云计算基于云上Arm架构赋能数值天气预报亚马逊云开发者

风雨当前,万众一心。天气预测是科技界的难题,我们一直在努力尝试,用新的云科技来继续尝试。

WeatherResearchandForecastingModel(WRF)被誉为是次世代的中尺度天气预报模式,很多气象机构都使用WRF来做气象方面的研究与预测。由于地理信息与实时气象数据量庞大,以及计算逻辑复杂,需要高性能的计算集群作为基础设施。Amazon可以提供丰富的、弹性扩展的高性能计算资源,如64位ArmNeoverse内核定制而成,为在AmazonEC2中运行的云工作负载提供更高的性价比的Graviton2实例。

AmazonGraviton2与第一代AmazonGraviton处理器相比,AmazonGraviton2处理器不管在性能还是功能上都实现了巨大的飞跃。它们都支持AmazonEC2T4g、M6g、C6g和R6g实例,及其具有本地基于NVMe的SSD存储的变体,而且与当前这一代基于x86的实例1相比,这些实例为各种工作负载(包括应用程序服务器、微服务、高性能计算、电子设计自动化、游戏、开源数据库和内存中的缓存)提供高达40%的性价比提升。

充分利用公有云的弹性,可以使得气象研究和预测既高效、又经济,并可以以更灵活的方式提供给客户。

本文将详细向您介绍在Amazon上使用AmazonGraviton2实例搭建AmazonParallelCluster集群、构建WRF、并介绍如何通过WRF并行计算做气象预测的整个流程,让您更轻松地在Amazon中国区开启气象的研究和预测。

AmazonParallelCluster是一个Amazon支持的开源集群管理工具,它在开源CfnCluster项目上构建,根据您提交的任务自动设置和管理计算资源和共享文件系统。在AmazonParallelClusterv2.8.0或更高的版本上,ParallelCluster启用了Ubuntu18.04和AmazonLinux2上的Arm实例支持,使得我们可以实现更高性价比的高性能计算(HPC)。

此外,AmazonParallelCluster支持各种批处理计划程序,如AmazonBatch、SGE、Torque和Slurm,本文将使用Slurm作为批处理程序,ParallelCluster还支持自动化集成AmazonFSxforLustre并行文件系统和DCV远程桌面。以下是ParallelCluster架构图:

1.启动跳板机实例

打开Amazon管理控制台,选择EC2服务,点击【启动实例】启动一个新的实例。这台实例对应上图中的跳板机,用于ParallelCluster的集群配置和管理,对性能没有高要求,使用T2.micro或同类型的机型即可。

2.安装AmazonCLI与ParallelCluster

$pip3installawscli-U--user$pip3installaws-parallelcluster-U--user在安装之前可以用pip—version查看是否已经安装pip,如果没有安装可以使用以下命令安装,参见:

3.配置IAM凭证

打开Amazon控制台,选择IAM服务,选择一个有足够权限的IAM用户(如Administrator权限),创建新的访问密钥,并记录创建的访问密钥的ID与私有访问密钥(AccessKey与SecretKey),用于配置实例的访问权限。

回到控制实例中,配置IAMCredentials,AccessKeyID与SecretAccessKey分别填写之前生成的密钥ID与私有访问密钥。

$awsconfigureAWSAccessKeyID[None]:ABCD***********AWSSecretAccessKey[None]:wJalrX********Defaultregionname[us-east-1]:cn-northwest-1Defaultoutputformat[None]:json4.初始化ParallelCluster

通常,要配置ParallelCluster集群,您可以使用命令pclusterconfigure,然后提供请求的信息,例如Region、Scheduler和EC2实例类型,最后生成~/.parallelcluster/config配置文件。

此外,您也可以通过创建一个基本配置文件,然后定制该文件以包含ParallelCluster特定选项来实现快速配置。

下面的命令生成一个新的密钥对,查询跳板机实例的元数据以获得子网ID、VPCID,最后生成配置文件。此外,您也可以直接编辑这个配置文件来添加和更改配置选项。

设置默认区域Amazon_DEFAULT_REGION

$awsec2create-key-pair--key-namelab-key--queryKeyMaterial--outputtext>~/.ssh/lab-key$chmod600~/.ssh/lab-key获取Amazon网络信息(ParallelCluster集群将会部署在该VPC内)

