Praktikum: Numerik partieller Differentialgleichungen I

Transkript

1 MÜNSTER Praktikum: Numerik partieller Differentialgleichungen I Mario Ohlberger, Martin Drohmann, Michael Schaefer 07/04/2011

2 MÜNSTER 2 /24 Part I Grundlegende Software-Werkzeuge zum Programmieren mit C++ unter Linux Linux/Bash g++ doxygen make

3 , MÜNSTER 3 /24 Linux/Bash

4 MÜNSTER 4 /24 Remote-Verbindung mit Uni-Rechnern ssh Mit der secure shell auf einem Uni-Rechner einloggen: > ssh benutzername@rechnername.uni-muenster.de Mögliche Werte für rechnername sind beispielsweise schafxx, wobei XX eine zweistellige Zahl ist. euroshopper lockheed

5 MÜNSTER 5 /24 Dateien und Verzeichnisse Unter Linux ist alles eine Datei. Die wichtigsten Befehle: cd - wechselt das Verzeichnis mkdir - erstellt neues Verzeichnis ls - zeigt Verzeichnisinhalt an cp - kopiert Dateien pwd - aktuelles Verzeichnis rm - löscht Dateien spezielle Verzeichnisse /... ~ root - Verzeichnis, aktuelles Verzeichnis, übergeordnetes Verzeichnis, Home-Verzeichnis

6 MÜNSTER 6 /24 Verzeichnisse auf Uni-Rechnern /u/benutzername ~/ /tmp /usr Home-Verzeichnis, Zugriff nur für Nutzer, über Netzwerklaufwerk eingebunden, d.h. überall verfügbar Verzeichnis für temporäre Dateien, kann gelöscht werden, Lese-/Shreibzugriff für alle, auf lokaler Festplatte Verzeichnis mit Programmen/Bibliotheken für alle Nutzer

7 MÜNSTER 6 /24 Verzeichnisse auf Uni-Rechnern /u/benutzername ~/ /tmp /usr /usr/bin /usr/lib /usr/share Home-Verzeichnis, Zugriff nur für Nutzer, über Netzwerklaufwerk eingebunden, d.h. überall verfügbar Verzeichnis für temporäre Dateien, kann gelöscht werden, Lese-/Shreibzugriff für alle, auf lokaler Festplatte Verzeichnis mit Programmen/Bibliotheken für alle Nutzer Programme (z.b. firefox) Bibliotheken (was das ist kommt später) Dateien, die von mehreren Programmen verwendet werden. (z.b. Icons)

8 Programme... MÜNSTER 7 /24 haben das Executable-Flag (x) gesetzt: Exkurs: Dateisystem-Rechte Read(r), Write(w), Executable(x) können für user, group oder other gesetzt werden Ansehen mit ls -l Ändern der Rechte mit chmod (z.b. chmod ug+rw datei gewährt user und group Lese-/ und Schreibrechte) können ausgeführt werden, falls sie in PATH Verzeichnis liegen, oder mit vollständigem Pfad aufgerufen werden. (/bin/ls,./ls) können mit Ctrl-C abgebrochen werden!!!

9 MÜNSTER 8 /24 Was ist ein PATH-Verzeichnis? Exkurs: Umgebungsvariablen Definition jederzeit mit export VARNAME=WERT Alle Programme, die aktueller Umgebung gestartet werden, haben Zugriff auf U-Variablen. env zeigt alle U-Variablen der aktuellen Umgebung an. env angezeigt werden. Zugriff auf Wert erfolgt mit $VARNAME (Beispiel: echo $PATH) Gültigkeit nur für aktuelle Session. Variablen, die jedesmal gültig sein sollen, können in die Datei ~/.bashrc geschrieben werden. Mit source datei können Definitionen in der Datei datei in die aktuelle Umgebung geladen werden (Beispiel: source ~/.bashrc),

10 MÜNSTER 9 /24 Was ist ein PATH-Verzeichnis? Die PATH Variable enthält durch Doppelpunkte getrennte Verzeichnisse, in denen nach ausführbaren Programmen gesucht wird. Beispiel: /bin:/usr/bin/:/usr/local/bin:/opt/matlab/bin Um ein Verzeichnis hinzuzufügen: export PATH=$PATH:/u/mdroh_01/bin Es gibt ähnliche Variablen, wie z.b. LD_LIBRARY_PATH für Bibliothekspfade.

11 Dateien finden MÜNSTER 10 /24 locate find grep Sucht schnell auf dem ganzen Rechner nach Dateinamen in einer Datenbank, (nicht immer aktuell) Durchsucht das aktuelle Verzeichnis nach Dateien (langsamer) Durchsucht Dateien nach Zeichenketten (sehr langsam)

12 Globbing MÜNSTER 11 /24 Dateinamenerweiterung durch spezielle Zeichen: * entspricht einer beliebigen Zeichenkette. (Beispiel: *.cc entspricht allen Dateinamen die auf.cc enden).? entspricht einem beliebigen Zeichen (Beispiel: test?.cc entspricht den Dateien test1.cc, test2.cc, testd.cc,... ) prefix{a,b}suffix wird ersetzt durch prefixasuffix prefixbsuffix. (Beispiel: cp test.cc{,.bak} kopiert die Datei test.cc und schreibt Kopie in test.cc.bak)

13 MÜNSTER 12 /24 Warum nicht einfach ein Dateimanager? Gegenbeispiel I find. grep old xargs sed -i'' -e 's/old/very old/' ersetzt in allen Dateien im aktuellen Verzeichnis, die old im Namen haben, die Zeichenkette old durch very old. Gegenbeispiel II for i in *.eps; do convert $i ${i/eps/pdf}; done konvertiert alle eps Grafiken im aktuellen Verzeichnis in pdf Grafiken.

