Mpich_linux-centos7.9系统下编译安装调用

本篇主要是讲解在linux-centos7.9系统中，如何编译各个版本的MPICH并导入到当前用户或系统环境中，以及编译过程中重要参数，编译后如何调用等。

一、★Mpich软件定义：

MPI是一个跨语言的通讯协议，用于编写并行计算机。支持点对点和广播。MPI是一个信息传递应用程序接口，包括协议和和语义说明，他们指明其如何在各种实现中发挥其特性。MPI的目标是高性能，大规模性，和可移植性。MPI在今天仍为高性能计算的主要模型。通过安装MPICH构建MPI编程环境，从而进行并行程序的开发。MPICH是MPI（Message-Passing Interface）的一个应用实现，支持最新的MPI-2接口标准，是用于并行运算的工具。
mpich官方网址
mpich github下载地址

二、★Mpich软件版本：

Mpich主流稳定的版本：
1. mpich2-1.4.1p1.tar.gz
2. mpich-3.4.3.tar.gz

三、★Mpich2-1.4.1编译安装

３.１静态库的GNU编译(lib文件只含有静态库)

第一种模式： 利用centos7.9自带的gnu编译器gcc/g++/gfortran4.8.5进行默认参数编译
应用范围： 不需要调用mpich动态库，且调用mpich进行编译的源码不含有fortran源码

# 这种模式下编译的mpich,产生的lib文件下是没有动态库*.so和fortran库文件libmpichf90.so
tar -zxvf mpich2-1.4.1p1.tar.gz
cd mpich2-1.4.1p1
./configure --prefix=指定mpich2安装路径
make
make install

第二种模式： 链接Intel编译器icc/icpc/ifort进行默认参数编译
应用范围： 系统已安装intel编译器并导入到当前环境中，不需要调用mpich动态库，且调用mpich进行编译的源码不含有fortran源码

# 这种模式下编译的mpich和intel进行了绑定，但产生的lib文件下是没有动态库*.so和fortran库文件libmpichf90.so
tar -zxvf mpich2-1.4.1p1.tar.gz
cd mpich2-1.4.1p1
CC=icc CXX=icpc FC=ifort F77=ifort \
./configure --prefix=指定mpich安装路径
make
make install

３.２动态库的Intel编译(lib文件含有动态库和静态库)

第一种模式： 利用centos7.9自带的gnu编译器gcc/g++/gfortran4.8.5进行允许动态库参数编译
应用范围： 需要调用mpich动态库，且调用mpich进行编译的源码含有fortran源码

# 这种模式下编译的mpich,产生的lib文件会有动态库*.so和fortran库文件libmpichf90.so
tar -zxvf mpich2-1.4.1p1.tar.gz
cd mpich2-1.4.1p1
./configure --prefix=指定mpich2安装路径 \
--enable-cc --enable-cxx \
--enable-fc --enable-f77 \
--enable-shared
make
make install

第二种模式： 利用Intel编译器icc/icpc/ifort进行允许动态库参数编译
应用范围： 系统已安装intel编译器并导入到当前环境中，需要调用mpich动态库，且调用mpich进行编译的源码含有fortran源码

# 这种模式下编译的mpich和intel进行了绑定，产生的lib文件下有动态库*.so和fortran库文件libmpichf90.so
tar -zxvf mpich2-1.4.1p1.tar.gz
cd mpich2-1.4.1p1
CC=icc CXX=icpc FC=ifort F77=ifort \
./configure --prefix=指定mpich安装路径 \
--enable-cc --enable-cxx \
--enable-fc --enable-f77 \
--enable-shard
make
make install

注意! Mpich2的版本中，mpich2以内的版本默认安装是没有加入允许构建动态库的参数的，所以如果不加编译好的库文件里是没有动态库文件的。这种情况会导致，一些调用mpich2软件在编译过程种因无法找到mpich的动态库而编译失败。

四、★Mpich-3.4.3编译安装

４.１Gnu编译版本

此版本直接调用centos7.9自带的gnu编译器进行编译，相对于mpic2版本中增加一个参数–with-device=ch4:ofi 绑定Fortran的参数改为 --enable-fortran

tar -zxvf mpich-3.4.3.tar.gz
cd mpich-3.4.3
./configure --prefix=指定mpich安装路径 \
--enable-cxx --enable-cc \
--enable-fortran \
--enable-shared \
--with-device=ch4:ofi

４.２Intel编译版本

此版本需要调用intel编译器进行编译，相对于mpic2版本中增加一个参数–with-device=ch4:ofi 绑定Fortran的参数改为 --enable-fortran

tar -zxvf mpich-3.4.3.tar.gz
cd mpich-3.4.3
CC=icc CXX=icpc FC=ifort F77=ifort \
./configure --prefix=指定mpich安装路径 \
--enable-cxx --enable-cc \
--enable-fortran \
--enable-shared \
--with-device=ch4:ofi

注意! Mpich3以内的版本都默认编译动态库，所以如果不想编译生成动态库文件，可以把参数–enable-shared替换成–enable-shared=no 如果不想链接fortran,直接删除参数–enable-fortran就可以了。

