Linux サーバ版 Quantum ESPRESSO インストールマニュアル
2023 年 7 月 6 日
本マニュアルの目的
本マニュアルでは、単一ユーザが独占的に Linux サーバ（CentOS 7.8）を使用して Quantum ESPRESSO のジョブを並列実行するための環境構築方法と Winmostar のリモートジョブ投入機能から Linux サーバへジョブを投入する方法を示しています。計算環境は全てユーザのホームディレクトリ配下で行うことを想定しています。複数ユーザが使用する共用サーバの環境を構築する方法、複数ノードを利用する環境を構築する方法、GPU を用いる環境を構築する方法などは本マニュアルに含まれませんので、別途お問い合わせください。
なお、本書の手順は Linux サーバがインターネットに接続していることを前提としています。

1.

コンパイラの確認・インストール①

Linux サーバにログインし、以下のコマンドで make がインストールされているか確認する。
$ which make
インストールされていない場合は yum などのパッケージ管理ソフトウェアを用いてインストールする。CentOS7.8 で yum を使う場合は以下のように実行する。
$ sudo yum install make②

以下のコマンドで gfortran のバージョンが 4.9 以上であるか確認する。
$ gfortran --version
gcc がインストールされていない、あるいは gfortran のバージョンが 4.8 以前である場合は、yum などのパッケージ管理ソフトウェアを用いて gfortran 4.9 以降をインストールする。CentOS 7.8 で yum を使う場
合は以下のように実行する。
$ sudo yum install centos-release-scl$ sudo yum install devtoolset-7
上記の手順でインストールした場合は、現在のシェルで Quantum ESPRESSO をビルドするために、以下のコマンドを実行して gfortran を有効にする。なお、~/.bashrc にこのコマンドを追記すると Linux サーバにログインし直すたびにこのコマンドの実行が不要となるが、同サーバ上における他のソフトウェアとの設定の調整が必要となる。本書では~/.bashrc への追記は必須ではない。
$ scl enable devtoolset-7 bash③

以下のコマンドで m4 がインストールされているか確認する。
$ which m4
インストールされていない場合は yum などのパッケージ管理ソフトウェアを用いてインストールする。CentOS
7.8 で yum を使う場合は以下のように実行する。
$ sudo yum install m4④

以下のコマンドで git がインストールされているか確認する。
$ which git
インストールされていない場合は yum などのパッケージ管理ソフトウェアを用いてインストールする。CentOS
7.8 で yum を使う場合は以下のように実行する。
$ sudo yum install git

1⑤

以下のコマンドで Python3 がインストールされているか確認する。
$ which python3
インストールされていない場合は yum などのパッケージ管理ソフトウェアを用いてインストールする。CentOS
7.8 で yum を使う場合は以下のように実行する。
$ sudo yum install python32

2.

MPI のインストール
yum などのパッケージ管理ソフトウェアにより MPICH をインストールしても構わないが、問題が起こる場合は本書の手順に従いインストールする。
①

ウェブブラウザで https://www.mpich.org/static/downloads/3.4.2/mpich-3.4.2.tar.gz をダウンロードする。

②

保存した mpich-3.4.2.tar.gz を SCP, FTP などで Linux サーバに転送する。ここではホームディレクトリ直下に置いたと仮定する。

③

Linux サーバにログインし、圧縮ファイルを解凍する。
$ cd$ tar xzvf mpich-3.4.2.tar.gz④

以下の手順に従って MPICH 環境のセットアップを行う。詳しくは Installers’Guide(http://www.mpich.org/static/downloads/3.4.2/mpich-3.4.2-installguide.pdf)参照のこと。
$ mkdir -p ~/mpich-install-3.4.2$ mkdir -p ~/tmp/mpich-3.4.2$ cd ~/tmp/mpich-3.4.2$ ~/mpich-3.4.2/configure --prefix=${HOME}/mpich-install-3.4.2 --with-device=ch3$ make$ make install⑤

現在のシェルで Quantum ESPRESSO をビルドするために、以下のコマンドを実行して MPICH を有効にする。なお、~/.bashrc にこのコマンドを追記すると Linux サーバにログインし直すたびにこのコマンドの実行が不要となるが、同サーバ上における他のソフトウェアとの設定の調整が必要となる。本書では~/.bashrc への追記は必須ではない。
$ export PATH=${HOME}/mpich-install-3.4.2/bin:$PATH⑥

以下のコマンドを実行してインストールした mpirun のパスが表示されることを確認する。
$ which mpirun⑦

MPI の動作確認のため、以下のコマンドを実行して現在のディレクトリ名が 2 つ表示されることを確認する。
$ mpirun -n 2 pwd

3

3.

