GStreamer 的调试工具

目标

有时一些事情没有按照预期的运行，但从总线（bus）获得的错误消息也没有提供足够的信息。幸运地是，GStreamer 带有大量的调试信息，它们通常可以对哪里出了问题给出一些提示。这里将介绍：

• 如何从 GStreamer 获得更多调试信息。
• 如何把自己的调试信息打印到 GStreamer 日志里。
• 如何获得管线图。

打印调试信息

调试日志

GStreamer 和它的插件充满了调试追踪，即，放置在有趣的特定代码片段处，信息片段将被打印到终端，伴随着时间戳，进程，种类，源码文件，函数，和元素信息。

调试输出由 GST_DEBUG 环境变量控制。这里有一个 GST_DEBUG=2 的例子：

0:00:00.868050000  1592   09F62420 WARN                 filesrc gstfilesrc.c:1044:gst_file_src_start:<filesrc0> error: No such file "non-existing-file.webm"

如你所见，这是相当多的信息。事实上，GStreamer 调试日志是如此的详细，当完全启用时，它会使应用程序失去响应（由于控制台滚动）或者填满数兆字节的文本文件（当重定向到一个文件时）。因此，日志是分类的，我们很少需要一次启用所有类别。

第一类是调试级别，它是一个指定了想要的输出的数字：

| # | Name    | Description                                                    |
|---|---------|----------------------------------------------------------------|
| 0 | none    | No debug information is output.                                |
| 1 | ERROR   | Logs all fatal errors. These are errors that do not allow the  |
|   |         | core or elements to perform the requested action. The          |
|   |         | application can still recover if programmed to handle the      |
|   |         | conditions that triggered the error.                           |
| 2 | WARNING | Logs all warnings. Typically these are non-fatal, but          |
|   |         | user-visible problems are expected to happen.                  |
| 3 | FIXME   | Logs all "fixme" messages. Those typically that a codepath that|
|   |         | is known to be incomplete has been triggered. It may work in   |
|   |         | most cases, but may cause problems in specific instances.      |
| 4 | INFO    | Logs all informational messages. These are typically used for  |
|   |         | events in the system that only happen once, or are important   |
|   |         | and rare enough to be logged at this level.                    |
| 5 | DEBUG   | Logs all debug messages. These are general debug messages for  |
|   |         | events that happen only a limited number of times during an    |
|   |         | object's lifetime; these include setup, teardown, change of    |
|   |         | parameters, etc.                                               |
| 6 | LOG     | Logs all log messages. These are messages for events that      |
|   |         | happen repeatedly during an object's lifetime; these include   |
|   |         | streaming and steady-state conditions. This is used for log    |
|   |         | messages that happen on every buffer in an element for example.|
| 7 | TRACE   | Logs all trace messages. Those are message that happen very    |
|   |         | very often. This is for example is each time the reference     |
|   |         | count of a GstMiniObject, such as a GstBuffer or GstEvent, is  |
|   |         | modified.                                                      |
| 9 | MEMDUMP | Logs all memory dump messages. This is the heaviest logging and|
|   |         | may include dumping the content of blocks of memory.           |
+------------------------------------------------------------------------------+

为了开启调试输出，可以把 GST_DEBUG 环境变量设置为需要的调试级别。所有设置的级别之下级别的日志也将被展示（比如，如果设置 GST_DEBUG=2，你将同时获得 ERROR 和 WARNING 的消息）。

此外，每个插件或 GStreamer 的部分定义了它们自己的类别，因此，你可以给每一个单独的类别指定一个调试等级。比如，GST_DEBUG=2,audiotestsrc:6，将为 audiotestsrc 元素使用调试等级 6，为其它部分使用调试等级 2。