使用以下命令查看或编辑ParallelCluster配置

$viewwrf-on-graviton2.ini

使用单可用区部署,并使用置放群组可以降低集群节点间通信的延迟,提高并行计算效率,在此脚本中均可设置。

7.创建ParallelCluster集群

$pclustercreatewrf-on-graviton2-cwrf-on-graviton2.ini使用命令创建集群,并等待集群创建完成。如果集群创建失败,请检查相应Region的EC2限制是否小于设定的集群最大节点数,如果受限于EC2limit,可以开supportcase提高limit,或者修改设置降低最大节点数。

以下流程图可以看出,WRF模式系统主要包含的组件有:

以下步骤包含了对WRF主程序,WPS,WRFDA,OBSGRID的安装:

首先WRF依赖于gfortan编译器和gcc、cpp的库,在此基础之上依赖于基本库NetCDF和用于并行计算的库MPICH,在运行WRF任务之前,还需要通过WPS(WRFPre-processingSystem)做数据的预处理。

所以在WRF的安装过程中,首先要更新依赖的编译器和库,然后安装NetCDF和MPICH,然后安装和编译WRF,设定好目录后安装和编译WPS。

$mkdir/fsx/wrf-arm$mkdir/fsx/tools

3.安装OpenMPI

查看最新版本的open-mpi源码的下载地址,以下命令下载并编译OpenMPI4.1.0

查看最新版本的HDF5源码的下载地址

Parallel-NETCDF可在官网:

下载最新版本。

7.1安装NetCDF-C

8.1下载WRF

WRF可以在Github上下载:

使用你熟悉的编辑器,例如view编辑文件arch/configure.defaults在行#insertnewstanzahere与#ARCHFujitsuFX10/FX100...之间添加以下内容:

$./configure编译选项选择8.(dm+sm)GCC(gfortran/gcc):Aarch64SelectOption1-Compilefornesting(1=basic,2=presetmoves,3=vortexfollowing)[default1]:8.4执行编译8.4执行编译

$./compile-j$(nproc)em_real2>&1|teecompile_wrf.out编译成功后,你可以在main目录下WRF-4.2.2/main找到WRF的EXE文件:

main/ndown.exe

main/real.exe

main/tc.exe

main/wrf.exe

9.安装WPS4.2

9.1安装Jasper

下载Jasper

$cd$DOWNLOAD/jasper-1.900.1$./configure--prefix=${WRF_INSTALL}/jasper$make-j$(nproc)install9.2安装WPS

以下示例下载并安装4.2版本

#########################################################################################################################ARCHLinuxaarch64,ArmcompilerOpenMPI#serialsmpardmpardm+sm#COMPRESSION_LIBS=CONFIGURE_COMP_LCOMPRESSION_INC=CONFIGURE_COMP_IFDEFS=CONFIGURE_FDEFSSFC=gfortranSCC=gccDM_FC=mpif90DM_CC=mpiccFC=CONFIGURE_FCCC=CONFIGURE_CCLD=$(FC)FFLAGS=-ffree-form-O-fconvert=big-endian-frecord-marker=4-ffixed-line-length-0-fallow-argument-mismatch-fallow-invalid-bozF77FLAGS=-ffixed-form-O-fconvert=big-endian-frecord-marker=4-ffree-line-length-0-fallow-argument-mismatch-fallow-invalid-bozFCSUFFIX=FNGFLAGS=$(FFLAGS)LDFLAGS=CFLAGS=CPP=/usr/bin/cpp-P-traditionalCPPFLAGS=-D_UNDERSCORE-DBYTESWAP-DLINUX-DIO_NETCDF-DBIT32-DNO_SIGNALCONFIGURE_MPIRANLIB=ranlib编译安装

$./configure

编译选项选择

Linuxaarch64,ArmcompilerOpenMPI(dmpar)

若遇到如下的输出提示,忽略即可。

YourversionsofFortranandNETCDFarenotconsistent.

