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在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，多核CPU已經(jīng)成為標(biāo)配。而多核CPU的更佳利用方式就是使用多線程。多線程能夠讓程序同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，從而使得程序具有更高的并發(fā)性、更快的響應(yīng)速度和更好的利用計(jì)算機(jī)資源。而在Linux操作系統(tǒng)中，GCC編譯器也提供了非常方便的多線程編程接口，開(kāi)發(fā)者可以使用GCC實(shí)現(xiàn)高效的多線程編程。
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1.理解線程和進(jìn)程的概念
在開(kāi)始多線程編程之前，我們需要了解線程和進(jìn)程的概念，這有助于我們更好地理解多線程編程的實(shí)現(xiàn)方式和原理。
進(jìn)程(Process)是指在操作系統(tǒng)中運(yùn)行的一個(gè)程序。一個(gè)進(jìn)程可以擁有多個(gè)線程(Thread)，每個(gè)線程執(zhí)行不同的任務(wù)。多個(gè)線程共享同一個(gè)進(jìn)程的資源，例如內(nèi)存空間、文件句柄等。
在使用多線程編程時(shí)，我們需要謹(jǐn)慎地使用共享資源，例如訪問(wèn)全局變量時(shí)需要使用可重入鎖來(lái)保證線程安全。否則，多個(gè)線程可能同時(shí)修改同一個(gè)資源，導(dǎo)致程序崩潰或產(chǎn)生錯(cuò)誤。在編寫(xiě)多線程程序時(shí)，需要保證線程之間的通信與同步。
2.使用GCC編譯器實(shí)現(xiàn)多線程編程
在Linux環(huán)境下，GCC編譯器提供了非常方便的多線程編程接口。GCC編譯器支持POSIX線程庫(kù)(Pthreads)，并提供了一系列多線程編程函數(shù)，例如pthread_create函數(shù)創(chuàng)建新線程、pthread_join函數(shù)等待線程結(jié)束、pthread_mutex_lock函數(shù)加鎖等。我們可以使用這些函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)多線程編程。
下面我們使用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明如何使用GCC編譯器實(shí)現(xiàn)多線程計(jì)算。我們假設(shè)有一個(gè)非常大的數(shù)組，我們需要對(duì)其進(jìn)行求和。如果使用單線程計(jì)算，計(jì)算時(shí)間會(huì)非常長(zhǎng)。而我們可以使用多線程編程來(lái)加快計(jì)算速度。
首先我們需要定義一個(gè)計(jì)算線程的函數(shù)，該函數(shù)接收一個(gè)參數(shù)，為線程的ID。我們將數(shù)組分成多個(gè)塊，每個(gè)線程計(jì)算一個(gè)塊的和，然后將各個(gè)線程的塊和累加即可得到整個(gè)數(shù)組的和。
下面是計(jì)算線程的函數(shù)實(shí)現(xiàn)：
“`c
void* calculate_sum(void* arg)
{
int id = *(int*) arg;
int start = id * block_size;
int end = (id + 1) * block_size;
long long sum = 0;
int i;
for (i = start; i
sum += array[i];
sums[id] = sum;
return NULL;
}
“`
接下來(lái)，我們?cè)谥骱瘮?shù)中創(chuàng)建多個(gè)線程，每個(gè)線程計(jì)算一個(gè)塊的和。
“`c
int mn(int argc, char* argv[])
{
int i, id[num_threads];
pthread_t threads[num_threads];
block_size = N / num_threads;
for (i = 0; i
{
id[i] = i;
pthread_create(&threads[i], NULL, calculate_sum, &id[i]);
}
for (i = 0; i
pthread_join(threads[i], NULL);
long long sum = 0;
for (i = 0; i
sum += sums[i];
printf(“The sum of the array is %lld\n”, sum);
return 0;
}
“`
在主函數(shù)中，我們創(chuàng)建了num_threads個(gè)線程，并分別執(zhí)行calculate_sum函數(shù)，將各個(gè)線程計(jì)算的塊和保存在sums數(shù)組中。我們將各個(gè)線程的塊和累加即可得到整個(gè)數(shù)組的和。在計(jì)算之前，我們需要使用pthread_create函數(shù)創(chuàng)建線程，并使用pthread_join函數(shù)等待線程結(jié)束。
3.注意事項(xiàng)
在使用多線程編程時(shí)，我們需要注意一些問(wèn)題。在編寫(xiě)多線程程序時(shí)，需要保證線程之間的通信與同步。如何保證線程安全、如何避免死鎖是多線程編程面臨的主要問(wèn)題。
多線程編程可能會(huì)帶來(lái)一些性能問(wèn)題。多線程程序的性能主要取決于線程之間的負(fù)載均衡。如果某些線程的計(jì)算量較大，可能會(huì)導(dǎo)致其他線程處于等待狀態(tài)，從而使程序效率降低。
4.