然后，GST_DEBUG 环境变量，是一个逗号分隔的 category:level 对的列表，在开头有一个可选的 level，表示所有类别的默认调试等级。

使用 '*' 通配符也是可以的。比如，GST_DEBUG=2,audio*:6 将为所有以 audio 开头的类别使用调试等级 5。GST_DEBUG=*:2 等价于 GST_DEBUG=2。

使用 gst-launch-1.0 --gst-debug-help 来获取所有已经注册的类别。考虑到每个插件注册它自己的类别，因此，当安装或移除插件时，获得的这个列表可能会变化。

当在 GStreamer 总线上抛出的错误信息无助于帮你缩小问题的范围时使用 GST_DEBUG。将输出日志重定向到一个文件，稍后检查它，并从中搜索特定的消息是非常常见的一种实践。

GStreamer 允许定制调试信息处理程序，但当使用默认的处理程序时，调试输出中每一行的内容看起来像这样：

0:00:00.868050000  1592   09F62420 WARN                 filesrc gstfilesrc.c:1044:gst_file_src_start:<filesrc0> error: No such file "non-existing-file.webm"

这里是信息被格式化的方式：

| Example          | Explained                                                 |
|------------------|-----------------------------------------------------------|
|0:00:00.868050000 | Time stamp in HH:MM:SS.sssssssss format since the start of|
|                  | the program.                                              |
|1592              | Process ID from which the message was issued. Useful when |
|                  | your problem involves multiple processes.                 |
|09F62420          | Thread ID from which the message was issued. Useful when  |
|                  | your problem involves multiple threads.                   |
|WARN              | Debug level of the message.                               |
|filesrc           | Debug Category of the message.                            |
|gstfilesrc.c:1044 | Source file and line in the GStreamer source code where   |
|                  | this message was issued.                                  |
|gst_file_src_start| Function that issued the message.                         |
|<filesrc0>        | Name of the object that issued the message. It can be an  |
|                  | element, a pad, or something else. Useful when you have   |
|                  | multiple elements of the same kind and need to distinguish|
|                  | among them. Naming your elements with the name property   |
|                  | makes this debug output more readable but GStreamer       |
|                  | assigns each new element a unique name by default.        |
| error: No such   |                                                           |
| file ....        | The actual message.                                       |
+------------------------------------------------------------------------------+

添加你自己的调试信息

在你自己的与 GStreamer 交互的代码部分，使用 GStreamer 的调试工具也很有趣。用这种方式，你将所有调试输出都保存在同一个文件中，并且保留了不同消息之间的临时关系。

要做到这一点，可以使用 GST_ERROR()，GST_WARNING()，GST_INFO()，GST_LOG() 和 GST_DEBUG() 宏。它们接受与 printf 相同的参数，且它们使用 default 类别（在输出日志中 default 将被显示为调试类别）。

要想修改类别为其它更有意义的东西，则在你的代码的顶部添加如下两行：

GST_DEBUG_CATEGORY_STATIC (my_category);
#define GST_CAT_DEFAULT my_category

在用 gst_init() 初始化 GStreamer 之后的一行添加如下的行：

GST_DEBUG_CATEGORY_INIT (my_category, "my category", 0, "This is my very own");

这注册一个新的类别（也就是说，在应用程序运行期间：它不存储在任何文件中），并把它设置为你的代码的默认类别。参考文档来了解更多关于 GST_DEBUG_CATEGORY_INIT() 的内容。

获取管线的图

对于那种你的管线已经开始变得太大，且你已经丢失了对于哪个节点与另一个什么节点连接的追踪的情况，GStreamer 具有输出图文件的能力。它们是 .dot 文件，它们可以通过自由程序如 GraphViz 来读，它描述了你的管线的拓扑，以及每个连接上协商的能力。

当使用如 playbin 或 uridecodebin 这样的在它们内部初始化多个元素的一体式元素的时候，这也非常方便。使用 .dot 文件学习它们已经在内部创建了什么样的管线（并在此过程中学习一些 GStreamer 相关的东西）。

