Sun Forte Developer 7: Fortran 95 Version 7

Unter Sun ONE Studio 7 (Sun Forte Developer 7) steht eine neue Version des Fortran-Compilers (f95) zur Verfügung. Es handelt sich um einen "echten" optimierenden Fortran95-Compiler.

Übergang von Sun Fortran 95 Version 6

Vorübersetzte Programmbausteine

Wenn Sie mit f95 Version 6 erstellte binäre Objektdateien, eigene oder bereitgestellte Programmbibliotheken, Fortran-Module, ... einsetzen, dann ist es i. allgem. nicht erforderlich, die gesamte Anwendung zu recompilieren.

64-Bit-Verarbeitung

Auf den Sun-Rechnern des RRZN können Sie wählen, ob Sie in einer 32-Bit-Umgebung (Sun-Terminologie: v8-Architektur) oder in einer 64-Bit-Umgebung (Sun-Terminologie: v9-Architektur) rechnen wollen.

Die Voreinstellung ist -xarch=v8. Wenn Sie Code für die 64-Bit-Umgebung erzeugen lassen wollen, dann müssen Sie explizit -xarch=v9 angeben. Für detaillierte Hinweise zur 64-Bit-Verarbeitung lesen Sie bitte weiter in www.unics.uni-hannover.de/rrzn/gehrke/SunFD7/64-neu.html.

Alternativer Compiler

Unsere bisherigen Erfahrungen mit dem f95-Compiler sind ganz gut. Falls Sie dennoch lieber einen anderen Fortran-Compiler einsetzen wollen, können Sie anstelle des Sun-Compilers den NAGWare-Fortran95-Compiler verwenden.

Diverse Compiler-Optionen

Der Compiler arbeitet die im Compiler-Aufruf explizit angegebenen Optionen von links nach rechts ab, so daß selektives Übersteuern möglich ist. Im Gegensatz zu anderen Compilern arbeitet dieser -- abgesehen von der Ausgabe von Fehlermeldungen -- still vor sich hin; d.h., der Anwender wird nicht laufend über das Fortschreiten der Compilation informiert.
-cg89 spezifiziert die generische SPARC-Architektur und ist daher für alle am RRZN im Einsatz befindlichen Sun-Workstations nicht optimal. Die Option ist überholt und sollte nicht mehr verwendet werden.
-cg92 selektiert die SPARC-V8-Architektur und ist die Kurzform (Makrooption) für
-xarch=v8 -xchip=super -xcache=16/32/4:1024/32/1 Die Option ist überholt und sollte nicht mehr verwendet werden; sie ist äquivalent zu -xtarget=ss1000.
-fast (hat eine neue/erweiterte Bedeutung und) ist die Kurzform (Makrooption) für
-dalign -depend -fns -fsimple=2 -ftrap=common -libmil -xtarget=native -O5 -xlibmopt -pad=local -xvector=yes -xprefetch=yes -xprefetch_level=2
  Achtung: Die implizite Option -xtarget=native bewirkt, daß 32-Bit-Code erzeugt wird, der für 32-Bit- und 64-Bit-Umgebungen geeignet ist. Wenn mit -fast übersetzt worden ist, muß auch mit -fast gelinkt werden (s.u. Abschnitt "Konsistentes Linking"). Diese Option ist ungeeignet, wenn das Programm von Standard-IEEE-Ausnahmebehandlung abhängig ist. Sie ist gut als Anfangsoption für die Laufzeitoptimierung geeignet; i. allgem. ist jedoch weiteres Tuning erforderlich.
-xarchselektiert die Rechnerarchitektur, d.h. den Instruktionssatz für die Codeerzeugung. Die Option wird auch von diversen Makro-Optionen gesetzt, z.B. von der Makro-Option -xtarget. Die Voreinstellung ist immer -xarch=v8. Das bedeutet, daß 32-Bit-Code erzeugt wird. Wenn 64-Bit-Code erzeugt werden soll, d.h. wenn die 64-Bit-Architektur verwendet werden soll, dann muß explizit -xarch=v9 gesetzt werden.

