[Linux-超算]初识编译器

GCC的开发者自由软件之“父”——Richard. M. Stallman

二、 共同点（相同之处）

• 三者均支持主流的科学计算和系统编程语言：C、C++ 以及 Fortran（77/90/95/2003/2008 等）。
• 都能编译生成 Linux/Unix 环境下的 ELF 可执行文件和静态/动态库。

• 均完整支持 OpenMP（多线程共享内存并行）。
• 都能与主流的 MPI 库（如 OpenMPI、MPICH、Intel MPI）完美结合，用于大规模集群并行计算。

• 在使用 CMake、Make 或 Autotools 构建项目时，三者都遵循一套统一的环境变量命名规范（如通过指定 CC、CXX、FC 环境变量来切换不同编译器）。

三、 不同点（差异与优势）

• GCC：通用性第一。可以在 x86、ARM、MIPS、PowerPC 等几乎所有 CPU 架构上运行并生成代码。虽然优化不如 Intel/NVIDIA 深入，但代码的通用性和可移植性最好。

• Intel 编译器：针对 Intel 处理器（x86_64） 做了极致的深度优化。其内置的自动矢量化（Auto-vectorization）、AVX-512 指令集支持以及与 Intel MKL 数学库的集成，能使代码在 Intel CPU 上跑出顶尖性能。

• PGI (NVIDIA) 编译器：针对 NVIDIA GPU 显卡 以及异构计算进行深度优化。它是最早且最完整支持 OpenACC（通过指令自动将 CPU 循环下刷到 GPU 加速）的编译器之一。

• GCC：开源自由软件，是 Linux 操作系统的标准编译器。

• Intel 编译器：早期为高价商业许可，近几年转型推出了 Intel oneAPI，允许开发者免费下载和使用包含底层 LLVM 架构的新一代编译器（icx/ifx）。

• PGI 编译器：被 NVIDIA 收购后，传统的 PGI（pgcc/pgf90）已被逐步重构并整合进 NVIDIA HPC SDK（命令转为 nvc/nvfortran），旨在服务于 GPU 算力集群。

• GCC：对语言标准的语法审查相对宽松，报错信息丰富且社区解决方案极多。许多老旧源码（甚至语法不太规范的代码）用 GCC 往往最容易成功编译。

• Intel / PGI 编译器：对语法和 Fortran/C++ 标准的要求更为严苛。很多在 GCC 下能“蒙混过关”的非法指针操作或未定义行为，在 Intel 或 PGI 编译器下可能会直接报编译错误。

一、 什么是 Intel oneAPI？

oneAPI 是 Intel 推出的异构计算架构统一标准，也是一套完整的开发者工具包套件（Toolkit）。过去，针对 CPU 编程用 C/C++/Fortran，针对 GPU 用 CUDA，针对 FPGA 用 OpenCL，这导致代码很难跨硬件移植。Intel 推出 oneAPI 就是为了消除这种隔阂，实现“一套代码，跑在 CPU、GPU、FPGA 等不同硬件上”。

它不是单款软件，而是一个“大礼包”，里面包含：

• 全新编译器组件：

• icx / icpx：基于 LLVM 打造的下一代 Intel C/C++ 编译器（替代老旧的 icc）。

• ifx：基于 LLVM 的下一代 Intel Fortran 编译器（替代老旧的 ifort）。

• 支持 SYCL / DPC++ 语言（一种允许用标准 C++ 编写跨平台 GPU/CPU 代码的语言）。

• 顶级数学与并行库：

• oneMKL（即经典的 Intel MKL 数学库，提供极速的矩阵/FFT等计算）。

• oneTBB（多线程构建块库）。

• Intel MPI（分布式集群通讯库）。

• 性能分析工具：

• Intel VTune Profiler（极强悍的代码瓶颈与性能调优诊断工具）。

• 它是开源的吗？
  部分开源，部分闭源。 oneAPI 的标准规范是公开且开源的，其底层编译器的驱动/部分库（如 SYCL 运行时）也是开源的；但 Intel 自身优化过的许多核心库和可执行程序（如 MKL 的核心优化算法、VTune）依旧是专有/闭源软件。

• 免费模式：
  过去 Intel 的并行开发套件（Parallel Studio XE）售价高达上千美元，而现在的 Intel oneAPI Base / HPC Toolkit 已经完全免费提供给所有人下载使用（不限商业或个人用途），仅在用户需要“官方一对一企业技术支持”时才收费。

二、 什么是 NVIDIA HPC SDK？

NVIDIA HPC SDK 是 NVIDIA 推出的高性能计算软件开发工具包（Software Development Kit）。在前面提到过PGI 编译器（pgcc/pgf90），PGI 商业公司在被 NVIDIA 收购后，NVIDIA 将 PGI 编译器的技术彻底重构并整合，推出了这个全新的工具包。原 PGI 的核心命令也升级为 nvc / nvc++ / nvfortran。

