实验二多线程应用程序设计.docx
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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：
学生姓名：
一、
实验目的和任务
1.掌握VI编译环境。
2.掌握GCC编译命令。
3.掌握多个文件共同编译方法。
4.掌握GDB调试命令。
5.了解多线程程序设计的基本原理。
6.学习pthread库函数的使用。
二、实验设备
7.硬件：
PC机
8.软件：
LINUX操作系统、虚拟机
三、实验内容及原理
1.在VI编辑器里编写两个文件（其中一个为主程序，实现显示“hello，linuxworld，Iam1405014XXXXXX”，，一个为子程序，实现1~n的乘法），为其书写头文件，共同编译为可执行文件，执行，观察运行结果。
学习书写MAKEFILE文件，编译，执行，观察结果。
利用GCC编译（加参数-g）为可执行文件，利用GDB调试，学习GDB调试命令。
2.编写多线程程序设计。
编译并运行，观察结果。
（可参照课件或实验指导书）
四、实验步骤或程序流程
1.Gcc编译实验
1）编写实验代码:
图3.1实验主程序
图3.2实验子程序
2）编写Makefile文件：
图3.3Makefile文件
3）Make执行Makefile文件，生成可执行程序并运行：
图3.4执行
4）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
2.多线程程序设计：
1）对实验代码进行gcc编译：
图3.7gcc编译生成可执行文件
2）运行结果：
图3.8程序运行结果
五、实验数据及程序代码
1.Gcc编译实验：
1）主程序：
#include"stdio.h"
#include"my2.h"
intmain（）
{
printf（"hello.Linuxworld.Iam1405014232zzm\n"）;
my2（）;
}
2）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）;
}
3）.h头文件：
#ifndef_MY2_H
#define_MY2_H
intmain（）;
voidmy2（）;
#endif
4）makefile执行文件：
zzmgo:
my2.omy1.o
gcc-ozzmgomy2.omy1.o
my1.o:
my1.cmy2.h
gcc-cmy1.c
my2.o:
my2.cmy2.h
gcc-cmy2.c
clean：
rm-rfmy1.omy2.ozzmgo
1.多线程程序设计：
#include
#include
#include
#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;
}
六、实验数据分析及处理
1.实验结构流程图：
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。
流程图如图所示:
图6.1生产者-消费者实验源代码结构流程图
2.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，如果相等则进入等待状态，等候条件变量notfull；如果不等则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
3.主要的多线程API：
在本程序的代码中大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，我们将在下面的内容中为其中比较重要的函数做一些详细的说明。
1）pthread_create线程创建函数：
in
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