實驗二多線程應(yīng)用程序設(shè)計

..成績信息與通信工程學院實驗報告課程名稱：嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實驗題目：多線程應(yīng)用程序設(shè)計指導教師：班級：學號：學生：實驗?zāi)康暮腿蝿?wù)掌握VI編譯環(huán)境。掌握GCC編譯命令。掌握多個文件共同編譯方法。掌握GDB調(diào)試命令。學習實驗設(shè)備實驗容及原理實驗步驟或程序流程Gcc編譯實驗編寫實驗代碼:圖3.1實驗主程序圖3.2實驗子程序編寫Makefile文件：圖3.3Makefile文件Make執(zhí)行Makefile文件，生成可執(zhí)行程序并運行：圖3.4執(zhí)行Gdb調(diào)試運行：圖3.5gdb調(diào)試顯示代碼圖3.6gdb調(diào)試斷點運行圖3.7gdb調(diào)試逐步運行多線程程序設(shè)計：對實驗代碼進展gcc編譯：圖3.7gcc編譯生成可執(zhí)行文件運行結(jié)果：圖3.8程序運行結(jié)果實驗數(shù)據(jù)及程序代碼Gcc編譯實驗：主程序：#include"stdio.h"#include"my2.h"intmain(){ printf("hello.Linuxworld.Iam1405014232zzm\n"); my2();}實驗子程序:#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頭文件：#ifndef_MY2_H#define_MY2_Hintmain();voidmy2();#endifmakefile執(zhí)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多線程程序設(shè)計：..#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;}..實驗數(shù)據(jù)分析及處理實驗構(gòu)造流程圖：本實驗為著名的生產(chǎn)者－消費者問題模型的實現(xiàn)，主程序中分別啟動生產(chǎn)者線程和消費者線程。生產(chǎn)者線程不斷順序地將0到1000的數(shù)字寫入共享的循環(huán)緩沖區(qū)，同時消費者線程不斷地從共享的循環(huán)緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)。流程圖如下圖:圖6.1生產(chǎn)者-消費者實驗源代碼構(gòu)造流程圖主要函數(shù)分析：下面我們來看一下，生產(chǎn)者寫入緩沖區(qū)和消費者從緩沖區(qū)讀數(shù)的具體流程，生產(chǎn)者首先要獲得互斥鎖，并且判斷寫指針+1后是否等于讀指針，如果相等那么進入等待狀態(tài)，等候條件變量notfull；如果不等那么向緩沖區(qū)中寫一個整數(shù)，并且設(shè)置條件變量為notempty，最后釋放互斥鎖。消費者線程與生產(chǎn)者線程類似，這里就不再過多介紹了。流程圖如下：圖6.2生產(chǎn)消費流程圖主要的多線程API：在本程序的代碼量的使用了線程函數(shù)，如pthread_cond_signal、pthread_mutex_init、pthread_mutex_lock等等，這些函數(shù)的作用是什么，在哪里定義的，我們將在下面的容中為其中比擬重要的函數(shù)做一些詳細的說明。pthread_create線程創(chuàng)立函數(shù)：intpthread_create(pthread_t*thread_id,__constpthread_attr_t*__attr,void*(*__start_routine)(void*),void*__restrict__arg)線程創(chuàng)立函數(shù)第一個參數(shù)為指向線程標識符的指針，第二個參數(shù)用來設(shè)置線程屬性，第三個參數(shù)是線程運行函數(shù)的起始地址，最后一個參數(shù)是運行函數(shù)的參數(shù)。這里，我們的函數(shù)thread不需要參數(shù)，所以最后一個參數(shù)設(shè)為空指針。第二個參數(shù)我們也設(shè)為空指針，這樣將生成默認屬性的線程。當創(chuàng)立線程成功時，函數(shù)返回0，假設(shè)不為0那么說明創(chuàng)立線程失敗，常見的錯誤返回代碼為EAGAIN和EINVAL。前者表示系統(tǒng)限制創(chuàng)立新的線程，例如線程數(shù)目過多了；后者表示第二個參數(shù)代表的線程屬性值非法。創(chuàng)立線程成功后，新創(chuàng)立的線程那么運行參數(shù)三和參數(shù)四確定的函數(shù)，原來的線程那么繼續(xù)運行下一行代碼。pthread_join函數(shù)用來等待一個線程的完畢。函數(shù)原型為：intpthread_join(pthread_t__th,void**__thread_return)第一個參數(shù)為被等待的線程標識符，第二個參數(shù)為一個用戶定義的指針，它可以用來存儲被等待線程的返回值。這個函數(shù)是一個線程阻塞的函數(shù)，調(diào)用它的函數(shù)將一直等待到被等待的線程完畢為止，當函數(shù)返回時，被等待線程的資源被收回。pthread_exit函數(shù)：一個線程的完畢有兩種途徑，一種是象我們上面的例子一樣，函數(shù)完畢了，調(diào)用它的線程也就完畢了；另一種方式是通過函數(shù)pthread_exit來實現(xiàn)。它的函數(shù)原型為：voidpthread_exit(void*__retval)唯一的參數(shù)是函數(shù)的返回代碼，只要pthread_join中的第二個參數(shù)thread_return不是NULL，這個值將被傳遞給thread_return。最后要說明的是，一個線程不能被多個線程等待，否那么第一個接收到信號的線程成功返回，其余調(diào)用pthread_join的線程那么返回錯誤代碼ESRCH。下面我們來介紹有關(guān)條件變量的容。使用互斥鎖來可實現(xiàn)線程間數(shù)據(jù)的共享和