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CentOSにOpenFOAM v1606+をインストール

Posted at 2016-07-07

この記事は流体解析のオープンソースソフトウェアであるOpenFOAMのバージョンv1606+を，CentOSにインストールした際の手順を備忘録としてまとめたものです．結果としては，メッシュ生成ユーティリティであるfoamyMeshのコンパイルに失敗しましたが，残りのソルバー・ユーティリティのビルドはできました．

OpenFOAMのダウンロード

OpenFOAMのバイナリパッケージ及びソースコードは以下のサイトから入手できます．

1つめのサイトはESIグループによるものでLinux版以外にもWindows版も入手できます．一方，2つめのサイトはOpenFOAM Foundationによるものです．過去の記事でバージョン4.0のインストール方法を紹介しましたが，今回のv1606+は前者のESIのサイトからのみ入手できます．同時期に4.0とv1606+がそれぞれ異なるグループからリリースされている現状です．

インストールの種類

ESIのサイトでは，Dockerでインストールする方法と，ソースからビルドする方法が掲載されています．Windowsに関してはインストーラーが提供されていますが，内部はDockerとなっています．ソースからビルドする方法については，Ubuntu 15.10, Ubuntu 14.04.3 LTS, CentOS, OpenSUSE Tumbleweed に対してインストールが可能であることが公式に確認されています．この記事ではOpenFOAMをCentOS上でソースからビルドすることを試みます．CentOSのバージョンは6.xを対象としています．

インストールの方針

OpenFOAMはコンパイラやライブラリの要件があり，システムにインストール済みのものではバージョンが古いことがあります．システムにインストール済みのコンパイラ・ライブラリはアップデートせずに，OpenFOAMのサードパーティディレクトリで別途ビルドして環境構築を行うことにします(もとのシステム環境を汚さない)．
通常のデスクトップPCへのインストールでは$Homeにインストールすることがよくありますが、今回は他のユーザも利用する計算サーバへのインストールを想定し，/opt以下にインストールします．

インストール手順の概要

管理者権限で必要なrpmパッケージをダウンロード・インストールする．
OpenFOAM本体，サードパーティのビルドに必要となるソースパッケージをダウンロードし，展開する．
環境設定ファイル・ビルドスクリプトを編集する．
サードパーティ(ツール，ライブラリ)のビルドする．
可視化に用いるParaViewをビルドする．
OpenFOAM本体をビルドする．
ビルドしたOpenFOAM本体(ソルバー)の動作検証を行う．
可視化用データリーダーをリビルドする．
流体解析の一連の流れである，前処理(メッシュ生成)，計算実行, 後処理(可視化)ができることを確認する．

手順5.のParaViewのビルドは失敗することが多々あり，どうしてもうまくいかないときはあきらめます．ParaViewはCentOSサーバ以外にも別途インストールできるので，計算データを手元の環境にダウンロードして可視化を行うことができます．

必要なrpmパッケージのインストール

必要なパッケージは以下のとおりです．

git, gcc-c++, bison, flex, m4, glibc-devel, glibc-devel.i686, zlib-devel

管理者権限でyumを使って上記のパッケージをインストールします．

$ yum install gcc gcc-c++ bison flex m4 glibc-devel glibc-devel.i686 zlib-devel

OpenFOAMソースパッケージのダウンロード・展開

OpenFOAMのパッケージは本体ソースコードとサードパーティパッケージの2種類から構成されています．ここでは異なるバージョンも管理できるように/opt/OpenFOAMというディレクトリを作成し，その下にwgetでダウンロードして展開します．

$ mkdir /opt/OpenFOAM
$ cd /opt/OpenFOAM
$ wget https://sourceforge.net/projects/openfoamplus/files/OpenFOAM-v1606+.tgz
$ tar zxvf OpenFOAM-v1606+.tgz
$ wget https://sourceforge.net/projects/openfoamplus/files/ThirdParty-v1606+.tgz
$ tar zxvf ThirdParty-v1606+.tgz

各パッケージを展開したのちのディレクトリ・ファイルの構成は以下のようになります．

OpenFOAM-v1606+/

Allwmake  README.md     bin  etc  tags       wmake
COPYING   applications  doc  src  tutorials

ThirdParty-v1606+/

Allclean  ParaView-5.0.1  makeCCMIO  makeGcc         makeParaView3
Allwmake  README.org      makeCGAL   makeGperftools  makeQt
CGAL-4.8  boost_1_61_0    makeCmake  makeLLVM        openmpi-1.10.2
COPYING   etc             makeFFTW   makeParaView    scotch_6.0.3

