包管理器：Spack¶
Spack 快速上手¶
Spack 是 HPC 中最流行的包管理器。它帮助你自动完成拉取源码、 configure 和 make install 等构建流程，并负责维护环境变量如 PATH 、 LD_LIBRARY_PATH 等。
加载集群上的 Spack¶
区分集群级别（site level）和用户级别（user level）的 Spack 实例
集群上目前在 /pxe/opt/spack 目录下安装了 Spack（下称集群 Spack），提供了常用的编译工具如 nvhpc, oneapi, aocc 等。集群 Spack 已经写入了各个 Shell 系统级别的配置文件（如 /etc/profile.d），会在登陆 Shell 中自动加载。
但是集群 Spack 的目录仅有管理员可修改，普通用户只能使用而无法安装软件包。如果你希望安装集群上没有提供的软件包，请在家目录下自行安装 Spack 实例（下称用户 Spack），并将上游指向集群 Spack，见 串联 Spack 实例。
查看软件包¶
使用 spack find 可以查看已安装的包：
$ spack find
-- linux-debian12-icelake / gcc@12.2.0 --------------------------
gcc-runtime@12.2.0 glibc@2.36 gmake@4.3 libiconv@1.17 libxml2@2.10.3
pkgconf@1.8.1 xz@5.4.6 zlib-ng@2.1.6
==> 8 installed packages
概念：spec
A spec is like a name, but it has a version, compiler, architecture, and build options associated with it. In spack, you can have many installations of the same package with different specs.
spec 是 Spack 中按特定选项构建的一个软件包，包含软件包名、版本、编译器、选项等信息。比如 gcc@12.2.0 就是一个 spec。对于一个软件包，我们可以用不同的编译选项选项构建多个 Spec。
使用 spack find -dvf 可以查看 spec 的详细信息：
$ spack find -dfv
-- linux-debian12-icelake / gcc@12.2.0 --------------------------
cuda@11.8.0%gcc ~allow-unsupported-compilers+dev build_system=generic
gcc-runtime@12.2.0%gcc build_system=generic
glibc@2.36%gcc build_system=autotools
libxml2@2.10.3%gcc +pic~python+shared build_system=autotools
gmake@4.3%gcc ~guile build_system=generic patches=599f134
libiconv@1.17%gcc build_system=autotools libs=shared,static
pkgconf@1.8.1%gcc build_system=autotools
xz@5.4.6%gcc ~pic build_system=autotools libs=shared,static
zlib-ng@2.1.6%gcc +compat+new_strategies+opt+pic+shared build_system=autotools
Spec 的常用符号含义如下：
| Symbol | Example | Description |
|---|---|---|
@ |
@1.2:1.4 |
指定版本 |
% |
%gcc@4.7 |
直接依赖（通常为编译器） |
^ |
^gcc@4.7 |
间接依赖 |
+、- 或 ~ |
+mpi |
布尔类型选项~ 与 - 等价，用于某些情况下阻止 shell 解析 |
++、-- 或 ~~ |
++mpi |
布尔类型选项，在依赖之间传递 |
name=<value> |
build_system=cmake |
指定选项的值 |
name==<value> |
build_system==cmake |
指定选项的值，在依赖之间传递 |
<flag>=<flags> |
cflags=-O3 |
特殊的编译器选项，如：cflags, cxxflags, fflags, cppflags, ldflags, and ldlibs |
有几个特殊的有名选项：platform 内核名（darwin 等）、os 发行版名、target 微架构名。
对于本地安装的 spec，还可以通过 / 哈希值来指定：
$ spack location --install-dir cuda
==> Error: cuda matches multiple packages.
Matching packages:
ngtuhol cuda@11.8.0%gcc@12.2.0 arch=linux-debian12-icelake
bthqeln cuda@12.4.0%gcc@12.2.0 arch=linux-debian12-icelake
Use a more specific spec (e.g., prepend '/' to the hash).
$ spack location --install-dir cuda/ngtuhol
/opt/spack/opt/spack/linux-debian12-icelake/gcc-12.2.0/cuda-11.8.0-ngtuholoe4xatxmphodttdett3rmhjrr
一些复杂的 Spec 可以使用引号括起作为一个参数传递，否则 Spack 会识别错误。例如 spack diff <spec> <spec>：
$ spack diff intel-oneapi-compilers arch=linux-debian12-icelake intel-oneapi-compilers arch=linux-debian12-zen3
==> Error: You must provide two specs to diff.
