Prof. Dr.-Ing. Frank Thiele. SoSe Modellbildung und Simulation turbulenter Strömungen CFD 4. Einführung in Unix/Linux

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1 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik SoSe 2010 Prof. Dr.-Ing. Frank Thiele Dipl.-Ing. Octavian Frederich Dipl.-Ing. Mathias Steger Modellbildung und Simulation turbulenter Strömungen CFD 4 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-[Window] Umgebung läuft. Zum Arbeiten muß deshalb zuerst ein Fenster (z.b. xterm), in dem Befehle eingegeben werden können, gestartet werden. Zu beachten ist vor allem, daß Linux im Gegensatz zu Windows 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-Dokumentation, 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, die z.b. bei Lehmanns für rund 50 Euro erworben werden kann. Wer noch nicht so firm im Programmieren ist, kann sich Unterlagen von den HFI-Seiten unter Lehre CFD4 Übungen herunterladen. Natürlich gibt es auch zu diesem Thema genügend Fachliteratur, wie z.b. das Buch von Harald Wehnes FORTRAN 77 Strukturierte Programmierung mit FORTRAN 77 für rund 15 Euro. 1

2 2 Arbeiten im PC-Pool Accounts Die Accounts für den PC-Pool zum Bearbeiten der Hausaufgaben sind zunächst durch ein Standard-Paßwort geschützt, das in der Übung gemeinsam mit dem Benutzernamen bekannt gegeben wird. Hinweis: Bitte beim ersten Einloggen das Paßwort ändern, sonst wird der Account spätestens am gesperrt! Die Accounts sind zunächst nur direkt im PC-Pool zugänglich und können von außerhalb nicht erreicht werden. Ab ist es auch möglich, sich von zu Hause via ssh auf login.cfd.tu-berlin.de und von dort weiter auf einem Rechner im PC-Pool einzuloggen. Eine detaillierte Anleitung dazu findet sich auf der Webseite unter Lehre EDV1 Links/Downloads. Es ist zu beachten, daß alle von außerhalb auf den PCs gestarteten Rechnungen sowie auch alle nach dem Ausloggen weiterlaufenden Rechnungen mit dem Befehl nice -n 20 programm_name gestartet werden müssen (eine niedrige Priorität erhalten), sonst kann an dem entsprechenden Rechner nicht mehr sinnvoll gearbeitet werden. Jobs, die nicht auf diese Weise geniced sind, werden von den Administratoren bei Beschwerde beendet! Mailen Für die Dauer der Lehrveranstaltung bekommt jeder angemeldete Teilnehmer einen Mail- Adresse nach dem Muster erster Vorname.zweiter Mit dem Befehl cfd-mymail kann sich die jeweilige Mail-Adresse angezeigt werden lassen. Es wird dringend empfohlen, als Mail-Programm entweder kmail oder Netscape/Mozilla zu verwenden, da diese sich leicht konfigurieren lassen. Aus Zeitgründen kann beim Einrichten anderer Programme in der Regel leider nicht geholfen werden. Als outgoing mail server ist smtp.cfd einzutragen, und der incoming mail server ist pop3.cfd (TLS-Verschlüsselung aktivieren). Außerdem muß unbedingt der Absender richtig konfiguriert sein, da sonst weder Mails empfangen noch gesendet werden können. Die maximale Größe von s inklusive Anlagen (Attachments) beträgt 50 MB. Als Prüfintervall für eingehende Nachrichten sind mehr als 2 Minuten einzustellen, da ansonsten zuviel Netzwerkverkehr verursacht wird. Für das Abrufen der s über einen anderen externen Account kann mit dem Befehl cfdforward ein Forwarding eingerichtet werden. Bei neue Mail-Weiterleitung ist dann eine durch Kommata getrennte Liste der Mail-Adressen einzutragen, an die die Nachrichten weitergeleitet werden sollen. Zu beachten ist, daß die Mails nur auf dem HFI-Account ankommen, wenn der erste Eintrag in der Liste der Benutzername ist, also z.b.: neue Mail-Weiterleitung: benutzername, Sonstiges Sowohl der Haupteingang als auch der PC-Pool sind duch ein Zahlenschloß geschützt. Die unmittelbare Nähe zum Bahnhof Zoo macht dies leider nötig. Der Tür-Code für den 2