OpenFOAMのビルド方法はOpenFOAM (R) Build Guideに詳しく掲載されていますが，展開したOpenFOAM-v1606+及びThirdParty-v1606+にあるReadme.md及びReadme.orgも熟読します．

最小限のシステム要件

公式サイトで指定されている要件は以下のとおりです．

gcc: 4.5.0
cmake: 2.8.11 (ParaViewとCGALのビルドに必要)
boost: 1.48 (CGALのビルドに必要)
Qt: 4.7.2 (ParaViewのビルドに必要)

QtのバージョンはCentOSに元々入っているものはバージョンが古く，4.7以上が必要とされます．

サードパーティパッケージに必要なソースのダウンロード・展開

上記のThirdPart-v1606+以下で必要となるコンパイラ・ライブラリは以下のとおりです．

gcc-4.8.5, gmp-6.1.0, mpfr-3.1.4, mpc-1.0.3, openmpi-1.10.2, scotch_6.0.3, boost_1_61_0, CGAL-4.8, cmake-3.2.1, qt-4.8.6, fftw-3.3.4, libccmio-2.6.1

コンパイラはGCC以外のintelコンパイラなどでも可能ですが，OpenFOAMの実行速度はそれほど変わらないようです．GCCのバージョンは4.8.5より新しいものでも大丈夫ですが，後で出てくる設定を合わせて変更する必要があります．

GCC

$ cd ThirdParty-v1606+
$ wget https://ftp.gnu.org/gnu/gcc/gcc-4.8.5/gcc-4.8.5.tar.gz
$ tar zxvf gcc-4.8.5.tar.gz

GNUライブラリ(gmp, mpfr, mpc)

$ wget http://ftp.gnu.org/gnu/gmp/gmp-6.1.0.tar.bz2 
$ tar jxvf gmp-6.1.0.tar.bz2
$ wget http://ftp.gnu.org/gnu/mpfr/mpfr-3.1.4.tar.gz 
$ tar zxvf mpfr-3.1.4.tar.gz
$ wget http://ftp.gnu.org/gnu/mpc/mpc-1.0.3.tar.gz 
$ tar zxvf mpc-1.0.3.tar.gz

OpenMPI

すでにサードパーティディクトリにあります．

Scotch

すでにサードパーティディクトリにあります．

Boost

すでにサードパーティディクトリにあります．

CGAL

すでにサードパーティディクトリにあります．

Cmake

$ wget https://cmake.org/files/v3.2/cmake-3.2.1.tar.gz
$ tar zxvf cmake-3.2.1.tar.gz

認証の関係でHTTPSのダウンロードができない場合は，--no-check-certificateをオプションを付けるか，.wgetrcの設定などによって回避してください．

Qt (qmake)

$ wget https://download.qt.io/archive/qt/4.8/4.8.6/qt-everywhere-opensource-src-4.8.6.tar.gz
$ tar zxvf qt-everywhere-opensource-src-4.8.6.tar.gz

FFTW

$ wget http://www.fftw.org/fftw-3.3.4.tar.gz
$ tar zxvf fftw-3.3.4.tar.gz

libccmio

STAR-CCM+のメッシュコンバータが必要な場合のみビルドします．

$ wget http://portal.nersc.gov/svn/visit/trunk/third_party/libccmio-2.6.1.tar.gz
$ tar zxvf libccmio-2.6.1.tar.gz

環境設定ファイル・ビルドスクリプトを編集

OpenFOAM本体の環境設定

OpenFOAM本体の環境設定を，viやemacsなどの適当なエディタで編集します．シェルはbash利用で説明します．

$ vi ../OpenFOAM-v1606+/etc/bashrc

修正箇所

# Location of the OpenFOAM installation
# ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
#foamInstall=$HOME/$WM_PROJECT
# foamInstall=~$WM_PROJECT
foamInstall=/opt/$WM_PROJECT

#- Compiler location:
#    WM_COMPILER_TYPE= system | ThirdParty (OpenFOAM)
export WM_COMPILER_TYPE=ThirdParty

#- MPI implementation:
#    WM_MPLIB = SYSTEMOPENMPI | OPENMPI | SYSTEMMPI | MPICH | MPICH-GM | HPMPI
#               | MPI | QSMPI | SGIMPI
export WM_MPLIB=OPENMPI

