FrontISTR v4.5のインストール(Ubuntu 16.04)

ここでは、FrontISTRをUbuntu 16.04 LTSで手軽に構築する方法を紹介します。

FrontISTRを構築するには、様々なライブラリが必要になりますが、バイナリパッケージを利用することで手間を省きます。

ここに書かれている方法は、Ubuntu 16.04 LTSに対応します。

ライブラリをソースから構築する場合は、【参考】ライブラリを自力で構築する方法を参考にしてください。

はじめに

FrontISTRは東京大学奥田研究室で開発されている、本格的な構造解析プログラムです。FrontISTR研究会から、研究会の案内や資料、ソフトウェアが入手できます。スパコンからWindowsパソコンまで動かすことが出来る点が特徴の一つです。

準備

予めubuntu 16.04 LTSをインストールし、OSが動作可能な状態にしてください。

ダウンロード

以下のソフトを入手してください。

ソフトウェア	入手先
FrontISTR_V45.tar.gz	http://www.multi.k.u-tokyo.ac.jp/FrontISTR
REVOCAP_Refiner-1.1.04	http://www.multi.k.u-tokyo.ac.jp/FrontISTR

必要なライブラリの導入

バイナリパッケージの導入

上記以外のソフトはバイナリパッケージから導入します。

% sudo apt install build-essensial
% sudo apt install libtrilinos-ml-dev
% sudo apt install libtrilinos-aztecoo-dev libtrilinos-zoltan-dev
% sudo apt install libopenblas-dev libmumps-dev libmetis-dev

REVOCAP_Refinerの構築

REVOCAP_Refinerをコンパイルします。

% tar xvf REVOCAP_Refiner-1.1.04.tar.gz
% cd REVOCAP_Refiner-1.1.04
% make

FrontISTRの構築

必要なライブラリの導入が済んだらFrontISTRを構築します。

FrontISTRで有効にする機能は

hecmw_part1領域分割ツールなどのツール群生成
REVOCAP_Refiner (メッシュの細分化機能)
MPI (PCクラスタ等の並列実行環境）
OpenMP (マルチコアCPUを利用)
METIS (メッシュの領域分割のために必要)
MUMPS (直接法ソルバー)
LAPACK （CG法やGMRES法を用いた前処理適用後の条件数推定機能を利用）
Trilinos-ML （代数マルチグリッド法に基づく前処理）

です。これらの機能を有効にしたバイナリを作成します。

% tar xvf FrontISTR_V45.tar.gz
% cd FrontISTR_V45

さらにMakefile.amを編集し構築する必要のない部分を除外します。

% vi Makefile.am
PREFIX     = @prefix@
BINDIR     = @bindir@
LIBDIR     = @libdir@
INCLUDEDIR = @includedir@
 
MAKE       = @make@
AR         = @ar@
CP         = @cp@
RM         = @rm@
MV         = @mv@
RANLIB     = @ranlib@
MKDIR      = @mkdir@
 
all:
        @cd hecmw1 && $(MAKE)
        @cd fistr1 && $(MAKE)
#       @cd hecmw2 && $(MAKE)
#       @cd fistr2 && $(MAKE)
        @cd fistr  && $(MAKE)
 
clean:
        @cd hecmw1 && $(MAKE) clean
        @cd fistr1 && $(MAKE) clean
#       @cd hecmw2 && $(MAKE) clean
#       @cd fistr2 && $(MAKE) clean
        @cd fistr  && $(MAKE) clean
 
distclean:
        @cd hecmw1 && $(MAKE) distclean
        @cd fistr1 && $(MAKE) distclean
#       @cd hecmw2 && $(MAKE) distclean
#       @cd fistr2 && $(MAKE) distclean
        @cd fistr  && $(MAKE) distclean
        - $(RM) ./bin/*
 
install:
        if [ ! -d $(PREFIX) ]; then \
                $(MKDIR) $(PREFIX); \
        fi
        if [ ! -d $(BINDIR) ]; then \
                $(MKDIR) $(BINDIR); \
        fi
        @cd hecmw1 && $(MAKE) install
        @cd fistr1 && $(MAKE) install
#       @cd hecmw2 && $(MAKE) install
#       @cd fistr2 && $(MAKE) install
        @cd fistr  && $(MAKE) install

hecmw2およびfistr2は構築しませんので、コメントアウトしてください。

Makefile.confの編集

% cp Makefile.conf.org Makefile.conf
% vi Makefile.conf

以下の内容でMakefile.confを編集してください。

##################################################
#                                                #
#     Setup Configulation File for FrontISTR     #
#                                                #
##################################################
 
