接口中等待。
分支：
1、对应通道的io管理监视到其通道有信号进入。
如果是被叫方的信息。
2、被叫方给对应的通道一个响应
3、对应通道开始处理这样的响应，等处理结束后，对应通道又重新监视io信息
回到前面的6：
7、在检测到语音通道有信号后，根据情况，给主叫用户一个应答。
8、开始桥接两个通道，与主叫通信的通道和与被叫通信的通道进行关联（ast_channel_make_compatible―>ast_bridge_call→ast_channel_bridge→在此可能回播放文件或ast_generic_bridge－>ast_waitfor_n（等通道有信号）→ast_read（读取通道数据，在需要转换数据格式的情况下，调用转换函数进行数据格式的转换，可以考虑使用dsp来处理）→ast_write（把语音数据转发给另外一个通道））。
9、开始在两个用户之间进行数据的转发。
（asterisk希望数据流都从自己走，好进行通信的记费等管理）
10、通话结束，其中一个用户发出BYE的请求。
11、对应通道得到信息后，给出同意的信号，同时给另外一方BYE的请求。
把自己的通信管理设置为断开的方式。
12、在语音数据的转发中，每次转发都需要检测通道的状态，如果已经断开，则拆出通道，通话工程中，需要调用对应通话通道的read和write函数，以及转换函数，如ulaw等的处理。
13、完成一次通话。
4．2、通话中可以使用的控制台处理函数
为方面管理员对asterisk的管理，每个通道都需要注册直接的管理函数和状态函数到CLI接口中，这主要使用ast_cli_register_multiple来完成注册，主要的函数有:
sip_notify
sip_show_objects
sip_show_users
sip_show_user
sip_show_subscriptions
。
。
。
sip_reload
等函数来支持控制台的命令调用。
借助这些函数，在命令行控制台中可以查看到当前的通话的信息。
5、asterisk的核心
Asterisk的核心有许多模块组成。
重要的有交换模块、通道管理模块，io管理模块，日志管理模块，控制台命令管理模块，数据库管理模块等。
下面逐步进行分析。
5．1、pbx交换模块
在所有的呼叫中，asterisk在接受到用户的呼叫后，都会开始一个新的代理，此代理完成呼叫被叫用户。
在用户开始呼叫的时候，检测完是授权用户，则开始创建一个通道（ast_channel_alloc完成，此时主要就是建立一个与主叫用户的通道）
其触发过程就是调用ast_pbx_start函数。
1、ast_pbx_start函数创建一个pbx_thread线程来处理请求。
2、在线程中，主要处理顺序如下：
调用ast_exists_extension判断用户是否在extension中有配置，如果没有，则调用默认的配置，这个配置文件主要是看：
extensions.conf中的每个节中的配置。
3、如果有，开始调用ast_spawn_extension来处理，主要做一些检测，接下来调用存在apps/app_dial.c中的dial_exec_full来开始准备呼叫。
3、dial_exec_full函数
通过分析呼叫的类别，由ast_request来进行分析，主要是按照extensions.conf中对应的节的exten来按照类别依次调用（此时主要调用的是对应通道的requester函数），
4、在requester函数中，构建一个新的通道（此通道对应asterisk与被叫用户之间的通
道）
主要做的事有：
（1）、从有限通道中选择一个通道或从没有限制的创建一个通道
（2）、在通道的创建中，会有两个句柄建立，用于语音数据通信
（3）、把此通道对应的函数服务给此创建对象。
5、转入对应的channels的处理类别（调用对应的call函数），如果是sip，则又回到chan_sip
的sip_call函数，来完成相被叫用户的呼叫，如果是电话，这调用chan_phone的
phone_call函数进行呼叫。
call主要完成的工作：
（1）、如果在phone中，则开始响铃
（2）、如果是在sip中，则构建一个INVITE的信息，发送给被叫用户。
6、在得到sip_call的信息后，如果发送消息出去后没有报错（在对应的call函数中不能进行等待，否则会阻塞其他相同的服务），如果需要给主叫用户一个响铃，则发送响铃信息给主叫用户，然后开始等待对方应答
wait_for_answer
在此需要注意的是：
控制权暂时回到对应通道的单个通道中。
（注，此时是通道进行io检测，实际上是等待用户的信息）
在chan_sip.c或chan_phone.c等中的do_monitor函数在一直检测对应的协议块中是否有信号等待处理，如果有，处理结束时候，再检测是否有需要唤醒的等待信号，有则唤醒。
如果被呼叫的用户给出ok的响应，则在chan_sip.c或其他通道中的接受函数会得到此消息，设置subclass变量为AST_CONTROL_ANSWER模式，发出被叫用户已经摘机的状态变化。
