实验二多线程应用程序设计.docx

1、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，linux world，I am 1405014XXX XXX”，一个为子程

2、序，实现1n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3.3 Makefile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3.5 gdb调试显示代码图3.6 gdb调试断点运

3、行图3.7 gdb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.hint main() printf(hello.Linux world.I am 1405014232 zzmn); my2();2) 实验子程序:#include my2.h#include stdio.hvoid my2() int i=1;float s=1 int N; printf(Please input n:n)

4、; 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_Hint main();void my2();#endif 4) makefile执行文件：zzmgo: my2.o my1.o gcc -o zzmgo my2.o my1.o my1.o: my1.c my2.h gcc -c my1.c my2.o:my2.c my2.h gcc -c my2.c clean： rm -rf my1.o my2.o zzmgo1. 多线程程序设计：#in

5、clude #include #include #include pthread.h#define BUFFER_SIZE 16/* Circular buffer of integers. */struct prodcons int bufferBUFFER_SIZE; /* the actual data */ pthread_mutex_t lock; /* mutex ensuring exclusive access to buffer */ int readpos, writepos; /* positions for reading and writing */ pthread_

6、cond_t notempty; /* signaled when buffer is not empty */ pthread_cond_t notfull; /* signaled when buffer is not full */;/*-*/* Initialize a buffer */void init(struct prodcons * b) pthread_mutex_init(&b-lock, NULL); pthread_cond_init(&b-notempty, NULL); pthread_cond_init(&b-notfull, NULL); b-readpos

7、= 0; b-writepos = 0;/*-*/* Store an integer in the buffer */void put(struct prodcons * b, int data) pthread_mutex_lock(&b-lock); /* Wait until buffer is not full */ while (b-writepos + 1) % BUFFER_SIZE = b-readpos) printf(wait for not fulln); pthread_cond_wait(&b-notfull, &b-lock); /* Write the data

8、 and advance write pointer */ b-bufferb-writepos = data; b-writepos+; if (b-writepos = BUFFER_SIZE) b-writepos = 0; /* Signal that the buffer is now not empty */ pthread_cond_signal(&b-notempty); pthread_mutex_unlock(&b-lock);/*-*/* Read and remove an integer from the buffer */int get(struct prodcon

9、s * b) int data; pthread_mutex_lock(&b-lock); /* Wait until buffer is not empty */ while (b-writepos = b-readpos) printf(wait for not emptyn); pthread_cond_wait(&b-notempty, &b-lock); /* Read the data and advance read pointer */ data = b-bufferb-readpos; b-readpos+; if (b-readpos = BUFFER_SIZE) b-re

10、adpos = 0; /* Signal that the buffer is now not full */ pthread_cond_signal(&b-notfull); pthread_mutex_unlock(&b-lock); return data;/*-*/#define OVER (-1)struct prodcons buffer;/*-*/void * producer(void * data) int n; for (n = 0; n %dn, n); put(&buffer, n); put(&buffer, OVER); printf(producer stoppe

11、d!n); return NULL;/*-*/void * consumer(void * data) int d; while (1) d = get(&buffer); if (d = OVER ) break; printf( %d-getn, d); printf(consumer stopped!n); return NULL;/*-*/int main(void) pthread_t th_a, th_b; void * retval; init(&buffer); pthread_create(&th_a, NULL, producer, 0); pthread_create(&

12、th_b, NULL, consumer, 0); /* Wait until producer and consumer finish. */ pthread_join(th_a, &retval); pthread_join(th_b, &retval); return 0;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

13、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