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PGI Workstation 製品の Windows 版の使用

(Bashシェル環境 Makefileの利用)

対象 Intel® Windows、シェル操作、ACMLライブラリ

 PGIコンパイラ製品の中で Windows® 版のコンパイラ製品は、二種類あります。Fortran/C/C++ 言語を完備するPGI Workstation/Server 製品シリーズの中の「Windows版」とFortran のみの製品となりますが、Microsoft® Visual Studio にプラグインすることができる PGI Visual Fortran の二つです。前者のPGI Workstation/Serverシリーズの製品は、他のプラットフォーム版のLinux版やOS X 版と同じコマンド・インタフェースで使用できます。いわゆる、Linux の bash シェル環境で使用できる Windows用のコンパイラ製品です。Linux や OS X 上でコマンドベースでコンパイラを使用しているユーザが、Windows® においても同じコマンド・インタフェースで使用できるものと考えればよいでしょう。このコラムでは、Makefile 等を利用して、Linux ベースと同じように使用できる例をお見せします。また、Windows上で ACML ライブラリをリンクして使用する方法も説明します。
2010年2月24日 Copyright © 株式会社ソフテック 加藤

PGI Workstation/Server製品のWindows版の概要

 Windows版の概要とその利用における留意点は、以下のリンク先のページにて、説明しております。なお、PGI Visual Fortran for Windows は別シリーズの製品となりますので、これに関してはこちらのページをご参照下さい。

 Windows上で PGI コンパイラを使用するための「コマンドプロンプト」は、デスクトップ上にそのアイコンがあります。これをクリックすると、PGIのbash専用のコマンド用画面が現れます。64bit Windows の場合は、デフォルトが 64ビット環境のコマンドプロンプトとなります。コマンドプロンプトを起動する方法は、以下の画面のようにWindows の「スタート」メニューから行う方法もあります。この画面は、64bit Vista 上の例ですが、ここでは、32bit 用 PGI コマンドプロンプトや 64bit 用の PGI コマンドプロンプトを選択できます。また、Windows で一般的な DOS コマンドプロンプトも選択できるようになっています。 DOS プロンプトにおいても、PGIのコマンドパスが設定されていますので、PGIコンパイラ・コマンドが使用できます。

Windows PGI command prompt

Windows PGI command prompt

例題プログラムと Makefile

 ここでの説明に用いるプログラムは、行列積の計算を LAPACK ルーチンの中の dgemm を使用して処理するものです。この LAPACK ルーチンは、ACML ライブラリを使用することにします。以下にソースプログラムとWindows 64bit 用の Makefile と 32bit 用の Makefile (Makefile32bitと言うファイル)を示しました。

このプログラムは、単純に、LAPACK dgemm ルーチンを使用して行列積の計算を行うものである。
         do i = 1, niter
            call dgemm('n','n',m,n,k,alpha,a,ii,b,ii,beta,c,ii)
         enddo

Windows上でも Linux 上で使用していた Makefile を使用する

  PGI Workstation/Server シリーズの Windows版コンパイラには、Linux bashシェル環境をエミュレートする「PGIコマンドプロンプト」が使用できます。このコマンドプロンプト上は、bashシェル環境ですので、Linux の主要コマンドや Make 等の GNU の一部のユーティリティを利用できます。これによって、ユーザは、今まで UNIX/Linux 上で開発してきたプログラム資産と開発環境を、多くの労なくして Windows 環境へ移行することができます。すなわち、今まで使用してきたMakefile 等のシステム開発用 Wrapper interface が多少の変更で使用できると言うことになります。但し、システムのライブラリや C の include ファイル、そしてリンカー、アセンブラ等の機能は、Microsoft が提供する SDK を使用するため、Linux上の GNU 環境の SDK と全く一致するものではありません。Windows 上では、ソースプログラムをコンパイルした後、Microsoft が提供するプログラミング環境を使用して必要とされるシステム・ライブラリ等がリンクされ実行モジュールが生成されます。PGIコンパイラの Linux/OS X 環境(SDK 環境がGNU系)と Windows 環境の大きな違いは、ベースとなるプログラミング開発環境 SDK の違いと言うことになります。Windows 版では、Micorosoft の SDK を使用するため、Visual C/C++ 等の言語環境に互換性があると考えて下さい。大きな違いは、C言語系のヘッダーファイル(GNU と Microsoft の違い)等に出てくるものと思います。Fortran レベルでは、こうした互換性に関しては意識する必要がありません。

