嵌入式多进程课程设计

1、江西理工大学应用科学学院嵌入式系统开发技术课程设计专 业： 电子信息工程 班 级： 083 学 号： 21号 25号 姓 名： 熊冰宇 陈志伟 设计题目： 多进程程序设计 2011年11月课程设计评分表姓 名班 级学 号课设题目指导教师评分项目满分分值得分设计文档（30分）文档格式封面2页面布局4目录格式3图表质量2页眉页脚2文档内容内容完整性6内容逻辑性5内容正确性6程序代码（30分）程序功能15编程规范7编程文档8答辩（20分）课题陈述7问题答辩10是否超时3考勤（20分）20总评成绩指导教师评语签名： 年 月 日教研室意见签名： 年 月 日目录1 设计概述11.1 设计简介11.2设计目

2、的11.3设计要求12 设计内容22.1编写目的22.2需求概述22.3设计概述93编写代码144实验分析报告154.1实验结果15实验总结176附录211 设计概述1.1 设计简介嵌入式系统软件的实时性是其非常重要的特性，采用多进程设计可以提高系统的效率，增强系统的实时性，因此，掌握多进程编程，是学习嵌入式Linux必须达到的目标1.2 设计目的本课程设计通过设计多进程程序，掌握创建多进程的方法，掌握通过有名管道实现进程之间的通信，掌握进程中运行现有程序的方法。“生产者消费者”问题是一个著名的同时性编程问题的集合。通过学习经典的“生产者消费者”问题的实验，读者可以进一步熟悉Linux中的多线

3、程编程，并且掌握用信号量处理处理线程间的同步和互斥问题。1.3 设计要求本课题所设计的系统要求实现以下功能。l 创建子进程1及子进程2。l 子进程1创建子进程A、B，子进程1等待子进程A、B退出后退出。l 子进程A、B之间通过有名管道FIFO1进行通信，实现生产者-消费者功能。l 子进程2创建子进程C、D，子进程C运行“ls l”命令，子进程D通过有名管道FIFO1作为消费者与进程A通信。2设计内容2.1编写目的通过编写多进程程序，使读者熟练掌握fork（）、exec（）、wait（）和waitpid（）等函数的实用，进一步理解在Linux中多进程编程的步骤。2.2需求概述l 创建子进程1及子

4、进程2。l 子进程1创建子进程A、B，子进程1等待子进程A、B退出后退出。l 子进程A、B之间通过有名管道FIFO1进行通信，实现生产者-消费者功能。l 子进程2创建子进程C、D，子进程C运行“ls l”命令，子进程D通过有名管道FIFO1作为消费者与进程A通信。2.3设计概述（1）画出设计的流程图 该设计的流程图如图2.3所示 图2.3多路进程流程图3编写代码/* multi_proc.c */#include #include #include #include #include int main(void)pid_t child1, child2, child;/*创建两个子进程*/ch

5、ild1 = fork();/*子进程1的出错处理*/if (child1 = -1)printf(Child1 fork errorn);exit(1);else if (child1 = 0) /*在子进程1中调用execlp函数*/printf(In child1: execute ls -ln);if (execlp(ls, ls, -l, NULL) 0)printf(Child1 execlp errorn); else /*在父进程中等待子进程2的退出*/ child2 = fork(); if (child2 = -1) /*子进程2的出错处理*/ printf(Child2

6、fork errorn); exit(1); else if( child2 = 0 ) /*在子进程2中使其暂停5s*/ printf(In child2: sleep for 5 seconds and then exitn); sleep(5); exit(0); printf(In father process:n); child = waitpid(child1, NULL, 0); if (child = child1) printf(Get child1 exit coden); else printf(Error occured!n); do child = waitpid(c

7、hild2, NULL, WNOHANG ); if (child = 0) printf(The child2 process has not exited!n); sleep(1); while (child = 0); if (child = child2) printf(Get child2 exit coden); else printf(Error occured!n); exit(0);/*producer-customer.c*/#include #include #include #include #include #include #include #include #de

8、fine MYFIFOmyfifo#define BUFFER_SIZE3 /* 缓冲区的单元数 */#define UNIT_SIZE5 /* 每个单元的大小 */#define RUN_TIME30 /* 运行时间 */#define DELAY_TIME_LEVELS5.0/* 周期的最大值 */void *producer(void *arg);void *customer(void *arg);int fd;time_t end_time;sem_t mutex,full,avail;void *producer(void *arg)int real_write;int delay_

