实验二多线程应用程序设计

..成绩信息与通信工程学院实验报告课程名称：嵌入式系统原理与应用实验题目：多线程应用程序设计指导教师：班级：学号：学生：实验目的和任务掌握VI编译环境。掌握GCC编译命令。掌握多个文件共同编译方法。掌握GDB调试命令。学习实验设备实验容及原理实验步骤或程序流程Gcc编译实验编写实验代码:图3.1实验主程序图3.2实验子程序编写Makefile文件：图3.3Makefile文件Make执行Makefile文件，生成可执行程序并运行：图3.4执行Gdb调试运行：图3.5gdb调试显示代码图3.6gdb调试断点运行图3.7gdb调试逐步运行多线程程序设计：对实验代码进展gcc编译：图3.7gcc编译生成可执行文件运行结果：图3.8程序运行结果实验数据及程序代码Gcc编译实验：主程序：#include"stdio.h"#include"my2.h"intmain(){ printf("hello.Linuxworld.Iam1405014232zzm\n"); my2();}实验子程序:#include"my2.h"#include"stdio.h"voidmy2(){ inti=1;floats=1 intN; printf("Pleaseinputn:\n"); scanf("%d",&N); for(i,i<=n,i++) s*=i; printf("result:"); printf("%f",s);}.h头文件：#ifndef_MY2_H#define_MY2_Hintmain();voidmy2();#endifmakefile执行文件：zzmgo:my2.omy1.o gcc-ozzmgomy2.omy1.omy1.o:my1.cmy2.h gcc-cmy1.cmy2.o:my2.cmy2.h gcc-cmy2.cclean：rm-rfmy1.omy2.ozzmgo多线程程序设计：..#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<time.h>#include"pthread.h"#defineBUFFER_SIZE16/*Circularbufferofintegers.*/structprodcons{intbuffer[BUFFER_SIZE];/*theactualdata*/pthread_mutex_tlock;/*mutexensuringexclusiveaccesstobuffer*/intreadpos,writepos;/*positionsforreadingandwriting*/pthread_cond_tnotempty;/*signaledwhenbufferisnotempty*/pthread_cond_tnotfull;/*signaledwhenbufferisnotfull*/};/*--------------------------------------------------------*//*Initializeabuffer*/voidinit(structprodcons*b){pthread_mutex_init(&b->lock,NULL);pthread_cond_init(&b->notempty,NULL);pthread_cond_init(&b->notfull,NULL);b->readpos=0;b->writepos=0;}/*--------------------------------------------------------*//*Storeanintegerinthebuffer*/voidput(structprodcons*b,intdata){ pthread_mutex_lock(&b->lock); /*Waituntilbufferisnotfull*/ while((b->writepos+1)%BUFFER_SIZE==b->readpos){ printf("waitfornotfull\n"); pthread_cond_wait(&b->notfull,&b->lock); }/*Writethedataandadvancewritepointer*/ b->buffer[b->writepos]=data; b->writepos++; if(b->writepos>=BUFFER_SIZE)b->writepos=0;/*Signalthatthebufferisnownotempty*/ pthread_cond_signal(&b->notempty); pthread_mutex_unlock(&b->lock);}/*--------------------------------------------------------*//*Readandremoveanintegerfromthebuffer*/intget(structprodcons*b){ intdata; pthread_mutex_lock(&b->lock); /*Waituntilbufferisnotempty*/ while(b->writepos==b->readpos){ printf("waitfornotempty\n"); pthread_cond_wait(&b->notempty,&b->lock); } /*Readthedataandadvancereadpointer*/ data=b->buffer[b->readpos]; b->readpos++; if(b->readpos>=BUFFER_SIZE)b->readpos=0; /*Signalthatthebufferisnownotfull*/ pthread_cond_signal(&b->notfull); pthread_mutex_unlock(&b->lock); returndata;}/*--------------------------------------------------------*/#defineOVER(-1)structprodconsbuffer;/*--------------------------------------------------------*/void*producer(void*data){ intn; for(n=0;n<1000;n++){ printf("put-->%d\n",n); put(&buffer,n); }put(&buffer,OVER);printf("producerstopped!\n");returnNULL;}/*--------------------------------------------------------*/void*consumer(void*data){intd;while(1){d=get(&buffer);if(d==OVER)break;printf("%d-->get\n",d);}printf("consumerstopped!\n");returnNULL;}/*--------------------------------------------------------*/intmain(void){ pthread_tth_a,th_b; void*retval; init(&buffer); pthread_create(&th_a,NULL,producer,0); pthread_create(&th_b,NULL,consumer,0);/*Waituntilproducerandconsumerfinish.*/ pthread_join(th_a,&retval); pthread_join(th_b,&retval); return0;}..实验数据分析及处理实验构造流程图：本实验为著名的生产者－消费者问题模型的实现，主程序中分别启动生产者线程和消费者线程。生产者线程不断顺序地将0到1000的数字写入共享的循环缓冲区，同时消费者线程不断地从共享的循环缓冲区读取数据。流程图如下图:图6.1生产者-消费者实验源代码构造流程图主要函数分析：下面我们来看一下，生产者写入缓冲区和消费者从缓冲区读数的具体流程，生产者首先要获得互斥锁，并且判断写指针+1后是否等于读指针，如果相等那么进入等待状态，等候条件变量notfull；如果不等那么向缓冲区中写一个整数，并且设置条件变量为notempty，最后释放互斥锁。消费者线程与生产者线程类似，这里就不再过多介绍了。流程图如下：图6.2生产消费流程图主要的多线程API：在本程序的代码量的使用了线程函数，如pthread_cond_signal、pthread_mutex_init、pthread_mutex_lock等等，这些函数的作用是什么，在哪里定义的，我们将在下面的容中为其中比拟重要的函数做一些详细的说明。pthread_create线程创立函数：intpthread_create(pthread_t*thread_id,__constpthread_attr_t*__attr,void*(*__start_routine)(void*),void*__restrict__arg)线程创立函数第一个参数为指向线程标识符的指针，第二个参数用来设置线程属性，第三个参数是线程运行函数的起始地址，最后一个参数是运行函数的参数。这里，我们的函数thread不需要参数，所以最后一个参数设为空指针。第二个参数我们也设为空指针，这样将生成默认属性的线程。当创立线程成功时，函数返回0，假设不为0那么说明创立线程失败，常见的错误返回代码为EAGAIN和EINVAL。前者表示系统限制创立新的线程，例如线程数目过多了；后者表示第二个参数代表的线程属性值非法。创立线程成功后，新创立的线程那么运行参数三和参数四确定的函数，原来的线程那么继续运行下一行代码。pthread_join函数用来等待一个线程的完毕。函数原型为：intpthread_join(pthread_t__th,void**__thread_return)第一个参数为被等待的线程标识符，第二个参数为一个用户定义的指针，它可以用来存储被等待线程的返回值。这个函数是一个线程阻塞的函数，调用它的函数将一直等待到被等待的线程完毕为止，当函数返回时，被等待线程的资源被收回。pthread_exit函数：一个线程的完毕有两种途径，一种是象我们上面的例子一样，函数完毕了，调用它的线程也就完毕了；另一种方式是通过函数pthread_exit来实现。它的函数原型为：voidpthread_exit(void*__retval)唯一的参数是函数的返回代码，只要pthread_join中的第二个参数thread_return不是NULL，这个值将被传递给thread_return。最后要说明的是，一个线程不能被多个线程等待，否那么第一个接收到信号的线程成功返回，其余调用pthread_join的线程那么返回错误代码ESRCH。下面我们来介绍有关条件变量的容。使用互斥锁来可实现线程间数据的共享和