gdbOF閱讀筆記

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前言 今天閱讀了一本說明書，《gdbOF: A Debugging Tool for OpenFOAM》 受himryangzz視頻啟發去讀相關內容，在此對himryangzz表示感謝 希望本篇文章能為需要gdb調試of的人節約時間 文章前言： 文章前言說of確實做的很不錯，但調試者需要對of類的結 ...


前言

今天閱讀了一本說明書，《gdbOF: A Debugging Tool for OpenFOAM》
受himryangzz視頻啟發去讀相關內容，在此對himryangzz表示感謝
希望本篇文章能為需要gdb調試of的人節約時間

文章前言：

文章前言說of確實做的很不錯，但調試者需要對of類的結構有較好的理解
gdbOF正是為瞭解決該問題而存在的，內置的一些巨集可以讓of調試更容易，一些數據結構類看起來更透明簡單
總而言之，文章介紹說gdbOF內置的這些巨集很實用
那我們看看王婆賣的什麼瓜

第一章：

  • 在 WM_PROJECT DIR/etc/bashrc可設置$WM_COMPILE_OPTION為調試模式
#- Optimised, debug, profiling:
#    WM_COMPILE_OPTION = Opt | Debug | Prof
export WM_COMPILE_OPTION=Opt

也可這樣設置為debug模式和opt模式

alias of_version_debug='source /opt/openfoam_version/etc/bashrc WM_COMPILE_OPTION=Debug'
alias of_version='source /opt/openfoam_version/etc/bashrc'

installgdbOF.sh在運行時會檢查是否在debug狀態
可能有小伙伴發現自己的debug模式會報錯，找不到一些鏈接庫這樣，這是由於apt install導致的，需要改為編譯安裝，類似cmake加-g也可

第二章：

講了下用gdb怎麼更好的把結果輸出出來
例如書中提及的第一個指令，

$(gdb) p *v@v_size

稍微改一下就是壓力場所有的數值

*[email protected]_：[400]
[0]:7.1360554926197225e-08
[1]:0.9046069230595515128
[2]:9.613495251485993206
[3]:9.624492714877064921
[4]:9.936190016356530057

寫到這裡已經可以讓很多做of的人期待書內後面的內容了
書里說如果我們需要快速的提取我們想要的信息，那麼就需要我們對openfoam的繼承樹很瞭解
那麼就拿p下手，瞭解下相關繼承樹
gdb列印出來這樣

p:{..}
	Foam:DimensionedField<double,Foam:VolMesh>(base):
	typeName
	debug:0
	timeIndex:3
	field0Ptr 0x0
	fieldPrevIterPtr:0x0
	boundaryField_

這東西不能多看，看多了精神容易出問題

我們之前博客也提過p是volScalarFiel類，構造方法是這樣的

template<class Type, template<class> class PatchField, class GeoMesh>
 Foam::GeometricField<Type, PatchField, GeoMesh>::GeometricField
 (
     const IOobject& io,
     const Mesh& mesh
 )
 :
     Internal(io, mesh, dimless, false),
     timeIndex_(this->time().timeIndex()),
     field0Ptr_(nullptr),
     fieldPrevIterPtr_(nullptr),
     boundaryField_(mesh.boundary())
 {
     readFields();
 
     // Check compatibility between field and mesh
 
     if (this->size() != GeoMesh::size(this->mesh()))
     {
         FatalIOErrorInFunction(this->readStream(typeName))
             << "   number of field elements = " << this->size()
             << " number of mesh elements = " << GeoMesh::size(this->mesh())
             << exit(FatalIOError);
     }
 
     readOldTimeIfPresent();
 
     if (debug)
     {
         InfoInFunction
             << "Finishing read-construction of" << endl << this->info() << endl;
     }

能看到初始化了很多東西，下麵展開看下初始化了什麼

     Internal(io, mesh, dimless, false),
     timeIndex_(this->time().timeIndex()),
     field0Ptr_(nullptr),
     fieldPrevIterPtr_(nullptr),
     boundaryField_(mesh.boundary())

這次你再看gdb列印那些爛東西，咱對比一下

對勁了對勁了，
非常對勁！

咱們再說說

$(gdb) p *v@v_size

要展示什麼數據，是內部面的壓力場的數據，為什麼這麼說
因為我用gdb中打開p的地址，指向的是內部場

那這麼看我們可以暢所欲為的抽取所有數據了，
其實本來就可以的，但是gdbOF好就好在為你指明瞭要抽取哪些

比如說邊界面數據書內的提示是

$(gdb) p *(vSF.boundaryField_.ptrs_.v_[0].v_)@(vSF.boundaryField_.ptrs_.v_[0].size_)

書內解釋說vSF是volScalarField的縮寫，那p剛好符合要求，輸入即可看到邊界場的值
比如說我們打開這個boundary，

FoamFile
{
    version     2.0;
    format      ascii;
    class       polyBoundaryMesh;
    location    "constant/polyMesh";
    object      boundary;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * //

3
(
    movingWall
    {
        type            wall;
        inGroups        List<word> 1(wall);
        nFaces          20;
        startFace       760;
    }
    fixedWalls
    {
        type            wall;
        inGroups        List<word> 1(wall);
        nFaces          60;
        startFace       780;
    }
    frontAndBack
    {
        type            empty;
        inGroups        List<word> 1(empty);
        nFaces          800;
        startFace       840;
    }
)

