2023年度 惑星学実験実習の基礎 II 計算機演習
計算機演習のための準備 macOS 編
文責：樫村博基

はじめにこの文書では、macOSの計算機演習のための環境準備について説明する。環境の構築作業には時間がかかるので、余裕をもって行うこと。また多くのソフトウェアをダウンロードするので、通信容量に制限がなく、高速通信が可能な環境で行うことが望ましい。
まず、Mac本体（ハードウェア）と macOS（オペレーティングシステム）のバリエーションについて説明する。2020年末以降に発売開始された Mac には、Apple Silicon CPU（M1/2 や M1/2 Pro/Max）が搭載されている。一方、それ以前の Mac には Intel 製の CPU が搭載されていた。2023年4月現在、CPUの種類を問わず、同じ手順で、計算機演習のための環境を整えることは可能である。また、macOS は年に1回、大きなアップグレードがあり、OS の名称とバージョン番号の整数部分が更新される。2023年4月現在の最新版は macOS Ventura バージョン 13である。以降の説明は、このバージョンの macOS を前提に説明する。（以前のバージョンでも手順に大きな違いはないと思われる。）
ここで説明する計算機演習のための準備や実際の計算機演習では、コマンド（文字列）を入力して、操作を行う。コマンドを入力するためのアプリケーションをターミナルと呼ぶ。ターミナルは「アプリケーション」フォルダの中の「ユーティリティ」フォルダの中にある。ターミナルに、コマンドの文字列を入力してリターンキーを押すことで、コマンドが実行される。なお、ターミナルの操作において、パスワードの入力を求められる場面がある。その際には、自身の Mac のパスワードを入力する。またターミナルにパスワードを入力する際には、入力した文字は表示されないので注意すること。

ターミナルのアイコン

ターミナルのウィンドウ

計算機演習を実施するために、以下のアプリケーションが必要となる。
• emacs• gnuplot• gfortran
これらのうち、gnuplot と gfortran は macOS向けの UNIX系パッケージ管理システムである
Homebrew または MacPorts のいずれかを利用してインストールする。で1/5

環境構築手順
準備｜OS を Monterey（ver. 12）から Ventura（ver. 13）にアップグレードしている場合macOS の開発環境である Xcode の Command Line Tools をインストールした状態で、macOS を Monterey から Ventura にアップグレードした際に、Xcode Command LineTools が正しく更新されないことがある。正しく更新されていない場合、Homebrew/MacPortsや gfortran が正しく動作しない。念のため、以下の手順で、Xcode Command Line Tools を一旦削除し、再インストールすることをおすすめする。
1. ターミナルを開く。
2. ターミナルに
sudo rm -rf /Library/Developer/CommandLineToolsと入力して実行する。パスワードの入力を求められるので、入力する。
3. ターミナルに
sudo xcode-select --installと入力して実行する。
以上の手順で、Xcode Command Line Tools が再インストールされる。

① emacs のインストール
emacs は UNIX の世界でよく使われるエディタだが、macOS 用のバイナリも配布されている。
ここでは、macOS 用のバイナリをインストールする。
1. https://emacsformacosx.com にアクセスして、Emacs for Mac OS X をダウンロードして、ダブルクリックで実行してインストール指示に従って操作する。
2. ターミナルを起動してecho "alias emacs=/Applications/Emacs.app/Contents/MacOS/Emacs" >> ~/.zprofileと入力して実行する。
3. ターミナルを1度終了して、再起動する。これにより、ターミナルから emacs を起動できるようになる。
4. また、はじめて emacs を起動する際に、セキュリティ許可を設定しなければならない。ター
ミナルにて
emacs test.f90と入力して実行する。すると、セキュリティに関する通知が出るので、「システム環境設定 > セキュリティとプライバシー >一般」のなかの「ダウンロードしたアプリケーションの実行許可」から Emacs.app について「このまま開く」ボタンを押す。emacs のウィンドウが表示されれば、インストール成功である。