Optimale Compiler-Optionen

Wenn Sie auf derselben Maschine rechnen, auf der Sie das Programm compilieren:

RRZN-Host CPUs optimale Compiler-Option(en) gleichbedeutend mit
SunAS 2 -xtarget=ultra2
-xchache=16/32/1:4096/64/1		 -xarch=v8
-xchip=ultra2
-xcache=16/32/1:4096/64/1
Sun218d
XServ		 1 -xtarget=ultra -xarch=v8
-xchip=ultra
-xcache=16/32/1:512/64/1
UniCS 4 -xtarget=ultra -xarch=v8
-xchip=ultra
-xcache=16/32/4:512/64/1
e10k
e10kcs
e10kio
e10kpp		 8
8
8
32 		-xtarget=ultra2
-xcache=16/32/1:8192/64/1 		-xarch=v8
-xchip=ultra2
-xcache=16/32/1:8192/64/1
sonstige mittels folgender Kommandos erfragen:
   fpversion
   uname -a
   sysinfo
Achtung: Die Voreinstellung ist -xarch=v8. D.h., es wird die 32-Bit-Architektur gewählt. Wenn Sie die 64-Bit-Architektur verwenden wollen, müssen Sie dafür sorgen, daß -xarch=v9 gesetzt ist.

Empfehlung

32-Bit-Codes: Für optimale Laufzeiteffizienz sollten Sie beim Aufruf des f95-Compilers zuerst -fast angeben. Falls es Probleme gibt, können Sie im Anschluß an die Makrooption -fast selektiv einzelne implizite/enthaltene Optionen "zurücknehmen", indem Sie beispielsweise -fast -O4 angeben. Da die Option -fast jetzt die Option -xtarget=native umfaßt (s.o.), ist die explizite Angabe der Optionen -xtarget, -xarch oder -xchip meist überflüssig. Die in -fast enthaltene Option -xtarget=native sorgt dafür, daß die drei eben genannten Optionen immer optimal gesetzt werden, wenn Sie auf demselben Rechner compilieren, auf dem Sie das Programm dann auch rechnen werden.

64-Bit-Codes: Um optimalen Code für 64-Bit-Umgebungen zu erzeugen, geben Sie hinter der Option -fast zusätzlich die Option -xtarget=native64 an. Für detaillierte Hinweise zur 64-Bit-Verarbeitung lesen Sie bitte weiter in www.unics.uni-hannover.de/rrzn/gehrke/SunWS6/64-neu.html.

f95: Datentypen: Typparameterwerte, Speicherbelegung, Alignment

  Data Sizes and Alignment--(in Bytes) Pass by Reference ( f95 and cc)
Fortran 95 Data Type C Data Type Size Alignment 
CHARACTER x
unsigned char x ; 1 1 

    
 

CHARACTER (LEN=n) x


    
 unsigned char x[n] ;
    
 n
    
 1 
  

  

     

COMPLEX x


    
 struct {float r,i;} x;
    
 8
    
 4
  

  

    
 


    
 COMPLEX (KIND=4) x
COMPLEX (KIND=8) x
COMPLEX (KIND=16) x		
    
 struct {float r,i;} x;
struct {double dr,di;} x;
struct {long double, dr,di;} x;		
    
 8
16
32		
    
 4 
4/8
4/8/16		
  

  

     

DOUBLE COMPLEX x


    
 

struct {double dr, di;} x; 


    
 16
    
 4/8
  

  

     

DOUBLE PRECISION x


    
 double x ;
    
 8
    
 4 
  

  

     

REAL x


    
 float x ;
    
 4
    
 4
  

  

    
 


    
 REAL (KIND=4) x
REAL (KIND=8) x
REAL (KIND=16) x		
    
 float x ;
double x ;
long double x ;		
    
 4
8
16		
    
 4 
4/8
4/8/16		
  

  

     

INTEGER x


    
 int x ;
    
 4
    
 4
  

  

    
 