Quantum ESPRESSO のインストール①

以下のサイトにアクセスし、ユーザ情報の登録を行う。
https://www.quantum-espresso.org/register-user/②

以下のサイトにアクセスし、登録したユーザ情報と表示されているセキュリティコードを入力し、download ボ
タンをクリックする。
https://www.quantum-espresso.org/download-page/③

Quantum ESPRESSO V.7.1 のダウンロードリンクをクリックし、qe-7.1-ReleasePack.tar.gz をダウンロードする。

4

④

qe-7.1-ReleasePack.tar.gz を SCP などで Linux サーバに転送する。ここではホームディレクトリ直下に置いたと仮定する。

⑤

Linux サーバにログインし、以下のコマンドで圧縮ファイルを解凍する。
$ cd$ tar xvfz qe-7.1-ReleasePack.tar.gz⑥

以下のコマンドで Quantum ESPRESSO をビルドする。configure のオプションを調整することで性能のチューニングが可能だが、設定は環境依存となるため本書では扱わない。なお、make libfox を実行せずに makeall を実行すると FoX のコンパイルでエラーが起きることがある。また、Quantum ESPRESSO のバージョンによっては make コマンドの並列処理オプション（-j）を使用するとビルドに失敗することがある。
$ cd qe-7.1$ ./configure --with-internal-blas --with-internal-lapack※

configure に成功すると[configure: success]というメッセージが出現する。

$ rm external/lapack/.appveyor.yml$ rm external/lapack/.travis.yml$ make libfox$ make all⑦

非並列の動作テストのため以下のコマンドを実行する。
$ cd test-suite$ make run-custom-test testdir=pw_scf
テストに成功すると、以下のように表示される。
All done. 27 out of 27 tests passed.

5⑧並列の動作テストのため以下のコマンドを実行する。
$ make run-custom-test-parallel testdir=pw_scf
テストに成功すると、以下のように表示される。
All done. 27 out of 27 tests passed.

4.

Linux サーバ上での最終確認①

Winmostar から接続するときの状況を再現するため、Linux サーバにログインしなおす。

②

MPI の動作を確認するため、MPI の起動に必要な環境を設定するコマンドを入力しメモに控えておく。本書の手順に従った場合は、以下のコマンドを入力する。
$ export PATH=$PATH:${HOME}/mpich-install-3.4.2/bin③

以下のコマンドを実行してインストールした mpirun のパスが表示されることを確認する。確認できない場合
は②の設定を見直す。
$ which mpirun④

MPI の動作確認のため、以下のコマンドを実行して現在のディレクトリ名が 2 つ表示されることを確認する。
確認できない場合は②の設定を見直す。
$ mpirun -n 2 pwd⑤

Quantum ESPRESSO の動作を確認するため、Quantum ESPRESSO の起動に必要な環境を設定するコマンドを入力しメモに控えておく。本書の手順に従った場合は、以下のコマンドを入力する。
$ export PATH=$PATH:${HOME}/qe-7.1/bin$ scl enable devtoolset-7 bash⑥

以下のコマンドを実行してインストールした Quantum ESPRESSO のパスが表示されることを確認する。確認できない場合は⑤の設定を見直す。
$ which pw.x⑦

以下のコマンドを実行して Quantum ESPRESSO が起動しバージョンが表示されることを確認する。確認できない場合は⑤の設定を見直す。Quantum ESPRESSO が起動したら Ctrl-c で終了する。
$ mpirun -n 2 pw.x
表示される例：
Program PWSCF v.7.1 starts on …
…
（途中省略）…
Parallel version (MPI), running on 2 processors
MPI processes distributed on
1 nodes
344 MiB available memory on the printing compute node when the environment start
Waiting for input…

6

5.

Winmostar からの設定および動作確認
ユーザマニュアルの 7.2. リモートジョブの設定手順に従って設定し動作確認を行う。
テンプレートスクリプトを編集する際には、「# Insert commands here」 から「# Do not modify thefollowings」の間に 4-②と 4-⑤でメモに控えた内容を追記する。本書の手順に従った場合は以下のようになる。
echo "*************************************************"
echo "***
Set user-defined variables***"
echo "*************************************************"
set -v# Insert commands here
MPI_COMMAND="mpirun -n %WM_NUM_PROC% "export PATH=$PATH:${HOME}/mpich-install-3.4.2/bin
scl enable devtoolset-7 bash
export PATH=$PATH:${HOME}/qe-7.1/bin# Do not modify the followings

Winmostar V11.5.0 以降を利用している場合は、続けて Winmostar のツール｜環境設定をクリックし、計算タブのSolid｜使用する QE のバージョン（見つからない場合は下までウィンドウをスクロールする）を、Linux 上にインストールした Quantum ESPRESSO のバージョンに合わせて変更する。本書の手順に従った場合は「7.1」を選択する。複数のバージョンの Quantum ESPRESSO を切り替えながら使う場合は、Quantum ESPRESSO の入力ファイルを生成する前に都度使用する QE のバージョンを変更する。

以上

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