實驗二-多線程應用程序設計

1、實驗二-多線程應用程序設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)原理與應用實驗題目：多線程應用程序設計指導教師：班級：學號：學生姓名：一、實驗目的和任務1. 掌握VI編譯環(huán)境。2. 掌握GCC®譯命令。3. 掌握多個文件共同編譯方法。4. 掌握GDESM試命令。5. 了解多線程程序設計的基本原理。6. 學習pthread庫函數(shù)的使用。二、實驗設備7. 硬件：PC機軟件：LINUX操作系統(tǒng)、虛擬機三、實驗內(nèi)容及原理1. 在VI編輯器里編寫兩個文件（其中一個為主程序，實現(xiàn)顯示“hello,linuxworldIam1405014XXXXXX,一個為子程序，實現(xiàn)1n的乘法），為

2、其書寫頭文件，共同編譯為可執(zhí)行文件，執(zhí)行，觀察運行結(jié)果。學習書寫MAKEFILES件，編譯,執(zhí)行，觀察結(jié)果。利用GCC編譯（加參數(shù)-g）為可執(zhí)行文件，利用GD酬試，學習GD酬試命令。編寫多線程程序設計。編譯并運行，觀察結(jié)果。（可參照課件或?qū)嶒炛笇┧?、實驗步驟或程序流程1.Gcc編譯實驗1)編寫實驗代碼:tW煽蜘曲曾看也爵扣轉(zhuǎn)到僉fin-clwde*sldio-h"litdeintimn()prinlf('he11o.Linux5M,Iam141IS<)I452um)：ny3(>:圖3.1實驗主程序文件上畸如華a«j(v)終燦工wmg>幫叫jud

3、1include$20winrludere1Jio-h*、iidn»2()«mtE;floaI$!:men:prmlfTPleasevnpuEr;n');i:i<=n；i+)Ef.Iprmlf'*resu11z.nB)；prmlft圖3.2實驗子程序2)編寫Makefile文件:圖3.3Makefile文件3)Make執(zhí)行Makefile文件，生成可執(zhí)行程序并運行:ranItiuiilrcof#ycc-cin2*cgcc-civyl*cgeef：7rrgcrry2.<jmyl.rouIluedLliutLrciul樣iwkefiIfrryI.cn

4、yITQQIJtlQSIr<JQ<1#tieIla.Linu颶rIdIPlejseinpuLn:Jresult：1.OOOOOOFruoi1locaIhasttry2.cChmr2o./IIllgoam1405014232IF4X)11#viia2.csyj;LerminI.Lx.l圖3.4執(zhí)行4)Gdb調(diào)試運行:roullucjLhoslromtrrukocLeanrm-rf.dnyN.ozztioroollocaIhgLrmkefiIenyl*trooilocaLhosL(rou倔IuudLlicslnukefilenyJroovlocaLhost<MJgdb必dhitr

5、ootifrry2,croot#rgt#tv2crootffsysterminfoHx1iy1*cny2*czziioiiw2.hpdhiznosysLeritulife.txt.zer；Linux(S3posi-D.20021129.l£rh)Gopyright2003FreeSofFoundu1iontInc.(.USi<freesuftuxire»coveredbylhE(NU(nraI?ub1icLir由he,andyouarewIcoireiuchunye11and/ordisLiibutecaplesoIilundercctamcondi11ujis.Ty

6、peT5howcopying*toseelheccndi1ionsPThereisabsoluteynowtrranlyforType'showarranly'fordelaih.This<niiconfinuredds'i3H6-rcdhai-LinK-gnu'.(gdb)II2tfincludeTstdio.h'includeTny2h145srgprintf(¥heIlo-Linuxny2()；Id,Iam14051)14232zzmXn);圖3.5gdb調(diào)試顯示代碼i'<>：Jl.i.'tucdllmN