    
 INTEGER (KIND=1) x
INTEGER (KIND=2) x
INTEGER (KIND=4) x
INTEGER (KIND=8) x		
    
 signed char x ;  
short x ;      
int x ;
long long int x;		
    
 1
2
4
8		
    
 4
4
4 
4		
  

  

     

LOGICAL x


    
 int x ;
    
 4
    
 4
  

  

    
 


    
 LOGICAL (KIND=1) x
LOGICAL (KIND=2) x
LOGICAL (KIND=4) x
LOGICAL (KIND=8) x		
    
 signed char x ;
short x ;
int x ;
long long int x;		
    
 1
2
4
8		
    
 4
4
4
4		
  






Konsistentes Linking


Es ist i.allg. empfehlenswert, Compilation und Linking nicht zu trennen,
sondern in einem Lauf durchzuführen. Sollte das nicht möglich sein, 
sollte man darauf achten, daß man für den separaten nachfolgenden 
Linklauf kein Lader-Kommando, sondern beispielsweise das 
f95-Kommando verwendet.
Ferner ist darauf zu achten, daß Compilations- und Linking-Optionen
konsistent sind.



Wenn man einen Teil eines Programmes mit einer der folgenden Optionen übersetzt, 
dann sind auch für das Linking die gleichen Optionen erforderlich:


-a, -autopar, -B..., -fast, -G, -L..., -l..., -mt, -xmemalign,
-nolib, -norunpath, -p, -pg, -xlibmopt, -xclic_lib=..., -xprofile=...




Für die folgenden Optionen gilt, daß grundsätzlich 
alle zugehörigen Quellprogramme mit der betreffenden Option 
übersetzt und geladen werden müssen:


-autopar, -aligncommon, -dx, -dalign, -dbl, -explicitpar,
-f, -misalign, -native, -parallel, -r8, -xarch=..., -xcache=...,
-xchip=..., -xF, -xtarget=..., -xtypemap, -ztext




Wenn beim Laden z.B. im f95-Kommando keine Quelltextdateien,
sondern nur Objektdateien genannt werden, dann verwendet das System 
intern nicht den Lader ld, sondern den inkrementellen Lader
ild. Das kann in bestimmten Fällen zu Problemen
führen. Abhilfe ist leicht möglich durch expliziten
Verzicht auf den ild, indem man im f95-Kommando die
Option -xildoff angibt.


Programmbibliotheken im RRZN



1. Einige der für Compiler installierten Laufzeitbibliotheken






Library



Name



Options Needed






f77 functions, nonmath


libF77


None




f77 functions, nonmath, multithread safe


libF77_mt


-parallel




f95 support intrinsics


libfsu


None




f95 interface


libfui


None




f95 array intrinsics libraries


libf*ai


None




f95/f77 I/O compatibility library


libf77compat


-lf77compat




Library of Sun math functions


libsunmath


None




POSIX bindings


libFposix


-lFposix




POSIX bindings for extra runtime checking


libFposix_c


-lFposix_c








2. SunSoft Performance Library


Die Performance Library ist eine am RRZN zusätzlich 
installierte Programmbibliothek
mit besonders effizienten Unterprogrammen entsprechend
BLAS1, BLAS2, BLAS3, LAPACK, FFTPACK und VFFTPACK.


Routinen der Performance Library werden automatisch geladen zur 
Durchführung bestimmter Feldoperationen. Sie können die
Bibliothek aber auch explizit verwenden.


Zur Verwendung mit dem f95-Compiler ist jetzt eine 
neue Version der Performance 
Library verfügbar. 



3. NAG Fortran 77 Library (Mark 20)


Folgende Varianten der NAG Fortran 77 Library stehen zur Verfügung:



Achtung: 





Bei Verwendung der NAG Fortran 77 Library 
reicht die Angabe der Bibliothek, beispielsweise für libnag.a 
die Option -lnag,
allein nicht aus, sondern es müssen weitere zwei Optionen und 
eine weitere Bibliothek angegeben werden:


f95 -dalign -xarch=generic64 xyz.f90 -lnag -lF77





4. Sun Scientific Subroutine Library S3L


S3L ist hauptsächlich für SunMPI-Benutzer gedacht.
Die Programmbibliothek erweitert die Funktionalität der 
Sun Performance Library.