9、time = 0;while(time(NULL) end_time)delay_time = (int)(rand() * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX) / 2.0) + 1;sleep(delay_time);/*P操作信号量avail和mutex*/sem_wait(&avail);sem_wait(&mutex);printf(nProducer: delay = %dn, delay_time);/*生产者写入数据*/if (real_write = write(fd, hello, UNIT_SIZE) = -1)if(errno = EAGAIN)pr

10、intf(The FIFO has not been read yet.Please try latern);elseprintf(Write %d to the FIFOn, real_write);/*V操作信号量full和mutex*/sem_post(&full);sem_post(&mutex);pthread_exit(NULL);void *customer(void *arg)unsigned char read_bufferUNIT_SIZE;int real_read;int delay_time;while(time(NULL) end_time)delay_time =

11、 (int)(rand() * DELAY_TIME_LEVELS/(RAND_MAX) + 1; sleep(delay_time); /*P操作信号量full和mutex*/ sem_wait(&full); sem_wait(&mutex); memset(read_buffer, 0, UNIT_SIZE); printf(nCustomer: delay = %dn, delay_time); if (real_read = read(fd, read_buffer, UNIT_SIZE) = -1)if (errno = EAGAIN)printf(No data yetn);pr

12、intf(Read %s from FIFOn, read_buffer);/*V操作信号量avail和mutex*/sem_post(&avail);sem_post(&mutex);pthread_exit(NULL);int main()pthread_t thrd_prd_id,thrd_cst_id;pthread_t mon_th_id;int ret;srand(time(NULL);end_time = time(NULL) + RUN_TIME;/*创建有名管道*/if(mkfifo(MYFIFO, O_CREAT|O_EXCL) 0) & (errno != EEXIST)

13、printf(Cannot create fifon);return errno;/*打开管道*/fd = open(MYFIFO, O_RDWR);if (fd = -1)printf(Open fifo errorn);return fd;/*初始化互斥信号量为1*/ret = sem_init(&mutex, 0, 1);/*初始化avail信号量为N*/ret += sem_init(&avail, 0, BUFFER_SIZE);/*初始化full信号量为0*/ret += sem_init(&full, 0, 0);if (ret != 0)printf(Any semaphore

14、 initialization failedn);return ret;/*创建两个线程*/ret = pthread_create(&thrd_prd_id, NULL, producer, NULL);if (ret != 0)printf(Create producer thread errorn);return ret;ret = pthread_create(&thrd_cst_id, NULL, customer, NULL);if(ret != 0)printf(Create customer thread errorn);return ret;pthread_join(thrd

15、_prd_id, NULL);pthread_join(thrd_cst_id, NULL);close(fd);unlink(MYFIFO);return 0;4实验分析报告4.1实验结果5实验总结1. 写出Linux系统中线程同步实现机制有哪些？怎样使用？Linux系统中线程同步实现机制通过对互斥变量Mutex、信号灯Semophore、条件变量Conditions的设置实现线程的同步。(1) 互斥变量（Mutex）互斥变量的类型为pthread_mutex_t。可以声明多个互斥量。在声明该变量后，你需要调用pthread_mutex_init()来创建该变量。pthread_mutex_

16、init的格式如下： int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex-attr_t *mutexattr); 第一个参数mutext，也就是你之前声明的那个互斥量，第二个参数为该互斥量的属性。在创建该互斥量之后，你便可以使用它了。要得到互斥量，你需要调用下面的函数： int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);该函数用来给互斥量上锁，也就是等待操作。互斥量一旦被上锁后，其他线程如果想给该互斥量上锁，那么就会阻塞在这个操作上。如果在此之前该互斥量已经被其他线程上

17、锁，那么该操作将会一直阻塞在这个地方，直到获得该锁为止。在得到互斥量后，就可以进入关键代码区了。同样，在操作完成后，你必须调用int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);函数来给互斥量解锁，也就是释放。这样其他等待该锁的线程才有机会获得该锁，否则其他线程将会永远阻塞。（2）信号灯机制（Semaphore）信号灯其实就是一个计数器，也是一个整数。每一次调用wait操作将会使semaphore值减一，而如果semaphore值已经为0，则wait操作将会阻塞。每一次调用post操作将会使semaphore值加一。生产者线程在每次往缓冲池中添加产

