基于ARM的多线程应用程序设计

开放性实验报告题 目: 基于 ARM 的多线程应用程序设计 院系名称： 电气工程学院 专业班级： 自动 1302 学生姓名： 蒋贤坤 学 号： 201323020217 指导教师： 张晓东 成绩：指导老师签名：日期：2017.1.6目 录1 系统概况 .12 完成步骤 .12.1 思路分析 .12.2 结构流程图 .22.3 重要函数 .32.3.1 源程序 .32.3.2 函数分析 .93 实验数据 .123.1 下载和调试截图 .124 结果分析和总结 .12设计心得 .15参考文献 .1601 系统概况生产者-消费者问题是一个经典的线程同步问题，该问题最早由 Dijkstra 提出，用以演示他提出的信号量机制。在同一个线程地址空间内执行的两个线程。生产者线程生产物品，然后将物品放置在一个空缓冲区中供消费者线程消费。消费者线程从缓冲区中获得物品，然后释放缓冲区。当生产者线程生产物品时，如果没有空缓冲区可用，那么生产者线程必须等待消费者线程释放出一个空缓冲区。当消费者线程消费物品时，如果没有满的缓冲区，那么消费者线程将被阻塞，直到新的物品被生产出来。多个生产/消费者在有界缓冲上操作。它利用 N 个字节的共享内存作为有界循环缓冲区，利用写一字符模拟放一个产品，利用读一字符模拟消费一个产品。当缓冲区空时消费者应阻塞睡眠，而当缓冲区满时生产者应当阻塞睡眠。一旦缓冲区中有空单元，生产者线程就向空单元中入写字符,并报告写的内容和位置。一旦缓冲区中有未读过的字符，消费者线程就从该单元中读出字符，并报告读取位置。生产者不能向同一单元中连续写两次以上相同的字符，消费者也不能从同一单元中连续读两次以上相同的字符。2 完成步骤2.1 思路分析本试验是练习生产者-消费者问题，成性能分析，使理解掌握线程的同步、通信以及互斥和多线程的安全问题。一般情况下，解决互斥方法常用信号量和互斥锁，即 semaphore 和 mutex，而解决这个问题，多采用一个类似资源槽的结构，每个槽位标示了指向资源的指针以及该槽位的状态，生产者和消费者互斥查询资源槽，判断是否有产品或者有空位可以生产，然后进行相应的操作。同时，为了告诉生产者或者消费者资源槽的情况，还要有一个消息传送机制，无论是管道还是线程通信。为了保证互斥要求，需要定义一个数据结构，这个数据结构包含两个指针，一个读一个写，同时有一个资源数目量，告诉生产者和消费者是否可以生产或者消费。由于该数据结构很小，因而可以对此结构互斥访问。同时，对于每组数据，都有一1个标志位，表示此组数据是否被占用，生产者和消费者均可以先占用此位置然后完成相应的操作。当消费者互斥访问此结构时，首先判断是否有数据可以取，如果没有，直接等待，若有数据可取，先更改标志位占用此数据，并将资源数目-1。然后交出互斥，把数据拷贝到自己缓冲区内，清空数据。当生产者访问时，首先判断有没有空位可以生产，如果没有，直接等待，若有数据可以生产，先判断该位是否被占用，如果没被占用，则占用此位置进行生产。生产完成后，将占用位改为未占用，同时将资源数目+1 。2.2 结构流程图试验为生产者-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 9 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。试验流程图如下：初始化结构体p t h r e a d 中的各个参数建立生产者 、 消费者线程等待线程结束退出N = 0N #include /* *实现生产者线程生产数据放入一个单向链表中，消费者线程负责消费数据*/ int main() pthread_t thread_pro; pthread_t thread_cons; printf(“create.n“); /创建生产者线程。 pthread_create( /创建消费者线程。 pthread_create( printf(“finished!n“); while(1) return 0; /*data.h*/ #ifndef DATA_H_ #define DATA_H_ /单向链表数据结构 3struct product struct product *pre_product; char product_data20; struct product *next_product; ; /向单向链表中加入一个节点（生产）。 void addProduct(char *product_data); /从单向链表中取出全部节点信息（消费）。 void consProduct(); #endif /*data.c*/ #include “data.h“ #include #include #include struct product *present_product=NULL; struct product *pre_product = NULL; int lock=0; void addProduct(char *product_data) while(lock=1); lock=1; struct product *new_product=malloc(sizeof(struct product); if(present_product=NULL) new_product-pre_product=NULL; strcpy( new_product-product_data,product_data); new_product-next_product=NULL; present_product=new_product; else new_product-pre_product=present_product; strcpy( new_product-product_data,product_data); 4new_product-next_product=NULL; present_product-next_product=new_product; present_product=new_product; lock=0; void consProduct() while(lock=1); lock=1; while(present_product!=NULL) pre_product=present_product-pre_product; printf(“%sn“,present_product-product_data); if(pre_product!=NULL) pre_product-next_product=0; free(present_product); present_product=pre_product; lock=0; /*producer.h*/ #ifndef PRODUCER_H_ #define PRODUCER_H_ /生产者执行生产任务 void producer(); #endif /*producer.c*/ #include “producer.h“ #include “data.h“ #include 5#include #include int temp_i=0; void producer() char temp20=0; while(1) sprintf(temp,“number_%d“,temp_i); addProduct(temp); temp_i+; usleep(int)(rand()/2000); /*customer.h*/ #ifndef CUSTOMER_H_ #define CUSTOMER_H_ /消费者执行消费任务。 void customer(); #endif /*customer.c*/ #include “customer.h“ #include “data.h“ #include #include void customer() while(1) consProduct(); printf(“-n“); usleep(int)(rand()/1000); 6int main(int argc, char *argv) pthread_t producer_id;pthread_t consumer_id; pthread_create( void *producer(void *arg) pthread_detach(pthread_self(); while(1) pthread_mutex_lock( if (size = MALE_LENGTH) printf(“person:buff is full(producer)n“); producer_wait = 1; pthread_cond_wait( producer_wait = 0; rear = (rear + 1) % MALE_LENGTH; buffrear = rand() % MALE_LENGTH; printf(“producer: %d: %dn“, rear, buffrear); +size; if (size = 1) while (1) if (consumer_wait) pthread_cond_signal( break; pthread_mutex_unlock( 7pthread_create( void *consumer(void *arg) pthread_detach(pthread_self(); while(1) pthread_mutex_lock( if(size = 0) printf(“person:buff is empty(consumer)n“); consumer_wait = 1; pthread_cond_wait( consumer_wait =