5. NAG Fortran 90 Library fl90







Software-Werkzeuge


Für die Programmentwicklung stehen eine Reihe von Werkzeugen bereit, die
zum Teil sogar eine graphische Benutzerschnittstelle haben.






Name/AufrufBeschreibung





analyzer
	   graphical performance analysis  tool




asa
   converts Fortran carriage-control output in printable form




dbx
    source-level debugger




error
  insert compiler error messages at right source lines




fsplit
   split multi-routine Fortran file  
     in individual files




fpp
   Fortran   
     language preprocessor




gprof
   display call-graph profile data




prism (nur E10000)
   a programming environment (also for MPI programs) 




tcov
   construct test coverage  analysis  and  
	 statement-by-statement profile




teamware
  GUI tool for CodeManager commands




workshop
   an integrated programming environment (not for MPI programs)







Einige der obigen Tools können nur aus der
Programmierumgebung workshop
heraus aufgerufen und ausgeführt werden, andere können
auch außerhalb oder nur außerhalb als singuläres 
Werkzeug verwendet werden. Achtung: In diversen man pages
muß es statt f90 eigentlich f95 
heißen.


Eventuell müssen Sie bei Verwendung von Tools mit 
graphischer Benutzerschnittstelle den verwendeten Host-Rechner
als xhost anmelden.


Probleme



Fehlende Dateiinhalte bei vorzeitigem Programmabbbruch


Wenn Ihr Fortran-Programm vorzeitig wegen eines von
der Hardware erkannten Fehlers (z.B. reelle Division 
durch Null) abgebrochen wird, dann werden die zuletzt
erzeugten Ergebnisse u.U. nicht mehr aus den zugehörigen
Puffern übertragen. Das hat zur Folge, daß Sie
anhand der Ergebnisse oder anhand extra eingefügter
Kontrollausdrucke die Abbruchstelle gar nicht lokalisieren
können.

Dieser Effekt betrifft grundsätzlich alle Ergebnisse, 
die (aus Sicht der Systemumgebung) in Dateien generiert werden. 
D.h. folgende Situationen sind betroffen:



Nicht betroffen ist also lediglich die Fortran-Standardausgabeeinheit
(* oder 6) bei interaktiven Jobs, wobei der zugehörige
Unix-Dateideskriptor 1 nicht auf eine Datei umgelenkt wird.



Abhilfe(n):



Leider geht es nicht ohne (kleine) Quelltextänderungen:


    
1. Möglichkeit: 
    
Im Anschluß an jede Ausgabe leere man den Puffer
   der betr. Datei durch Aufruf der Funktion flush(ae),
   wobei ae die Nummer der zughörigen 
   Fortran-Ausgabeeinheit ist. Beispiel: 
    
   WRITE(77,FMT=*)xyz; nn = flush(77) 
    
   oder 
    
   PRINT *, xyz; nn = flush(6) 


    
2. Möglichkeit:
    
 Falls Sie nicht jede betroffene Ausgabeanweisung ändern
   wollen, können Sie durch folgende Einfügung
   dafür sorgen, daß Ihr Programm nach dem
   Harware-Interrupt die Kontrolle zurückbekommt. 
   Danach können Sie es programmiert beenden, wobei die Puffer 
   wie üblich geleert werden. Beispiel für reelle
   Division durch Null:
   
       PROGRAM test
   ...
   CALL aaa ! hier wird die Ueberwachung eingeschaltet
   ...
   END PROGRAM test
   ...
   SUBROUTINE aaa
   EXTERNAL myhandler
   iii = ieee_handler('set', 'division', myhandler)
   END SUBROUTINE aaa

   INTEGER FUNCTION myhandler(a,b,c)
   INTEGER a,b,c(5)
   STOP ' Programmende nach Ausnahmebehandlung')
   myhandler = 0
   END FUNCTION myhandler
   
    
Im Hauptprogramm wird gleich im Anschluß an den 
Spezifikationsteil die Subroutine (hier) aaa aufgerufen.
(Sie können die beiden Anweisungen aus dem Rumpf der Subroutine
natürlich auch direkt in das Hauptprogramm einfügen.)