$ spack diff 'intel-oneapi-compilers arch=linux-debian12-icelake' 'intel-oneapi-compilers arch=linux-debian12-zen3'
--- intel-oneapi-compilers@2025.0.4/jwh4nndynkcqhogdltdrxjkiilvulwyg
+++ intel-oneapi-compilers@2025.0.4/zc7x2awdl3jriiydjaozmaizjhcsp2u5
@@ hash @@
- intel-oneapi-compilers jwh4nndynkcqhogdltdrxjkiilvulwyg
+ intel-oneapi-compilers zc7x2awdl3jriiydjaozmaizjhcsp2u5
@@ node_target @@
- intel-oneapi-compilers icelake
+ intel-oneapi-compilers zen3
使用软件包¶
Spack 中的软件包有三种使用方式：
-
spack load：使用单个软件包。比如 -
Module：Spack 提供对 Environment Modules 和 Lmod 的支持，可以设置在构建 Spec 后自动生成 modulefile，这样就可以通过
module命令加载 Spack 安装的软件包。 -
Environment：与 Conda 环境类似，就是一组可以构建的 Spec。与 modules 相比，它更加稳定、可复现，且可以作为一个整体 load。
可以使用下面任意一条命令查看当前加载的软件包：
安装自己的 spack 实例¶
Quote
- 官方安装文档：Getting Started - Spack
使用 Spack，只需要从 GitHub 仓库 pull 或者下载 Release 中的稳定版，就可以直接运行。GitHub Release 中打包的软件包往往不是最新的，推荐按官方文档使用 git clone 直接拉取仓库。在家目录下运行以下命令即可安装 Spack。
下载后 Spack 并没有被加入环境变量中，你需要进一步增加 shell 支持。向你的 shell 配置文件中添加以下内容：
# For bash/zsh/sh
# bash: ~/.bashrc
# zsh: ~/.zshrc
source spack/share/spack/setup-env.sh
# For tcsh/csh
# tcsh: ~/.tcshrc
# csh: ~/.cshrc
source spack/share/spack/setup-env.csh
# For fish
# fish: ~/.config/fish/config.fish
source spack/share/spack/setup-env.fish
串联 Spack 实例¶
修改不同级别的配置
- 部分 Spack 命令可以使用
--scope=选项指定配置级别，如--scope=site、--scope=user。默认为用户级别。 - 用户 spack 的配置文件位于
~/.spack目录下
用户 spack 安装完成后，可以将集群 spack 指定为上游 Spack 实例，从而复用集群 spack 已安装的软件包，节省安装时间。
这样，运行 spack find 命令就可以看到集群上的 Spack 安装的软件包了。与此同时，你也可以更改 Spack 的软件包配置，这些更改将会放在你手工安装的 Spack 目录下。
安装软件包¶
使用 spack install <spec> 安装软件包。因为 spec 语法易错，所以在安装前建议使用 spack spec -I <spec> 确认软件依赖和选项是否正确。例如：
$ spack spec -I openblas
- openblas@0.3.29%gcc@12.2.0~bignuma~consistent_fpcsr+dynamic_dispatch+fortran~ilp64+locking+pic+shared build_system=makefile symbol_suffix=none threads=none arch=linux-debian12-icelake
[+] ^gcc-runtime@12.2.0%gcc@12.2.0 build_system=generic arch=linux-debian12-icelake
[e] ^glibc@2.36%gcc@12.2.0 build_system=autotools arch=linux-debian12-icelake
[e] ^gmake@4.3%gcc@12.2.0~guile build_system=generic patches=599f134 arch=linux-debian12-icelake
$ spack install openblas
Spec 前的 e（external）表示非 Spack 管理的外部依赖，比如系统包管理器安装的包。+ 表示 Spack 管理的依赖，- 表示 Spack 将要安装的包。
概念：使具体化（concretize）
Spack 安装软件包需要经过 concretize 和 install 两个步骤。concretize 是指确定软件包的依赖关系，生成 spec 树，然后根据 spec 树安装软件包。
spack spec 执行的就是 concretize 操作。
更多信息建议阅读：CSCS Spack Course 2024。
使用 spack list 可以查询在线仓库中的软件包，使用 spack info 可以查看软件包的详细信息。
概念：虚包（Virtual Packages）
