Übung zur LV Grundlagen der Numerischen Thermofluiddynamik

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1 Übung zur LV Grundlagen der Numerischen Thermofluiddynamik Einführung in UNIX/LINUX 1. Allgemeines UNIX ist ein Betriebssystem, das insbesondere auf Großrechneranlagen, Workstations und in Form von LINUX auch auf PCs zum Einsatz kommt. Es ist auf die Verwaltung vieler Benutzer auf vernetzten Computern ausgerichtet. Von den diversen Features des Systems werden hier nur sehr wenige benutzt werden. Deshalb ist eine kurze Einweisung in die wichtigsten Befehle ausreichend. Im Rahmen der Übungen wird eine LINUX-Version verwendet, die unter einer X-[Windows] Umgebung läuft. Zum Arbeiten muß deshalb zuerst eine sog. Shell, das ist ein Fenster, in dem Befehle eingegeben werden können, gestartet werden. Zu beachten ist vor allem, daß LINUX im Gegensatz zu MSDOS zwischen Groß und Kleinbuchstaben unterscheidet. Das gilt sowohl für Befehle als auch für Dateinamen. Es können also durchaus drei unterschiedliche Dateien hallo, HALLO und Hallo in einem Verzeichnis existieren. Genauso ist es auch mit allen Kommandos, die normalerweise in Kleinbuchstaben eingegeben werden müssen. Fast alle Programme sind in der einen oder anderen Form dokumentiert. Im besten Fall gibt es eine HTML-Doku, aber auch die man- oder info-pages sind meist recht hilfreich, wenn man mit einem Kommando nicht so recht weiter weiß. Eine umfangreichere Einführung in das Betriebssystem UNIX/LINUX findet man z.b. auf den Internetseiten der ZRZ Darüber hinaus gibt es diverse Bücher zu diesem Thema, z.b. die recht beliebte und leicht verständliche Einführung von Michael Kofler LINUX Installation, Konfiguration, Anwendung vom Addison-Wesley Verlag, das man z.b. bei Lehmanns für rund 50 Euro bekommt. Wer noch nicht so firm im Programmieren ist, kann sich Unterlagen von den HFI-Seiten unter Lehre CFDI Übungen herunterladen. 1

2 2. Kommandos/Programme cfdpasswd Zu Beginn der Veranstaltung wird jedem Teilnehmer ein account mit einem Standard- Paßwort eingerichtet. Jeder User muß bis spätestens zum sein Kennwort ändern, ansonsten wird der account gesperrt. Zum Ändern des Paßwortes ist das Kommando cfdpasswd einzugeben. Zuerst müßt Ihr zweimal das neue Paßwort eintippen, danach einmal das alte (bind password). Es können (und sollten) dabei Worte mit Buchstaben, Zahlen und Sonderzeichen verwendet werden. Bitte verwendet als Paßwort nicht Euren Namen o.ä. und vergeßt Euer Paßwort nicht!! cfd-mymail Falls Ihr mal Eure -adresse vergeßt, könnt Ihr sie Euch mit cfd-mymail am Bildschirm anzeigen lassen. man Zu den meisten Programmen und Kommandos gibt es sogenannte man-pages. Dabei handelt es sich um mehr oder minder verständliche Kurz-Dokumentationen (meist auf Englisch), die man sich mit dem Befehl man ansehen kann. Gibt man in der Kommandozeile z.b. man cp ein, kann man nachlesen, wie man Dateien unter LINUX kopiert. Mit den Pfeiltasten kann man innerhalb der Seiten zeilenweise, mit [CTRL]-F und [CTRL]-B seitenweise hochund runterblättern. Um nach einem Begriff innerhalb der Seite zu suchen, drückt man die / -Taste und gibt anschließend den Suchbegriff ein. Mit q verläßt man die man-page wieder. info Eine deutlich ausführlichere Dokumentation findet man häufig auf den info-pages. Mit info cp ruft man die entsprechende Seite für den Befehl cp auf. Die Steuerung in den Seiten ist leider etwas umständlich. Durch drücken der? -Taste gelangt man zur Hilfe, in der man alle Feinheiten zur Steuerung in den info-pages nachlesen kann. ls Listet den Inhalt des aktuellen Verzeichnisses auf. Dabei können verschiedene Optionen an den Befehl angehängt werden, z.b.: l a R listet zusätzlich alle Datei-Informationen auf listet auch versteckte Dateien auf listet auch den Inhalt aller Unterverzeichnisse auf Die Eingabe von ls -lart zeigt alle Dateien mit allen Informationen in der Reihenfolge an, in der sie erstellt wurden. 2

