CN103309714A - 在高性能集群系统中安装材料物理类应用程序的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在高性能集群系统中安装材料物理类应用程序的方法，包括：载入所述材料物理类应用程序的环境变量；根据当前安装平台的系统类型和网络配置选择对应的安装方式和数学库；利用所述环境变量和所述数学库，通过所述安装方式安装所述材料物理类应用程序。通过本发明所提供在高性能集群系统中安装材料物理类应用程序的方法提高了安装高性能集群系统中安装材料物理类应用程序的效率。

Description

在高性能集群系统中安装材料物理类应用程序的方法

技术领域

本发明基本上涉及材料研究，更具体地来说，涉及一种在高性能集群系统中安装材料物理类应用程序的方法。

背景技术

材料物理学是材料科学与计算机科学的结合，是关于材料组成、结构、性能等利用计算机进行模拟与设计的学科。它涉及材料、物理、计算机、数学、化学等多门学科。在现代材料学领域中，计算机模拟已成为与实验室的实验具有同样重要地位的研究手段。

材料物理学涉及材料的各个方面，如不同层次的结构、各种性能等等，因此，有很多相应的计算方法。目前从理论计算方法上进行分类，可大致分成第一性原理方法（First-principles or ab initio）和半经验方法（Empiricalor phenomenological）两类。一般来讲，半经验方法用于较复杂的，对称性低，多原子的物理系统。对这些系统以目前计算机的计算能力还不能用第一性原理的方法来研究。第一性原理计算方法所根据的是电子密度泛函数理论（Density Functional Theory,DFT）。在实际的计算中，常常使用局部电子密度近似法（Local Density Approximation,LDA），LDA带来的误差可以通过电子密度梯度（Gradient）及电子自我能量（Self-energy）等修正计算来补偿。第一性原理计算从计算方法上分又可分成几类，比如赝势（Pseudopotential）方法。这类方法又因基函数的选用不同分成波向量空间（G space）及实际空间（Real space）方法，前者的基函数是平面波（Planewaves）而后者的是球面波。使用平面波的方法中常用的有线性缀加平面波（Linear Augmented Plane Wave,LAPW）。另外，除了赝势方法，还有线性原子球轨道（Linear Muffin-Tin Orbited,LMTO）、Pseudofunetion（PSF）等方法。

目前常用的免费的计算材料程序包括abinit、aces3、bigdft、dft＋＋、elk、cp2k、cpmd、exciting、lmtart、madness、openmx、qbox、pwscf、siesta、yambo等。

通常材料物理类应用程序的安装部署都是手动执行，这种安装方式存在一些不足。

第一，程序编译、安装过程较为复杂，需人为设置的参数较多，手动安装操作繁琐，费时费力，如果对编译操作流程不熟悉，很容易出现错误。

第二，安装过程中需要针对不同的硬件平台和网络环境进行不同的参数配置，对操作系统、编译器、数学库、硬件系统和网络环境的不熟悉都会造成程序执行效率低下甚至是运行结果错误。

第三，程序安装成功后需要配置相应的环境变量，以方便用户使用，手动配置容易出错，应用程序种类多时，容易造成环境变量设置混乱、冲突。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明提出了一种在高性能集群系统中安装材料物理类应用程序的方法，解决了如何提高安装高性能集群系统中安装材料物理类应用程序的效率的技术问题。

本发明提出了一种高性能计算集群材料物理类应用程序的一种自动安装方法。该应用程序实现多种材料物理类应用程序的自动化无人值守安装，包括abinit、aces3、bigdft、dft＋＋、elk、cp2k、cpmd、exciting、lmtart、madness、openmx、qbox、pwscf、siesta、yambo等。该程序在安装配置材料物理类应用程序前先自动检查依赖的其它程序环境；自动安装配置的过程中，根据高性能计算集群的网络环境进行配置参数调整和优化；安装完成后自动配置环境变量，并提供在集群系统中提交任务所需的脚本示例；整个安装过程中，动态提示安装进度，如果出现错误给出相应报错提示。