7、在有音频数据连接后，Wait_for_answer被唤醒，判断是否需要给呼叫发起者一个应到，如果需要，则产生一个应答。
8、把两个对等通信的用户桥接起来，开始接管音频数据流通信。
9、在接管音频数据流后，开始不停的接受数据，同时检测用户是否挂断对话，如果是，则开始处理退出的工作。
5．1、Pbx的桥接
桥接是pbx的核心，在上面pbx的处理流程中，我们发现，当需要在不同或相同类别的用户进行通话时，语音数据是需要pbx进行桥接的。
由于对应的通道在响应被叫用户的时候，把通道的subclass设置为AST_CONTROL_ANSWER，在Wait_for_answer等待后，根据上面的标志表示对应的被叫用户和pbx已经连接上。
开始调用ast_bridge_call进行后面的处理，
1、首先调用主叫用户的应答函数，对主叫进行连接成功的响应。
2、接下来调用ast_channel_bridge来进行两个用户的桥接。
（ast_channel_bridge定义在Channel.c中，是通道管理函数之一）。
在此函数中，把两个通道的语音通道进行交换，设置通话的时间片，媒体格式等。
3、ast_generic_bridge函数中开始语音的转接。
每当桥接的双发的句柄有信号的时候，
其开始读数据，按照要求进行处理后，然后转发给另外一方。
5．2、pbx桥接的数据转换问题
由于桥接的时候，数据可能是从不同的通道进入和转发出去，因此得到的声音编码方式可能不会一致，这是应该调用转换函数进行转换，然后在把数据发送给对应的通道。
数据的具体格式支持ulaw方式，G72.1G72.3格式
6、Asterisk的通道管理（channel.c）
通道管理是Asterisk把各种不同的设备进行通信组织在一起的。
通道函数包含下面一些服务：
1、注册，ast_channel_register，在每个通道初始化后，需要把自己的服务调用此函数来告诉通道管理系统。
在管理函数中，是一个链表组成的管理队列。
2、取消注册，ast_channel_unregister。
3、代理发起应答，ast_answer，调用对应的通道完成应答处理，对应的是phone_answer,sip_answer等
4、ast_call，调用对应的通道完成呼叫，对应的是phone_call,sip_call等
5、ast_indicate，调用对应的通道完成响铃，主要是设置一个状态
6、。
。
。
这些服务都有pbx和控制台来调用，完成对应的通道处理。
6、1、通道模块有：
（channels目录下）
1、chan_zap.so，isdn或T1或E1通道支持
2、chan_phone.so，电话支持
3、chan_sip.so，网络电话支持
4、chan_iax2.so，asterisk组网模块支持
5、chan_modem.so，支持电话猫模块
6、chan_h323.so，支持h323模块
7、chan_mgcp.so，支持媒体网关模块
8、chan_oss.so
9、chan_local.so
10、chan_skinny.so
11、chan_vpb.so给VoiceTronix配置的接口。
注，为了支持新的设备，可以在此编写对应的接口。
6、2、通道接口应该实现的接口
1、load_module，在这个接口对新加的设备完成初始化和注册
2、定义staticconststructast_channel_tech类型变量，完成下面的一些信息的注册
（1）、类型，用于在extensions.conf的dial函数中的开始部分
（2）、描述，填写一个关于这种设置的信息，以便控制台可以管理
（3）、capabilities，支持的信息的能力，主要有AST_FORMAT_G723_1,AST_FORMAT_SLINEAR,AST_FORMAT_ULAW等选项。
（4）、电话请求requester
（5）、发送数字信号send_digit
（6）、呼叫call
（7）、挂机
（8）、应答，用户此通道是主叫时的情况
（9）、read，处理音频数据的读
（10）、write，处理音频数据的写
（11）、例外处理
（12）、修复当前呼叫
6、2、1通道启动
1、首先在load_module中分析自己的配置文件，当然也可以写在程序中。
注册标准接
口。
2、创建一条线程，开始对自己的设备状态进行监视。
如果某个通道有自己的宿主（就是使用者），则不进行监视。
3、当检测到有信号的时候，分析是那种信号到来。
4、如果需要创建新的电话，则开始一个新的电话
如果是挂断，则开始设置标志，通知电话结束
如果是摘机信号，则开始设置摘机信号标志，同时切换到通话状态（有的不用切
换，如信令和语音数据不在一个通道的情况）。
如果是响铃，则设置响铃信号
6、2、2开始一个电话呼叫
看电话中的例子：
1、在FXS口检测到用户摘机的时候，回送按键音。
2、用户输入电话号码后，FXS口给chan_phone一个信号，在此设备上等待的
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