7、文件遂)帽料恒)§e(y抖端侄_掛到(幫助(H)9I(gdh)bfiBjcukp-Dini1ut0x&Q4835sfiknyl,*c,Iinc研fgdbrbtarIipi'ram：/1ooL/znoBreakpoinit11Train(>atnyl+c:66 (gdbsnsin)atrry.c：77 prinif(TheJ1«Xinu3<world.Iam1+05()14232n*);(gdb)she1Id.LinuM曲Id.IjmUOS0142322?.m8 try2(>(gdb)號ny2)丑Iirir2*c；55 inii*j(gdb)

8、s£floaI=1x(gdb)¥6 priniT('PleaseinpulfiZtT)；(gdb)iPleaseinpuimflscarif("版;圖3.6gdb調(diào)試斷點運行6fqtE;(gdbsRprinif("I'lea5einputn:rT)；(gdb)&t*leasemputn:9 scanfCM*tin：(gdb)is10 for(i;i<=nji+丑)(gdb)s11 s*-ii(gdb)g10 forJiji<=ni+)(gdt)s11 5=i；(gdb)s10far(i；i<=n；it+)(gdb

9、)qTheprogramisrunning.KxitJnyymy/*yorji)yjrooilQcaIhostroatlfl|V圖3.7gdb調(diào)試逐步運行2.1)2)多線程程序設計：對實驗代碼進行g(shù)cc編譯:uIlMAt/Arjn£11也.垢fif認義均瑜B據(jù)虹01roallIonIhoctM/-irrrt?*IIOft/ri-/b3Br/02juhmriIroQl?-l(iialhcst02pdirrid)I»Mkff1IW禎，c1fddIHaciIhoit02jstlirrid3gcc'c1root>Inea1hottQ2jstlire*.#I&M

10、ke(iIfpihrei-d,ai1rgU時IIW"92ptlirejdl?黑p/utr/hin/Id：eiiuMifind-Ipihreirollee12:Idrelurnrdkcmvt&laiusIroot-lv«Ibott01_ptlirrjiil)Sgre"t>/uif/bin/Id：eiiwiIfind-Iplhredci>lkc12;IdrelurprdkcmpI*1卬呂l|roqI：<IociIhott02_ptlirejill)£?c-o1roDl1laci1hott02_ptlhrejiil)置I«M

11、iIsff:ilrpilirrod<rpihread.uIrddidofilh<jkt02J3tlirejillfpttimd.cpthrrid.o-Ipthredpthread.q-Ipthredpthreftd.o-Ipthread圖3.7gcc編譯生成可執(zhí)行文件運行結(jié)果：WHGeIlSKH->UPI洲"i590->ge1明I->gcI地a】Itarnoieuptyput>琪非4puI->1SpuI>5»9I>pul>97pUl->.fVLpuI-沖財producer$9知X(jriU94et£

12、)95->ppt096-l997->uei9JH宜i洲H沖iponsujirriiwpprdJF4OttfloC'BIhoi|ny)N圖3.8程序運行結(jié)果五、1.1)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.Iam1405014232zzmn");my2();2)實驗子程序：#include"my2.h"#include"stdio.h"void

13、my2()(inti=1;floats=1intN;printf("Pleaseinputn:n");scanf("%d",&N);for(i,i<=n,i+)s*=i;printf("result:");printf("%f",s);3).h頭文件：#ifndef_MY2_H#define_MY2_Hintmain();voidmy2();#endif4)makefile執(zhí)行文件:zzmgo:my2.omy1.ogcc-ozzmgomy2.omy1.omy1.o:my1.cmy2.hgcc-cmy1

14、.cmy2.o:my2.cmy2.hgcc-cmy2.cclean:rm-rfmy1.omy2.ozzmgo多線程程序設計：#include<stdio.h>bufferBUFFER_SIZE#include/*theactualdata:stdlib.h>*/#include<time.h>pthread_mutex_#includelock;pthread.h"/*mutexensur#defineexclusiveaccessbuffer*/3UFFER_SIZE16intreadp/*Circularbufferwritepos;/*positi

15、ons1.fortingtoofintegers.*/structprodcons(readingandwriting*/pthread_cond_tintnotempty;/*signaledwhen>notempty,NULL);bufferisnotempty*/pthread_cond_tpthread_cond_init(&b-notfull;/*signaledwhenbufferisnotfull*/;/*>notfull,NULL);b->readpos=0;b->writepos=0;/*ct*/*Initializeabuffer*/void