本文介紹了如何使用GCC編譯器實(shí)現(xiàn)高效多線程編程。在編寫(xiě)多線程程序時(shí)，我們需要理解線程和進(jìn)程的概念，了解線程之間的通信與同步方式，并注意多線程編程帶來(lái)的性能問(wèn)題。在實(shí)踐中，多線程編程可以極大地提高程序的并發(fā)性、響應(yīng)速度和計(jì)算能力。
相關(guān)問(wèn)題拓展閱讀：
- 嵌入式linux開(kāi)發(fā)
嵌入式linux開(kāi)發(fā)
嵌入式的話當(dāng)然要用arm-linux-gcc編緝器了，它分很多種：并爛比如arm-linux-gcc 3.4.1就適合用來(lái)編緝內(nèi)陸滲核， 其它又如4.3.2的版本適合編緝應(yīng)用程序,這就要看你的需求了,我建議都裝上.
然后早蔽脊就是要下載一個(gè)linux內(nèi)核,比如你要寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序的話,就需要在內(nèi)核中用arm-linux-gcc 3.4.1進(jìn)行編緝.
Vim是個(gè)文本編緝器,功能很強(qiáng)大,把程序?qū)懞煤?就可以用arm-linux-gcc編緝了!
基本就是這樣,還是要自已開(kāi)始做,呵呵,問(wèn)題就是在不斷深入中解決的!
嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)很廣泛的概念，對(duì)它的定義也很多，我覺(jué)得理解嵌入式系統(tǒng)關(guān)鍵抓住下面幾點(diǎn)：
1。嵌入式系統(tǒng)是相對(duì)于PC平臺(tái)而言的，嵌入式了使用的平臺(tái)一般是針對(duì)ARM，PPC，DSP等非PC平臺(tái)的，所以使用的編譯和調(diào)試工具不是VC6.0，而是不同的平臺(tái)需要專門(mén)的編譯開(kāi)發(fā)工具，交叉編譯是嵌入式特有的概念；
2。嵌入式系統(tǒng)往往指帶有操作系統(tǒng)的系統(tǒng)，以前簡(jiǎn)單的系統(tǒng)可以直接在裸機(jī)（如51單片機(jī)）上開(kāi)發(fā)，而現(xiàn)在OS成為嵌入式的一個(gè)基本特征，已經(jīng)有各種實(shí)時(shí)內(nèi)核或者全功能的OS，雀頌巖因此對(duì)程序員要求較高
3。嵌入式系統(tǒng)往往包括軟件和硬件兩個(gè)部分，軟件開(kāi)發(fā)人員往往也需要知道硬件的知識(shí)，只有知道硬件的特性才能開(kāi)發(fā)出高性能的程序。另外不想在PC上開(kāi)發(fā)，驅(qū)動(dòng)程序都已經(jīng)有了，在嵌入式系統(tǒng)中由于所接的外設(shè)復(fù)雜，很多時(shí)候需要自己編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序，結(jié)果是在程序開(kāi)發(fā)之前一般需要看硬件手冊(cè)。
從上面的特點(diǎn)看出嵌入式開(kāi)發(fā)與PC上的程序開(kāi)發(fā)是不同的，在PC上開(kāi)發(fā)主要是應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，側(cè)重想法，而嵌入式開(kāi)發(fā)則要考慮軟硬件各個(gè)方面而且通常要購(gòu)買(mǎi)昂貴的開(kāi)發(fā)板和仿真器，因此起點(diǎn)相對(duì)較高。
我接觸嵌入式是在大四的時(shí)候，當(dāng)時(shí)已經(jīng)學(xué)習(xí)了微機(jī)原理、單片機(jī)和DSP等課程，我一直希望能做出一個(gè)完整的系統(tǒng)，所以我之一次明白嵌入式系統(tǒng)是什么的時(shí)候就對(duì)頃御它產(chǎn)生了濃厚的興趣，然而興趣是高，缺乏人指導(dǎo)，我依然還是菜鳥(niǎo)一個(gè)，認(rèn)識(shí)到實(shí)踐和長(zhǎng)時(shí)間積累相當(dāng)重要。我都是在課余自學(xué)嵌入式，嵌入式學(xué)習(xí)之路走得很艱難，其中積累了點(diǎn)點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)如下：
1。嵌入式從何學(xué)起？
這是一個(gè)初學(xué)者很想知道的問(wèn)題，然而又是很難回答的問(wèn)題，我初學(xué)時(shí)也是一樣的。學(xué)習(xí)嵌入式不能著急，我覺(jué)得最重要的還是打好基礎(chǔ)，從簡(jiǎn)單的做起。