编译之前,我们还需要修改WPS-4.2目录下的文件configure.wps中的WRF_LIB值,将-L$(NETCDF)/lib-lnetcdf更改成-L$(NETCDF)/lib-lnetcdff-lnetcdf-lgomp

如下所示:

WRF_LIB=-L$(WRF_DIR)/external/io_grib1-lio_grib1\-L$(WRF_DIR)/external/io_grib_share-lio_grib_share\-L$(WRF_DIR)/external/io_int-lwrfio_int\-L$(WRF_DIR)/external/io_netcdf-lwrfio_nf\-L$(NETCDF)/lib-lnetcdff-lnetcdf-lgomp执行编译

$./compile|teecompile_wps.out

编译成功后,可以在当前目录下看到3个可执行文件:

geogrid.exe→geogrid/src/geogrid.exe

ungrib.exe→ungrib/src/ungrib.exe

metgrid.exe→metgrid/src/metgrid.exe

10.安装WRFDA

WRFDA是一个统一的模型空间数据同化系统,可以全球或区域,多模型,3/4D-Var。其组成及各组成间的联系如图所示。

在4.0之后的版本,WRFDA的编译安装可以在WRF源码上进行。

解压WRF到目录WRFDA-4.2.2

$source/fsx/wrf-arm/wrf-install.env$cd${WRF_INSTALL}$unzip-d/tmpWRF-v4.2.2.zip$mv/tmp/WRF-4.2.2${WRF_INSTALL}/WRFDA-4.2.2$cd${WRF_INSTALL}/WRFDA-4.2.2编译

$./configurewrfda

3.(dmpar)

执行编译

$./compileall_wrfvar2>&1|teecompile_wrfda.out

编译成功后,你可以在${WRF_INSTALL}/WRFDA-4.2.2/var/build/目录下找到WRFDA的EXE文件da_wrfvar.exe

11.安装OBSGRID

下载OBSGRID

OBSGRID可以在Github下载:

############################################################ARCHLinuxaarch64,gfortrancompiler#FC=gfortranFFLAGS=-ffree-form-O-fconvert=big-endian-frecord-marker=4-ffixed-line-length-0-fallow-argument-mismatch-fallow-invalid-bozF77FLAGS=-ffixed-form-O-fconvert=big-endian-frecord-marker=4-ffree-line-length-0-fallow-argument-mismatch-fallow-invalid-bozFNGFLAGS=$(FFLAGS)LDFLAGS=CC=gccCFLAGS=CPP=/usr/bin/cpp-P-traditionalCPPFLAGS=-D_UNDERSCORE-DBYTESWAP-DLINUX-DIO_NETCDF-DBIT32-DNO_SIGNAL编译

选择

Select1.Linuxaarch64,gfortrancompiler

修改文件configure.oa中NETCDF_LIBS的值

NETCDF_LIBS=-L${NETCDF}/lib-lnetcdff-lnetcdf

$./compile2>&1|tee-acompile_oa.out

目前缺乏NCARGraphicsLibrary,所以编译plot的程序时会收到失败的信息(但不影响OBSGRID的编译)

gfortran-oplot_soundings.exeplot_soundings.omodule_mapinfo.omodule_report.omodule_skewt.odate_pack_module.o-L/lib-lncarg-lncarg_gks-lncarg_c-lX11-lm-lcairo-L/fsx/wrf-arm/netcdf/lib-lnetcdff-lnetcdf-I/fsx/wrf-arm/netcdf/include/usr/bin/ld:cannotfind-lncarg/usr/bin/ld:cannotfind-lncarg_gks/usr/bin/ld:cannotfind-lncarg_c/usr/bin/ld:cannotfind-lcairocollect2:error:ldreturned1exitstatus

编译成功后,你可以在OBSGRID当前目录下${WRF_INSTALL}/OBSGRID找到OBSGRID的EXE文件obsgrid.exe

WPS数据前处理与WRF并行计算

WRF任务运行之前,需要准备数据并进行预处理,数据包括静态地理数据和实时气象数据,都可以从NCEP的官网获取;之后分别用WPS的geogrid、ungrib和metgrid进行数据预处理,产生相应的文件,之后就可以执行WRF任务了,如下示意图:

