Ubuntu如何安装Fortran科学计算库

Ubuntu 安装 Fortran 科学计算库

一 准备编译器与基础工具

• 更新软件源并安装 gfortran 与基础构建工具：
  • sudo apt update
  • sudo apt install gfortran build-essential
• 验证安装：
  • gfortran --version
• 如需特定版本（例如 gfortran-7/9/10/11），可安装对应包并使用 alternatives 切换默认版本：
  • sudo apt install gfortran-11
  • sudo update-alternatives --config gfortran
  • 按提示选择所需版本号

二 安装常用数值库

• 基础线性代数
  • 安装 OpenBLAS（高性能 BLAS 实现）与 LAPACK（线性代数高层库）：
    • sudo apt install libopenblas-dev liblapack-dev
  • 可选：安装 LAPACKE（C/Fortran 接口）与测试库：
    • sudo apt install liblapacke-dev libtmglib-dev
• 快速傅里叶变换
  • 安装 FFTW3（单/双精度与多线程变体）：
    • sudo apt install libfftw3-dev libfftw3-mpi-dev
• 其他常用数值库
  • 安装 ATLAS（自动调优 BLAS/LAPACK）：
    • sudo apt install libatlas-base-dev libatlas-dev
• 说明
  • 上述库为科学计算中最常用的基础组件，覆盖 BLAS/LAPACK/FFTW/ATLAS 等核心功能，足以满足多数 Fortran 数值计算需求

三 从源码编译安装 LAPACK 与 BLAS（可选）

• 适合需要特定版本或自定义优化（如针对目标 CPU 的调优）的场景。
• 步骤概览
  • 下载 LAPACK 源码（例如 lapack-3.6.1.tgz），解压并进入目录：
    • wget http://www.netlib.org/lapack/lapack-3.6.1.tgz
    • tar -xzf lapack-3.6.1.tgz & & cd lapack-3.6.1
  • 复制示例配置并按需修改 Make.inc，然后编译：
    • cp make.inc.example make.inc
    • make
  • 编译完成后得到静态库（如 liblapack.a、librefblas.a、libtmglib.a），可拷贝至系统库目录（如 /opt/local/lib）以便统一管理与链接

四 编译与链接示例

• 使用系统库的典型编译命令
  • 示例：求解线性方程组 A·x = b，调用 LAPACK 的 dgesv（双精度）
    • 编译：gfortran -O3 -o solve solve.f90 -llapack -lopenblas
    • 说明：
      • -O3 开启优化；-llapack 链接 LAPACK；-lopenblas 链接 OpenBLAS（BLAS 实现）
      • 若已安装 LAPACKE，也可使用其 C/Fortran 接口库进行调用
• 使用 Intel MKL（可选，需已安装 MKL）
  • 示例链接方式（按 MKL 链接线选择其一，示例为 LP64、顺序库）：
    • gfortran my_program.f90 -L${ MKLROOT} /lib/intel64 -lmkl_lapack95_lp64 -lmkl_blas95_lp64 -mkl -o my_program
  • 提示：MKL 提供高度优化的 BLAS/LAPACK 实现，适合追求极致性能的场景

五 验证与常见问题

• 快速验证
  • 运行 gfortran --version 确认编译器可用
  • 编译并运行一个调用 LAPACK/BLAS 的最小示例，检查返回信息（如 INFO=0 表示成功）
• 常见问题
  • 找不到库或链接失败：确认已安装对应的 -dev 包，并在链接命令中包含 -llapack -lopenblas（或 -lmkl_* 若使用 MKL）
  • 多线程性能：如使用 OpenBLAS，可通过环境变量控制线程数（例如 OMP_NUM_THREADS、OPENBLAS_NUM_THREADS）
  • 需要特定编译器版本：使用 update-alternatives 切换 gfortran 版本，确保与库版本匹配

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