# MPI
MPIDIR         = /usr/lib/openmpi
MPIBINDIR      = /usr/bin
MPILIBDIR      = $(MPIDIR)/lib
MPIINCDIR      = $(MPIDIR)/include
MPILIBS        = -lmpi -lmpi_mpifh
 
# for install option only
PREFIX         = $(HOME)/FrontISTR
BINDIR         = $(PREFIX)/bin
LIBDIR         = $(PREFIX)/lib
INCLUDEDIR     = $(PREFIX)/include
 
# Metis
METISDIR       = /usr/lib/x86_64-linux-gnu
METISLIBDIR    = $(METISDIR)
METISINCDIR    = /usr/include
HECMW_METIS_VER= 5
 
# ParMetis
PARMETISDIR    = $(HOME)/ParMetis-3.1
PARMETISLIBDIR = $(PARMETISDIR)
PARMETISINCDIR = $(PARMETISDIR)/ParMETISLib
 
# Refiner
REFINERDIR     = $(HOME)/Software/REVOCAP_Refiner-1.1.04
REFINERINCDIR  = $(REFINERDIR)/Refiner
REFINERLIBDIR  = $(REFINERDIR)/lib/x86_64-linux
 
# Coupler
REVOCAPDIR     = $(HOME)/REVOCAP_Coupler
REVOCAPINCDIR  = $(REVOCAPDIR)/librcap
REVOCAPLIBDIR  = $(REVOCAPDIR)/librcap
 
# MUMPS
MUMPSDIR       = /usr
MUMPSINCDIR    = $(MUMPSDIR)/include
MUMPSLIBDIR    = $(MUMPSDIR)/lib
 
# MKL PARDISO
MKLDIR     = $(HOME)/
MKLINCDIR  = $(MKLDIR)/include
MKLLIBDIR  = $(MKLDIR)/lib
 
# ML
MLDIR          = /usr
MLINCDIR       = $(MLDIR)/include/trilinos
MLLIBDIR       = $(MLDIR)/lib/x86_64-linux-gnu
MLLIBS         = -ltrilinos_ml -ltrilinos_zoltan
 
# C compiler settings
CC             = mpicc -fopenmp
CFLAGS         =
LDFLAGS        = -lstdc++ -lm
OPTFLAGS       = -O3
 
# C++ compiler settings
CPP            = mpic++ -fopenmp
CPPFLAGS       =
CPPLDFLAGS     =
CPPOPTFLAGS    = -O3
 
# Fortran compiler settings
F90            = mpif90 -fopenmp
F90FLAGS       =
F90LDFLAGS     = -lstdc++ -lopenblas
F90OPTFLAGS    = -O2
F90FPP         = -cpp
F90LINKER      = mpif90 -fopenmp
 
MAKE           = make
AR             = ar ruv
MV             = mv -f
CP             = cp -f
RM             = rm -f
MKDIR          = mkdir -p

この手順で用いるMETISはVersion5.1.0です。HECMW_METIS_VER = 5を指定してください。

gfortranのプリプロセッサ指定は -cppです。F90FPP = -cppを指定してください。

編集が出来たらsetup.shを実行してください。

% ./setup.sh -p --with-tools --with-refiner --with-metis --with-mumps --with-lapack --with-ml

setup.shの実行が済んだらコンパイルしてバイナリを作成します。

% make
% make install

構築したバイナリをインストールをすると、$(HOME)/FrontISTR/bin以下に

% ls $HOME/FrontISTR/bin
fistr1  hec2rcap  hecmw_part1  hecmw_vis1  neu2fstr  rconv  rmerge

などのバイナリがコピーされ実行できる状態になります。

通常はここまでの手順で十分です。

【参考】ライブラリを自力で構築する方法　

FrontISTRを構築するのに必要なライブラリは

OpenMPI (MPI)
OpenBLAS (LAPACK）
Metis
MUMPS
Scalapack
Trilinos ML

です。 Ubuntu-16.04上で構築する例を示します。

ただし、MPIの構築方法については省きます。OS付属のMPIを利用することをおすすめします。

ダウンロード

ライブラリ名	ダウンロード先	備考
OpenBLAS-0.2.19	http://www.openblas.net	リファレンスのLAPACKよりも速い
metis-5.1.0	http://glaros.dtc.umn.edu/gkhome/metis/metis/download	scotch-metisも利用可
scalapack-2.0.2	http://www.netlib.org/scalapack/	MUMPSで利用
MUMPS_5.0.2	http://mumps.enseeiht.fr/	要ユーザ登録
trilinos-12.8.1	https://trilinos.org/download/	要ユーザ登録

