Julia入门

本次并行计算课程将使用Julia编程语言，与高性能计算HPC相关的课程通常使用C、C++或者Fortran语言，Julia是一种较为新的编程语言，专为科学计算而设计。它将类似python等解释用语言的高级语法与C等编译语言的性能相结合。因此，Julia允许我们使用在教学环境中方便的语法编写高效的并行算法。此外，Julia提供了对不同编程模型的轻松访问来编写分布式算法。

Basic usage

安装好Julia环境之后，在终端命令行输入julia，即可开始使用。

帮助模式

如果想要查看帮助文档，可以输入?，即可进入help模式，输入想要查询的函数，例如"println"，即可查看文档。

封装和shell模式

REPL还提供了两种模式：package和shell模式，要进入打包模式，需要输入"]"，要进入shell模式，需要输入分号";"。

包模式用于安装和管理包，shell模式可以键入在系统命令行上执行的命令，例如"ls"，显示当前文件夹中的内容。如果要返回正常模式，按退格键。

运行Julia代码

现实世界中，Julia程序并不是在REPL中键入的，它们被写入一个或多个文件并包含在REPL中，可以创建一个新文件hello.jl。

 我们可以直接使用vscode的运行按钮，也可以在Julia中使用include运行，或者是退出Julia，使用命令行运行代码。

但是实际运行时，我们应该避免从终端调用Julia代码，而是使用REPL。因为每次从终端调用Julia时，都会启动一个新的Julia会话，并且Julia需要从头编译代码，对于大型项目来说，十分耗时。相比之下，如果在REPL中执行代码，Julia就会增量编译代码，速度快很多。在集群中运行代码，例如在DAS-5中运行Julia分配，是需要从终端运行Julia代码的少数情况之一。

运行并行代码

接下来我们运行一个并行的hello world，打开REPL并写入：

 在这里，我们使用的Distributed包是Julia标准库的一部分，提供分布式内存并行支持。该代码打印当前Julia会话中的进程ID和进程数。

我们只能看到一个进程的输出，需要添加更多的进程来运行该示例，这是通过addprocs来完成的。

 添加三个新的流程，加上最初的，现在我们有4个进程，再次运行代码就发现四个进程的输出。

当从终端启动Julia时，可以指定进程数-p，在集群运行时很有用，如果我们从终端启动Julia，如下：

可以发现，我们像以前一样获得4个进程输出。

安装软件包

Julia最有用的功能之一是它的包管理器，它允许人们以一种简单的且独立于平台的方式安装Julia软件包。为了说明这一点，我们考虑如下并行的hello world示例。此示例使用消息传递接口MPI。

编写新的代码文件"hello_mpi.jl"如下：

 我们可以看到，可以以一种干净的方式从Julia访问MPI，无需类型注释和其他复杂的C/C++代码。在运行该文件时，我们必须得安装MPI包。进入package模式，输入命令：

 因为我之前已经安装过了，所以此时不会再重新安装。许多Julia包名称以.jl结尾，这只是表明包是以Julia编写的一种方式，使用此类包时，.jl需要省略，MPI.jl在这种情况下，即使我们只输入了MPI，也可以安装该包。我们安装的是MPI的Julia接口，称为MPI.jl。需要注意的是，它本身并不是一个MPI库，它只是MPI和Julia之间的一个薄包装。要使用此接口，需要在系统中安装实际的MPI库，例如OpenMPI或MPICH。

 我们可以看到单个MPI等级的输出。

运行MPI代码

要运行MPI程序，我们可以在REPL运行：

 此时我们可以看到四个等级的输出。

包管理器

在本地安装包

我们已经在universal范围内安装了MPI，在所有Julia会话中可用。但是，在某些情况下，我们希望使用同一个包的不同版本或者以隔离的方式安装包，避免与其他包的潜在冲突，这可以通过本地项目来完成。

项目只是硬盘中的一个文件夹，要以特定的文件夹用作项目，需要activate。首先进入包模式，然后使用activate命令，后边跟要激活的文件夹的路径：

 这个命令将激活当前工作目录，点是当前文件夹的路径。激活路径后，所有与包相关的操作都是新项目的本地操作，例如，安装DataFrames包。

当使用终端打开Julia时，可以直接激活项目--project，命令“$ julia --project=.”将打开Julia并激活当前目录中的项目。也可以通过将设置环境变量JULIA_PROJECT为要激活的路径来达到相同的效果。

活动项目文件夹和当前工作目录是两个独立的概念，例如，(@v1.9) pkg> activate folderB，然后julia> cd("folderA")，将激活中的项目folderB并将当前目录改为folderA。

 可以发现，在本目录下可以使用DataFrames，但是回到全局项目（activate不加路径）后，DataFrames就需要重新安装。

项目和清单文件

有关项目的信息存储在两个文件Project.toml和Manifest.toml中。

• Project.toml包含显式安装的包（直接依赖项）
• Manifest.toml包含直接和间接依赖关系以及每个包的具体版本。

换句话说，Project.toml包含与用户相关的包，而Manifest.toml是所有依赖项的详细快照，可用于在另一台机器上重现相同的环境。

在包模式下，可以使用status来查看当前到Project.toml的路径，或者使用缩写st。

 Manifest.toml的信息可以通过-m flag来查看：

从项目文件安装包

项目文件可以用于安装其他人定义的包列表，例如，安装Julia应用程序的所有依赖项。

假如一位同事向我们发送了如下文件：

 将这些内容复制到名为Project.toml的文件中，然后将其放在名为newproject的空文件夹下，可以使用REPL创建一个新文件夹。要安装文件中注册的所有软件包，需要激活包含Project.toml的文件夹，然后进行实例化。

在包模式下获取帮助
可以通过在特定包操作符前面写入help来获取有关特定包操作符的帮助。

 Julia代码中的封装操作

在某些情况下，需要在Julia中使用包命令，例如，自动安装和部署Julia程序，可以使用Pkg包来完成：

 两种方式是等价的，相当于status以封装方式调用。