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

目录

1 系统概况 (1)

2 完成步骤 (1)

2.1 思路分析 (1)

2.2 结构流程图 (2)

2.3 重要函数 (3)

2.3.1源程序 (3)

2.3.2函数分析 (9)

3 实验数据 (11)

3.1下载和调试截图 (11)

4 结果分析和总结 (12)

设计心得 (15)

参考文献 (16)

1 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：

图2-1 结构流程图

2.3 重要函数

2.3.1源程序

试验代码：

/************main.c************/

#include "producer.h"

#include "customer.h"

#include "data.h"

#include

#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(&thread_pro,NULL,(void *)producer,NULL);

//创建消费者线程。

pthread_create(&thread_cons,NULL,(void *)customer,NULL);

printf("finished!\n");

while(1){

}

return 0;

}

/************data.h***********/

#ifndef DATA_H_

#define DATA_H_

//单向链表数据结构

struct product{

struct product *pre_product;

char product_data[20];

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);