比如 OpenMPI、IntelMPI、MPICH，它们是 MPI 的不同实现。因此它们都提供一个虚包 mpi，其他程序只会依赖于 mpi 这个包，而不会依赖于某个具体实现。
使用 spack info --all 可以查看提供的虚包，这里以 ATLAS 为例，可以看到：
也就是说， atlas 会自动取代 blas/lapack 等的位置，提供它们的服务。
其它常用命令¶
- 比较 spec 差异：
spack diff - 查找安装位置：
spack location --install-dir <spec> - 移动到安装位置：
spack cd -i <spec>
创建和使用 Spack 环境（该部分需要完善）¶
Quote
创建环境的基础步骤、查找外部依赖、编译器等：
spack env list
spack env create myenv
spack env activate -p myenv
spack env status
spack external find
spack compiler find
在 Spack Environment 中，add spec、concretize 和 install 三个步骤分离开来，每一个阶段弄好再执行下一个阶段。这样确实能减少直接安装后发现配置不对又要重新弄的麻烦。
- add/remove 环境中的 spec（此时不会安装也不会检查 spec 是否有错）：
- concretize 环境中的 spec（构建依赖树）：
- 安装环境中的 spec（安装所有 spec）：
处理头文件和依赖¶
Quote
Spack 只会维护下面的环境变量：
如果加载的包是编译器（如 nvhpc、intel-oneapi-compilers 等），还会修改编译器变量和动态链接库路径：
其他情况下一般不会修改头文件和动态链接库搜索路径：
在相关文档和 Pull Request 中可以了解原因：
Spack 社区认为环境变量不够透明，作为一种管理选项的方式也十分危险（造成过某些编译器 bug），更加鼓励用户显式使用编译器选项如
-I$(spack location -i <spec>)/include。现代构建工具（如 CMake、pkg-config）已经能够很好地处理头文件搜索路径，移除后用户仍可以通过配置文件手动添加这些路径。
Spack 将维护环境变量的自主选择交给用户和系统管理员，可以通过
modules.yaml指定修改环境变量。
如果我们需要包含或引用 Spack 管理的包，有以下几种方式：
-
使用
spack location -i <spec>：先
spack cd -i <spec>进入安装目录，使用fdfind | fzf等工具搜索头文件的相对路径，然后添加到编译选项中。例如： -
使用 pkg-config：
pkg-config是一个管理库文件和头文件路径的工具。它会搜索PKG_CONFIG_PATH中的.pc文件，按指定要求返回编译选项。Spack 部分包加载时会修改
PKG_CONFIG_PATH，可以使用pkg-config来获取头文件和库文件的路径。例如：pkg-config支持--static、--shared等选项，可以指定链接静态库或动态库。 -
使用 CMake：
Spack 部分包加载时会修改
CMAKE_PREFIX_PATH，可以使用find_package来查找头文件和库文件。例如：
常用软件包¶
# 开源编译和构建系统
llvm gcc
# NVIDIA
cuda
nvidia-nsight-systems
nvhpc # 包含上面两者
# intel: intel-oneapi-*
intel-oneapi-compilers
intel-oneapi-mkl
intel-oneapi-mpi
intel-oneapi-vtune
intel-oneapi-tbb
# amd
aocc+license-agreed
# MPI
mpich mvapich2 openmpi
Spack 配置与管理¶
添加系统已有的包¶
-
配置编译器
spack compilerlistadd=findinfospack config edit compilers可以进一步指定编译选项、设置环境变量。
-
spack external find自动扫描系统中已有的包 Automatically Find External Packages spack config edit packages，以 CUDA 为例：
packages:
all:
variants: +cuda cuda_arch=80
cuda:
externals:
- spec: "cuda@12.3%gcc@12.2.0 arch=linux-debian12-x86_64"
prefix: /usr/local/cuda-12.3
extra_attributes:
environment:
prepend_path:
LD_LIBRAY_PATH: /usr/local/cuda-12.3/lib64
- Spack 建议如果系统中有这些包就写进去：
opensslgit。这些包确实很多系统都有附带，直接使用可以节省一些编译时间。当然很多时候我们用 Spack 就是不想自己解决依赖，希望一行命令解决所有事情，全都让 Spack 自己装一套也行。
有些包必须使用发行版提供的版本
比如 OpenSSL，如果版本不一致，可能会导致 SSH 连接失败。这将直接导致 MPI 程序无法运行。
对于 OpenSSL 这种基础包，每个系统应当固定版本，不要让 Spack 自行编译，很可能发生版本不一致问题。
与 Lmod 集成¶
-
配置自动为所有安装的包生成 modulefile：
-
在
