Ocotpus是一款科学计算软件，可以对多种不同体系进行从头计算(ab initio)模拟。在密度泛函理论(DFT)的理论框架下，用量子力学描述电子, 用经典粒子描述原子核，电子-核相互作用以赝势（Pseudopotentials）近似来描述。Octopus可以进行基态计算，也可以利用含时密度泛函(TDDFT)进行含时演化模拟。
Octopus还支持MPI和OpenMP进行并行计算，也支持OpenCL和CUDA利用GPU计算。Octopus是一款Linux系统下的免费软件，在GNU通用公共许可证（GPL）框架下发布，你可以免费下载、使用和修改。
Octopus的安装过程比较复杂，因为它有很多依赖库。本文根据octopus官网提供的详细安装指南，分享如何在Ubuntu系统中安装Octopus 12.2并行(parallel)版本的全过程。
在安装之前，我们先创建一个文件夹来作为octopus和各种库的安装位置，我们假设这个文件夹路径为 <basedir> ，别忘了在后文对这个文件夹进行操作时要将它换成你自己的路径，例如，我的<basedir>为/home/casaries/octopus/。
2 编译工具及编译器2.1 编译工具首先，make、automake、m4和libtool这几个包是必要条件，可以直接用apt安装，使用“包名 --version”来检查是否安装成功。
sudo apt-get install make
sudo apt-get install automake
sudo apt-get install m4
sudo apt-get install libtool
其中make和automake是重要的编译工具，在linux环境下安装软件，一般都通过“配置->编译->安装”这个过程实现，即
./configure -> make -> make install
m4是一个通用的宏处理器，大多数人需要m4仅仅是因为GNU autoconf中的 “configure” 脚本依赖它。
libtool是处理动态链接库的工具，可以解决库依赖的问题，将使用动态库的复杂性隐藏在统一、可移植的接口中。
2.2 编译器Octopus的代码使用标准Fortran 2003写成，还有一些例程（routines）是使用C语言编写，所以我们需要一个C编译器和Fortran 2003编译器。命令行下直接使用apt命令安装即可。
$ sudo apt install gcc # C编译器
$ sudo apt install gfortran # fortran编译器
很多人系统中可能已经安装过这两个编译器。以C编译器gcc为例，检查是否已经安装过gcc，可以输入以下命令：
gcc --version
意为查看gcc的版本，如果已经安装，则会输出相应版本号。
2.3 编译器标志通常编译器标志(Compiler flags)取为系统默认选择的优化标志，但在安装Octopus过程中，需要我们指定标志，亲测使用不同标志会导致安装报错。这里，C编译器标志指定为：
-O3 -march=native (大写字母O)
fortran编译器标志为：
-O3 -ffree-line-length-none
如果正在编译32/64位架构，最好明确告诉编译器您想要哪种类型的二进制文件，许多问题都是由无意中混合32位和64位代码引起的。对于Octopus，通常你需要一个64位二进制文件（大多数编译器中的-m64标志）。由于此标志应始终传递，建议将其包含在本文中使用的编译器的命令中（有时会省略优化标志），因此例如 <cc> 可以是gcc -m64。
本文所有编译过程都使用上述标志。
2.4 并行编译器这里采用Open MPI。Open MPI(Message Passing Interface)是一个开源的消息传递接口库项目, 用于处理并行计算。安装步骤如下：
（1）首先下载压缩包 https://download.open-mpi.org/release/open-mpi/v4.1/openmpi-4.1.3.tar.gz；
（2）解压压缩包并进入新产生的文件夹；
（3）配置
./configure --prefix=<basedir> CC="gcc -m64" CFLAGS="-O3 -march=native" F77="gfortran -m64" F77FLAGS="-O3 -ffree-line-length-none"
（4）编译并安装
make
make install
（5）可执行文件放在 <basedir>/bin/ 文件夹内，接下来将其路径添加到环境变量里（修改 ~/.bashrc 文件）,
cd ~
vim .bashrc
在里面加入:
export PATH=<basedir>/octopus/bin:$PATH
重新启动terminal，以使修改生效。
3 数学依赖库Octopus依赖于5个数学库：BLAS，LAPACK，GSL，FFTW3，LibXC，下面逐一介绍。
3.1 BLASBLAS (Basic Linear Algebra Subprograms)即基本线性代数子程序，提供用于执行基本矢量和矩阵运算的标准构建块的例程。
1级BLAS执行标量、矢量和矢量-矢量运算，2级BLAS执行矩阵矢量运算，3级BLAS执行矩阵运算。由于BLAS高效，便携且广泛可用，因此它们通常用于开发高质量线性代数软件，例如LAPACK。
安装步骤如下：
（1）首先在网上下载压缩包：http://www.netlib.org/blas/blas-3.11.0.tgz；
（2）解压压缩包并进入新创建的BLAS文件夹；
（3）编辑make.inc文件，并修改fortran编译器的标志为：
FC = gfortran -m64
FFLAGS = -O3 -ffree-line-length-none
FFLAGS_DRV = $(FFLAGS)
FFLAGS_NOOPT =
LOADER = gfortran
LOADOPTS =
（4）接下来使用make命令来进行编译，这会花费一段时间。
make
也可以使用2个或更多核同时编译来加速这一过程，lscpu可以显示本机cpu核数。
make -j 2
（5）然后在octopus安装路径下创建新文件夹 lib。
mkdir <basedir>/lib
（6）将make命令后新产生的文件blas_LINUX.a复制到<basedir>/lib/文件夹下并重命名：
cp blas_LINUX.a <basedir>/lib/libblas.a
注：产生的新文件总是叫blas_LINUX.a，独立于你所用的操作系统，只是叫这个名字而已。
3.2 LAPACKLapack即Linear Algebra Package，是一个线性代数包，它提供了求解联立线性方程组，线性方程组最小二乘解，特征值问题和奇异值问题的例程，还提供了相关的矩阵因子分解（LU，Cholesky，QR，SVD，Schur，广义Schur），以及相关计算。
安装步骤如下：
（1）首先在网上下载压缩包：https://github.com/Reference-LAPACK/lapack/archive/refs/tags/v3.11.0.tar.gz；