其中的基本功主要有：
微機(jī)原理和接口要很熟悉，至少知道一門(mén)匯編語(yǔ)言，不是要你去記指令，而是要弄清楚處理器執(zhí)行的過(guò)程和常用的指令執(zhí)行的操作；
熟悉常用的體系結(jié)構(gòu)。ARM架構(gòu)處理器應(yīng)用越來(lái)越廣泛，值得研究一下，當(dāng)然還有很多的體系架構(gòu)，開(kāi)發(fā)時(shí)再看硬件手冊(cè)這個(gè)過(guò)程就是訓(xùn)練自己閱讀手冊(cè)和查詢手冊(cè)的能力，手冊(cè)很長(zhǎng)，往往只要知道個(gè)大概，細(xì)節(jié)需要在使用時(shí)查詢；
C語(yǔ)言編程：C語(yǔ)言大家都會(huì)用，我知道在學(xué)校學(xué)習(xí)時(shí)都是基于PC，基本不會(huì)用C語(yǔ)言程序訪問(wèn)寄存器或者外設(shè)，而在嵌入式開(kāi)發(fā)時(shí)你會(huì)發(fā)現(xiàn)有很多地方需要小心，舉個(gè)例子一般中斷服務(wù)程序需要訪問(wèn)的全局變量需要用volatile申明；
有了上面的基本功就可以開(kāi)始最簡(jiǎn)單的嵌入式開(kāi)發(fā)之路了。
2。不帶OS的嵌入式開(kāi)發(fā)
先不要急著看什么操作系統(tǒng)原理，那些東西如果沒(méi)有開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的話不可能看得很明白的，首先還是找到嵌入式開(kāi)發(fā)的感性認(rèn)識(shí)櫻豎。我推薦從51單片機(jī)開(kāi)發(fā)開(kāi)始，因?yàn)?1單片機(jī)便宜而且網(wǎng)上有很多現(xiàn)成的代碼可以參考，先編寫(xiě)一些簡(jiǎn)單的匯編語(yǔ)言程序，然后學(xué)習(xí)C51進(jìn)行c語(yǔ)言編程這個(gè)過(guò)程關(guān)鍵是熟悉交叉編譯和開(kāi)發(fā)流程，熟悉訪問(wèn)硬件的方法，學(xué)習(xí)編寫(xiě)中斷服務(wù)程序。另外，這個(gè)時(shí)期可以學(xué)習(xí)嵌入式c編程的注意事項(xiàng)《c與c++嵌入式系統(tǒng)編程》《C陷阱與缺陷》是不錯(cuò)的書(shū)，值得看看。
3。帶OS的編程
一旦運(yùn)行了OS，編程難度加大了，思維和編程方法與不帶OS的大不一樣，這個(gè)轉(zhuǎn)變是很艱難的。學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)的原理是必須的，只有很好地認(rèn)識(shí)了操作系統(tǒng)才可能進(jìn)一步在OS上編程，比如進(jìn)程、調(diào)度、同步和互斥、優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)等。OS分成簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)內(nèi)核和復(fù)雜的全功能OS，uCOSII是典型的實(shí)時(shí)內(nèi)核，linux是典型的全功能的OS，不同的OS滿足不同需求，要根據(jù)自己的設(shè)計(jì)來(lái)選擇合適的OS。嵌入式很多處理要求是實(shí)時(shí)的，需要保證性，編寫(xiě)程序和選擇OS要特別注意。推薦從uCOS入手，因?yàn)榭梢垣@得源碼，而且網(wǎng)上有很多的資料，已經(jīng)被移植到很多平臺(tái)。到了這個(gè)時(shí)候估計(jì)自己可以自學(xué)了，要多做幾個(gè)項(xiàng)目，在項(xiàng)目中摸索，要知道編寫(xiě)程序容易，但是要編寫(xiě)穩(wěn)定可靠的程序絕非易事，有很多書(shū)值得一看。我目前也是在學(xué)習(xí)linux，開(kāi)始編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序了，我想這還是一個(gè)開(kāi)始，以后要學(xué)的東西還很多啊^_^
以上說(shuō)得很簡(jiǎn)單，實(shí)際操作起來(lái)則需要付出很多努力，需要學(xué)習(xí)很多東西，這里只是給出學(xué)習(xí)的大概步驟，給初學(xué)者一個(gè)整體概念，希望仍在困惑中的人少走一些彎路.