3 Haupteingang wird in der Anmeldungs-Mail, der Code für den PC-Pool in der Übung bekannt gegeben. Essen, Trinken, Rauchen, etc. sind bekanntermaßen im PC-Pool verboten. Die Geräte sind vorsichtig zu behandeln. Diese Vorsicht beinhaltet auch die Texteingabe ohne übermäßige Kraftanwendung auf der Tastatur sowie das berührungslose Zeigen auf dem Bildschirm, etc. Die Tastaturen lassen sich nämlich relativ leicht bedienen und die Bildschirme haben keinerlei Berührungsfunktionalität; zum Zeigen ist die Maus besser geeignet. Beim Einloggen ist darauf zu achten, das im entsprechenden Feld keine Leerzeichen vor dem Benutzernamen stehen. Das passiert z.b., wenn der Bildschirmschoner durch mehrmaliges Drücken der Leertaste beendet wird. Obwohl es möglich ist, sich aufgrund eines Fehlers im Login-Managers so einloggen, gibt es dann allerdings Probleme mit diversen Programmen, da der Benutzername ja im Prinzip falsch ist. Auch dem besten Programmierer unterlaufen manchmal Fehler. Sollte eines der gestarteten Programme einmal hängen bleiben, kann es mit der Tastenkombination [STRG]-C (deutsche Tastatur) bzw. [CTRL]-C (englische Tastatur) abgebrochen werden. Die Rechner sind in keinem Fall neu zu starten, dieses Privileg ist ausnahmslos den Administratoren vorbehalten. 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 - kann zurück in das letzte Verzeichnis gewechselt werden, und die Tilde ~ steht als Abkürzung für das eigene Heimatverzeichnis. So kann z.b. mit dem Befehl cd in das Heimatverzeichnis ~/ als Abkürzung für /home/username/ gewechselt werden. Hilfreich ist die Möglichkeit, Textbereiche mit der linken Maustaste zu markieren und anschließend 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. 3 Fristen/Beschränkungen Paßwortänderung notwendig bis Plattenplatzbeschränkung (soft limit) Plattenplatzbeschränkung (hard limit) Druckseitenlimitierung 150 MB 200 MB 80 Seiten / Monat 3

4 4 Kommandos/Programme cfdpasswd man info ls 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 muß zweimal das neue Paßwort eingetippt werden, danach einmal das alte (bind password). Es können (und sollten) dabei Worte mit Buchstaben, Zahlen und Sonderzeichen verwendet werden. Auf keinen Fall sollten Namen oder normale Wörter ohne Sonderzeichen bzw. Zahlen als Paßwort benutzt werden. Zu den meisten Programmen und Kommandos gibt es sogenannte man-pages. Dabei handelt es sich um mehr oder minder verständliche Kurz-Dokumentationen (meist Englisch), die mit dem Befehl man angesehen werden können. Gibt man in der Kommandozeile z.b. man cp ein, kann nachgelesen werden, wie Dateien unter Linux zu kopieren sind. Mit den Pfeiltasten kann innerhalb der Seiten zeilenweise, mit [CTRL]-F und [CTRL]-B seitenweise hochund runtergeblättert werden. Um nach einem Begriff innerhalb der Seite zu suchen, ist die /-Taste zu drücken und anschließend der Suchbegriff einzugeben. Die Taste q beendet die Ansicht der man-page wieder. Eine deutlich ausführlichere Dokumentation ist häufig auf den info-pages zu finden. Die Eingabe von info cp ruft 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 alle Feinheiten zur Steuerung in den info-pages nachgelesen werden kann. Bequemer lassen sich die Seiten jedoch mit dem xemacs unter Help Lookup in Info bzw. Help Manuals ansehen. 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. 4

5 cd cp mv Mit diesem Kommando wird das aktuelle Verzeichnis gewechselt. 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: Aktuelles Verzeichnis ist /home/lehre und es soll nach /home/lehre/cfd gewechselt werden. Es gibt zwei Möglichkeiten: cd /home/lehre/cfd absoluter Pfad cd cfd relativer Pfad Ein Wechsel ins übergeordnete Verzeichnis erfolgt mit cd... Das Leerzeichen hinter cd nicht vergessen! 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 Windows: Das folgende Umbenennen von Dateien funktioniert nicht: cp *.dat *.dat.bak Um ein Reihe von Dateien nach diesem Muster zu kopieren, kann das Programm mmv benutzt werden: mmv -c "*.dat" "#1.dat.bak" kopiert alle Dateien, die auf.dat enden und hängt die Endung.bak an den Dateinamen an. 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). 5