根据本发明的一个方面，提供了一种在高性能集群系统中安装材料物理类应用程序的方法，其特征在于，包括：步骤S1：载入所述材料物理类应用程序的环境变量；步骤S2：根据当前安装平台的系统类型和网络配置选择对应的安装方式和数学库；步骤S3：利用所述环境变量和所述数学库，通过所述安装方式安装所述材料物理类应用程序。

在所述方法中，在所述步骤S2之前，所述方法还包括：检查所述材料物理类应用程序的源程序是否存在和安装目标文件夹是否能够正常创建，如果是，则执行步骤S2。

在所述方法中，在所述步骤S2之前，所述方法还包括：获取当前安装平台的所述系统类型和所述网络配置。

在所述方法中，所述系统类型包括当前安装平台的操作系统版本和处理器类型。

在所述方法中，获取当前安装平台的所述系统类型包括：通过查看当前安装平台的系统文件获取当前安装平台的操作系统版本和处理器类型。

在所述方法中，所述网络配置包括是否配置有Infiniband网卡。

在所述方法中，获取当前安装平台的所述系统类型和所述网络配置包括：通过查看当前安装平台的系统文件获取当前安装平台的操作系统版本和处理器类型；检查当前安装平台中是否配置了Infiniband网卡；以及检查所述Infiniband网卡是否安装了驱动并且是否能够正常运行。

在所述方法中，所述环境变量包括整体环境变量和具体环境变量，所述整体环境变量包括安装过程子程序、所述材料物理类应用程序源程序位置和所述材料物理类应用程序的安装目标路径，并且所述具体环境变量包括编译器和MPI。

在所述方法中，所述方法还包括：将安装过程中生成的输出信息保存。

在所述方法中，所述方法还包括：为所述材料物理类应用程序生成在所述高性能集群系统提交作业的脚本示例，其中，所述脚本示例内容包括所述材料物理类应用程序的资源申请方式和应用程序运行方式。

通过本发明所提供在高性能集群系统中安装材料物理类应用程序的方法提高了安装高性能集群系统中安装材料物理类应用程序的效率。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的在高性能集群系统中安装材料物理类应用程序的方法的总体实施例的流程图；

图2是根据本发明的在高性能集群系统中安装材料物理类应用程序的方法的具体实施例的流程图；

图3是根据本发明的在高性能集群系统中安装材料物理类应用程序的方法的实例的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是根据本发明的在高性能集群系统中安装材料物理类应用程序的方法的总体实施例的流程图。在图1中：

步骤S100：载入材料物理类应用程序的环境变量。其中，环境变量可以包括整体环境变量和具体环境变量，整体环境变量包括安装过程子程序、材料物理类应用程序源程序位置和材料物理类应用程序的安装目标路径，并且具体环境变量包括编译器和MPI。

步骤S102：根据当前安装平台的系统类型和网络配置选择对应的安装方式和数学库。其中，系统类型可以包括当前安装平台的操作系统版本和处理器类型。在一个优选实施例中，可以通过查看当前安装平台的系统文件获取当前安装平台的操作系统版本和处理器类型。其中，操作系统可以包括Red Hat、Suse、CentOS等主流高性能集群操作系统；处理器类型可以是Intel处理器或者AMD处理器等等。此外，网络配置可以包括是否配置有Infiniband网卡，还可以进一步检测Infiniband网卡是否安装有驱动程序以及该网卡是否正常运行。

步骤S104：利用环境变量和数学库，通过上述对应的安装方式安装材料物理类应用程序。

通过本实施例所公开的安装材料物理类应用程序的方法简化了材料物理类应用程序的安装流程，降低了安装难度；通过依赖关系判断、容错性判断、标准化配置等方式提高了应用程序的安装成功率和安装质量，最大程度避免了人为操作失误；通过无人值守的方式大大提高了材料物理类应用程序的安装部署效率，节省了时间及人力。