OpenBLASの構築

OpenBLASは、高速なLAPACK/BLASのフリーの実装です。

OpenMPを有効にしたライブラリを構築します。

% tar xvf OpenBLAS-0.2.19.tar.gz
% cd OpenBLAS-0.2.19
% make BINARY=64 NO_SHARED=1 USE_OPENMP=1
% make PREFIX=$HOME/local install

OpenBLASをLAPACKとして利用する場合、-llapackの代わりに-lopenblasと指定してください。

METISの構築

グラフパーティショナのライブラリです。この他、Scotchに同梱されるmetis互換層も利用できます。

OpenMPを有効にしたライブラリを構築します。

METISの構築にはcmakeが必要ですので、予めインストールしておいてください。

% tar xvf metis-5.1.0.tar.gz
% cd metis-5.1.0

metisのトップディレクトリにあるCMakeLists.txtにはバグがありますので、修正をしてください。

% vi CMakeLists.txt
set(GKLIB_PATH "GKlib" CACHE PATH "path to GKlib")
と書かれている部分を
set(GKLIB_PATH "${CMAKE_SOURCE_DIR}/GKlib" CACHE PATH "path to GKlib")
に修正

CMakeLists.txtを修正したらcmakeを実行してライブラリを構築します。

% cd build
% cmake -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=$HOME/local -DCMAKE_BUILD_TYPE="Release" -DOPENMP=ON ..
% make
% make install

Scalapackの構築

scalapackは、この後説明をするMUMPSの構築に必要となります。

また、scalapackの構築には、予めMPIがインストールされている必要があります。

% tar xvf scalapack-2.0.2.tgz
% cd scalapack-2.0.2
% mkdir build
% cd build
% cmake -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=$HOME/local \
        -DBLAS_blas_LIBRARY=$HOME/local/lib/libopenblas.a \
        -DLAPACK_lapack_LIBRARY=$HOME/local/lib/libopenblas.a \
        -DCMAKE_C_FLAGS="-fopenmp" \
        -DCMAKE_Fortran_FLAGS="-fopenmp" \
        -DCMAKE_EXE_LINKER_FLAGS="-fopenmp" \
        ..
% make
% make install

MUMPSの構築

MUMPSは直接法のソルバです。

% tar xvf MUMPS_5.0.2.tar.gz
% cd MUMPS_5.0.2

Make.incディレクトリにある、Makefile.inc.genericを元にMakefile.incを環境に合わせた内容へ書き換えます。

% cp Make.inc/Makefile.inc.generic Makefile.inc
% vi Makefile.inc
LMETISDIR = $(HOME)/local
IMETIS    = -I$(LMETISDIR)/include
LMETIS    = -L$(LMETISDIR)/lib -lmetis
 
ORDERINGSF  = -Dmetis -Dpord
 
CC      = gcc -fopenmp
FC      = gfortran -fopenmp
FL      = gfortran -fopenmp
 
SCALAP  = -L$(HOME)/local/lib -lscalapack
 
INCPAR = -I/usr/lib/openmpi/include
 
LIBPAR  = $(SCALAP) -L/usr/lib/openmpi -lmpi -lmpi_mpifh
 
LIBBLAS = -L$(HOME)/local/lib -lopenblas
 
OPTF    = -O -DMUMPS_OPENMP
OPTC    = -O -I. -DMUMPS_OPENMP
OPTL    = -O

ファイルの修正が済んだらライブラリを構築します。

% make

Trilinos MLの構築

Trilinosには多くのライブラリ含まれていますが、FrontISTRに必要なのはMLとzoltanだけです。

% tar xvf trilinos-12.8.1-Source.tar.gz
% cd trilinos-12.8.1-Source
% mkdir build
% cd build
% cmake \
  -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=$HOME/local \
  -DTrilinos_ENABLE_ML=ON \
  -DTrilinos_ENABLE_Zoltan=ON \
  -DTrilinos_ENABLE_OpenMP=ON \
  -DTrilinos_ENABLE_ALL_OPTIONAL_PACKAGES=OFF \
  -DTPL_BLAS_LIBRARIES=$HOME/local/lib/libopenblas.a \
  -DTPL_LAPACK_LIBRARIES=$HOME/local/lib/libopenblas.a \
  -DTPL_ENABLE_MPI=ON \
  ..
% make
% make install

ここで示した手順では、ライブラリを$HOME/local以下にインストールをしました。Ubuntu以外のOSでも基本的には同様に構築することができます。