 このコラムでは、Windows上で Make ファイルを使用する上での留意点、ACML ライブラリのリンク方法を説明することにします。

Windows上での Makefile の一例

 例題のプログラムをコンパイル、リンクするための Makefile の例を以下に示します。Linux上の Makefile と Windows 上の Makefile の書き方の大きな違いは、ファイル名のコンベンション(慣習的な名付け方)が異なることです。下の例を見て下さい。OBJS = pgi_mm.obj と言う定義を行っていますが、一般に Windows の世界では、オブジェクト名は ***.obj と言う suffix を慣習的に使用します。一方、Linux/UNIX 等では、***.o と言う suffix を使います。 あともう一つ、実行モジュール名のデフォルトは {ソースファイル名}.exe とするのが Windows であり、Linux/OS X では、デフォルトの名前が a.out となります。主な違いの大きなものは、これくらいでしょう。

 64ビットWindows環境での Makefile

#for 64-bit Windows
SRC  = pgi_mm.f
OBJS = pgi_mm.obj

FC = pgf95
RM = /bin/rm
PROG =mm64.exe
#ACMLLIB = -Bdynamic libacml_mp.lib 

#If OpenMP parallel, -mp option is required.(ACMLの並列版を使用する)
#ACML ライブラリの並列版のリンク
FFLAGS = -fastsse -mp -Minfo 
ACMLLIB = -Bdynamic -lacml_mp

#If seriall , -mp option is not required.(ACMLのシリアル版を使用する)
#FFLAGS = -fastsse -Minfo
#ACML ライブラリのシリアル版のリンク
#ACMLLIB = -Bdynamic -lacml

LDFLAGS = ${FFLAGS} 

all : ${PROG}

${PROG}: ${OBJS} 
	${FC} -o $@ ${OBJS} ${LDFLAGS} ${ACMLLIB} 

${OBJS}: ${SRC}
	${FC} -c ${FFLAGS} $<

clean:
	${RM} -f ${PROG} ${OBJS} core *.mod *.obj *.exe *.pdb *.dwf

 環境変数 PGI_OBJSUFFIX で、オブジェクトの suffix を変更

 Windows 環境のオブジェクトファイル名は、デフォルトで ***.obj となりますが、これを任意に変更することができます。例えば、Linuxで使用してきた ***.o と同じにしたい場合は、予め、環境変数 PGI_OBJSUFFIX に "o" を指定しておけば、例えば、Linux で使用してきた Makefile の変更を少なくすることができます。但し、この PGI_OBJSUFFIX 環境変数は、PGIコマンド・プロンプト画面を開いたときに、必ず設定する必要があります。あるいは、自分のホームの .bashrc ファイルに定義しておく必要があります。この設定を忘れると、***.obj ファイルがデフォルトのため、make 実行がエラーとなります。

PGI$ export PGI_OBJSUFFIX=o   (***.o   のsuffixにする)
【上記 Makefile の内容の変更】
   OBJS = pgi_mm.o に変更
   
PGI$ make
pgf95 -c -fastsse -mp -Minfo  pgi_mm.f
matmul:
     39, Generated vector sse code for the loop
     62, Loop not vectorized/parallelized: contains call
     91, Loop not vectorized/parallelized: contains call
    114, Loop not vectorized/parallelized: contains call
pgf95 -o mm64.exe pgi_mm.o -fastsse -mp -Minfo   -Bdynamic -lacml_mp
PGI$ ls
Makefile  mm64.exe  pgi_mm.f  mm64.dwf  mm64.pdb  pgi_mm.o

【再度、***.obj に戻すには】
 $ export PGI_OBJSUFFIX=obj  (***.obj のsuffixにする) 

Windows上でのACMLライブラリのリンク方法

ACMLライブラリのリンク方法

 ACMLライブラリを Windows 上でリンクするためには、他の Linux や OS X 版とは異なり、特別に -Bdynamic と言うオプションを指定する必要があります。このオプションは、ACMLライブラリが Dynamic リンク形式のライブラリ形態となっているため、明示的にリンカーに指示するためのものです(PGIのデフォルトのリンク形式は静的リンク形式です)。
 次に、ACMLライブラリをリンク指定するオプションは、-lacml あるいは、-lacml_mp があります。たまに、この他に -lacml_mv も指定が必要な場合もあります。-lacml は、シリアル計算バージョンのライブラリであり、-lacml_mp は、マルチスレッド版の並列バージョンのライブラリとなります。

 ACMLライブラリの使用法については、こちらをご覧下さい

 ACMLライブラリのリンク用オプション

【ACMLのシリアル(1CPU)バージョンのリンクのためのオプション】
  -lacml -Bdynamic 
【ACMLの並列バージョンのリンクのためのオプション】
  -lacml_mp -Bdynamic 

