Linpack 基准测试通常指 High-Performance Linpack (HPL)，这是一个用于评估高性能计算系统浮点性能的工具，常用于 Top500 超级计算机排名。它依赖于 BLAS 库 (如 OpenBLAS)、MPI (如 OpenMPI) 和 HPL 源代码。

Install Basic Dependency

运行以下命令安装依赖:

sudo apt update
sudo apt install -y build-essential gfortran gcc g++ make wget git
  • build-essential: 提供 GCC、Make 等编译工具。
  • gfortran: Fortran 编译器，用于 OpenBLAS 和 HPL.
  • git 和 wget: 用于下载源代码。

Install OpenBLAS from Source

OpenBLAS 是一个高性能的 BLAS (基本线性代数子程序) 库，支持多线程计算，适用于 HPL 的矩阵运算。

  1. 克隆最新版 OpenBLAS 源码:
cd ~
git clone https://github.com/OpenMathLib/OpenBLAS.git
cd OpenBLAS
  1. 编译 OpenBLAS，支持多线程 (OpenMP) 和动态架构优化
make DYNAMIC_ARCH=1 USE_OPENMP=1 -j$(nproc)
sudo make PREFIX=/usr/local/openblas install
  • DYNAMIC_ARCH=1: 支持多种 CPU 架构 (如 Skylake、Zen)，自动选择最佳指令集。
  • USE_OPENMP=1: 启用 OpenMP 多线程支持，HPL 性能关键。
  • PREFIX=/usr/local/openblas: 安装到自定义路径，避免覆盖系统库。
  • -j$(nproc): 使用所有 CPU 核心加速编译。

编译完成后，检查生成的库文件:

ls /usr/local/openblas/lib

应看到 libopenblas.so 等文件。

  1. 配置 OpenBLAS 环境变量:
echo "export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/openblas/lib:$LD_LIBRARY_PATH" >> ~/.bashrc
echo "export CFLAGS=-I/usr/local/openblas/include" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

验证 OpenBLAS 安装:

pkg-config --libs --cflags openblas

输出类似: -I/usr/local/openblas/include -L/usr/local/openblas/lib -lopenblas.

Install OpenMPI from Source

OpenMPI 是一个开源的 MPI (消息传递接口) 实现，支持分布式并行计算，HPL 需要它来运行多节点或多进程任务

  1. 下载 OpenMPI 源代码:
cd ~
wget https://download.open-mpi.org/release/open-mpi/v5.0/openmpi-5.0.5.tar.gz
tar -xvzf openmpi-5.0.5.tar.gz
cd openmpi-5.0.5
  1. 编译和安装 OpenMPI:
./configure --prefix=/usr/local/openmpi --enable-mpi-fortran --with-hwloc=internal
make -j$(nproc)
sudo make install
  • --prefix=/usr/local/openmpi: 安装到自定义路径。
  • --enable-mpi-fortran: 启用 Fortran 支持 (HPL 需要) 。
  • --with-hwloc=internal: 使用内置 hwloc 库管理硬件拓扑。
  1. 配置 OpenMPI 环境变量
echo "export PATH=/usr/local/openmpi/bin:$PATH" >> ~/.bashrc
echo "export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/openmpi/lib:$LD_LIBRARY_PATH" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

验证 OpenMPI 安装:

which mpicc
which mpifort
mpirun --version

应显示 /usr/local/openmpi/bin/mpicc 等路径和版本信息。

Install HPL from Source

HPL 官方源代码来自 Netlib，执行以下命令下载 HPL 2.3 版本，解压并进入目录。

cd ~
wget https://www.netlib.org/benchmark/hpl/hpl-2.3.tar.gz
tar -xvzf hpl-2.3.tar.gz
mv hpl-2.3 hpl
cd hpl
  1. 配置 HPL 构建

HPL 需要自定义 Makefile 来链接 OpenBLAS 和 OpenMPI. 复制模板并编辑:

cp setup/Make.Linux_PII_CBLAS Make.Linux

将 Make.Linux 相关配置替换为

ARCH         = Linux
TOPdir       = $(HOME)/hpl
MPdir        = /usr/local/openmpi
MPinc        = -I$(MPdir)/include
MPlib        = $(MPdir)/lib/libmpi.so
LAdir        = /usr/local/openblas/lib
LAlib        = $(LAdir)/libopenblas.so
LApaths      = -L$(LAdir)
CC           = $(MPdir)/bin/mpicc
CCFLAGS      = $(HPL_DEFS) -fopenmp -O3 -funroll-loops -fPIC
LINKER       = $(CC)
LINKFLAGS    = $(CCFLAGS)
F77          = $(MPdir)/bin/mpifort
FFLAGS       = -fopenmp -O3 -funroll-loops -fPIC
RANLIB       = ranlib
HPL_OPTS     = -DHPL_CALL_CBLAS
  1. 构建 HPL
make arch=Linux

会生成可执行文件 xhpl (双精度版本) 。构建过程可能需要几分钟，输出在 bin/Linux/ 目录。

  1. 测试 HPL

编译成功后，进入 bin/Linux 目录并运行测试:

cd ~/hpl/bin/Linux
export OMP_NUM_THREADS=8  # 替换为 CPU 核心数
mpirun --allow-run-as-root -np 4 ./xhpl

Finished    864 tests with the following results:
            864 tests completed and passed residual checks,
              0 tests completed and failed residual checks,
              0 tests skipped because of illegal input values.
--------------------------------------------------------------------------------

End of Tests.