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 <pthread.h>#include <stdio.h>/******************************************************************* **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 <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>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);new_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("%s\n",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 <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>int temp_i=0;void producer(){char temp[20]={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 <stdlib.h>#include <stdio.h>void customer(){while(1){consProduct();printf("-------------\n");usleep((int)(rand()/1000));}}int main(int argc, char **argv){pthread_t producer_id;pthread_t consumer_id;pthread_create(&producer_id, NULL, producer, NULL); void *producer(void *arg) {pthread_detach(pthread_self());while(1){pthread_mutex_lock(&mutex);if (size == MALE_LENGTH){printf("person:buff is full(producer)\n");producer_wait = 1;pthread_cond_wait(&full_cond, &mutex);producer_wait = 0;}rear = (rear + 1) % MALE_LENGTH;buff[rear] = rand() % MALE_LENGTH;printf("producer: %d: %d\n", rear, buff[rear]);++size;if (size == 1){while (1){if (consumer_wait){pthread_cond_signal(&empty_cond);break;}}}pthread_mutex_unlock(&mutex);}}pthread_create(&consumer_id, NULL, consumer, NULL); void *consumer(void *arg) {pthread_detach(pthread_self());while(1){pthread_mutex_lock(&mutex);if(size == 0){printf("person:buff is empty(consumer)\n");consumer_wait = 1;pthread_cond_wait(&empty_cond, &mutex);consumer_wait = 0;}printf("consumer:%d: %d\n", front, buff[front]);front = (front + 1) % MALE_LENGTH;--size;if (size == MALE_LENGTH-1){while(1){if(producer_wait){pthread_cond_signal(&full_cond);break;}}}pthread_mutex_unlock(&mutex);}}sleep(1);return 0;}2.3.2函数分析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，并且判断资源槽是否已满，如果资源槽已满则进入等待状态，等待信号full ；如果不满则向资源槽中写一个整数，并且释放信号为empty，最后释放互斥锁。