16、init(structprodcons*b)(/*Storeanintegerinthebuffer*/voidput(struprodcons*b,intdata)(pthread_mutex_lock(&b->lock);/*Waituntilpthread_mutex_init(&b->lock,NULL);pthread_cond_init(&b-bufferisnotfull*/while(b->writepos+1)%empty*/BUFFER_SIZE=b->readpos)pthread_cond_signal(printf(&q

17、uot;waitfornotfulln");&b->notempty);pthread_cond_wait(&b->notfull,&b->lock);/*Writethedatapthread_mutex_unlock(&b->lock);/*andadvancewritepointer*/*Readandremoveb->bufferb->writepos=data;b->writepos+;ifanintegerfrombuffer*/intthect(b->writeposBUFFER_SIZE)

18、b->writepos=0;>=get(struprodcons*b)intdata;pthread_mutex_loc/*Signalthatk(&b->lock);thebufferisnownot/*Waituntil/*Signalthatfull*/bufferisnotempty*/thebufferisnownotwhile(b->writeposb->readpos)printf("waitfornotemptyn");pthread_cond_signal(&b->notfull);pthread_con

19、d_wait(&b->notempty,&b->lock);/*Readthedataandadvancereadpthread_mutex_unlock(&b->lock);returndata;/*pointer*/datab->bufferb->readposJb->readpos+;if(b->readpos>=*/#defineOVER(-1)structprodconsbuffer;/*BUFFER_SIZE)b->readpos=0;/voidproducer(void*data)void(intn;f

20、or(n=0;n<000;n+)(printf("put->%dn",n);put(&buffer,consumer(void*data)(intd;while(1)(dget(&buffer);if(d=OVEF)break;n);put(&buffer,OVER);printf("producerstopped!n");returnNULL;/*printf("%d->getn",d);printf("consumerstopped!n");returnNULL;/*/

21、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);/*Waituntil六、實驗數(shù)據(jù)分析及處理1.實驗結(jié)構(gòu)流程圖：producerandconsumerfinish.*/pthread_join(th_a,&retval);pthread_join(th_b,&retval);return0;本實驗為著名的生產(chǎn)者一消費者問題模型的實現(xiàn)，主

22、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)。流程圖如圖所示：圖6.1生產(chǎn)者-消費者實驗源代碼結(jié)構(gòu)流程圖2.主要函數(shù)分析:卜面我們來看一下，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后是否等丁讀指針，如果相等則進入等待狀態(tài),等候條件變量notfull;如果不等則向緩沖區(qū)中寫一個整數(shù)，并且設置條件變量為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:避行生產(chǎn)Nt)3.圖6.2生產(chǎn)消費流程圖主要的多線程

23、API:在本程序的代碼中大量的使用了線程函數(shù)，如pthread_cond_signal定義pthread_mutex_init、pthread_mutex_lock等等，這些函數(shù)的作用是什么，在哪里1)pthread_create線程創(chuàng)建函數(shù):,我們將在下面的內(nèi)容中為其中比較重要的函數(shù)做一些詳細的說明。_attr,intpthread_create(pthread_t*thread_id,_constpthread_attr_t*void*(*_start_routine)(void*),void*_irestrict_arg)線程創(chuàng)建函數(shù)第一個參數(shù)為指向線程標識符的指針，第二個參數(shù)用來設置線程屆性,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)設為空指針。第二個參數(shù)我們也設為空指針，這樣將生成默認屆性的線程。當創(chuàng)建線程成功時，函數(shù)返回0,若不為0則說明創(chuàng)建線程失敗，常見的錯誤返回代碼為EAGAIN和EINVAL。前者表示系統(tǒng)限制創(chuàng)建新的線程，例如線程數(shù)目過多了；后者表示第二個參數(shù)代表的線程屆性值非法。創(chuàng)建線程成功后，新創(chuàng)建的線程則運行參數(shù)三和參數(shù)四確定的函數(shù)，原來的線程則