14 MÜNSTER 13 /24 Weiterführende Informationen Manual-Pages z.b. man bash Zwei Programme für den nächsten Abschnitt wget lädt eine Webseite/Datei aus dem Internet herunter tar entpackt oder erstellt Tar-Archive tar xzf archiv.tar.gz entpackt ein Archiv tar czf archiv.tar.gz dateiliste erstellt ein Archiv mit Dateien in dateiliste

15 , MÜNSTER 14 /24 g++

16 Vorbereitungen MÜNSTER 15 /24 1. Erstelle ein Verzeichnis ~/praktikum und wechsle in dieses. 2. Hole das Archiv files0.tar.gz von der Webseite wget $PRAKTHP/files0.tar.gz 3. Entpacke dieses Archiv: tar xzf files0.tar.gz 4. Lade ebenso das Skript install_dune_in_tmp.sh von der Homepage herunter.

17 MÜNSTER 16 /24 Kompilieren eines ersten Programms 1. Erstelle eine Datei example.cc mit folgendem Inhalt: example.cc # include < iostream > void main ( int argc, const char ** argv ) { } std :: cout << " Hello World! " << std :: endl ; 2. Kompiliere eine Objektdatei example.o mit g++ -c -o example.o example.cc. (Kompilieren Übersetzen in Maschinencode) 3. Erstelle eine ausführbare Datei mit g++ -o example example.o.,

18 Test MÜNSTER 17 /24 example.cc # include < iostream > Header files (hier: iostream) void main ( int argc, const char ** argv ) { std :: cout << " Hello World! " << std :: endl ; }

19 Test MÜNSTER 17 /24 example.cc # include < iostream > void main ( int argc, const char ** argv ) { std :: cout << " Hello World! " << std :: endl ; } Header files (hier: iostream) Entry point: main method

20 Test MÜNSTER 17 /24 example.cc # include < iostream > void main ( int argc, const char ** argv ) { std :: cout << " Hello World! " << std :: endl ; } Header files (hier: iostream) Entry point: main method Argumentanzahl und Argumentliste

21 Test MÜNSTER 17 /24 example.cc # include < iostream > void main ( int argc, const char ** argv ) { std :: cout << " Hello World! " << std :: endl ; } Header files (hier: iostream) Entry point: main method Argumentanzahl und Argumentliste Textausgabe und Zeilenumbruch

22 MÜNSTER 18 /24 Aufgabe: Kompiliere gridtest_template.cc

23 , MÜNSTER 18 /24 Aufgabe: Kompiliere gridtest_template.cc Kompilieren mit g++ -c -o gridtest.o gridtest_template.cc -I./include

24 , MÜNSTER 18 /24 Aufgabe: Kompiliere gridtest_template.cc Kompilieren mit g++ -c -o gridtest.o gridtest_template.cc -I./include Linken mit g++ -o gridtest gridtest.o -L./lib -lmygrid

25 Bibliotheken MÜNSTER 19 /24... enthalten Programmcode, der von vielen Programmen wiederverwendet wird. Man will nicht jedes Mal das Rad neu erfinden!... können entweder als Header-Bibliotheken vorliegen (Beispiel: Dune) oder als vorkompilierte Programmpakete (Beispiel: OpenGL, Qt, mygrid,... )

26 Bibliotheken MÜNSTER 19 /24... enthalten Programmcode, der von vielen Programmen wiederverwendet wird. Man will nicht jedes Mal das Rad neu erfinden!... können entweder als Header-Bibliotheken vorliegen (Beispiel: Dune) oder als vorkompilierte Programmpakete (Beispiel: OpenGL, Qt, mygrid,... ) Für den ersten Fall muss nur der Pfad zu den Header-Dateien angegeben werden (Option -I), der Code wird jedesmal neu übersetzt. Im vorkompilierten Fall, muss zusätzlich der Pfad zum Bibliotheksarchiv (libname.a oder libname.so) in der Linker-Phase angegeben werden.

27 , MÜNSTER 20 /24 doxygen

28 MÜNSTER 21 /24 Dokumentation von Bibliotheken Um Funktionen wiederverwenden zu können, müssen diese dokumentiert werden. doxygen erstellt automatische Dokumentationen aus dem Quelltext. (Siehe Kommentarzeilen in lib/mygrid.cc) Erstelle die Dokumentation für mygrid mit doxygen Doxyfile und öffne das Resultat in einem Browser firefox doc/html/index.html

29 , MÜNSTER 22 /24 make

30 MÜNSTER 23 /24 Automatisieren des Build-Prozesses mit make Mittlerweile müssen wir einige (schwer zu merkende) Befehle ausführen: g++ -c -o gridtest.o gridtest_template.cc -I./include g++ -o gridtes gridtest.o -L./lib -lmygrid doxygen Doxyfile

31 MÜNSTER 23 /24 Automatisieren des Build-Prozesses mit make Mittlerweile müssen wir einige (schwer zu merkende) Befehle ausführen: g++ -c -o gridtest.o gridtest_template.cc -I./include g++ -o gridtes gridtest.o -L./lib -lmygrid doxygen Doxyfile Dies kann mit Makefiles automatisiert werden: make all, make doc.

32 MÜNSTER 24 /24 Part II Sehr kurze Einführung/Wiederholung von C++-Konzepten An infinite number of monkeys typing into GNU emacs would never make a good program. Linus Torvalds