32bit Windows環境 ACMLライブラリのリンク方法

 Windows 版では 32bit コンパイラ環境と 64bit環境では、コンパイルオプションが多少異なります。32ビット環境では、外部ライブラリ等のサブプログラムや関数との引数の引き渡し方法(呼び出し規約)を指定する必要があります。Windows 32ビット環境では、 Fortran のための呼び出しルール(コンベンション)を指定しなければいけません(64ビット環境では必要ありません)。プログラムの中で、従来の UNIX calling conventions のルール、すなわち、Fortran側で call する外部ルーチン名の語末のアンダースコアがないタイプでプログラム構成されている場合(Fortran ではこれが一般的)は、-Munix オプションあるいは、-Miface=unix を付けなければいけません。一般的な Fortran レベルの慣習に沿ったプログラムは、このオプションで良いです。ACMLライブラリのルーチン名も、このルールで作られていますので、-Munix を付けてコンパイル、リンクを行います。(64bit環境では、このオプションは必要ありません)
(ご参考)PGI Visual Fortran 製品を使う

 64bit Windows 環境には、32bit用のPGIコンパイラ環境と 64bit 用の PGIコンパイラ環境が実装されています。32bit 環境を使用したい場合は、必ず、Windows アプリケーションの「スタート」メニューから 32bit用の PGI Bash プロンプトを選択して実行して下さい。

 32bit PGI 環境での FORTRAN コンパイルとリンクオプション

【ACMLのシリアル(1CPU)バージョンのリンク】
   pgf95 -fastsse -Minfo -Munix pgi_mm.f -lacml -Bdynamic 
【ACMLの並列バージョンのリンク】 -mp を入れて、-lacml_mp を指定
   pgf95 -fastsse -Minfo -Munix -mp pgi_mm.f -lacml_mp -Bdynamic 

64bit Windows環境 ACMLライブラリのリンク方法

 64bit 環境の場合は、-lacml あるいは -lacml_mp と -Bdynamic をリンクオプションに付加することでACMLライブラリをリンクできます。

 64bit PGI 環境での FORTRAN コンパイルとリンクオプション

【ACMLのシリアル(1CPU)バージョンのリンク】
   pgf95 -fastsse -Minfo pgi_mm.f -lacml -Bdynamic 
【ACMLの並列バージョンのリンク】 -mp を入れて、-lacml_mp を指定
   pgf95 -fastsse -Minfo -mp pgi_mm.f -lacml_mp -Bdynamic 

 以下の例は、Makefile を使用してコンパイル・リンクし、Core2 Duo (2.4GHz) の 2コアのシステムで実行したものです。

PGI$ make
pgf95 -c -fastsse -mp -Minfo  pgi_mm.f
matmul:
     39, Generated vector sse code for the loop
     62, Loop not vectorized/parallelized: contains call
     91, Loop not vectorized/parallelized: contains call
    114, Loop not vectorized/parallelized: contains call
pgf95 -o mm64.exe pgi_mm.obj -fastsse -mp -Minfo   -Bdynamic -lacml_mp

PGI$ export OMP_NUM_THREADS=1   (1スレッド実行)
PGI$ mm64.exe
 Time measurement accuracy : .10000E-05
           10    116.9590643274854
           20    851.0638297872340
           30    1651.376146788991
           40    2723.404255319149
           50    3205.128205128205
           60    3483.870967741936
           70    3988.372093023256
           80    4697.247706422018
           90    4673.076923076923
          100    5128.205128205129
          100    6250.000000000000
          200    6425.702811244980
          300    7366.984993178718
          400    7441.860465116280
          500    7621.951219512196
          600    7700.534759358289
          700    7995.337995337995
          800    7907.335907335908
          900    8055.253069200591
         1000    8116.879822694877
         1000    8000.000000000000
         1100    8115.853658536586
         1200    8209.026128266034
         1300    8290.566037735849
         1400    8378.625954198475
         1500    8323.057953144267
         1600    8471.561530506722
         1700    8398.290598290600
         1800    8397.408207343413
         1900    8457.459926017264
         2000    8474.576271186441
PGI$ export OMP_NUM_THREADS=2   (2スレッド並列実行)
PGI$ mm64.exe
 Time measurement accuracy : .10000E-05
           10    116.2790697674419
           20    788.1773399014779
           30    1651.376146788991
           40    2723.404255319149
           50    3205.128205128205
           60    3483.870967741936
           70    3988.372093023256
           80    4376.068376068376
           90    4925.675675675676
          100    5347.593582887701
          100    4255.319148936170
          200    9302.325581395349
          300    11538.46153846154
          400    10240.00000000000
          500    10683.76068376068
          600    13846.15384615385
          700    14658.11965811966
          800    14927.11370262391
          900    14832.14649033571
         1000    13642.56480218281
         1000    14184.39716312057
         1100    15567.25146198831
         1200    14769.23076923077
         1300    14794.61279461279
         1400    16782.92594166955
         1500    15446.18891032286
         1600    15456.60377358490
         1700    15746.79487179487
         1800    15912.68758526603
         1900    16272.83511269277
         2000    16032.06412825651