注意! 无论是GUN或是Intel编译的哪种mpich版本，都建议使用绑定C++和FORTRAN的方式进行编译安装，它会比默认安装方式多生成*_cxx.so等动态库，根据作者经验在后续很多开源CAE软件调用mpich的时候，都需要调用。

五、★Mpich环境加载

无论哪个版本的mpich安装完成后，我们需要调用它的可执行文件/库文件等，就需要导入到当前的环境中，这里给出两种模式的导入方式，第一种情况适合在个人linux操作系统，第二种情况适合在管理HPC(高性能计算集群)的环境下。

5.１个人主机环境

vim ~/.bashrc #打开个人环境配置文件.bashrc,增加如下命令，保存退出
export MPI_ROOT=指定自己mpich的安装路径
export PATH=$MPI_ROOT/bin:$PATH
export LD_LIBRARY_PATH=$MPI_ROOT/lib:$LD_LIBRARY_PATH

source ~/.bashrc # 执行立即生效命令

5.２HPC集群环境

module avail  #确定当前是否安装Environment Modules软件包，如果有可以看到环境配置文件路径
cd /当前环境的路径/modules5/modulefiles #进入到自己Environment Modules中的配置目录中
mkdir mpich;cd mpich
vim 1.4.1  # 新建文件，以mpich的版本号为名字加以区分，增加如下命令，保存退出
#%Module1.0
## Module file created by author
conflict mpich
proc ModulesHelp { } {puts stderr "by gcc 4.8.5"
}
prepend-path PATH "指定mpich的安装路径/bin"
prepend-path LD_LIBRARY_PATH "指定mpich的安装路径/lib"

module avail
module load mpich/1.4.1  #导入mpich环境

注意! 如果你的mpich 编译的时候使用了intel编译器，那么当你导入mpich环境的时候，也需要导入intel编译器的环境。

六、★Mpich验证

无论哪种导入方式，当导入mpich环境成功后，我们就需要验证一下是否导入成功。

6.1 mpich验证GNU编译方式

mpichversion # 查看安装版本信息命令，如下图所示。所有mpich版本都适用

如上图所示，当发现MPICH CC /CXX/F77/FC后面指定是gcc/g++/gfortran的时候，说明当前的mpich编译的时候是指定了GNU编译器,且没有–enable-fortran参数，说明没有链接fortran库。

6.2 mpich验证Intel编译方式

如上图所示，当发现MPICH CC /CXX/F77/FC后面指定是icc/icpc/ifort的时候，说明当前的mpich编译的时候是指定了Intel编译器，同时有参数–enable-fortran，说明链接了Fortran库

七、★Mpich并行计算调用

7.1 并行方式区别

注意! 在调用mpich前，需要先了解一下现在主流的几种并行调用方式：openmp openmpi mpich

1. openmp 是针对单台服务器上多核/多CPU并行计算，也就是说，OpenMP适合单台服务器共享内存结构上的并行计算，而不能进行多台服务器跨节点的并行计算。如果计算数据网格量大，需要多台服务器并行计算提高计算速度，那它就不适合。
2. openmpi 是可以在单台服务器上多核/多CPU并行计算，也可以进行多台服务器跨节点的并行计算，同时在并行的通信网络标准上可以调用infinibind，也就是IB网络，它具有极高的吞吐量和极低的延迟，现在主流的可以达到100Gbps,当然还有更高的。适合超大规模的数据并行计算，在各大高性能超算中心都基本使用它。
3. mpich 它和openmpi一样也是可以在单台和多台服务器之间进行并行计算，最主要的区别是在通信网络标准上它只能走Ethernet，也就是我们常见的RJ45口。虽然现在也有万兆的光口了，但是主流的还是10/40Gbps,所以在进行大规模数据并行计算的时候，是没有openmpi并行效率高的。适合中小规模的数据并行计算。

7.2 mpich并行调用

在调用mpich前，一定要保证mpich的环境已经导入当前的环境中，一般求解器编译的时候加载的是什么版本的mpich,那么在进行并行计算的时候也要加载对应的版本。举例的求解器为我在Dust_Windows_cygwin编译安装文章中编译的求解器。Dust-Linux_Centos7.9离线编译安装

# 单台服务器并行调用
mpichversion  # 查看当前环境时候是否加载mpich，同时核对版本
ls -l dust # 进入到需要调用求解器所在的目录中,并查看求解器是否有可执行权限
chmod +x dust # 如果没有，就增加可执行权限
mpirun -np 8 ./dust # 运行并行命令, 8 是并行的核数，具体数值根据当前自己核数确定

# 多台服务器，跨节点并行调用
mpichversion  # 查看当前环境时候是否加载mpich，同时核对版本
ls -l dust # 进入到需要调用求解器所在的目录中,并查看求解器是否有可执行权限
chmod +x dust # 如果没有，就增加可执行权限
touch hostname # 新建多台服务器主机名文件
echo -e "node1\nnode2\nnode3" >> hostname# 写入node1 node2 node3，它们是服务器的主机名
mpirun -np 24 -f hostname ./dust # -f 指定读取主机名的文件hostname，并自动给每个主机分配8核

八、★最后

以上内容都是经过实战验证过的，因并行软件库在很多的CAE软件中都会调用，因此后续会继续编写openmpi的详细编译过程和在高性能集群中的调用命令。
OpenMPI_linux-centos7.9系统源码编译安装调用

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