3 cd Mit diesem Kommando wechselt man das Verzeichnis. Bei Eingabe von cd DATEN wird in das Verzeichnis DATEN gewechselt. Dabei kann cd sowohl den absoluten Pfad, als auch einen relativen Pfad angeben. Beispiel: Man befindet sich im Verzeichnis /home/svr50 und möchte nach /home/svr50/cfd wechseln. Es gibt zwei Möglichkeiten: cd /home/svr50/cfd cd cfd absoluter Pfad relativer Pfad Ein Wechsel ins übergeordnete Verzeichnis erfolgen mit cd... Das Leerzeichen hinter cd nicht vergessen! cp Um Dateien zu kopieren, wird das Kommando cp benutzt. Dabei müssen Quelle und Ziel angegeben werden. Soll beispielsweise eine Datei test kopiert und unter dem neuen Namen hallo gespeichert werden, so lautet das Kommando: cp test hallo Liegt test im übergeordneten Verzeichnis und soll unter dem Namen hallo in das Verzeichnis DATEN kopiert werden, so lautet der Befehl: cp../test DATEN/hallo Zwei nützliche Parameter bei der Verwendung von cp sind -i und -r. Mit -i wird vor dem (möglicherweise unbeabsichtigten) überschreiben bereits vorhandener Dateien gewarnt, mit -r können ganze Unterverzeichnisse rekursiv kopiert werden. Beispiel: cp -r DATEN/*../BACKUP/ kopiert alle Dateien einschließlich aller Unterverzeichnisse aus DATEN/ nach../backup/. Wichtig für Umsteiger von MSDOS/WINDOWS: Das folgende Umbenennen von Dateien funktioniert nicht: cp *.dat *.dat.bak Um ein Reihe von Dateien nach diesem Muster zu kopieren, kann man das Programm mmv benutzen: mmv -c "*.dat" "#1.dat.bak" kopiert alle Dateien, die auf.dat enden und hängt die Endung.bak an den Dateinamen an. 3

4 mv In ähnlicher Weise wie cp wird auch mv benutzt. Der einzige Unterschied besteht darin, daß die Quelldatei vom Kommando mv gelöscht wird. Es findet kein Kopieren sondern ein Bewegen der Daten statt. Das Umbenennen von mehreren Dateien nach einem bestimmten Muster kann ebenfalls mit mmv gemacht werden (siehe cp). rm Das Löschen von Dateien erfolgt unter LINUX mit Hilfe des Kommandos rm. Soll die Datei hallo gelöscht werden, so lautet der Befehl rm hallo Für das Löschen von Verzeichnissen kann die Option -r oder alternativ das Kommando rmdir benutzt werden, wobei letzteres ausschließlich leere Verzeichnisse löscht. Um den gesamten Inhalt des Verzeichnisses DATEN/ zu löschen kann also entweder rm DATEN/* rmdir DATEN/ oder rm -r DATEN/ verwendet werden. ACHTUNG! Es besteht bei LINUX keine Möglichkeit, Daten, die mit rm gelöscht wurden, zurückzuholen, sie sind auf Nimmerwiedersehen verloren. mkdir Mit Hilfe von mkdir kann ein neues Verzeichnis angelegt werden. Die Eingabe von mkdir DATEN legt im aktuellen Verzeichnis ein Unterverzeichnis mit dem Namen DATEN an. pwd Das Kommando pwd zeigt den vollständigen Namen bzw. Pfad zum aktuellen Verzeichnis an. Im Gegensatz zu MSDOS wird zur Trennung der einzelnen Verzeichnisnamen im Pfad der einfache Schrägstrich / verwendet. mc Wer unter MSDOS gearbeitet hat kennt vielleicht den Dateimanager Norton Commander. Mit diesem Programm konnte man unter einer rudimentären grafischen Oberfläche Dateien kopieren, verschieben, etc.. Der Midnight Commander ist ein ähnlich Programm unter LINUX und wird mit mc aufgerufen. lpr/kprinter 4