为了获得 .dot 文件，简单地设置 GST_DEBUG_DUMP_DOT_DIR 环境变量指向你想要文件被放置的目录即可。gst-launch-1.0 将在每次状态改变时创建一个 .dot 文件，因此你可以看到功能协商的进化。重置该变量以禁用这个功能。在你的应用程序内，你可以使用 GST_DEBUG_BIN_TO_DOT_FILE() 和 GST_DEBUG_BIN_TO_DOT_FILE_WITH_TS() 宏来在你方便的时候生成 .dot 文件。

这里有一个 playbin 生成的管线的种类的例子。它非常复杂，因为 playbin 可以处理非常多种情况：你手动搭建的管线通常不需要这么长。如果你手动创建的管线开始变得非常大，则可以考虑使用 playbin。

playbin

要下载全尺寸图片，使用本页顶部的附件链接（即回形针图标）。

GST_DEBUG_DUMP_DOT_DIR 环境变量在 gstreamer/tools/gst-launch.c 源文件中有获取，在 gstreamer/tools/gst-launch.c 源文件中可以看到如下这段代码：

#ifdef G_OS_UNIX
static gboolean
hup_handler (gpointer user_data)
{
  GstElement *pipeline = (GstElement *) user_data;

  if (g_getenv ("GST_DEBUG_DUMP_DOT_DIR") != NULL) {
    PRINT ("SIGHUP: dumping dot file snapshot ...\n");
  } else {
    PRINT ("SIGHUP: not dumping dot file snapshot, GST_DEBUG_DUMP_DOT_DIR "
        "environment variable not set.\n");
  }

  /* dump graph on hup */
  GST_DEBUG_BIN_TO_DOT_FILE_WITH_TS (GST_BIN (pipeline),
      GST_DEBUG_GRAPH_SHOW_ALL, "gst-launch.snapshot");

  return G_SOURCE_CONTINUE;
}
#endif

可以看到，这个环境变量接口只有在类 Unix 系统中才工作。但这里也仅仅是获取了一下，并检查了获取的值而已。这里我们没有看到任何有关打开文件或者写文件之类的操作。将媒体流处理的管线写入文件的操作也是通过宏 GST_DEBUG_BIN_TO_DOT_FILE_WITH_TS() 完成的。

除了 gstreamer/tools/gst-launch.c 源文件外，在源文件 gstreamer/gst/gst.c 中也获取了这个环境变量：

static gboolean
init_pre (GOptionContext * context, GOptionGroup * group, gpointer data,
    GError ** error)
{
  gchar *libdir;
  if (gst_initialized) {
    GST_DEBUG ("already initialized");
    return TRUE;
  }

  find_executable_path ();

  _priv_gst_start_time = gst_util_get_timestamp ();

#ifndef GST_DISABLE_GST_DEBUG
  _priv_gst_debug_init ();
  priv_gst_dump_dot_dir = g_getenv ("GST_DEBUG_DUMP_DOT_DIR");
#endif

init_pre() 这个函数在 GStreamer 初始化时，将获取的环境变量 GST_DEBUG_DUMP_DOT_DIR 的值，即要写入管线图文件的目录保存在全局变量 priv_gst_dump_dot_dir 中。

在源文件 gstreamer/gst/gstdebugutils.c 的用于将管线的图写入文件的 gst_debug_bin_to_dot_file() 函数中，读取全局变量 priv_gst_dump_dot_dir 的值，来获得要保存文件的目录，并将管线图写入文件：

void
gst_debug_bin_to_dot_file (GstBin * bin, GstDebugGraphDetails details,
    const gchar * file_name)
{
  gchar *full_file_name = NULL;
  FILE *out;

  g_return_if_fail (GST_IS_BIN (bin));

  if (G_LIKELY (priv_gst_dump_dot_dir == NULL))
    return;

  if (!file_name) {
    file_name = g_get_application_name ();
    if (!file_name)
      file_name = "unnamed";
  }

  full_file_name = g_strdup_printf ("%s" G_DIR_SEPARATOR_S "%s.dot",
      priv_gst_dump_dot_dir, file_name);

  if ((out = fopen (full_file_name, "wb"))) {
    gchar *buf;

    buf = gst_debug_bin_to_dot_data (bin, details);
    fputs (buf, out);

    g_free (buf);
    fclose (out);