（2）解压压缩包并进入新产生的lapack文件夹；
（3）复制make.inc.example文件为make.inc
cp make.inc.example make.inc
（4）编辑make.inc文件，修改相应编译器的标志为：
FC = gfortran -m64
FFLAGS = -O3 -ffree-line-length-none
FFLAGS_DRV = $(FFLAGS)
FFLAGS_NOOPT =
LOADER = gfortran
LOADOPTS =
（5）接下来使用make lib命令来进行编译，意为只编译部分功能如lib，不必编译全部功能。
（6）将新产生的文件lapack_LINUX.a复制到<basedir>/lib/文件夹下并重命名：
cp lapack_LINUX.a <basedir>/lib/liblapack.a
注：产生的新文件可能叫lapack_LINUX.a（官方教程产生的） ，也可能叫lapack.a或者 liblapack.a。
3.3 GSL这是一个GNU数学函数库，该库提供了广泛的数学例程，如随机数生成器，特殊函数和最小二乘拟合。
安装步骤如下：
（1）首先下载压缩包 https://mirror.ibcp.fr/pub/gnu/gsl/gsl-latest.tar.gz；
（2）解压压缩包并进入新产生的文件夹；
（3）运行配置文件：
./configure CC="gcc -m64" CFLAGS="-O3 -march=native" --prefix=<basedir> --disable-shared --enable-static
注：configure命令的参数解释之--prefix：该参数指定了安装路径，这里我们把库安装在之前设好的<baseidr>下，并非是下载解压缩库后所形成的的新文件夹。
（4）编译并安装
make
make install3.4 LibXC
这是一个密度泛函理论(DFT)的交换关联泛函库，其中你可以找到不同类型的泛函，例如：LDA, GGA, hybrids和mGGA。 Libxc库也可以用于Abinit软件，目前最新版本为6.1.0。安装步骤如下：
（1）首先下载压缩包 http://www.tddft.org/programs/libxc/down.php?file=6.1.0/libxc-6.1.0.tar.gz；
（2）解压压缩包并进入新产生的文件夹；
（3）配置：
./configure --prefix=<basedir> CC="gcc -m64" CFLAGS="-O3 -march=native" FC="gfortran -m64" FCFLAGS="-O3 -ffree-line-length-none"
注意：如果下载的不是稳定发行版，没有configure文件，需要通过命令autoreconf -i来产生 configure。
（4）编译并安装
make
make install3.5 FFTW(并行版)
FFTW（the Fastest Fourier Transform in the West）是一个C子程序库，用于计算一个或多个维度，任意输入大小，实数和复数数据的离散傅里叶变换(DFT)。
安装步骤如下：
（1）首先下载压缩包 https://www.fftw.org/fftw-3.3.10.tar.gz；
（2）解压压缩包并进入新产生的文件夹；
（3）配置：
./configure --prefix=<basedir> CC="gcc -m64" CFLAGS="-O3 -march=native" F77="gfortran -m64" F77FLAGS="-O3 -ffree-line-length-none" --enable-mpi --enable-openmp --enable-threads --enable-shared --enable-static
（4）编译并安装：
make
make install4 Octopus安装及测试4.1 Octopus安装
编译完这些库后，我们可以开始编译Octopus了。
安装步骤如下：
（1）首先下载最新版本的Octopus： https://octopus-code.org/down.php?file=12.2/octopus-12.2.tar.gz；
（2）解压压缩包并进入新产生的文件夹；
（3）定义几个环境变量，用来写配置脚本（bash中）,
export LIBS_BLAS=basedir/lib/libblas.a
export LIBS_LAPACK=basedir/lib/liblapack.a
export LIBS_FFT=basedir/lib/libfftw3.a
（3）生成configure，
autoreconf -i
（4）配置脚本, 这里我们使用mpi版本的c和fortran编译器编译：
./configure CC="mpicc -m64" CFLAGS="-O3 -march=native" FC="mpifort -m64" FCFLAGS="-O3 -ffree-line-length-none" --prefix=<basedir> --with-gsl-prefix=<basedir> --with-libxc-prefix=<basedir> --with-fftw-prefix=<basedir> --enable-mpi --enable-openmp
注：configure命令的参数解释之--with ：该参数指定了配置文件时去哪里寻找对应的库;
注: 如果想编译更多功能，可以使用帮助命令查看具体细节./configure -h。
（5）编译并安装
make
make install
如果一切都进展顺利的话，Octopus应该会成功安装在你一开始设定的<basedir>文件夹内!
4.2 串行测试新建一空文件夹并进入，建立一个文件，命名为inp，并将其内容编辑为：
CalculationMode = gs
%Coordinates
'H' | 0 | 0 | 0
%
Spacing = 0.25 * angstrom
Radius = 4.0 * angstrom
注意：文件只能命名为inp，octopus只识别这个输入文件名。接下来试运行：
octopus &> output
即可运行octopus，&>意为将输出结果重定向到新建的output文件中。
若只运行：
octopus
则输出会在屏幕上实时显示。
4.3 并行测试运行如下命令：
mpirun -np 2 octopus
输出信息中可以看到并行信息， 表示测试成功！
************************** Parallelization ***************************
Info: Octopus will run in *parallel*
Number of processes : 2
Number of threads per process : 1
......