注意!
バージョン3.0以降ではexport WM_LABEL_SIZE=でメッシュのラベルサイズを32ビットから64ビットに拡張できるようになりましたが，現状のv1606+ではexport WM_LABEL_SIZE=64とするとコンパイルエラーとなります(2016/7に確認)．

コンパイラ・GNUライブラリの指定に関して，GNUライブラリの指定を変更します．

$ vi ../OpenFOAM-v1606+/etc/config.sh/compiler

変更箇所

case "$WM_COMPILER_TYPE" in
OpenFOAM | ThirdParty)
    # Default versions of GMP, MPFR and MPC, override as necessary
    gmp_version=gmp-6.1.0
    mpfr_version=mpfr-3.1.4
    mpc_version=mpc-1.0.3

GCCビルドの設定

$ vi makeGcc

変更箇所

gmpPACKAGE=gmp-6.1.0
mpfrPACKAGE=mpfr-3.1.4
mpcPACKAGE=mpc-1.0.3
gccPACKAGE=gcc-4.8.5

CGALビルドの設定

CGALのビルドスクリプトを編集します(なぜかmakeCGALのみ実行権限がないので付ける)．

$ chmod u+x makeCGAL
$ vi makeCGAL

変更箇所

boostPACKAGE=boost_1_61_0
gmpPACKAGE=gmp-6.1.0
mpfrPACKAGE=mpfr-3.1.4
cgalPACKAGE=CGAL-4.8

OpenFOAM本体でのCGALの設定を変更します．

vi ../OpenFOAM-v1606+/etc/config.sh/CGAL

変更箇所

boost_version=boost_1_61_0
cgal_version=CGAL-4.8

FFTWビルドの設定

FFTWのビルドスクリプトを編集します．

vi makeFFTW

変更箇所

_foamSource $($WM_PROJECT_DIR/bin/foamEtcFile config.sh/FFTW)
fftwPACKAGE=fftw-3.3.4

OpenFOAM本体でのFFTWの設定を変更します．

vi ../OpenFOAM-v1606+/etc/config.sh/FFTW

変更箇所

fftw_version=fftw-3.3.4
export FFTW_ARCH_PATH=$WM_THIRD_PARTY_DIR/platforms/$WM_ARCH$WM_COMPILER/$fftw_version

サードパーティのビルド

GCCのビルド

はじめにOpenFOAMの環境設定を読み込みます．

$ . /opt/OpenFOAM/OpenFOAM-v1606+/etc/bashrc

このとき，下記のようなメッセージが出力されますが，GCCがビルドがまだなので当たり前のエラーであり，GCCのビルドを進めます．

Warning in /opt/OpenFOAM/OpenFOAM-v1606+/etc/config.sh/settings:
    Cannot find /opt/OpenFOAM/ThirdParty-v1606+/platforms/linux64/gcc-4.8.5 installation.
    Please install this compiler version or if you wish to  use the system compiler,
    change the 'WM_COMPILER_TYPE' setting to 'system'

$ ./makeGcc

サードパーティパッケージのビルド

Gccのビルドが完了したら，残りのパッケージのビルドをAllwmakeで行います．実行する前にもう一度OpenFOAMの環境設定を読み込みます．

$ . /opt/OpenFOAM/OpenFOAM-v1606+/etc/bashrc 
$ ./Allwmake

Cmakeのビルド

Cmakeをビルドします．

./makeCmake

ParaViewのビルド

Qtのビルド

makeQtを編集します．

$ vi makeQt

変更箇所

qtVERSION=4.8.6
qtTYPE=qt-everywhere-opensource-src

Qtをビルドします．

$ ./makeQt

次にParaViewをビルドしますが，ビルドスクリプトmakeParaViewの中ではqmake(Qt)及びCmakeのパスが設定されていないので追記します．

$ vi makeParaView

追記箇所

# Set the path to the Qt-4.5 (or later) qmake if the system Qt is older
QMAKE_PATH="/opt/OpenFOAM/ThirdParty-4.0/platforms/linux64Gcc/qt-4.8.6/bin/"

# Set the path to cmake
CMAKE_PATH="/opt/OpenFOAM/ThirdParty-4.0/platforms/linux64Gcc/cmake-3.2.1/bin"

また，ParaViewでPythonスクリプトを使いたい場合は，makeParaView中でwithPYTHON=trueとし，PYTHON_LIBRARY=""に適切なパスを設定します(今回は設定しない)．

