LAMMPS编译
LAMMPS编译
fatcharm（肥超）
前言：
2007年，曾写过《lammps学习指南》，反响不错，颇为欣慰。LAMMPS的发展可以说是日新月异，相比三年前，更是有了很大的变化。结合RCS的发行，我想再写一个连载，题目暂定做《LAMMPS Step by Step》。
只所以想写这样一个连载，仅仅是对于自己使用LAMMPS的一个总结，其中的大部分内容，来自LAMMPS手册、mdbbs上【LAMMPS】版的讨论，以及平时跟网友的交流。使用LAMMPS遇到的任何问题，不能依赖别人，查阅手册是王道。提问之前，请阅读RCS第1期中的《你是合格的菜鸟吗？》一文。
既然是一个连载，故从LAMMPS编译开始讲起。本文中，并不是严格采用简单列举LAMMPS编译步骤的方式，而是希望通过讲解，让读者对LAMMPS的整个编译过程有自己的理解，从而可以在理解的基础进行编译。再次建议，请仔细阅读LAMMPS手册2.2和2.3两节中的相关内容。
一。准备
需要准备：LAMMPS源代码，Linux系统，编译器，合适的Makefile文件，必要的库文件（MPI，FFTW等）。
（1）LAMMPS源代码：
可以从官方网站下载，解压等操作不再阐述，参考以下命令：
gunzip lammps*.tar.gz
tar xvf lammps*.tar
（2）Linux系统：
个人还是偏爱Linux系统下的LAMMPS计算。
关于Windows版本：LAMMPS官方已经提供一个相对比较全的版本（includes MPI&an FFT library, built with all packages except: gpu, meam, opt, reax, xtc, user-atc, user-imd）。新手可以拿这个版本练习。如果要自己编译，那么/src/MAKE/Windows/中有可供参考的信息。除此之外，可以考虑Windows下的Cygwin。如果你打算长期以LAMMPS作为你的模拟工具，强烈推荐相关的Linux版本。
（3）编译器：
目前LAMMPS推出的是C++版本的（LAMMPS 2001和LAMMPS99 分别为Fortran90和Fortran77版的，但LAMMPS 2001仅更新至2005年1月）。故需要C++编译器，推荐Intel的icc（有非商业免费版本）或g++。如何安装，请到网上搜索。
如果需要添加MEAM和REAX等package，那么还需要Fortran编译器，推荐Intel的ifort或gfortran。
（4）Makefile文件：
按照你的平台在/src/MAKE/目录中选择合适你的Makefile文件，如果没有那么考虑Makefile.g++3或Makefile.linux。一般都需要进行必要的修改，下一节详述。
（5）MPI和FFTW的配置：
以MPICH 2.1为例，介绍其安装步骤，可以下载MPICH 1.2。
下载之后解压相关文件，进入其目录，然后依次执行以下命令：
./configure --prefix=指定的安装路径
make
make install
但是，这并不意味这你就可以进行并行计算了，还需要进行相关的配置。关于MPI的详细配置，请搜索网络中的介绍，此处不再详述。
关于FFTW，注意要下载FFTW 2.1.5，而不是其它较新的版本。解
压后，进入目录，依次执行以下命令：
./configure --prefix=指定的安装路径
make
make install
二。Makefile文件
Makefile定义了一系列的规则来指定，/src中哪些文件需要先编译，哪些文件需要后编译，甚至于其它更复杂的功能操作。在2010年1月份发行的版本中，LAMMPS已经对Makefile的结构作了很大的调整，以使其更为合理和清晰。关于Makefile更深层次的理解，请在网上搜索《跟我一起写Makefile（by 陈皓）》。对LAMMPS这样一个庞大的体系来说，文件/src/Makefile指定了编译LAMMPS的所有规则，而用户可能需要对/src/MAKE/Makefile.***（下文可能简称为Makefile文件）进行修改。下面，以/src/MAKE/Makefile.g++3为例，对其进行简要解析。
# g++ = RedHat Linux box, g++, MPICH2, FFTW
SHELL = /bin/sh
# ---------------------------------------------------------------------
# compiler/linker settings
# specify flags and libraries needed for your compiler
CC = g++
CCFLAGS = -g -O