    GST_INFO ("wrote bin graph to : '%s'", full_file_name);
  } else {
    GST_WARNING ("Failed to open file '%s' for writing: %s", full_file_name,
        g_strerror (errno));
  }
  g_free (full_file_name);
}

由此可见，环境变量 GST_DEBUG_DUMP_DOT_DIR 是 GStreamer 框架的配置接口，而不仅仅是 gst-launch 这个工具的配置接口。

GST_DEBUG_BIN_TO_DOT_FILE() 和 GST_DEBUG_BIN_TO_DOT_FILE_WITH_TS() 宏的原型如下：

#define GST_DEBUG_BIN_TO_DOT_FILE(bin, details, file_name)
#define GST_DEBUG_BIN_TO_DOT_FILE_WITH_TS(bin, details, file_name) 

其中 bin 为应该分析的顶级的管线， details 为图中显示的详细信息，如 GST_DEBUG_GRAPH_SHOW_ALL 或一个或多个 GstDebugGraphDetails 标记，file_name 为输出的基名，也就是输出文件的文件名的模式，而不是精确的文件名。

这两个宏的定义为：

#define GST_DEBUG_BIN_TO_DOT_FILE(bin, details, file_name) gst_debug_bin_to_dot_file (bin, details, file_name)
#define GST_DEBUG_BIN_TO_DOT_FILE_WITH_TS(bin, details, file_name) gst_debug_bin_to_dot_file_with_ts (bin, details, file_name)

它们是对两个 C 函数的调用。前面我们已经看到了函数 gst_debug_bin_to_dot_file() 的定义，这里再来看下 gst_debug_bin_to_dot_file_with_ts() 函数的定义：

void
gst_debug_bin_to_dot_file_with_ts (GstBin * bin,
    GstDebugGraphDetails details, const gchar * file_name)
{
  gchar *ts_file_name = NULL;
  GstClockTime elapsed;

  g_return_if_fail (GST_IS_BIN (bin));

  if (!file_name) {
    file_name = g_get_application_name ();
    if (!file_name)
      file_name = "unnamed";
  }

  /* add timestamp */
  elapsed = GST_CLOCK_DIFF (_priv_gst_start_time, gst_util_get_timestamp ());

  /* we don't use GST_TIME_FORMAT as such filenames would fail on some
   * filesystems like fat */
  ts_file_name =
      g_strdup_printf ("%u.%02u.%02u.%09u-%s", GST_TIME_ARGS (elapsed),
      file_name);

  gst_debug_bin_to_dot_file (bin, details, ts_file_name);
  g_free (ts_file_name);
}

gst_debug_bin_to_dot_file_with_ts() 函数是对函数 gst_debug_bin_to_dot_file() 的封装。

由此我们看到，要让 GStreamer 将管线图写入文件要完成的两个步骤：

1. 设置环境变量 GST_DEBUG_DUMP_DOT_DIR 指向一个用于保存管线图文件的目录；
2. 通过 GST_DEBUG_BIN_TO_DOT_FILE() 和 GST_DEBUG_BIN_TO_DOT_FILE_WITH_TS() 宏写一个文件。

这两个步骤缺一不可。只是对于 gst-launch 工具来说，第 2 步由工具执行。

如对于 GStreamer 的示例程序 helloworld，我们为它加上将管线图写入文件的代码：

  loop = g_main_loop_new (NULL, FALSE);

  bus = gst_element_get_bus (playbin);
  bus_watch_id = gst_bus_add_watch (bus, bus_call, loop);
  gst_object_unref (bus);