$gunzipgeog_high_res_mandatory.tar.gz$tar-xfgeog_high_res_mandatory.tar然后修改namelist.wps文件中的&geogrid部分,将静态文件目录提供给geogrid程序。

$cd/fsx/wrf-arm/WPS-4.2$viewnamelist.wpsgeog_data_path='/fsx/data/WPS_GEOG/'2.下载实时气象数据

实时气象数据可从官方网站获取:ftp://ftpprd.ncep.noaa.gov/pub/data/nccf/com/gfs/prod

在/fsx/data目录下创建一个目录weather_data,将实时数据下载到weather_data中。本例中下载2021年6月22日的f000、f006、f012三个数据作为测试数据,您可以根据自己的需求选择其他实时数据用于测试。

$cd/fsx/data$mkdirweather_data$cdweather_data$wgetftp://ftpprd.ncep.noaa.gov/pub/data/nccf/com/gfs/prod/gfs.20210622/00/atmos/gfs.t00z.pgrb2.0p25.f000$mvgfs.t00z.pgrb2.0p25.f000GFS_00h$wgetftp://ftpprd.ncep.noaa.gov/pub/data/nccf/com/gfs/prod/gfs.20210622/00/atmos/gfs.t00z.pgrb2.0p25.f006$mvgfs.t00z.pgrb2.0p25.f006GFS_06h$wgetftp://ftpprd.ncep.noaa.gov/pub/data/nccf/com/gfs/prod/gfs.20210622/00/atmos/gfs.t00z.pgrb2.0p25.f012$mvgfs.t00z.pgrb2.0p25.f012GFS_12h3.运行geogrid

转到WPS目录中,运行geogrid

$cd/fsx/wrf-arm/WPS-4.2$./geogrid.exe>&log.geogrid这一步运行成功的标志是创建了geo_em.*文件,在本例中为geo_em.d01.nc和geo_em.d02.nc

4.运行ungrib

运行ungrib,首先修改链接到GFS和Vtables的正确位置

$./link_grib.csh/fsx/data/weather_data/$ln-sfungrib/Variable_Tables/Vtable.GFSVtable然后修改namelist.wps文件的start_date和end_date,与实时数据相契合

start_date='2021-06-22_00:00:00','2021-06-22_00:00:00',end_date='2021-06-22_12:00:00','2021-06-22_12:00:00'然后运行ungrib

$./ungrib.exe

这一步运行成功的标志是创建了FILE:*文件,在本例中为FILE:2021-06-22_00、FILE:2021-06-22_06、FILE:2021-06-22_12

5.运行metgrid

$./metgrid.exe>&log.metgrid

这一步运行成功的标志是创建了met_em*文件

进入WRF目录,将met_em.*文件复制到工作目录

start_year=2021,2021,2021,start_month=06,06,06,start_day=22,22,22,start_hour=00,00,00,end_year=2021,2021,2021,end_month=06,06,06,end_day=22,22,22,end_hour=12,12,12,num_metgrid_levels=34,8.运行初始化程序real

$mpirun-np1./real.exe

检查输出文件以确保运行成功,运行成功后会看到每个域的wrfbdy_d01和wrfinput_d0*文件。如果有错误,根据文件中的提示修改namelist.input文件中的参数。

$tailrsl.error.0000

9.运行WRF

可自行修改np参数,但要小于主节点实例的物理核数。

$mpirun-np8./wrf.exe

运行成功的标志是rsl.out.0000文件中有SUCCESS结尾,并生成wrfout*文件。

1.下载测试数据集

$ln-s${WRF_INSTALL}/WRF-4.2.2/main/wrf.exe/fsx/data/conus_2.5km_v4/wrf.exe2.编写并保存测试脚本

在主节点上使用以下命令提交您的作业:

$sbatchwrf.sbatch

使用命令squeue检查队列的状态。作业将首先标记为pending(PD状态),因为正在创建资源(或处于down/drained状态)。如果您检查EC2仪表板,您应该会看到节点正在启动。