注意!
今回のビルドスクリプトではParaView 5.0.1がビルドされ，OpenGLに関する設定が増えています．しかしながら，システムで利用できるOpenGLのバージョンが2.xより古い場合，ビルドできてもParaViewが起動しません．OpenGLのドライバをアップデートするか，もしくは以下のようにOpenGLライブラリ2.x以上の機能を利用しないようにします．

$ vi makeParaView

変更箇所

# new rendering backend (starting with paraview 5.0)
withGL2=false
if [ "${ParaView_VERSION%%.*}" = 4 ]
then withGL2=false
fi

ParaViewをビルドします．

$ ./makeParaView

以上のサードパーティ，ParaViewのビルドが終わったら，OpenFOAM本体ビルドのための条件を満たしているかどうかを以下のコマンドでチェックします．

$ foamSystemCheck

OpenFOAM本体のビルド

再度OpenFOAMの環境設定を読み込んでからビルドします．Allwmakeスクリプトを利用しますが，-jオプションで並列コンパイルのcpu数を指定できるので，環境に合わせて設定します．また，エイリアスコマンドfoamを用いると，OpenFOAMのプロジェクトディレクトリ(インストールディレクトリ)$WM_PROJECT_DIRに移動できます．

$ . /opt/OpenFOAM/OpenFOAM-v1606+/etc/bashrc
$ foam
$ ./Allwmake –j4

もしエラーが出て正常終了しないときは，エラーメッセージから足りないライブラリがないかどうかなどを確認します．今回のビルドではメッシュ生成ユーティリティであるfoamyMeshのコンパイルがエラーとなってしまいましたが，原因はまだわかっていません(2016/7現在)．foamyMeshは必須ではないので今回は我慢します．

OpenFOAM本体のビルド検証

OpenFOAM本体のビルドが正常終了したら，環境設定読み込みを再度行い，テストのためのプログラムを実行します．

$ . /opt/OpenFOAM/OpenFOAM-4.0/etc/bashrc 
$ foamInstallationTest

ライブラリパスなどの確認結果が出力され，最後に以下のような要約が出力されればOKです．

Summary
-------------------------------------------------------------------------------
Base configuration ok.
Critical systems ok.

Done

引き続いてParaView Readerをビルドします．一度クリーンしてからビルドします．

$ cd $FOAM_UTILITIES/postProcessing/graphics/PVReaders 
$ ./Allwclean
$ ./Allwmake

ここで$FOAM_UTILITIESはOpenFOAMのユーティリティがインストールされたパスを表すOpenFOAMの環境変数です．

OpenFOAMでの前処理，計算実行，後処理の動作確認

上記のインストール作業がすべて終了したら，OpenFOAMによって流体解析の一連の流れである，前処理(メッシュ作成)，計算実行，後処理(可視化)が正常にできるかどうかを，チュートリアルケースであるcavityを利用して確かめます．

$ . /opt/OpenFOAM/OpenFOAM-4.0/etc/bashrc
$ mkdir –p $FOAM_RUN
$ run
$ cp –r $FOAM_TUTORIALS/incompressible/icoFoam/cavity/cavity ./ 
$ cd cavity
$ blockMesh
$ icoFoam
$ paraFoam

ここで出てくるOpenFOAMのコマンドの意味は以下のとおりです．

run: ユーザの計算実行ディレクトリ$FOAM_RUNに移動する．
blockMesh: 基本的なメッシュを生成する．
icoFoam: 非圧縮性流体計算用の基本ソルバーicoFoamの実行．
paraFoam: OpenFOAMの計算出力をParaView Readerによって読み込み，ParaViewを起動して可視化する．

ここで行った動作確認では並列計算の確認ができていません．並列計算を行うチュートリアルケースはどれも計算時間がかかるので気軽に動作確認ができませんが，比較的軽い計算としてpipeCyclicを実行してみます(並列数はデフォルでは5)．

$ run
$ cp -r $FOAM_TUTORIALS/incompressible/simpleFoam/pipeCyclic ./
$ cd pipeCyclic
$ ./Allrun

Allrunはメッシュ生成から解析条件設定・計算実行を自動的に行うスクリプトです．cavity及びpipeCyclicがエラーなしで計算実行できれば無事にインストール完了です．

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