/etc/lmod/.modulespath中添加 Spack 的 modulefile 路径：
Spack 软件包维护¶
Spack 打包系统整体比较复杂，这里我们仅介绍基本概念，侧重于构建相关，使读者有能力修改现有的软件包。
在 Spack 中，每个 Package 就是一个类，形成继承关系：
flowchart
n1["PackageBase"]
n2["AutotoolsPackage"]
n1 --- n2
n3["CudaPackage"]
n1 --- n3
n4["MpichEnvironmentModifications"]
n1 --- n4
n5["Mvapich2"]
n2 --- n5
n3 --- n5
n4 --- n5
n6["ROCmPackage"]
n1 --- n6
n6 --- n5Package 类的代码有这么几类：
-
元数据：
-
补丁：
-
依赖关系：
depends_on("libelf@0.8 +parser +pic", when="@1.2: +feature", type=("build", "link", "run", "test"), patches=["patchfile.patch", patch("https://github.com/spack/spack/pull/1234.patch", when="@1.2: +feature")] ) provides() conflicts() requires() setup_dependent_pacakge()默认为
type=("build","link")。不同的依赖关系将在包的不同阶段起作用，主要是影响PATH和编译、链接器选项。这些指令可以用
with语句来批量管理： -
标准接口：
主要是供依赖使用。
-
构建、安装步骤：
根据不同的构建系统，实现不同的函数。
# before build def setup_build_environment(self, env): env.set("CXX", "g++") @run_before("cmake") # build def cmake_args(self): # CMakePackage self.spec["dependecy"].prefix def configure_args(self): # AutotoolsPackage args = [] if self.spec.satisfies("+feature"): args.append("--enable-feature") args.append(f"--with-libxml2={self.spec['libxml2'].prefix}") return args def build_targets(self): # MakefilePackage def install_targets(self): # MakefilePackage # after build def install_missing_files(self): install_tree("extra_files", self.prefix.bin) @run_after("install", when="...") -
环境管理：
可以管控不同阶段、依赖关系上的环境变量：
Spack 安装软件包的大致过程：
- Fetch
- Extract to stage directory
-
Fork build environment
Spack 会清空可能影响构建的环境变量，构建过程与主进程互不干扰。
-
Execute (build system specific)
- configure
- build
- install
调试构建环境
有时需要手动复现 Spack 构建过程中的命令，可以使用下面的命令恢复环境：
# 失败时不清除 prefix（一般用于 install 阶段的调试）
spack install --keep-prefix --verbose <package>
# 失败时包的位置就是 stage
spack locate <package>
spack cd <pacakge>
spack build-env <package> -- /bin/sh
其他有用的命令：
常见问题¶
放弃过于老旧的包¶
构建过程的很多错误往往是因为代码太老、不符合新的语法规范、功能弃用。如果有可能，不要再使用该包，选择新的可替代的包，不然可能需要花很大精力调整编译选项。比如 ATLAS，其稳定的包已经是 2016 年的了，编译时爆出了很多弃用的函数、不能识别目前的 CPU 等等问题，因此还是放弃该包比较好。
对于 BLAS，其实官网提供了 Vendor-Specific 的列表，可以找到：intel-oneapi-mkl 就是 Intel 平台上的优化实现，用它即可。
自行添加编译、链接选项¶
这些问题常常是由于编写安装脚本的人没有考虑完善导致的，没有指定链接某些库，导致编译过程中断。如果对 ld 等链接工具熟悉，就能够自行添加相应的选项完成编译。下面记录几个例子：
使用 intel-oneapi-mpi 依赖安装 hwloc ，提示缺少 MPI 相关符号，很显然是没链接 MPI 库。
- 首先检查 786 行的编译命令，其实这里并没有指定链接 MPI 库，因此应当添加
-lmpi选项。更改为：
- 这个问题折腾了我一个多小时，才慢慢找到上面这个问题。一开始我认为可能是路径缺失，因此尝试以各种方式为
ld添加搜索路径，但最后发现它根本没指定链接。 - 如果是路径问题，
ld的报错应该是找不到某个库，而不是未定义符号，比如：
Error: All fetchers failed for¶
网络问题。有些包需要从 GitHub 等地拉取资源。加上代理解决。