5 Mit dem Kommando lpr kann man eine Postscript-Datei ausdrucken. Es ist empfehlenswert, andere Dateiformate (z.b. ASCII oder PDF) vorher mit dem entsprechenden Programm nach Postscript zu konvertieren (siehe a2ps) oder aus der entsprechenden Anwendung heraus auszudrucken (z.b. mit acroread für pdf). Es sind zwar Filter vorhanden, die die Konvertierung beim Aufruf des lpr-kommandos vornehmen, diese führen aber nicht immer zum gewünschten Ergebnis. Komfortabler druckt es sich mit kprinter, damit hat man eine grafische Oberfläche zum Einstellen der verschiedenen Optionen. lpquota Alle Teilnehmer der Lehrveranstaltung haben ein Drucklimit von 20 Seiten pro Woche. Der Limitierungszeitraum ist fließend. Beispiel: Druckt man am Montag zwei und am Mittwoch 18 Seiten (Limit erreicht), sind am nächsten Dienstag wieder 2 Seiten und am nächsten Donnerstag nochmal 18 Seiten verfügbar. quota Mit diesem Kommando kann der Speicherplatz abgerufen werden, der jedem Teilnehmer noch zur Verfügung steht. Die Limits betragen in dieser Veranstaltung 150 MB (soft-limit - ist kurzfristig überschreitbar) bzw. 200 MB (hard limit - absolute Obergrenze). tar Das Kommando tar dient zur Erzeugung eines tar-archivs aus mehreren Dateien und/oder Verzeichnissen. Um den Inhalt eines Verzeichnisses DATEN/ zu einem tar-archiv zusammenzufassen, gibt man tar -cvf daten.tar DATEN/ ein. Der Parameter c bestimmt, daß ein Archiv erzeugt (von engl. create) werden soll, v (von engl. verbose) sorgt für Feedback auf dem Bildschirm und f (von engl. file) gibt an, daß das Archiv in eine Datei geschrieben werden soll. Um ein Archiv wieder zu entpacken, ersetzt man den Parameter c durch x: tar -xvf daten.tar -C temp/ In diesem Fall kann man mit -C ein Verzeichnis definieren, in das man den Inhalt hineinschreiben möchte. Läßt man diesen Parameter weg, wird der Inhalt des Archivs in das aktuelle Verzeichnis geschrieben. gzip/gunzip Zum Komprimieren von Dateien wird unter LINUX in der Regel gzip verwendet. Das entsprechende Programm zum Entpacken heißt gunzip. Mit gzip komprimierte Dateien sind an der Endung.gz zu erkennen. Um eine Datei zu Packen/Entpacken wird einfach das Programm gefolgt von dem Dateinamen eingegeben. So erzeugt beispielsweise gzip test.f 5

6 eine Datei test.f.gz, die mit gunzip test.f.gz wieder entpackt werden kann. psnup Mit dem Programm psnup kann man mehrere Seiten einer Postscript-Datei auf einer Seite darstellen. Mit psnup -nup 2 anleitung.ps anleitung-zweiseitig.ps macht man beispielsweise aus einem einseitigen Dokument anleitung.ps ein zweiseitiges Dokument anleitung-zweiseitig.ps. Das spart Platz und hilft, mit dem knappen Druckkontingent über die Runden zu kommen. g77 Quellcodedateien für Programme, die in FORTRAN geschrieben worden sind, tragen meist das Kürzel.f. Ein Beispielprogramm kann von den HFI-Seiten unter Lehre CFDI Software heruntergeladen werden. Es handelt sich dabei um ein tar-archiv, das zunächst in ein Verzeichnis entpackt werden muß (siehe tar). Das Programm berechnet ein NACA- Profil, welches als Liniengrafik (xmgr oder gnuplot) visualisiert werden kann. Um ein FORTRAN77-Programm zu übersetzen ( ˆ= kompilieren) wird der LINUX-FORTRAN- Compiler wird mit Hilfe von g77 naca.f aufgerufen. Dabei wird aus dem Quellcode in der angegebenen Datei ein ausführbarer Code erzeugt, der in die Datei a.out geschrieben wird. Soll das ausführbare Programm ( ˆ= Executable) einen anderen Namen, z.b. naca.exe tragen, muß die Kompilation mit g77 naca.f -o naca.exe durchgeführt werden. ifc Für FORTRAN95-Programme ist im Pool der Intel-Compiler ifc installiert. Die Syntax zum Kompilieren ist analog zum g77: ifc naca.f -o naca.exe Wichtige Optionen sind: -FR, um das freie Format im Quelltext verwenden zu können -w95, um Warnungen bei der Verwendung von FORTRAN95-Features zu unterdrücken -Vaxlib, um die Systembibliothek einzubinden und Systembefehle benutzen zu können 6

