第一性原理計(jì)算的相關(guān)軟件的編譯對(duì)于新手來(lái)說(shuō)真的很麻煩，但這一問題不應(yīng)該成為這個(gè)方向剛?cè)腴T的學(xué)習(xí)者或是研究者的門檻。
作為一個(gè)交叉學(xué)科的學(xué)生，去年第一次接觸到這種第一性原理計(jì)算的軟件，當(dāng)時(shí)有一個(gè)大師兄帶我入門，VASP和LAMMPS的編譯也是師兄做的，沒我啥事兒，也沒覺得這事兒有多麻煩。
這次編譯CP2K是因?yàn)樗?.1版本實(shí)現(xiàn)了一個(gè)跟課題比較相關(guān)的功能，需要跑一些例子，但是師兄自己也沒編譯過這款軟件，最初我們?cè)噲D按照官網(wǎng)的預(yù)編譯版本來(lái)試著安裝，沒有成功。后來(lái)找到一篇關(guān)于用Gfortran編譯cp2k4.1的博客，在自己本地機(jī)上的安裝基本遵從了這篇博客的指導(dǎo)，成功了。先說(shuō)一下PC的配置吧，i5的64位處理器，4G內(nèi)存，系統(tǒng)是Ubuntu14.。
但是試著跑了CP2K官網(wǎng)的幾個(gè)例子，在水的幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化那兒就跑不動(dòng)了，報(bào)的是內(nèi)存錯(cuò)誤，應(yīng)該是PC帶不動(dòng)了，那接下來(lái)必須得試著在服務(wù)器上安裝了。我們這邊服務(wù)器的類型是
這邊順帶插一句，就是關(guān)于在Linux系統(tǒng)下安裝軟件的問題。除了不同發(fā)行版自帶的包管理工具外，我們可以嘗試著從源碼安裝。因?yàn)樵诜?wù)器上我們是沒有root權(quán)限的，這種情況下就必須放棄包管理工具。但是這對(duì)沒在Linux下安裝過軟件的初學(xué)者來(lái)說(shuō)也是一項(xiàng)很艱巨的任務(wù)。這里有一篇參考博客關(guān)于Linux下軟件的安裝，初學(xué)者可以一看。
在服務(wù)器上，首先還是試著用那篇博客給出的方式來(lái)安裝。CP2K之所以難裝，一方面就在于其依賴很多跟數(shù)學(xué)和物理相關(guān)的包，譬如BLAS，LAPACK，FFTW等，可能有一個(gè)版本不合適，就會(huì)報(bào)出一堆的錯(cuò)誤。而且，CP2K的官網(wǎng)說(shuō)的很明白，對(duì)GCC的版本有要求，可憐我們服務(wù)器上默認(rèn)的版本太低，還得自己去裝,希望暑假過后新?lián)Q的機(jī)器上軟件版本能跟得上。
故事到這里并不是一個(gè)童話里的歡喜結(jié)局，這也是我寫這篇的目的所在。在我們的服務(wù)器上按照步驟來(lái)安裝老是報(bào)錯(cuò)，具體什么錯(cuò)誤也沒有留照保存，我們看的不是很懂，但估計(jì)是GCC編譯器的問題。
接下來(lái)偶然間在一個(gè)類似于計(jì)算化學(xué)公社的地方看到一篇帖子，大意是說(shuō)目前為了方便安裝CP2K，其4.1版本已自帶能一鍵安裝的腳本，腳本的位置比較隱蔽，反正我是找了挺久才在官網(wǎng)找到其位置，在目錄cp2k-4.1/tools/toolchain下有一個(gè)腳本install_cp2k_toolchain.sh，如圖：
下面介紹下這個(gè)腳本的功能，大致就是調(diào)用上圖中的scripts目錄下的各種包的安裝腳本，
如果包安裝都已完成，腳本再引導(dǎo)你做接下來(lái)幾步就能完成全部安裝過程，最終會(huì)在cp2k-4.1/exe下生成一個(gè)local目錄，內(nèi)容是串行和并行版的cp2k.*可執(zhí)行程序。
我在PC上測(cè)試了下這個(gè)腳本是否是可用的，大概一兩個(gè)小時(shí)后，發(fā)現(xiàn)確實(shí)編譯成功了并生成了各個(gè)版本的可執(zhí)行文件。但是在服務(wù)器上這個(gè)方法又出現(xiàn)了些小問題，譬如很多次出現(xiàn)了域名沒有辦法解析。
我們開始根據(jù)錯(cuò)誤指示的位置一步步去檢查scripts下的安裝腳本，這些安裝腳本的工作機(jī)制是一樣的，首先檢查 cp2k-4.1/tools/toolchain/build下是否有所需要的安裝包，下圖里展示的是install_fftw.sh的內(nèi)容。