emacs のウィンドウ2/5

② Homebrew/MacPorts の導入
UNIX系パッケージ管理システムである Homebrew または MacPorts のどちらかを導入する。
準備
Homebrew/MacPorts を既に導入している場合には、導入済みのパッケージ管理システムを利用すること。両者を混在させることは、トラブルの原因になるため、推奨されない。Homebrew/MacPorts を導入済みかどうか分からない場合は、下記の手順で調べる。
1. ターミナルを開く。
2. ターミナルに
ls /usr/local /optと入力して実行し、表示されるファイルのリストに Homebrew または homebrew が含まれていれば、Homebrew が導入されている。
3. ターミナルに
ls /opt/local/etcと 入 力 して 実 行 し 、 表 示 さ れ る フ ァ イル の リス ト に m a c p o r t s が 含 ま れて い れ ば 、MacPorts が導入されている。
もし、Homebrew と MacPorts の両方が導入されている場合は、どちらかをアンインストールすることをおすすめする。どちらもインストールされていない場合は、好きな方を導入すればよい。
Homebrew を導入する場合
1. https://brew.sh/index̲ja にアクセスし、表示されるページの「インストール」の指示に従って操作する。なお、インストール作業の最後にターミナルに表示される==> Next steps:- Run these two commands in your terminal to add Homebrew to your PATH:
以下の2つのコマンドも忘れずに実行すること。
2. ターミナルを再起動する。
3. ターミナルでbrew --versionを実行して、バージョン番号が表示されれば、導入成功である。
なお Apple Silicon Mac と Intel Mac で Homebrew のインストール先ディレクトリが異なる。
Apple Silicon Macの場合 /opt/ 以下に、Intel Mac の場合 /usr/local/ 以下に格納される。
MacPorts を導入する場合
1. https://www.macports.org/install.php にアクセスして、「Quickstart」の指示に従って操作する。このウェブページは英語で書かれているが、簡単な英語なので落ち着いてよく読んで操作すること。また Xcode のインストールには長時間（数時間程度）かかることがあるので注意すること。
2. ターミナルを再起動する。

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3. ターミナルでport -vを実行して、バージョン番号が表示されれば、導入成功である。このコマンドを実行するとシェルモードに入るので、exit と入力して、終了する。

③ gnuplot と gfortran のインストール
Homebrew/MacPorts を利用して、gnuplot と gfortran をインストールする。なお、下記の方法でインストールされる gnuplot はグラフの画面表示に x11 ではなく、qt を利用する。実習資料の中で "set terminal x11" と指示されている箇所は "set terminal qt" に読み替える必要がある。
Homebrew を導入した場合
1. ターミナルにbrew install gnuplotと入力して実行する。
2. ターミナルに
brew install gccと入力して実行する。
3. ターミナルを再起動する。
MacPorts を導入した場合
1. ターミナルに
sudo port install gnuplot +qt5 -aquatermと入力して実行する。パスワードを聞かれるので入力する。途中で依存するパッケージもインストールするがよいかと聞かれたら、Y を入力してインストールを進める。
2. ターミナルに
sudo port install gcc12と入力して実行する。途中で依存するパッケージもインストールするがよいかと聞かれたら、Y を入力してインストールを進める。
3. ターミナルに
sudo port select gcc mp-gcc12と入力して実行する。
4. ターミナルを再起動する。
以上で、計算機演習に必要なアプリケーションがインストールされた。

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④ gnuplot と gfortran のインストールの確認
1. ターミナルにgnuplotと入力して実行すると、ターミナルに下記のように表示される。
G N U P L O T
Version 5.4 patchlevel 3

last modified 2021-12-24

Copyright (C) 1986-1993, 1998, 2004, 2007-2021
Thomas Williams, Colin Kelley and many others
gnuplot home:
faq, bugs, etc:
immediate help:

http://www.gnuplot.info
type "help FAQ"
type "help" (plot window: hit 'h')Terminal type is now 'qt'
gnuplot>

2. 続けて、plot sin(x)と入力して実行する。右のようなグラフが表示されれば、gnuplot は正しくインストールされている。
3. ターミナルにexitと入力して、gnuplot を終了する。
gnuplot の描画結果
4. ターミナルに
curl -O https://www.nag-j.co.jp/fortran/code/hello.f90と入力して実行し、サンプルプログラムをダウンロードする。次にgfortran hello.f90と入力して実行し、プログラムをコンパイルする。すると a.out という実行ファイルが作られる。次に./a.outと入力して、実行する。ターミナルに Hello World! と表示されれば成功である。
もし、MacPorts で gcc を導入しており、コンパイルの際にld: library not found for -lSystemcollect2: error: ld returned 1 exit statusなどのエラーが出た場合は、以下のコマンドを実行して、gccを再インストールする。
sudo port uninstall gcc12
sudo port -s install gcc12
sudo port select gcc mp-gcc12
なお、上記の再インストールは、gccをコンパイルしているために時間がかかる。

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