7 a2ps Um Textdateien auszudrucken, müssen diese erst mit dem Programm a2ps in das Postscript- Format umgewandelt werden, z.b. a2ps beispiel.txt -o beispiel.ps um eine Textdatei beispiel.txt in eine Postscript-Datei namens beispiel.ps zu konvertieren. Eine andere Möglichkeit ist, Textdateien direkt aus dem Editor (z.b. xemacs) heraus auszudrucken. Editoren Zum Bearbeiten von Textdateien kann der Editor vi verwendet werden. Eine ausführliche Beschreibung findet man z.b. unter Der Editor vi ist zwar in der Bedienung recht kryptisch und somit nicht jedermanns Sache, hat aber den Vorteil, daß er praktisch auf jedem System installiert ist und wenig Ressourcen verbraucht. Alternativen können z.b. (x)jed, nedit (zweckmäßig und intuitiv zu bedienen) oder natürlich (x)emacs (mächtiger, aber Ressourcen-intensiver Editor) benutzt werden. TIP: Alle genannten Editoren beherrschen sogenanntes Syntax-Highlighting, d.h. die Syntax verschiedener Dateitypen (z.b. Fortran- oder Latex-Datei) wird farblich angezeigt. Das ist gerade für Teilnehmer mit wenig Programmiererfahrung sehr nützlich. Wie man das Syntax-Highlighting aktiviert ist von Editor zu Editor unterschiedlich und kann z.b. auf den man- oder info-pages nachgelesen werden. xmgr/xmgrace Für die Erstellung von Liniengrafiken steht das Programm xmgr bzw. dessen Weiterentwicklung xmgrace zur Verfügung. Als Beispiel liegt eine Demonstrationsdatei demo.xmgr auf den HFI-Seiten unter Lehre CFDI Software. Die Datei kann in xmgr/xmgrace unter File Open eingelesen werden. Das Programm liest Daten im ASCII-Format ein, wobei diese spaltenweise abgelegt sein müssen, also z.b. eine Spalte für die X-Koordinate, eine Spalte für die Geschwindigkeit, etc. Je nachdem, wieviele Spalten die eingelesene Datei enthält, werden die Daten als Set (2 Spalten) oder Block Data (mehr als 2 Spalten) behandelt. Ansonsten ist das Programm selbsterklärend, außerdem gibt es eine gute HTML-Doku im Verzeichnis /usr/share/doc/packages/xmgrace/doc/. gnuplot Für Leute, die sich gerne mit der Kommando-Zeile herumschlagen gibt es zur Erstellung von Liniengrafiken auch gnuplot. Durch Eintippen von help nach dem Start von gnuplot 7

8 gelangt man zur recht umfangreichen Hilfe, außerdem gibt es eine info-page, die einem weiterhilft. 8