    
Mit dem Aufruf der vordefinierten Funktion ieee_handler
wird die Ausnahmebehandlung eingeschaltet. Der zweite Parameter
gibt an, was überwacht werden soll. Der dritte Parameter 
spezifiziert eine Funktion, die im Ausnahmefall die Kontrolle
übernimmt.


    Die Überwachung kann programmiert ein- und ausgeschaltet
werden. Und man kann auch mehrere Ausnahmesituationen zugleich
überwachen lassen. Hinweise dazu finden Sie in den 
Manual Pages zu f95 bei der Option -ftrap
und im "Fortran Programming Guide" im Kapitel 6 "Floating Point
Arithmetic".




Probleme beim Laden von Objektdateien


Wenn Sie mit dem f95-Kommando nur Objektdateien
linken und laden, kann es zu Problemen kommen. Hinweise dazu 
am Ende des obigen Abschnitts "Konsistentes Linking".


Debugging


Für die quellprogrammnahe Fehlersuche gibt es folgende 
Alternativen:




Man beachte, daß die beiden graphischen 
Programmierumgebungen letztlich lediglich einen anderen Rahmen
für den Einsatz des kommandoorientierten dbx
darstellen.


Probleme



    

  1. Wir haben gelegentlich beobachtet, daß die Zeilennummern
in Laufzeitfehlermeldungen falsch/unsinnig waren.


  2. Falls Ihr Job lediglich mit der Meldung "Signaled."
endet, können Sie der Abbruchursache durch Eingabe des 
Kommandos "adb core" etwas näher kommen.




Parallelverarbeitung


Nur und nur auf den Domänen/Partitionen e10k 
und e10kpp der 
Sun Enterprise
10000 ist Parallelverarbeitung auf den Sun-Rechnern des RRZN 
sinnvoll. Lesen Sie ggf. mal "news E10Kbetrieb" auf der E10000
nach.



Die anderen Sun-Workstations und die anderen Partitionen der
E10000 arbeiten als Mehrbenutzer-Durchsatzrechner. D.h., die 
Parallelverarbeitung macht dort keinen rechten Sinn.


Hinweis für ehemalige VPP-Anwender: Die 
Sun-E10000 kann für
bestimmte vektorisierbare Anwendungen als Nachfolgerechner 
der VPP eingesetzt werden. Solch ein SMP-Rechner ist im Hinblick auf 
eine Reihe von
Architekturmerkmalen (aus der Sicht des Programmierers) vielleicht
der nächste Verwandte des Vektorrechners; beispielsweise:


    

  1. Beide Rechnerarchitekturen haben (nicht nur aus der Sicht des
Programmierers, sondern auch physikalisch) einen einzigen 
   Adreßraum. 

  2. Beide verwenden Zwischenspeicher für den Zugriff auf 
Daten/Operanden; VPP => Vektorregister, E10000 => Cache.

  3. Bei beiden Rechnern wird das Füllen der lokalen Speicher
  (d.h. Vektorregister/Cache) per Hardware realisiert.

  4. Bei beiden Rechnern vergeht eine charakteristische 
   Latenzzeit, ehe z.B. bei der Verarbeitung von Feldern
   das erste Feldelement zur Verarbeitung bereitsteht; danach geht es
   schneller.

  5. Bei beiden Rechnern ist die Bandbreite
der Datenpfade zwischen
Hauptspeicher und Prozessor von entscheidender Bedeutung für
die Leistungsfähigkeit des Rechners.

  6. Bei beiden Rechnern ist die Datenlokalität,
d.h. die Verfügbarkeit der Operanden in den Vektorregistern
bzw. Cache von entscheidender Bedeutung für die Effizienz
des vektorisierten/parallelisierten Programmes.

