CP2K-4.1的编译

第一性原理计算的相关软件的编译对于新手来说真的很麻烦，但这一问题不应该成为这个方向刚入门的学习者或是研究者的门槛。

作为一个交叉学科的学生，去年第一次接触到这种第一性原理计算的软件，当时有一个大师兄带我入门，VASP和LAMMPS的编译也是师兄做的，没我啥事儿，也没觉得这事儿有多麻烦。

这次编译CP2K是因为它的4.1版本实现了一个跟课题比较相关的功能，需要跑一些例子，但是师兄自己也没编译过这款软件，最初我们试图按照官网的预编译版本来试着安装，没有成功。后来找到一篇关于用Gfortran编译cp2k4.1的博客，在自己本地机上的安装基本遵从了这篇博客的指导，成功了。先说一下PC的配置吧，i5的64位处理器，4G内存，系统是Ubuntu14.。

但是试着跑了CP2K官网的几个例子，在水的几何结构优化那儿就跑不动了，报的是内存错误，应该是PC带不动了，那接下来必须得试着在服务器上安装了。我们这边服务器的类型是

这边顺带插一句，就是关于在Linux系统下安装软件的问题。除了不同发行版自带的包管理工具外，我们可以尝试着从源码安装。因为在服务器上我们是没有root权限的，这种情况下就必须放弃包管理工具。但是这对没在Linux下安装过软件的初学者来说也是一项很艰巨的任务。这里有一篇参考博客关于Linux下软件的安装，初学者可以一看。

在服务器上，首先还是试着用那篇博客给出的方式来安装。CP2K之所以难装，一方面就在于其依赖很多跟数学和物理相关的包，譬如BLAS，LAPACK，FFTW等，可能有一个版本不合适，就会报出一堆的错误。而且，CP2K的官网说的很明白，对GCC的版本有要求，可怜我们服务器上默认的版本太低，还得自己去装,希望暑假过后新换的机器上软件版本能跟得上。

故事到这里并不是一个童话里的欢喜结局，这也是我写这篇的目的所在。在我们的服务器上按照步骤来安装老是报错，具体什么错误也没有留照保存，我们看的不是很懂，但估计是GCC编译器的问题。

接下来偶然间在一个类似于计算化学公社的地方看到一篇帖子，大意是说目前为了方便安装CP2K，其4.1版本已自带能一键安装的脚本，脚本的位置比较隐蔽，反正我是找了挺久才在官网找到其位置，在目录cp2k-4.1/tools/toolchain下有一个脚本install_cp2k_toolchain.sh，如图：

自带脚本

下面介绍下这个脚本的功能，大致就是调用上图中的scripts目录下的各种包的安装脚本，

scripts目录下的安装脚本

如果包安装都已完成，脚本再引导你做接下来几步就能完成全部安装过程，最终会在cp2k-4.1/exe下生成一个local目录，内容是串行和并行版的cp2k.*可执行程序。

我在PC上测试了下这个脚本是否是可用的，大概一两个小时后，发现确实编译成功了并生成了各个版本的可执行文件。但是在服务器上这个方法又出现了些小问题，譬如很多次出现了域名没有办法解析。

我们开始根据错误指示的位置一步步去检查scripts下的安装脚本，这些安装脚本的工作机制是一样的，首先检查 cp2k-4.1/tools/toolchain/build下是否有所需要的安装包，下图里展示的是install_fftw.sh的内容。

fftw的安装脚本

如果在服务器上已经安装了fftw，我们还可以通过在运行脚本时指定命令行参数来指定安装的fftw的lib目录的位置，像这样 ./install_cp2k_toolchain.sh --with-fftw=[fftw_lib_dir](这里假定在 toolchain 目录下)。如果脚本能在该目录下找到需要的库文件，就会直接输出该包已经安装好的信息，并且开始下一个包的安装。如果在 build 目录下没有需要的安装包，就会联网下载，很多问题就是出在这一步。

于是我们接下来就将之前在PC上通过这个脚本安装的cp2k-4.1下面的 build 目录里面的所有压缩包(这个脚本写的就是这样，这些安装包没有删除)发送到服务器的cp2k-4.1下面的 build 目录，那么脚本就不会启动联网下载，而是直接开始安装每个包了。这里需要提一下的是 MKL 库，这个库可以选择安装，因为它实现的功能基本就由 BLAS 和 LAPACK 共同实现了，可以通过命令行选项--with-mkl=no来取消对 MKL 的检查。

安装各种包的过程也不是一帆风顺的，一些数学和物理的包没有问题，像是BLAS，LAPACK，LIBINT，LIBXC等等，最难装的还是GCC，我们的服务器上的GCC版本不够，个人分配的空间也不大，就没有试着在那边装了。后来是换到了天河二号上安装，在那边没有重新安装GCC，基本上是一次成功了。

这里还有个小插曲，在安装成功各个包去到makefile下make的时候，死活编译不过去，并提示是 cp2k 源码的错误。当时的心情真是跟坐过山车一样刺激，师兄跟我绷不住了，最终师兄决定去请教一个专门搞软件开发的合作者。到了第二天，师兄喊我去继续安装，说是那个合作者一眼瞅了输出信息就大致知道了是 BLAS 还是 LAPACK 安装时出的问题，可能是链接的库给错了，也可能是安装的时候 make 出来的静态库不对。反正最后是重新编译了一下 BLAS 还是 LAPACK 结果一路绿灯安装成功。这里是可执行文件：

cp2k的可执行文件

这几天在天河二号上跑了一下水的几何结构优化和尿素溶于水的QMMM算法的例子，都跑出来了，没有问题。对于编译过很多类似软件的老司机来说，这些问题可能都不是问题，但是对于刚入门的初学者来说，走这些弯路很耗费精力，考验耐心。

水的几何结构优化的例子

我写的这一篇并不是手把手地指导入门者去怎么样怎么样安装，但这是所有初学者最渴望的事情，有一篇万能的一步一步的指导手册，躺着键入一些代码就行。但是考虑到各个机器的型号和性能，以及系统和所安装软件的版本也不尽相同，可能还不能有一些万能的安装模板。

安装这个软件大概消耗了我小两周的时间，如果让我总结一些一般性的指导原则，大概就是：

• 安装那些依赖的数学库和物理库的时候要格外小心，要生成正确的静态库，并在后续安装时要给出正确的静态库的位置。
• 如果提示有源码错误，那估计是安装的依赖库有问题。
• GCC 和其他一些库的版本很重要，一定要根据官网的指示来。