9 3. Arbeiten im Mikro-Pool Accounts Die accounts für den Mikro-Pool zum Bearbeiten der Hausaufgaben sind zunächst durch ein Standard-Paßwort geschützt, das Ihr in der Übung erfahrt. Nochmals der Hinweis: Ändert bitte beim ersten Einloggen das Kennwort, sonst wird der account spätestens am gesperrt! Auch den Usernamen erfahrt Ihr in der ersten Übung. Die accounts sind zunächst nur direkt im Mikro-Pool zugänglich und können von draußen nicht erreicht werden. Wenn Ihr Euer Paßwort geändert habt, könnt Ihr Euch ab dem darauf folgenden Montag auch von zu Hause per ssh auf login.cfd.tu-berlin.de und von dort weiter auf einem Rechner im Mikro-Pool einloggen. Bitte denkt daran, daß Ihr Rechnungen die Ihr von ausserhalb auf den PCs startet, mit nice -n +19 programm_name eine niedrige Priorität gebt, sonst kann man an dem entsprechenden Rechner nicht mehr arbeiten. Jobs, die nicht auf diese Weise ge-nice-d sind, werden u.u. von den Sys-Admins beendet, wenn sich jemand beschwert! Mailen Ihr bekommt für die Dauer der Lehrveranstaltung einen mail-account nach dem Muster erster Vorname.zweiter Mit cfd-mymail könnt Ihr Euch die mail-adresse anzeigen lassen. Wir empfehlen dringend, als mail-programm entweder kmail oder Netscape/Mozilla zu verwenden, da diese sich leicht konfigurieren lassen. Aus Zeitgründen können wir beim Einrichten anderer Programme in der Regel leider nicht helfen. Als outgoing mail server gebt Ihr im mail- Programm bitte smtp.cfd ein, der incoming mail server ist pop3.cfd. Vergeßt nicht, Euren Absender richtig zu konfigurieren, sonst könnt Ihr mails weder empfangen noch senden. Die maximale Größe von attachments beträgt 10 MB. Als Prüfintervall für eingehende Nachrichten stellt Ihr bitte mehr als 2 Minuten ein, sonst werden wir mit log-files überflutet. Alle, die ihre mails über einen anderen account abrufen wollen, können sich mit cfdforward ein forwarding einrichten. Bei neue Mail-Weiterleitung gebt Ihr dann eine durch Kommata getrennte Liste der mail-adressen ein, an die die Nachrichten weitergeleitet werden sollen. Beachtet, daß die mails auf dem HFI-account nur ankommen, wenn der erste Eintrag in der Liste Euer Benutzername ist, also z.b.: neue Mail-Weiterleitung: mustermann, mustermann@web.de Sonstiges Sowohl der Haupteingang als auch der Mikro-Pool sind duch ein Zahlenschloß geschützt. Die unmittelbare Nähe zum Bahnhof Zoo macht dies leider nötig. Den Tür-Code für den Haupteingang habt Ihr in der Anmeldungs-mail erhalten, der Code für den Mikro-Pool wird in der Übung bekannt gegeben. Essen, trinken, rauchen, etc. sind bekanntermaßen im Rechner-Raum verboten. Der Mikro- 9

10 Pool ist relativ neu, geht bitte vorsichtig mit den Geräten um. Um Texte einzugeben braucht man nicht mit Herkules-Kraft auf der Tastatur zu hämmern, zum Zeigen auf dem Bildschirm kann man statt den Fingern auch die Maus verwenden, etc.. Beim Einloggen achtet bitte darauf, das im entsprechenden Feld keine Leerzeichen vor dem Benutzernamen stehen. Das passiert z.b., wenn man den Bildschirmschoner durch mehrmaliges Drücken der Leertaste beendet. Man kann sich zwar aufgrund eines Fehlers im login- Manager so einloggen, es gibt dann allerdings Probleme mit diversen Programmen, da der Benutzername ja im Prinzip falsch ist. Auch dem besten Programmierer unterlaufen manchmal Fehler. Sollte eines Eurer Programme mal hängen bleiben, könnt Ihr es mit der Tastenkombination [STRG]-C (deutsche Tastatur) bzw. [CTRL]-C (englische Tastatur) abbrechen. Als Shell wird auf den LINUX-PCs eine Bourne-Again Shell (bash) verwendet, die standardmäßig so eingestellt ist, daß mit der Taste Cursor up jeweils die letzten Befehle zurückgeholt werden können, das spart viel Tipperei. Die letzte Eingabe läßt sich zudem mit!! wiederholen, wogegen!a den letzten Befehl, der mit einem a begann, wiederholt. Mit cd - wechselt man zurück in das letzte Verzeichnis und die Tilde (~) steht als Abkürzung für das eigene Homeverzeichnis, d.h. man kann z.b. mit cd ~ in das Homeverzeichnis wechseln. Hilfreich ist die Möglichkeit, Textbereiche mit der linken Maustaste zu markieren und dann mit der mittleren Maustaste an anderer Stelle wieder einzufügen. Außerdem ist die shell in der Lage, automatisch Dateinamen zu vervollständigen. Gibt es nur eine Datei test, die mit t beginnt, so reicht das Tippen von t + [TAB] und der Name wird automatisch zu test ergänzt. 10