  GST_DEBUG_BIN_TO_DOT_FILE_WITH_TS (GST_BIN (playbin),
    GST_DEBUG_GRAPH_SHOW_ALL, "gst-helloworld");

  /* start play back and listed to events */
  gst_element_set_state (playbin, GST_STATE_PLAYING);

  GST_DEBUG_BIN_TO_DOT_FILE_WITH_TS (GST_BIN (playbin),
    GST_DEBUG_GRAPH_SHOW_ALL, "gst-helloworld");

  g_main_loop_run (loop);

同时设置环境变量：

~/Data/opensource/gstreamer$ export GST_DEBUG_DUMP_DOT_DIR=/home/hanpfei/Data/opensource/gstreamer/

当我们将 helloworld 重新编译并运行起来时，

~/Data/opensource/gstreamer$ build/tests/examples/helloworld/helloworld  ~/music.mp3

将在 /home/hanpfei/Data/opensource/gstreamer/ 目录下生成两个 .dot 文件，类似于下面这样：

0.00.00.205294209-gst-helloworld.dot
0.00.00.206333290-gst-helloworld.dot

其中的 0.00.00.206333290-gst-helloworld.dot 文件的内容如下：

digraph pipeline {
  rankdir=LR;
  fontname="sans";
  fontsize="10";
  labelloc=t;
  nodesep=.1;
  ranksep=.2;
  label="<GstPlayBin>\nplaybin0\n[-] -> [>]\ncurrent-uri=\"file:///home/hanpfei/music.mp3\"\nsource=(GstFileSrc) source";
  node [style="filled,rounded", shape=box, fontsize="9", fontname="sans", margin="0.0,0.0"];
  edge [labelfontsize="6", fontsize="9", fontname="monospace"];
  
  legend [
    pos="0,0!",
    margin="0.05,0.05",
    style="filled",
    label="Legend\lElement-States: [~] void-pending, [0] null, [-] ready, [=] paused, [>] playing\lPad-Activation: [-] none, [>] push, [<] pull\lPad-Flags: [b]locked, [f]lushing, [b]locking, [E]OS; upper-case is set\lPad-Task: [T] has started task, [t] has paused task\l",
  ];
  subgraph cluster_uridecodebin0_0x557be77e20d0 {
    fontname="Bitstream Vera Sans";
    fontsize="8";
    style="filled,rounded";
    color=black;
    label="GstURIDecodeBin\nuridecodebin0\n[-] -> [=]\nuri=\"file:///home/hanpfei/music.mp3\"\nsource=(GstFileSrc) source\ncaps=video/x-raw(ANY); audio/x-raw(ANY); text/x-raw(ANY); subpicture/x-dvd; subpictur…";
    fillcolor="#ffffff";
    subgraph cluster_decodebin0_0x557be77e80f0 {
      fontname="Bitstream Vera Sans";
      fontsize="8";
      style="filled,rounded";
      color=black;
      label="GstDecodeBin\ndecodebin0\n[-] -> [=]\ncaps=video/x-raw(ANY); audio/x-raw(ANY); text/x-raw(ANY); subpicture/x-dvd; subpictur…";
      subgraph cluster_decodebin0_0x557be77e80f0_sink {
        label="";
        style="invis";
        _proxypad0_0x557be77e2360 [color=black, fillcolor="#ddddff", label="proxypad0\n[<][bfb]", height="0.2", style="filled,solid"];
      decodebin0_0x557be77e80f0_sink_0x557be77ee060 -> _proxypad0_0x557be77e2360 [style=dashed, minlen=0]
        decodebin0_0x557be77e80f0_sink_0x557be77ee060 [color=black, fillcolor="#ddddff", label="sink\n[<][bfb]", height="0.2", style="filled,solid"];
      }