$squeue

您还可以使用sinfo命令检查集群中可用节点的数量。

$sinfo

您还可以使用scontrol命令查看详细作业信息。

$scontrolshowjobid-dd

WRF计算结果默认保存在目录数据集目录/fsx/data/conus_2.5km_v4。

4.查看WRF运行进程和输出结果

$cd/fsx/data/conus_2.5km_v4/$tail-frsl.out.0000

运行完成后,查看输出结果文件:

1$ls-lhwrfout*-rw-rw-r--1ec2-userec2-user2.1GApr114:01wrfout_d01_2018-06-17_00:00:00采用ncview或者Panoply等软件查看结果文件的输出变量和可视化化展示,以下是模拟三小时后的10m风速的图形:

综上所述,WRF模式系统全流程组件都可以在基于AmazonGraviton2的Arm架构实例上运行,同时使用ParallelCluster的灵活管理,使得WRF任务的运行既高效,又经济。在云上使用WRF做气象分析和预测不仅可以使您的效率大大提高,成本灵活可控,也使得成果的展示和使用更加便捷。

1.AmazonGraviton官网:

2.AmazonParallelCluster:

3.WRF用户手册:

4.WRF官网地理数据下载:

5.NCEP气象实时数据下载:

ftp://ftpprd.ncep.noaa.gov/pub/data/nccf/com/gfs/prod

本篇作者

杨志浩

亚马逊云科技解决方案架构师

负责基于亚马逊的云计算方案的咨询与架构设计,目前专注在新能源电力行业。致力于推广HPC,IoT技术领域在风电,光伏等新能源电力行业的应用。

吴金福

亚马逊云科技混合云方案架构师

负责基于亚马逊云科技的混合云方案架构的咨询和设计。在加入亚马逊云科技之前,就职于大型集团企业。负责私有云数据中心的方案设计和建设,在数据中心基础设施、虚拟化、高性能计算和混合云等领域有着多年的经验积累。