图2是根据本发明的在高性能集群系统中安装材料物理类应用程序的方法的具体实施例的流程图。在图2中：

步骤S200：载入材料物理类应用程序的环境变量。其中，环境变量可以包括整体环境变量和具体环境变量，整体环境变量包括安装过程子程序、材料物理类应用程序源程序位置和材料物理类应用程序的安装目标路径，并且具体环境变量包括编译器和MPI。

步骤S202：检查材料物理类应用程序的源程序是否存在和安装目标文件夹是否能够正常创建，如果是，则执行下述步骤，如果否，则退出安装。

步骤S204：获取当前安装平台的系统类型和网络配置。其中，系统类型可以包括当前安装平台的操作系统版本和处理器类型。在一个优选实施例中，可以通过查看当前安装平台的系统文件获取当前安装平台的操作系统版本和处理器类型。其中，操作系统可以包括Red Hat、Suse、CentOS等主流高性能集群操作系统；处理器类型可以是Intel处理器或者AMD处理器等等。此外，网络配置可以包括是否配置有Infiniband网卡，还可以进一步检测Infiniband网卡是否安装有驱动程序以及该网卡是否正常运行。

步骤S206：根据当前安装平台的系统类型和网络配置选择对应的安装方式和数学库。由于材料物理类应用程序对一些数学库比如Blas，Lapack，fftw等数学库有依赖关系，不同的处理器平台，不同的操作系统会对依赖程序的版本有所要求，需要根据系统的具体情况作出选择使用何种数学库，比如AMD的处理器，操作系统为Redhat 6.0以前的版本，数学库选用Gotoblas2，比如如果网络配置了高速的Infiniband网络，就需要选择支持Infiniband网络的MPI库，等等。

步骤S208：利用环境变量和数学库，通过上述安装方式安装材料物理类应用程序。

步骤S210：为材料物理类应用程序生成在高性能集群系统提交作业的脚本示例，其中，脚本示例内容包括材料物理类应用程序的资源申请方式和应用程序运行方式。为应用程序生成一个在集群系统提交作业的脚本示例，示例文件包括两部分：如何申请计算资源、如何运行应用程序。高性能集群系统一般配置作业调度系统，准备的脚本里面包括如何申请计算资源、如何执行命令等，这部分内容与应用程序无关，取决于调度系统的设置，本发明中选用的最常用的pbs调度系统，需要设置的参数有“#PBS–l nodes=1:ppn=2”,“#PBS–q low”等；执行命令的方式会根据不同的应用程序、前期检测到的网络情况有所不同，如果配置了Infiniband网络，选用的是Openmpi的mpi库，需要加“--mca btl self,openib”参数等等。使用的时候根据实际情况所需的资源，做简单的修改即可。

通过本实施例所公开的安装材料物理类应用程序的方法简化了材料物理类应用程序的安装流程，降低了安装难度；通过依赖关系判断、容错性判断、标准化配置等方式提高了应用程序的安装成功率和安装质量，最大程度避免了人为操作失误；通过无人值守的方式大大提高了材料物理类应用程序的安装部署效率，节省了时间及人力。

图3是根据本发明的在高性能集群系统中安装材料物理类应用程序的方法的实例的流程图。在本实例中：

第一步：载入程序包整体环境变量，主要包括安装过程中需要用到的子程序、应用程序源程序所在位置、安装目标路径等。

第二步：载入安装应用程序需要的环境变量，主要包括编译器、MPI等，并测试编译器是否能够正常使用。载入的环境变量随应用程序的不同而不同。

第三步：检查应用程序的源程序是否存在、安装目标文件夹是否正常创建等。

第四步：检查高性能集群环境，包括操作系统版本、网络、处理器等。

操作系统版本、处理器类型等可以通过查看系统文件设置获取，目前支持的操作系统包括Red Hat、Suse、CentOS等主流高性能集群操作系统。

网络检查主要查看是否配置了高速Infiniband网，并计划应用程序使用这种网络，主要从两点检查：

（1）检查服务器中是否配置了高速Infiniband网卡。

（2）是否为Infiniband网卡安装了驱动，网卡状态是否正常。

第五步：由于材料物理类程序对一些数学库比如Blas，Lapack，fftw等数学库有依赖关系，不同的处理器平台，不同的操作系统会对依赖程序的版本有所要求，需要根据系统的具体情况作出选择使用何种数学库，比如AMD的处理器，操作系统为Redhat 6.0以前的版本，数学库选用Gotoblas2，比如如果网络配置了高速的Infiniband网络，就需要选择支持Infiniband网络的MPI库，等等。