DEPFLAGS = -M
LINK = g++
LINKFLAGS = -g -O
LIB =
ARCHIVE = ar
ARFLAGS = -rc
SIZE = size
CC：C编译器的名称
CCFLAGS：C编译器的选项
DEPFLAGS：使C++编译器生成每个源文件（.cpp文件）的依赖文件（.d文件）。大多数的C/C++编译器都支持一个“-M”的选项，自动找寻源文件中包含的头文件，并生成一个依赖关系。
# ---------------------------------------------------------------------
# LAMMPS-specific settings
# specify settings for LAMMPS features you will use
# LAMMPS ifdef options, see doc/Section_start.html
LMP_INC = -DLAMMPS_GZIP
如果你的系统支持popen命令，那么-DLAMMPS_GZIP将允许编译的LAMMPS使用 read_data和dump读写gzip文件。
# MPI library, can be src/STUBS dummy lib
# INC = path for mpi.h, MPI compiler settings
# PATH = path for MPI library
# LIB = name of MPI library
MPI_INC = -DMPICH_IGNORE_CXX_SEEK
MPI_PATH =
MPI_LIB = -lmpich -lpthread
如果你直接只用mpiCC来编译LAMMPS，那么以上三行可以不做改动。否则，在MPI_INC一行中添加mpi.h的路径，一般为“-I/指定的MPI安装路径/include”；在MPI_PATH一行中，添加mpich.a的路径，一般为“-L/指定的MPI安装路径/lib”
# FFT library, can be -DFFT_NONE if not using PPPM from KSPACE package
# INC = -DFFT_FFTW, -DFFT_INTEL, -DFFT_NONE, etc, FFT compiler settings
# PATH = path for FFT library
# LIB = name of FFT library
FFT_INC = -DFFT_FFTW
FFT_PATH =
FFT_LIB = -lfftw
如果你的模拟中，不需要计算长程库伦力，那么，可以将FFT_INC一行中的-DFFT_FFTW改为-DFFT_NONE。否则在FFT_INC一行中添加fftw.h的路径，一般为“-I/指定的FFTW安装路径/include”；在FFT_PATH一行中，添加fftw.a的路径，一般为“-L/指定的FFTW安装路径/lib”
# additional system libraries needed by LAMMPS package libraries
……
此处几行
省略，留到本文第四部分中讲述。
# ---------------------------------------------------------------------
# build rules and dependencies
# no need to edit this section
……
此处省略n行，既然无需修改，不做详述。
三。单机版本和并行版本
之所以将这两个放在一起，实际上从编译LAMMPS的角度来说，这两者没有太大的区别。简单说，都需要在Makefile内指定MPI的位置。不同的是，所谓的单机版本，是使用/src/STUBS/目录中的伪MPI库来代替真正的MPI。编译单机版LAMMPS的Makefile文件可参考/src/MAKE/Makefile.serial。编译之前，需要进入/src/STUBS/，执行make命令（编译之前可能需要修改该目录下的Makefile文件），生成libmpi.a。而对于并行版本，只要按照前面两部分讲述的MPI安装配置以及相应Makefile的修改之后，即可编译得到并行LAMMPS版本。
四。各个package
关于这部分，手册2.3节有很详细的叙述，下面大部分为其摘要。
（1）添加或者删除某个/些package采用这些命令（具体含义请查阅手册）：
make yes-***, make no-***, make yes-standard, make no-standard, make yes-user, make no-user, make yes-all, make no-all"
