第二章：Linux基础与HPC集群

说实话，很多刚接触第一性原理计算的朋友，第一道坎不是物理概念，而是Linux系统。我见过太多人，理论功底扎实，结果卡在「怎么提交任务」这种基础操作上。今天我们就把这层窗户纸捅破。

2.1 为什么必须学Linux？

你想想看，VASP、Quantum ESPRESSO这些计算软件，几乎都跑在Linux集群上。Windows？基本没戏。我个人习惯把Linux比作「计算世界的普通话」——你不会，就寸步难行。

嗯，这里要注意：我们不需要成为Linux运维专家。掌握20%的常用命令，就能解决80%的计算问题。

2.2 核心命令速成

我挑几个最常用的，你在集群上每天都会用到。

文件操作三件套

ls -lh    # 查看文件，-lh 显示详细信息
cd /path  # 切换目录，就像在文件夹里跳转
pwd       # 看看自己当前在哪个目录

我曾经有个学生，提交任务后找不到输出文件，急得满头大汗。我过去一看，他连pwd都没用过，根本不知道自己跑到了哪个目录。这种坑，踩一次就记住了。

文件编辑与查看

cat INCAR      # 直接看文件内容，适合短文件
less INCAR     # 分页查看，适合长文件（按q退出）
vim INCAR      # 编辑文件，初学者先学会 i(插入) 和 :wq(保存退出)

文件传输

本地和集群之间传文件，我推荐scp和rsync。

# 从本地上传到集群
scp INCAR username@cluster:/path/

# 从集群下载到本地
scp username@cluster:/path/OUTCAR ./

# rsync更智能，只传变化的部分
rsync -avz username@cluster:/path/ ./local_dir/

说实话，我早期做计算时，每次传几百兆的CHGCAR文件，用scp等得心焦。后来改用rsync，配合压缩参数，速度快了不止一倍。

2.3 SSH远程登录

登录集群，靠的就是SSH。说白了，就是一条加密通道，让你坐在自己电脑前，操作千里之外的服务器。

ssh username@cluster_address

第一次登录会提示确认密钥，输入yes就行。之后输入密码，就进去了。

ssh-keygen -t rsa -b 4096
ssh-copy-id username@cluster_address

2.4 作业调度系统：Slurm与PBS

集群不是你家电脑，不能直接敲命令跑程序。你得「排队」——这就是作业调度系统干的事。

目前主流是Slurm，老一些的集群还在用PBS。我主要讲Slurm，因为新集群基本都用它。

Slurm核心命令

写一个Slurm作业脚本

这是VASP计算的典型脚本：

#!/bin/bash
#SBATCH -J VASP_test          # 任务名称
#SBATCH -N 1                  # 申请1个节点
#SBATCH -n 16                 # 16个CPU核心
#SBATCH -t 24:00:00           # 最长运行24小时
#SBATCH -p normal             # 分区名称

module load vasp/5.4.4
mpirun -np 16 vasp_std

提交命令：

sbatch job.sh

嗯，这里要注意：脚本里的#SBATCH不是注释，是参数。我第一次写的时候，把#SBATCH写成了#SBATCH -h，结果任务一直报错，折腾了半天才发现多打了个字母。

PBS用户怎么办？

如果你还在用PBS，别慌，逻辑一样：

#!/bin/bash
#PBS -N VASP_test
#PBS -l nodes=1:ppn=16
#PBS -l walltime=24:00:00

cd $PBS_O_WORKDIR
mpirun -np 16 vasp_std

提交用qsub job.sh，查看用qstat。

2.5 知识体系一览

我把这章的核心逻辑画了张图，方便你对照着学：

2.6 避坑总结

最后，我把自己踩过的坑列出来，你遇到了直接对照：

• 路径问题： 提交任务前，先pwd确认自己在哪个目录。我见过有人把任务提交到了根目录，结果输出文件散落一地。
• 权限问题： 文件传上去后，记得chmod +x给执行权限。不然脚本跑不起来。
• 资源申请： 别贪心。申请太多核心，排队时间反而更长。我一般先测试小任务，摸清性能再批量跑。
• 作业脚本： 写完脚本后，用sbatch --test-only job.sh检查语法，避免提交后才发现错误。

好了，这一章就到这里。Linux这东西，多用几次就熟了。刚开始可能会觉得命令记不住，没关系，我到现在还经常man一下查参数呢。