第六步：根据获得的系统信息选择合适的安装方式、合适的数学库对程序进行编译安装。安装过程中程序会根据前期检测到的系统配置情况，自动选择数学库、MPI库等。

第七步：为应用程序生成一个在集群系统提交作业的脚本示例，示例文件包括两部分：如何申请计算资源、如何运行应用程序。高性能集群系统一般配置作业调度系统，准备的脚本里面包括如何申请计算资源、如何执行命令等，这部分内容与应用程序无关，取决于调度系统的设置，本发明中选用的最常用的pbs调度系统，需要设置的参数有“#PBS–lnodes=1:ppn=2”,“#PBS–q low”等；执行命令的方式会根据不同的应用程序、前期检测到的网络情况有所不同，如果配置了Infiniband网络，选用的是Openmpi的mpi库，需要加“--mca btl self,openib”参数等等。使用的时候根据实际情况所需的资源，做简单的修改即可。

程序包在安装过程中会对安装过程产生的输出进行保存，如果非正常退出，可以查看保存的文件，查找出错的原因。

程序包的使用：把程序包解压后会有一个install.sh的命令，进入程序包的文件夹，执行命令:./install.sh--<应用程序的名字>。之后即可实现应用程序的自动安装。

本发明提出了一种高性能计算集群材料物理类应用程序的自动安装方法。通过自动化的方式大大简化了材料物理类应用程序的安装流程，降低了安装难度；通过依赖关系判断、容错性判断、标准化配置等方式提高了应用程序的安装成功率和安装质量，最大程度避免了人为操作失误；通过无人值守的方式大大提高了材料物理类应用程序的安装部署效率，节省了时间及人力。该方法和程序广泛适用于不同规模的高性能计算集群材料物理类应用程序的自动快速安装部署，也适用于动态多变的环境中（如云计算）对临时计算资源进行高性能计算程序环境快速配置部署。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在高性能集群系统中安装材料物理类应用程序的方法，其特征在于，包括：

步骤S1：载入所述材料物理类应用程序的环境变量；

步骤S2：根据当前安装平台的系统类型和网络配置选择对应的安装方式和数学库；

步骤S3：利用所述环境变量和所述数学库，通过所述安装方式安装所述材料物理类应用程序。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2之前，所述方法还包括：检查所述材料物理类应用程序的源程序是否存在和安装目标文件夹是否能够正常创建，如果是，则执行步骤S2。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2之前，所述方法还包括：获取当前安装平台的所述系统类型和所述网络配置。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述系统类型包括当前安装平台的操作系统版本和处理器类型。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，获取当前安装平台的所述系统类型包括：通过查看当前安装平台的系统文件获取当前安装平台的操作系统版本和处理器类型。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述网络配置包括是否配置有Infiniband网卡。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，获取当前安装平台的所述系统类型和所述网络配置包括：

通过查看当前安装平台的系统文件获取当前安装平台的操作系统版本和处理器类型；

检查当前安装平台中是否配置了Infiniband网卡；以及

检查所述Infiniband网卡是否安装了驱动并且是否能够正常运行。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述环境变量包括整体环境变量和具体环境变量，所述整体环境变量包括安装过程子程序、所述材料物理类应用程序源程序位置和所述材料物理类应用程序的安装目标路径，并且所述具体环境变量包括编译器和MPI。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将安装过程中生成的输出信息保存。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：为所述材料物理类应用程序生成在所述高性能集群系统提交作业的脚本示例，其中，所述脚本示例内容包括所述材料物理类应用程序的资源申请方式和应用程序运行方式。

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