      fillcolor="#ffffff";
      subgraph cluster_typefind_0x557be77ea010 {
        fontname="Bitstream Vera Sans";
        fontsize="8";
        style="filled,rounded";
        color=black;
        label="GstTypeFindElement\ntypefind\n[=]\ncaps=application/x-id3";
        subgraph cluster_typefind_0x557be77ea010_sink {
          label="";
          style="invis";
          typefind_0x557be77ea010_sink_0x557be77e6440 [color=black, fillcolor="#aaaaff", label="sink\n[<][bfb][T]", height="0.2", style="filled,solid"];
        }

        subgraph cluster_typefind_0x557be77ea010_src {
          label="";
          style="invis";
          typefind_0x557be77ea010_src_0x557be77e6690 [color=black, fillcolor="#ffaaaa", label="src\n[>][bfb]", height="0.2", style="filled,solid"];
        }

        typefind_0x557be77ea010_sink_0x557be77e6440 -> typefind_0x557be77ea010_src_0x557be77e6690 [style="invis"];
        fillcolor="#aaffaa";
      }

      _proxypad0_0x557be77e2360 -> typefind_0x557be77ea010_sink_0x557be77e6440 [label="ANY"]
    }

    subgraph cluster_source_0x557be77e4220 {
      fontname="Bitstream Vera Sans";
      fontsize="8";
      style="filled,rounded";
      color=black;
      label="GstFileSrc\nsource\n[=]\nlocation=\"/home/hanpfei/music.mp3\"";
      subgraph cluster_source_0x557be77e4220_src {
        label="";
        style="invis";
        source_0x557be77e4220_src_0x557be77e61f0 [color=black, fillcolor="#ffaaaa", label="src\n[<][bfb]", height="0.2", style="filled,solid"];
      }

      fillcolor="#ffaaaa";
    }

    source_0x557be77e4220_src_0x557be77e61f0 -> decodebin0_0x557be77e80f0_sink_0x557be77ee060 [label="ANY"]
  }

  subgraph cluster_playsink_0x557be6b00290 {
    fontname="Bitstream Vera Sans";
    fontsize="8";
    style="filled,rounded";
    color=black;
    label="GstPlaySink\nplaysink\n[-] -> [=]\nflags=video+audio+text+soft-volume+deinterlace+soft-colorbalance\nsend-event-mode=first";
    fillcolor="#ffffff";
    subgraph cluster_streamsynchronizer0_0x557be6b02020 {
      fontname="Bitstream Vera Sans";
      fontsize="8";
      style="filled,rounded";
      color=black;
      label="GstStreamSynchronizer\nstreamsynchronizer0\n[=]";
      fillcolor="#ffffff";
    }

  }

}

.dot 文件是图的一种文本形式的描述。还真是一切皆可字符串。

要看到图，还需要通过 GraphViz 将 .dot 文件转为 png 等格式。

安装 graphviz：

~/Data/opensource/gstreamer$ sudo apt-get install graphviz

通过 graphviz 包中的 dot 工具将 .dot 文件转为 PNG 图：

~/Data/opensource/gstreamer$ dot -Tpng -o test1.png 0.00.00.205294209-gst-helloworld.dot 
~/Data/opensource/gstreamer$ dot -Tpng -o test2.png  0.00.00.206333290-gst-helloworld.dot

生成的图如下：

test1.png test2.png

GStreamer 的媒体处理管线在不同时刻其状态不太一样，使得获得的图也不太一样。

结论

这里展示了：

• 如何使用 GST_DEBUG 环境变量从 GStreamer 获取更多调试信息
• 如何通过 GST_ERROR() 及其相关的宏将你自己的调试信息打印到 GStreamer 日志中。
• 如何通过 GST_DEBUG_DUMP_DOT_DIR 环境变量获得管线图。

参考文档：
Basic tutorial 11: Debugging tools
Gstreamer 管道可视化