  7. Für beide Rechnerarchitekturen (und nur für diese) gibt
es Werkzeuge, die (fast) vollautomatisch programminterne 
Parallelitäten erkennen können und bei der Compilation
auf die dafür vorgesehenen Hardware-Strukturen umsetzen
können. 


  8. Die automatische Vektorisierung/Parallelisierung kann durch Einfügen
   von Direktiven in den Quelltext unterstützt werden.




Insgesamt ist die Klasse der Anwendungen, die von der parallelen
   Hardware der E10000 profitieren können, 
   vermutlich größer 
   als die Klasse der für die VPP vektorisierbaren Programme.


MPI


Nur auf der E10000 (Domäne e10k oder 
e10kpp): 


Es gibt eine sehr leistungsfähige MPI-Umgebung. Sie heißt
Sun HPC Clustertools. Hauptmerkmale sind folgende:





Compilieren und Linken unter Verwendung des Wrappers mpf90
 (s. man mpf90): 

mpf90 *.f90


Wenn Sie mal versuchsweise "mpf90 -dryrun -V aaaaa.f90"
eingeben, werden Sie sehen, daß tatsächlich der 
Fortran95-Compiler 
verwendet wird, und Sie sehen, was sonst noch so
für Ihren MPI-Job eingerichtet wird.


Programmausführung mit dem mprun-Kommando 
 (s. man mprun).

Hinweise finden Sie in "news HPC" auf der E10000.


Automatische Parallelisierung


Nur auf der E10000 (Domäne e10k oder e10kpp):


Um ein seriell formuliertes Programm ohne Eingriffe in den
Quelltext parallel zu verarbeiten, können Sie es 
automatisch parallelisieren:


Umgebungsvariable PARALLEL setzen; z.B. 

export PARALLEL=16



Compilieren, Parallelisieren und Linken unter Verwendung der
Option -parallel; also beispielsweise 

f95 -fast -parallel -mp=%none *.f90


Der vom Compiler erzeugte parallele Code kann 
ggf. durch in den Quelltext eingestreute Direktiven (z.B. OpenMP)
verbessert werden.



Explizite Parallelisierung mittels OpenMP


Nur auf der E10000 (Domäne e10k oder e10kpp):


Umgebungsvariable PARALLEL setzen; z.B. 

export PARALLEL=16



Compilieren und Linken unter Verwendung der Option
-openmp: also beispielsweise 

f95 -fast -openmp *.f90 

 oder 
(wenn man die automatische Parallelisierung durch in 
in Quelltext eingestreute Direktiven unterstützen will)

f95 -fast -parallel -mp=openmp *.f90



Exekutieren wie ein serielles Programm z.B. durch Angabe von a.out



Online-Dokumentation


f95-Kommando


Lokal zugreifbare Online-Dokumentation




Die sonstige lokal im RRZN zugreifbare Online-Dokumentation besteht aus 
HTML-Dokumenten und einigen PDF-Dokumenten. Falls Sie nicht nur einzelne
Seiten, sondern komplette Dokumente drucken wollen, sollten Sie die
Dokumente in PDF-Form dazu verwenden. 


Diese Dokumentation ist z.Zt. nur
nach Aufschalten auf einen der Sun-Rechner am RRZN zugreifbar.
Dort müssen Sie mittels "netscape &" den Browser starten.
Dann finden Sie die in der folgenden Liste angegebene Dokumentation 
unter file:/opt/SUNWspro/docs/index.html.




Weltweit verfügbare Online-Dokumentation



Falls Sie die obige Dokumentation nicht lokal lesen wollen/können
oder wenn
Sie zusätzliche  Dokumentation benötigen, suchen Sie bitte
unter docs.sun.com weiter 
und klicken dort z.B. die Forte 
Developer 7 Collection an.



Gedruckte Handbücher








29. Jan 2003        
 Wilhelm
Gehrke 
       

 gehrke@rrzn.uni-hannover.de