gdbOF阅读笔记 - 张拓的天空

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摘要

今天阅读了一本说明书，《gdbOF: A Debugging Tool for OpenFOAM》
受himryangzz视频启发去读相关内容，在此对himryangzz表示感谢
希望本篇文章能为需要gdb调试of的人节约时间

前言

文章前言：

文章前言说of确实做的很不错，但调试者需要对of类的结构有较好的理解
gdbOF正是为了解决该问题而存在的，内置的一些宏可以让of调试更容易，一些数据结构类看起来更透明简单
总而言之，文章介绍说gdbOF内置的这些宏很实用
那我们看看王婆卖的什么瓜

第一章：

在 WM_PROJECT DIR/etc/bashrc可设置$WM_COMPILE_OPTION为调试模式

#- Optimised, debug, profiling: #    WM_COMPILE_OPTION = Opt | Debug | Prof export WM_COMPILE_OPTION=Opt

也可这样设置为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在运行时会检查是否在debug状态
可能有小伙伴发现自己的debug模式会报错，找不到一些链接库这样，这是由于apt install导致的，需要改为编译安装，类似cmake加-g也可

第二章：

讲了下用gdb怎么更好的把结果输出出来
例如书中提及的第一个指令，

$(gdb) p *v@v_size

稍微改一下就是压力场所有的数值

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

写到这里已经可以让很多做of的人期待书内后面的内容了
书里说如果我们需要快速的提取我们想要的信息，那么就需要我们对openfoam的继承树很了解
那么就拿p下手，了解下相关继承树
gdb打印出来这样

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

这东西不能多看，看多了精神容易出问题

我们之前博客也提过p是volScalarFiel类，构造方法是这样的

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东西，下面展开看下初始化了什么

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

这次你再看gdb打印那些烂东西，咱对比一下

对劲了对劲了，
非常对劲！

咱们再说说

$(gdb) p *v@v_size

要展示什么数据，是内部面的压力场的数据，为什么这么说
因为我用gdb中打开p的地址，指向的是内部场

那这么看我们可以畅所欲为的抽取所有数据了，
其实本来就可以的，但是gdbOF好就好在为你指明了要抽取哪些

比如说边界面数据书内的提示是

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

书内解释说vSF是volScalarField的缩写，那p刚好符合要求，输入即可看到边界场的值
比如说我们打开这个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个patch那么UList就应该是三维，Ulist[2]是frontAndBack，因为是empty，按理说就应该是没有数据

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

确实是如此

继续回头看书上内容，读到这里已经非常惊喜了
这得省多少劲
但也不必过于乐观，目前这个测试案例比较简单，具体调试时候不一定碰到什么问题

书上继续说以上都是甜头，接下来我们内置集成的一些宏更有用，比如说ppatchesvalueslimits，pinternalvalueslimits.，ppatchlist等
书上也提及了一个问题，就是of有时候代码跳转不过去，确实是有这个问题的，书上说，碰见这样的你就一步步走吧
这里gdbOF也提供了便利，step, next and finish这些宏也内置好了

第三章：

书中提及，在of中矩阵的显示是个难题，gdb采用了c风格的代码显示，遍历显示倒是好写，但性能太差，of这种大矩阵没法用
这点gdbOF利用python做出了改进，分别介绍了pfvmatrixfull和pfvmatrixsparse的伪代码。
这里额外说一句啊，其实很赞同matlab的矩阵表达方式的，非常快，而且向量化编程写法可以让速度提升一大截，以后看看有没有机会把matlab 植入到of中
看他们伪代码的意思貌似是收集一部分数据自己进行LU分解，之前我也读过一些论文说ofLU分解效率不大行的，可能gdbOF给出了python版本的解决方案
** 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

这里简述一下库中其他程序功能
pfindCell用于找位置，在此基础上pinternalvalueslimits抽取场值以及中心节点数据，pfvmatrix用于观察为该单元组装的方程式，psurfacevalues范围周围一圈的面值
翻译不一定准确，最好还是从源码上看
gdbOF内还有调试图形界面，可能是最近推出来的，但个人还是建议使用gdb配合他们的宏，他们的宏确实是能减少好多使用时间
如果这图形界面做的和paraFoam似的，我宁可用matlab或python做后处理

第四章：

第四章做了案例演示，gdbOF这个成果他们发表在了论文上，案例演示内容和论文基本一样
我感觉这样的案例演示恰恰是of缺少的，像matlab或fluent人家帮助文档都有案例演示，就连c++都有，of的数据结构这么复杂，每个类的创建或者函数的使用稍微配一个案例，简单说说即可，
你看查matlab帮助文档的有几个关心matlab函数重载啥样，有例子照虎画猫不更简单吗
但是很可惜，开源有利有弊，但绝不讨好任何人，
of门槛一下就上去了

案例中很常用pfvmatrixfull这个命令，可以着重去看下
pfindcell的具体使用方法如下：

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

psurfacevalues的具体使用方法如下：

(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

附录：

附录A展示了LDU分解的伪代码

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

附录B说明了volField (volScalarField, volVectorField or volTensorField)，与对应的surfaceField区别
前者的内部区域场存储在体网格中心，后者存储在体网格交界面
比如说看下面这个伪代码，intFieldValue以及patchFieldValue的获取方式值得借鉴

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++

附录C介绍了在面网格上的数据如何查询
大概意思是找到和查询面最近的点，然后用体的值估计，因为体的值和面的值相关
伪代码如下所示：（这里对patch面分别做了处理）

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

附录D是gdbOF命令行查询表，不一一展示了，有兴趣的查文档

结语

有一说一，这些宏确实能提高开发效率
这要是能集成在code或vim插件里就更好了，
如果我这边做好了会在博客里分享下，
后续如果对ofgdb宏有更多自己的看法也会分享

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2023-02-27 21:08:22 星期一，写到这里记录一下当前时刻
每当处于逆境时，自己会选择看一些德约集锦或是穿上德约衣服球鞋拿着德约球拍奔赴球场
从2012年开始，粉了十年
论文致谢一定会有德约科维奇名字
逆境之王诺瓦克德约科维奇，在此表示祝贺