如果有添加或删除package的动作，则自动修改src/Makefile.package文件，并在编译时候调用。
（2）如要添加POEMS，则编译LAMMPS前需要到/lib/poems/目录中编译该package。
（3）如要添加MEAM或REAX，则编译LAMMPS前需要到/lib/meam/或/lib/reax/目录中编译相应package。注意，这两个package的源文件是用Fortran写的。为避免两种代码之间的调用不出现麻烦，需要修改Makefile中的meam_SYSLIB，reax_SYSLIB，meam_SYSPATH，reax_SYSPATH等几行，请参考Makefile.g++3或Makefile.linux。
（4）如要添加USER-ATC，则编译LAMMPS之前到/lib/atc/目录中编译该package，并修改相应的Makefile文件中的user-atc_SYSLIB和
user-atc_SYSPATH两行。
（5）如果要添加GPU，则需要系统安装NVIDIA Cuda相关工具，并在/lib/gpu/编译，同时需要修改Makefile文件中的gpu_SYSLIB
和gpu_SYSPATH两行。关于在GPU上运行LAMMPS，请阅读手册2.8节。
（6）以上各个package的编译，请到各自目录下选择合适的Makefile文件，或者进行必要的修改。
# these settings are IGNORED if the corresponding LAMMPS package
#
(e.g. gpu, meam) is NOT included in the LAMMPS build
# SYSLIB = names of libraries
# SYSPATH = paths of libraries
gpu_SYSLIB = -lcudart
meam_SYSLIB = -lgfortran
reax_SYSLIB = -lgfortran
user-atc_SYSLIB = -lblas -llapack
gpu_SYSPATH = -L/usr/local/cuda/lib64
meam_SYSPATH =
reax_SYSPATH =
user-atc_SYSPATH =
五。自己添加新代码
目前LAMMPS对于这部分编译也处理得比以前更为简单（以前还需要修改/src/目录下的user_style.h文件，现在相关的style文件都是自动生成的）。如果自己添加了
新的LAMMPS代码文件，以实现你需要的新功能。那么，需要将你写的*.cpp以及*.h文件放置在/src/目录中，然后进行编译LAMMPS。
如何写新代码，这不是本文讨论的范畴，但是要保证添加新代码后编译成功，相应的.h和.cpp应该符合特定的结构，可参考/src/目录中已有的文件以及阅读手册第8章。
六。编译LAMMPS
如果以上这些，都已进行完毕，而且，你在/src/MAKE/目录中选择的Makefile文件的名字为，Makefile.***。那么，在/src/目录下执行“make ***”命令，如果编译成功，会在该目录下生成lmp_***可执行程序。
七。其它常见问题
（1）首次编译过程中的n多“警告”
Makefile:93: ******.d: No such file or directory
原因，在Makefile.g++的第90-93行，分别是：
# Individual dependencies
DEPENDS = $(OBJ:.o=.d)
include $(DEPENDS)
由于是首次编译，尚未生成.d文件，所以include命令无法找到相关的.d文件。编译结束之后，会在Obj_g++生成一系列的.d文件。关于这些文件的作用，注释行已经说明（Individual dependencies），请自行搜索解释。
（2）mdbbs的【LAMMPS】版上不止一位网友问起修改源代码之后是否必须重新编译LAMMPS才能生效。答案是肯定的。
（3）如果编译LAMMPS不成功，查看系统提示的Error信息，一般会告诉你是哪个库文件找不到，诸如此类。那么检查你的Makefile文件中指定的路径是否正确。
（4）可在mdbbs中搜索【LAMMPS】版中以“编译”为主题的帖子，看看其它问题的解决办法。
八。结语
（1）不同的Linux平台，大同小异。如有其它问题，请到mdbbs的【LAMMPS】版讨论。
（2）感谢以下网友：寒城孤云，362720651，nick_yang107，mechanicslee，托雷斯，realasking等，本文的写作从你们在mdbbs【LAMMPS】的帖子中得到了启发。
（3）本人水平毕竟有限，错误之处，请联系fatcharm@https://www.360docs.net/doc/fe18172961.html,