它同样是一个面向 HPC（超算/科学计算）的大套件，专门为了发挥 CPU + NVIDIA GPU 联合加速而设计：

• 核心编译器组件：

• nvfortran：前身是 pgf90，业界极少数能将标准 Fortran 语言和 OpenACC 指令直接编译运行在 NVIDIA GPU 上的超级 Fortran 编译器。

• **nvc++ / nvc**：支持标准 C/C++（含 C++17 Parallel Algorithms 自动 GPU Offload）以及 OpenACC/OpenMP 指令。

• nvcc：NVIDIA 原生的 CUDA C++ 编译器。

• GPU 核心加速库：

• cuBLAS / cuSOLVER / cuFFT / cuSPARSE 等线性代数与数学库。

• NCCL / NVSHMEM（用于多卡/超算集群间高带宽互连通信的库）。

• 分析调试工具：

• Nsight Systems / Nsight Compute（NVIDIA 官方的 GPU 性能剖析工具）。

• 它是开源的吗？
  否，它绝大部分是闭源商业软件。 虽然它包含了 Open MPI 等部分开源组件，但 NVIDIA 的编译器核心和底层 GPU 算法库均属于 NVIDIA 专有闭源技术。

• 免费模式：
  NVIDIA HPC SDK 现在免费向社区开发者开放下载（可在官网、Docker/Singularity 容器中自由部署使用），NVIDIA 仅针对“企业级编译器高级技术支持服务（Compiler Support Services）”收取许可订阅费用。

三、 总结对比表

结论：如果把GCC比作一把纯手工制成的开源“军刀”；那么Intel oneAPI和NVIDIA HPC SDK就是各自硬件巨头为开发者打造的“军火重装备箱”（里面装满了编译器、数学库、通信库和性能分析仪表盘），且两个装备箱目前均可以免费获取使用。

那么，什么又是cmake，make,makefile呢？

GCC、CMake、CMakelist、Make、Makefile、Ninja啥关系？一图讲透！

程序源文件（Source File）是程序员使用编程语言（如C、C++、Java、Python等）编写的、包含程序原始代码的文本文件。它是程序最原始的形态，经过编译、链接等过程后，才能生成计算机可直接执行的可运行文件（如.exe文件）。

以c++的编译为例， .cpp .o ./hello

关于 .c / cpp 文件编译的过程

一份代码的编译过程有四个阶段：预处理、编译、汇编、链接。

【看到这里，我的理解就是从你写的人能看懂的程序代码.c/.cpp的经过gcc的编译make然后变成绿色的可以直接./运行的可执行程序】

【首先，有三款编译软件，基本上我们用到的是GNU的gcc去编译一些源文件，我们一行一行的写太慢了，就用到了make命令，这个make命令会找Makefile文件去编译这些文件，但工程量大了之后makefile文件比较难写，且与当前系统环境配置强相关，所有通过cmake来解决，cmake基于cmakelist.txt来生成makefile然后在make -j就好了】

CMakeLists.txt 文件怎么写？

# 1. 指定 CMake 的最低版本要求（建议设置）cmake_minimum_required(VERSION 3.10)# 2. 定义项目名称、版本号和使用的语言project(MyProject VERSION 1.0 LANGUAGES CXX)# 3. 指定 C++ 标准（例如 C++17）set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)# 4. 指定生成的可执行文件名称，以及对应的源码文件# 格式：add_executable(可执行文件名 源码文件1 源码文件2 ...)add_executable(my_program main.cpp)

cmake编译：

mkdir build && cd build   # 建议使用边外编译（Out-of-source Build），保持源码目录整洁cmake ..                  # 生成 Makefile（CMake 会自动寻找系统中的 GCC）make                      # 调用 GNU Make 进行编译./my_program              # 运行生成的二进制文件

参考资料：

知乎：5分钟理解make/makefile/cmake/nmake

https://zhuanlan.zhihu.com/p/111110992

【Makefile 20分钟入门，简简单单，展示如何使用Makefile管理和编译C++代码】 

https://www.bilibili.com/video/BV188411L7d2/?share_source=copy_web&vd_source=04215abb9b54bfd46dad12de6403ffbd

【CMake 6分钟入门，不用再写复杂的Makefile】

https://www.bilibili.com/video/BV1bg411p7oS/?share_source=copy_web&vd_source=04215abb9b54bfd46dad12de6403ffbd

写这么多，收获：

①各个模块module之间的加载关系

②使用cmake或者make装软件的底层关系

③GNU/GCC/cmake/make等一些文件的概念关系。

今天安装lammps后的疑问，下一期更新用cmake安装lammps软件。

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