有3個patch那麼UList就應該是三維，Ulist[2]是frontAndBack，因為是empty，按理說就應該是沒有數據

*(p.boundaryField_.ptrs_.v_[2]).v_@(p.boundaryField_.ptrs_.v_[2]).size_=0

確實是如此

繼續回頭看書上內容，讀到這裡已經非常驚喜了
這得省多少勁
但也不必過於樂觀，目前這個測試案例比較簡單，具體調試時候不一定碰到什麼問題

書上繼續說以上都是甜頭，接下來我們內置集成的一些巨集更有用，比如說ppatchesvalueslimits，pinternalvalueslimits.，ppatchlist等
書上也提及了一個問題，就是of有時候代碼跳轉不過去，確實是有這個問題的，書上說，碰見這樣的你就一步步走吧
這裡gdbOF也提供了便利，step, next and finish這些巨集也內置好了

第三章：

書中提及，在of中矩陣的顯示是個難題，gdb採用了c風格的代碼顯示，遍歷顯示倒是好寫，但性能太差，of這種大矩陣沒法用
這點gdbOF利用python做出了改進，分別介紹了pfvmatrixfull和pfvmatrixsparse的偽代碼。
這裡額外說一句啊，其實很贊同matlab的矩陣表達方式的，非常快，而且向量化編程寫法可以讓速度提升一大截，以後看看有沒有機會把matlab 植入到of中
看他們偽代碼的意思貌似是收集一部分數據自己進行LU分解，之前我也讀過一些論文說ofLU分解效率不大行的，可能gdbOF給出了python版本的解決方案
** Structure of gdbOF Command pfvmatrixsparse.**

1. Get parameters
2. Get upper and lower arrays with gdb
3. Redirect data to aux file
4. Format aux files: gdb format → python format
5. Call python script to assemble the matrix
(a) Read aux files
(b) Do lduAddressing for sparse matrix
(c) Generate sparse file header
6. Format aux files: python format → gdb format
7. Show in output or/and save file in octave format adding the header to the body

這裡簡述一下庫中其他程式功能
pfindCell用於找位置，在此基礎上pinternalvalueslimits抽取場值以及中心節點數據，pfvmatrix用於觀察為該單元組裝的方程式，psurfacevalues範圍周圍一圈的面值
翻譯不一定准確，最好還是從源碼上看
gdbOF內還有調試圖形界面，可能是最近推出來的，但個人還是建議使用gdb配合他們的巨集，他們的巨集確實是能減少好多使用時間
如果這圖形界面做的和paraFoam似的，我寧可用matlab或python做後處理

第四章：

第四章做了案例演示，gdbOF這個成果他們發表在了論文上，案例演示內容和論文基本一樣
我感覺這樣的案例演示恰恰是of缺少的，像matlab或fluent人家幫助文檔都有案例演示，就連c++都有，of的數據結構這麼複雜，每個類的創建或者函數的使用稍微配一個案例，簡單說說即可，
你看查matlab幫助文檔的有幾個關心matlab函數重載啥樣，有例子照虎畫貓不更簡單嗎
但是很可惜，開源有利有弊，但絕不討好任何人，
of門檻一下就上去了

案例中很常用pfvmatrixfull這個命令，可以著重去看下
pfindcell的具體使用方法如下：

(gdb)p findce11 0.05 0.45 0.05
RESULTS:
Nearest cell centroid cell number:400
Containing point cell number (-1=out):400

psurfacevalues的具體使用方法如下：

(gdb) psurfacevalues phir 400
internal Face:
$5 = 0
internal Face:
$6 = -0.0045
internal Face:
$7 = 0
empty Face
empty Face
boundary Face:
$8 = 0.0045

附錄：

附錄A展示了LDU分解的偽代碼

for k : sizeDiag
A[k][k] = diag[k]
end for
for k : sizeAddr
i = lowerAddr[k]
j = upperAddr[k]
A[i][j] = upper[k]
A[j][i] = lower[k]
end for

附錄B說明瞭volField (volScalarField, volVectorField or volTensorField)，與對應的surfaceField區別
前者的內部區域場存儲在體網格中心，後者存儲在體網格交界面
比如說看下麵這個偽代碼，intFieldValue以及patchFieldValue的獲取方式值得借鑒

l = myVolField.internalField.size_
i = 0
while(i<l)
intFieldValue = myVolField.internalField.v_[i]
//do something
i++
l = myVolField.boundaryField.ptrs_.size_
while(i<l)
patch = myVolField.boundaryField.ptrs_.v_[i]
l2 = patch.size_
j = 0
while(j<l2)
patchFieldValue = patch.v_[j]
//do something
j++
i++

附錄C介紹了在面網格上的數據如何查詢
大概意思是找到和查詢面最近的點，然後用體的值估計，因為體的值和麵的值相關
偽代碼如下所示：（這裡對patch面分別做了處理）

cellIndex = mesh.searchCellIndex(point)
for f : nFaces
fieldFaceValue = false
if isInternalFace(f)
if owner[f]==cellIndex || neighbour[f]==cellIndex
fieldFaceValue = field.internalField[f]
else
if owner[f]==cellIndex
patchIndex = whichPatch(f)
f_local = whichFace(f,patchIndex)
fieldFaceValue = field.boundaryField[patchIndex][f_local]
if(fieldFaceValue)
//do something with fieldFaceValue
end for

附錄D是gdbOF命令行查詢表，不一一展示了，有興趣的查文檔

結語

有一說一，這些巨集確實能提高開發效率
這要是能集成在code或vim插件里就更好了，
如果我這邊做好了會在博客里分享下，
後續如果對ofgdb巨集有更多自己的看法也會分享

其他

本周塞爾維亞天王諾瓦克德約科維奇世界第一共計378周，超過格拉夫的377周，名副其實的世界第一，

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