18、品后调用post操作，信号灯值会加一。这样阻塞的工作线程就会停止阻塞，继续往下执行。信号灯的类型为sem_t。在声明后必须调用sem_init()。需要传递两个参数，第一个参数就是你之前声明的sem_t变量，第二个必须为0。当你不再需要信号灯时，你必须调用sem_destroy()来释放资源。等待信号灯的操作为sem_wait()。和互斥量一样，等待信号灯也有一个非阻塞的操作，sem_trywait()。该操作在没有信号灯的时候返回EAGAIN。（3）条件变量（Conditions）如果现在在等待一个信号。如果该信号被设置，则继续运行。如果没有条件变量，它将会不停的去查询该信号是否被设置，这样

19、就会浪费大量的处理机。而通过使用条件变量，我们就可以将等待信号的线程阻塞，直到有信号的时候再去唤醒它。条件变量的类型是pthread_cond_t。a.声明pthread_cond_t变量后，调用pthread_cond_init()函数，第一个参数为之前声明的变量。第二个参数在Linux中不起作用。b.声明一个pthread_mutex_t变量，并调用pthread_mutex_init()初始化。c.调用pthread_cond_signal()发出信号。如果此时有线程在等待该信号，那么该线程将会唤醒。如果没有，该信号就会别忽略。d.如果想唤醒所有等待该信号的线程，调用pthread_co

20、nd_broadcast()。e.调用pthread_cond_wait()等待信号。如果没有信号，线程将会阻塞，直到有信号。该函数的第一个参数是条件变量，第二个参数是一个mutex。在调用该函数之前必须先获得互斥量。如果线程阻塞，互斥量将立刻会被释放。2. 实验中遇到了哪些问题，是怎样解决的？在实验过程中还遇到了一些问题，在函数编译时，我输入命令gcc o shiyan2 shiyan2.c时系统m没有执行，后来请教同学后将命令改为：gcc shiyan2.c -lpthread后运行成功。附录生产者消费者实验代码#include #include #include sem_t blank_

21、number, product_number;pthread_cond_t full = PTHREAD_COND_INITIALIZER;pthread_cond_t empty = PTHREAD_COND_INITIALIZER;pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;#define NUM 15 struct P_Queue char productcNUM; int front, rear; int num; ;void *producer1(void *arg) struct P_Queue *q; q = (struct

22、P_Queue *) arg; while (1) pthread_mutex_lock(&lock); while (q-num = NUM) pthread_cond_wait(&full, &lock); sem_wait(&blank_number); char c = rand() % 26 + a; q-rear = (q-rear + 1) % NUM; q-productcq-rear = c; printf(缓冲池1的产品是：%cn, q-productcq-rear); q-num+; printf(产品数量：%dn, q-num); sem_post(&product_n

23、umber); if (q-num = 1) pthread_cond_signal(&empty); pthread_mutex_unlock(&lock); sleep(rand() % 2); void *producer2(void *arg) struct P_Queue *q; q = (struct P_Queue *) arg; while (1) pthread_mutex_lock(&lock); while (q-num = NUM) pthread_cond_wait(&full, &lock); sem_wait(&blank_number); char c = ra

24、nd() % 26 + A; q-rear = (q-rear + 1) % NUM; q-productcq-rear = c; printf(缓冲池2的产品是：%cn, q-productcq-rear); q-num+; printf(产品数量：%dn, q-num); sem_post(&product_number); if (q-num = 1) pthread_cond_signal(&empty); pthread_mutex_unlock(&lock); sleep(rand() % 2); void *consumer1(void *arg) struct P_Queue

25、*q; q = (struct P_Queue *) arg; while (1) pthread_mutex_lock(&lock); while (q-num = 0) pthread_cond_wait(&empty, &lock); sem_wait(&product_number); q-front = (q-front + 1) % NUM; char c = q-productcq-front; q-productcq-front = ; q-num-; printf(消费者1显示内容： %cn, c); printf(产品数量：%dn, q-num); sem_post(&bl

26、ank_number); if (q-num = NUM - 1) pthread_cond_signal(&full); pthread_mutex_unlock(&lock); sleep(rand() % 2); void *consumer2(void *arg) struct P_Queue *q; q = (struct P_Queue *) arg; while (1) pthread_mutex_lock(&lock); while (q-num = 0) pthread_cond_wait(&empty, &lock); sem_wait(&product_number); q-front = (q-front + 1) % NUM;