如果在服務(wù)器上已經(jīng)安裝了fftw，我們還可以通過在運(yùn)行腳本時(shí)指定命令行參數(shù)來(lái)指定安裝的fftw的lib目錄的位置，像這樣 ./install_cp2k_toolchain.sh --with-fftw=[fftw_lib_dir](這里假定在 toolchain 目錄下)。如果腳本能在該目錄下找到需要的庫(kù)文件，就會(huì)直接輸出該包已經(jīng)安裝好的信息，并且開始下一個(gè)包的安裝。如果在 build 目錄下沒有需要的安裝包，就會(huì)聯(lián)網(wǎng)下載，很多問題就是出在這一步。
于是我們接下來(lái)就將之前在PC上通過這個(gè)腳本安裝的cp2k-4.1下面的 build 目錄里面的所有壓縮包(這個(gè)腳本寫的就是這樣，這些安裝包沒有刪除)發(fā)送到服務(wù)器的cp2k-4.1下面的 build 目錄，那么腳本就不會(huì)啟動(dòng)聯(lián)網(wǎng)下載，而是直接開始安裝每個(gè)包了。這里需要提一下的是 MKL 庫(kù)，這個(gè)庫(kù)可以選擇安裝，因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)的功能基本就由 BLAS 和 LAPACK 共同實(shí)現(xiàn)了，可以通過命令行選項(xiàng)--with-mkl=no來(lái)取消對(duì) MKL 的檢查。
安裝各種包的過程也不是一帆風(fēng)順的，一些數(shù)學(xué)和物理的包沒有問題，像是BLAS，LAPACK，LIBINT，LIBXC等等，最難裝的還是GCC，我們的服務(wù)器上的GCC版本不夠，個(gè)人分配的空間也不大，就沒有試著在那邊裝了。后來(lái)是換到了天河二號(hào)上安裝，在那邊沒有重新安裝GCC，基本上是一次成功了。
這里還有個(gè)小插曲，在安裝成功各個(gè)包去到makefile下make的時(shí)候，死活編譯不過去，并提示是 cp2k 源碼的錯(cuò)誤。當(dāng)時(shí)的心情真是跟坐過山車一樣刺激，師兄跟我繃不住了，最終師兄決定去請(qǐng)教一個(gè)專門搞軟件開發(fā)的合作者。到了第二天，師兄喊我去繼續(xù)安裝，說(shuō)是那個(gè)合作者一眼瞅了輸出信息就大致知道了是 BLAS 還是 LAPACK 安裝時(shí)出的問題，可能是鏈接的庫(kù)給錯(cuò)了，也可能是安裝的時(shí)候 make 出來(lái)的靜態(tài)庫(kù)不對(duì)。反正最后是重新編譯了一下 BLAS 還是 LAPACK 結(jié)果一路綠燈安裝成功。這里是可執(zhí)行文件：
這幾天在天河二號(hào)上跑了一下水的幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化和尿素溶于水的QMMM算法的例子，都跑出來(lái)了，沒有問題。對(duì)于編譯過很多類似軟件的老司機(jī)來(lái)說(shuō)，這些問題可能都不是問題，但是對(duì)于剛?cè)腴T的初學(xué)者來(lái)說(shuō)，走這些彎路很耗費(fèi)精力，考驗(yàn)?zāi)托摹?/p>
我寫的這一篇并不是手把手地指導(dǎo)入門者去怎么樣怎么樣安裝，但這是所有初學(xué)者最渴望的事情，有一篇萬(wàn)能的一步一步的指導(dǎo)手冊(cè)，躺著鍵入一些代碼就行。但是考慮到各個(gè)機(jī)器的型號(hào)和性能，以及系統(tǒng)和所安裝軟件的版本也不盡相同，可能還不能有一些萬(wàn)能的安裝模板。
安裝這個(gè)軟件大概消耗了我小兩周的時(shí)間，如果讓我總結(jié)一些一般性的指導(dǎo)原則，大概就是：
- 安裝那些依賴的數(shù)學(xué)庫(kù)和物理庫(kù)的時(shí)候要格外小心，要生成正確的靜態(tài)庫(kù)，并在后續(xù)安裝時(shí)要給出正確的靜態(tài)庫(kù)的位置。
- 如果提示有源碼錯(cuò)誤，那估計(jì)是安裝的依賴庫(kù)有問題。
- GCC 和其他一些庫(kù)的版本很重要，一定要根據(jù)官網(wǎng)的指示來(lái)。