(1)安裝主機(jī)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，也就是gcc，make工具之類的，apt-get install build-essential。這個(gè)是一定要悶者輪的。
（2）arm為例，安裝arm-linux toolchain，也就是把編譯器解壓縮到螞信/usr/lcoal/目錄，然后export path這個(gè)路徑。
（3）代碼查看工具可以使用vim，或者傻瓜式的gedit。
（4）嫌敬串口，建議用終端命令minicom
也可以買(mǎi)本基本這類書(shū)籍，通讀，不用精讀，先對(duì)嵌入式開(kāi)發(fā)有個(gè)概念就可以了。
linux嵌入式開(kāi)發(fā)重要 幾點(diǎn)
Linux 基礎(chǔ)
Shell 編程空脊基礎(chǔ)
Linux 下的 C 編程基礎(chǔ)
嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)或氏基礎(chǔ)
嵌入式系統(tǒng)移植
嵌入式 Linux 下串口通信
嵌入式系統(tǒng)中多進(jìn)程程序設(shè)計(jì)
嵌入式系統(tǒng)中多線程程序設(shè)計(jì)
嵌入式衫虧散 Linux 網(wǎng)絡(luò)編程
GUI 程序開(kāi)發(fā)
Linux 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
文件系統(tǒng)
(步驟詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)去華清遠(yuǎn)見(jiàn)嵌入式學(xué)院首頁(yè)查看)
嵌入式練習(xí)項(xiàng)目：智能圖書(shū)館
曾經(jīng)早在2023年7月在深圳就出現(xiàn)了全國(guó)首個(gè)全面使用無(wú)線射頻技術(shù)（RFID），現(xiàn)在到了這個(gè)兄如物聯(lián)網(wǎng)即將登峰造極的時(shí)代，智能圖書(shū)館系統(tǒng)的普及也就是成了必然的趨勢(shì)了！物聯(lián)網(wǎng)智能圖書(shū)館在館內(nèi)全面實(shí)行包括自動(dòng)借書(shū)、自動(dòng)還書(shū)、書(shū)籍分類、自動(dòng)編號(hào)等等多種樣式的高自動(dòng)人性化的服務(wù)。這些功能很快得到了廣大讀者的認(rèn)可，并且備受歡迎，不僅讀者的體驗(yàn)非常好，管理起來(lái)也非常的明確譽(yù)橋和方便，誰(shuí)慶塵猛借了書(shū)、還了書(shū)都有明確的記錄編號(hào)！
長(zhǎng)沙英騰技術(shù)學(xué)習(xí)中，北航李教授設(shè)計(jì)的智能圖書(shū)館系統(tǒng)項(xiàng)目的主要構(gòu)成如下：
1、圖書(shū)館門(mén)禁系統(tǒng)
2、每一本書(shū)都有一個(gè)RFID標(biāo)識(shí)對(duì)每一本書(shū)有個(gè)“唯一的主鍵標(biāo)識(shí)”
3、讀者自助還書(shū)功能（RFID讀寫(xiě)器就能立刻確認(rèn)還書(shū)信息）
4、圖書(shū)分類、分欄都是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)來(lái)完成的，無(wú)需人來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力！
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本文名稱：Linux下使用GCC實(shí)現(xiàn)高效多線程編程(linuxgcc多線程)
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