6 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 pwd mc lpr 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. Das Kommando pwd zeigt den vollständigen Namen bzw. Pfad zum aktuellen Verzeichnis an. Im Gegensatz zu Windows wird zur Trennung der einzelnen Verzeichnisnamen im Pfad der einfache Schrägstrich / verwendet. Wer unter MS-Dos gearbeitet hat kennt vielleicht den Dateimanager Norton Commander. Mit diesem Programm war es möglich, unter einer rudimentären grafischen Oberfläche Dateien zu kopieren, zu verschieben, etc. Der Midnight Commander ist ein ähnliches Programm unter Linux und wird mit mc aufgerufen. Mit dem Kommando lpr kann eine Postscript-Datei ausgedruckt werden. 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. 6

7 lpquota Der Befehl lpquota zeigt an, wieviele Seiten derzeit noch gedruckt werden können. Alle Teilnehmer der Lehrveranstaltung haben ein Drucklimit von 80 Seiten pro Monat. quota tar 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). 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, ist tar -cvf daten.tar DATEN/ einzugeben. 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, ist der Parameter c durch x zu ersetzen: tar -xvf daten.tar -C temp/ In diesem Fall wird mit -C ein Verzeichnis definiert, in das der Inhalt hineingeschrieben wird. Wird dieser Parameter weggelassen, wird der Inhalt des Archivs in das aktuelle Verzeichnis geschrieben. Durch Hinzufügen des Paramters z beim (Ein-)Packen kann gleichzeitig eine (De-)Komprimierung vorgenommen werden. Das zugehörige komprimierte Archiv ist mit der Endung.tar.gz oder auch.tgz (zu) versehen. 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 bzw..tgz zu erkennen. Um eine Datei zu Packen/Entpacken wird einfach das Programm gefolgt von dem Dateinamen eingegeben. So erzeugt beispielsweise gzip test.f eine Datei test.f.gz, die mit gunzip test.f.gz wieder entpackt werden kann. 7

8 psnup g77 a2ps Mit dem Programm psnup können mehrere Seiten einer Postscript-Datei auf einer Seite dargestellt werden. Mit psnup -nup 2 anleitung.ps anleitung-zweiseitig.ps wird beispielsweise aus einem einseitigen Dokument anleitung.ps ein zweiseitiges Dokument anleitung-zweiseitig.ps generiert. Das spart Platz und hilft, mit dem knappen Druckkontingent über die Runden zu kommen. Quellcodedateien für Programme, die in der Sprache Fortran geschrieben worden sind, tragen meist das Kürzel.f. Ein Beispielprogramm kann von den HFI-Seiten unter Lehre CFD4 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 (gnuplot oder xmgr) visualisiert werden kann. Um das Programm zu übersetzen ( ˆ= kompilieren) wird der Linux-Fortran-Compiler 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 binäre Programm ( ˆ= Executable) einen anderen Namen, z.b. naca tragen, muß die Kompilation mit g77 naca.f -o naca durchgeführt werden. 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 sich 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 das sogenannte Syntax-Highlighting, d.h. die Befehls-, Schlüsselworte und andere bedeutungsvolle Symbole verschiedener Dateitypen 8

9 (z.b. Fortran- oder Latex-Datei) werden farblich gekennzeichnet. Das ist gerade für Teilnehmer mit wenig Programmiererfahrung sehr nützlich. Wie das Syntax-Highlighting aktiviert wird, 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. 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. Im Weiteren ist ist das Programm hinreichend selbsterklärend. Eine gute HTML-Dokumentation gibt es im Verzeichnis /usr/share/doc/packages/xmgrace/doc/. gnuplot Ein Kommando-Zeilen-basiertes Programm zur Erstellung von vorrangig Liniengrafiken ist gnuplot. Nach dem Start führt der Befehl help zu einer recht umfangreichen Hilfe, außerdem gibt eine info-page, die weiter helfen kann. Auch für gnuplot müssen die Daten im spaltenweisen ASCII-Format vorliegen, wobei die ersten beiden Spalten einer Datei my.dat davon z.b. mit plot my.dat with linespoints geplottet werden können. Eine wirklich sehr gute Dokumentation über die nicht so häufig gebrauchten Fähigkeiten von gnuplot findet sich auf der Webseite 9

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