THE END
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12.zlib123dll.zipzlib window 下编译的lib,从官网下载,不想从官网下载的就从这里下载,压缩工具的lib,保证正品,,保证正品,,保证正品,重要的事情说三遍! window zlib zlib123 2020-05-25 上传 大小:182KB 所需: 10积分/C币 立即下载 zlib-1.2.5-win32-x86.zip 自己编译的zlib-1.2.5在win32中的动态链接库DLL。在VS2003https://www.iteye.com/resource/lixikun82-12456732
13.沧州图书馆·首页2024年度就业见习岗位招聘公告 沧州市“最美新型公共文化空间·阅读空间”评审结果公示 沧州市图书馆开馆和服务时间公告 一键借阅,送书到家!“冀图邮书”于10月1日在我市全域开通! 2024年沧州市图书馆就业见习岗位招聘面试公告更多>> 网站备案号: 冀ICP备08006220号-1 公安备案号:13090302000116 沧州市图书馆 版权http://www.czlib.com.cn/
14.CentOS7安装Nginx并配置自动启动的方法步骤nginx如果出现以上提示,表示缺少zlib库 如果没有出现./configure: error提示,表示当前环境可以安装nginx,执行make和make install编译nginx 1 2 # make # make install 没有出错的话,表示nginx已经成功安装完成,默认安装位置为/usr/local/nginx,之前的/usr/local/nginx-1.11.5/可以删除掉了。 https://www.jb51.net/article/149207.htm
15.Linux操作系统(Centos7)零基础入门,超详细!3yum install -y zlib-devel 安装OpenSSL密码库 yum install -y openssl openssl-devel 安装pcre正则表达式库 下载地址:https://ftp.pcre.org/pub/pcre/ tar -xf pcre-8.43.tar.gz cd pcre-8.43 mkdir -p /usr/local/pcre ./configure --prefix=/usr/local/pcre make && make install 下载编译安装nginhttps://developer.aliyun.com/article/1222674
16.linux访问Nginx官网:官网链接也可以直接使用 wget [downLoad Link] 拉取压缩包:wget http://nginx.org/download/nginx-1.26.1.tar.gz 二、安装 首先要安装依赖包: yum -y install gcc zlib zlib-devel pcre-devel openssl openssl-devel 下载完成后,进行解压: https://juejin.cn/post/7392249184122388516
17.Zlibrary的官网地址是什么zliabary图书馆官网 1.官网:https://singlelogin.re/ 2.镜像站1:https://zlib.app/ 3.影子站点:zh.annas-archive.org 4.镜像站1:https://1lib.tk/(暂时无效) 5、快速入口:https://zlib.yibook.org/ 想了解更多关于Zlibrary的官网地址是什么的内容,请扫微信 https://www.soufuzi.com/ziyuan/1824
18.CTF中文件包含的几种不常规利用姿势总结腾讯云开发者社区compress.zlib生成临时文件 包含nginx临时文件 Author: 颖奇L’Amore Blog:www.gem-love.com 前言? 目前CTF里主流出的PHP文件包含,主要是以下几种: 通过LFI读文件(包括直接读非PHP文件和使用php伪协议) 上传图片等附件,内容中插入php代码,包含导致代码执行 https://cloud.tencent.com/developer/article/2145160
19.Zlib下载官网版Zlib官方版app下载Zlib是一个广泛使用的数据压缩库,旨在提供高效的压缩算法。它被设计成可以用于多种计算机编程语言,使开发者能够在各种应用中轻松实现文件和数据的压缩与解压缩功能。Zlib在开放源代码的基础上,确保了其易用性与可移植性,适合应用于操作系统、数据库、网络传输等多个领域。 软件优势 1. 高效的压缩算法:Zlib利用https://www.csbolai.com/soft/22770.html
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21.ZLibrary数字图书馆官网镜像网站链接直达手机查看 其他站点:备用网站 Z-Library 数字图书馆。搜索书籍。免费下载书籍。Z-Library 是世界上最大的在线图书馆之一,它拥有超过12,140,413的书籍和84,837,000的文章。如果没有科学上网,官方网站无法访问可通过下方镜像网站进行访问。办公人导航网分享的Z-Library 数字图书馆官网镜像网站,国内可以正常访问下https://www.bgrdh.com/sites/6145.html
22.OpenSSLMISSION “We believe everyone should have access to security and privacy tools, whoever they are, wherever they are or whatever their personal beliefs are, as a fundamental human right.” Discover Our Mission Learn more Bouncy Castle Learn more https://www.openssl.org/
23.plink,bcftools等工具安装,超实用!6. 附赠软件官网链接 http://www.cog-genomics.org/plink/1.9/ https://samtools.github.io/bcftools/bcftools.html http://vcftools.sourceforge.net/ http://www.htslib.org/ https://genome.sph.umich.edu/wiki/Minimac4 https://alkesgroup.broadinstitute.org/Eagle/ https://www.jianshu.com/p/79fb5787c49c
24.三天三夜的三更半夜!StoneDBonRocky9官网地址解析 官网只能识别 https,无法识别 http,好在vx群里有好人帮忙确认官网状态正常,感谢。 Rocksdb 下载链接 Tianmu 引擎依赖 Rocksdb,如果配置时没有指定包,则会自动下载,只是下载的版本有些“老舅”,且“门牌号”不对。 RocksDB 6.12.6发行于 2020-10-13,目前,最新版本为RocksDB 8.6.7发行于 09/26/https://blog.itpub.net/31492144/viewspace-3024216/
25.JZlibzlib MindBright Technology GutenPalm JMakeztxt JZlib - zlib in pure JavaJZlib is a re-implementation of zlib in pure Java. The first and final aim for hacking this stuff is to add the packet compression support to pure Java SSH systems. http://www.jcraft.com/jzlib/
26.mingww64crossDownload MinGW-w64 - for 32 and 64 bit Windows for free. A complete runtime environment for gcc. The mingw-w64 project is a complete runtime environment for gcc to support binaries native to Windows 64-bit and 32-bit operating systems.https://sourceforge.net/projects/mingw-w64/
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