gt4f90io
gtool4 規約に基づく
Fortran90 netCDF I/O ライブラリ
○ 森川 靖大
小高 正嗣
石渡 正樹
林 祥介
(北大・理)
(北大・理)
(北大・地球環境)
(北大・理)
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[[email protected]]
[[email protected]]
[[email protected]]
背景:データの嵐
様々な形式のデータが多量に氾濫
衛星観測データ
数値モデルデータ
ネットワークの発展で活発に流通
データ参照コストの劇的な増加
 「何」のデータ?
「いつ」, 「どこで」, 「誰が」作ったデータ?
 どうやって「見る」の?

数値モデルを用いた惑星大気の研究では…
地球大気との比較
階層的モデル群による
アプローチ
効率的なデータ相互参照が必要
目標:何が欲しいか?
効率的な相互参照を可能にするもの

自己記述的データ構造
• データに関する情報がデータに付属
– 作成者・表題・履歴
etc...
– 変数・時刻・座標・欠損値・単位 etc...

自由に利用できるソフトウェア
• 公共財として利用できるもの
– 研究教育資源として提供
– 誰でも使用・改変・再配布が可能
gtool4 プロジェクト
(1999~)
データ構造
GTOOL3
3次元格子点
ソフトウェア
【格子点データのライブラリ、解析・可視化ツール】
Unformatted
(座標は別ファイル)
バイナリ
準自己記述
次元制約の
不便性増大
座標用別ファイル
管理コスト増大
多次元
格子点
完全
ネットワーク
自己記述
透過
gtool4
機種依存で
コスト増大
【データ構造策定 & ソフトウェア開発プロジェクト】
沼口 他(1989)
Fortran77
で実装
Fortran90 登場
Fortran90
で実装
豊田 他 (2000)
gtool4 のこれまで
 データ構造
『gtool4 netCDF 規約』
 多次元格子点データ
 完全自己記述的
• 座標軸情報もデータに含まれる
 ネットワーク透過
 COARDS
規約、NCAR CSM 規約 との互換性を考慮
 ソフトウェア 『gtool4 Fortran90
Tools/Library』
 Fortran
90 : モジュール、構造型、総称手続き を活用
gtool4 Fortran90 Tools/Library
数値モデル
データ I/O
ライブラリ
解析・可視化
ツール
解析・可視化
gtool4 netCDF
データ
gtool4 の、今
 データ構造

『gtool4 netCDF 規約』
試用中 & 策定中
 ソフトウェア

解析・可視化ツール
•

オブジェクト指向言語 Ruby へ
データ I/O ライブラリ
• データ I/O ライブラリとして特化した
gt4f90io
数値モデル
データ I/O
ライブラリ
gt4f90io へ
電脳 Ruby
解析・可視化
ツール
解析・可視化
gtool4 netCDF
データ
gt4f90io
 gtool4 netCDF データの I/O ライブラリ
 Fortran90 ベースの数値モデル用
 正式名称
 [日] gtool4 規約に基づく Fortran90 netCDF I/O ライブラリ
 [英] Fortran90 netCDF I/O library with gtool4 convention
gt4f90io
数値モデル
データ I/O
ライブラリ
gtool4 netCDF
データ
内部構造階層化
 モジュール構造概観
数値モデル (Fortran90)
gt4f90io
gt4_history
数値モデルの結果を gtool4 netCDF 形式の多次元数値
データとして出力するための Fortran 90 インターフェース
文字列と数値の変換など
dc_string
gtdata_generic
各種のデータ形式を抽象化した多次元数値データ
アクセスライブラリ
(データ形式の違いは下層のライブラリによって吸収)
内部用汎用ライブラリ
dc_trace
dc_error
エラーの処理
??_generic
その他の形式の
データアクセス用
下層ライブラリ
(未定)
その他のデータ (未定)
an_generic
netCDF データアクセス用下層ライブラリ。
netCDF 変数の入出力ファイルのオープン、
入出力範囲の保持、属性の文字列変換など
gtool4 netCDF データ
デバッグ用モジュール
sysdep
Fortran コンパイラに
依存するコードの共通
インターフェイスを提供
お手軽インターフェース
ライブラリ利用者は

モジュール

サブルーチン
gt4_history
5つ
を知っていれば OK
gt4_history のサブルーチン
 HistoryCreate(file, title, …)

初期設定
• 出力ファイル名、タイトル、…、次元変数名、次元サイズ、…
 HistoryAddVariable(varname, dims, …)

変数定義
• 変数名、依存次元名、…
 HistoryPut(varname, value, …)

変数出力
• 変数名、出力値、…
 HistoryClose

終了処理
 HistoryGet(file, varname, …)

変数入力
• ファイル名、変数名、…
違うデータ型も
同サブルーチンで対応
使用例
 サンプル Fortran 90 プログラム
program sample
use gt4_history
! モジュールの使用を宣言
[型宣言] ......
call HistoryCreate( &
file='sample.nc', title='gt4_history',
&
..., dims=(/'x','t'/), dimsizes=(/30,0/), &
.......)
call HistoryAddVariable( &
varname='temp', dims=(/'x','t'/), .... )
! ヒストリー作成
! ・ファイル名、タイトル
! ・次元変数、次元サイズ
! 変数定義
! ・変数名、依存次元、..
[時間積分ループ]
:
call HistoryPut(varname= 'temp', value=temp) ! 変数の出力
:
[時間積分ループ 終わり]
call HistoryClose
stop
end program sample
! 終了の処理
まとめ
データ I/O ライブラリ gt4f90io
ベースの数値モデル用
 gtool4 netCDF 規約に基づくデータを扱う
 Fortran90
課題
netCDF 規約へ完全に対応
 入力用サブルーチン HistoryGet 改良
 データサイズに応じて出力データを自動分割
 gtool4
導入例
 SPMODEL (Hierarchical Spectral Models for GFD)
• 階層的地球流体力学スペクトルモデル集
– コードの可読性を重視
– データ I/O に gt4f90io を使用
参考 URL
gt4f90io (gtool4 プロジェクト)
http://www.gfd-dennou.org/arch/gtool4
電脳 Ruby プロジェクト
 http://www.gfd-dennou.org/arch/ruby
SPMODEL
 http://www.gfd-dennou.org/arch/spmodel
メモ
以降、付録(?)
gt4f90io 詳細図
gtool4 Tools/Library 詳細図
おまけ(お手軽 Install)
debian パッケージあります
 /etc/apt/sources.list に以下の
4 行を追加
deb ftp://www.gfd-dennou.org/arch/gtool4/debian/gt4f90io woody/
deb-src ftp://www.gfd-dennou.org/arch/gtool4/debian/gt4f90io woody/
deb ftp://www.gfd-dennou.org/arch/spmodel/debian woody/
deb-src ftp://www.gfd-dennou.org/arch/spmodel/debian woody/
 apt
でインストール
# apt-get install gt4f90io-ffc4 netcdf-ffc4
• これはFujitsu Fortran 4 用。
• 他にも ffc3 や Intel Fortran コンパイラ、ifc6, ifc7, ifc8 を用意
使い方はチュートリアル参照してね

http://www.gfd-dennou.org/arch/gtool4/gt4tutorial/rakuraku/
総称手続き
 Fortran 90 コーディングスタイル

オブジェクト指向“的”に…
• クラス → 構造型
• メソッド → サブルーチン
• 多態性 (polymorphism) → 総称宣言されたサブルーチン
– 引数の型に合わせ、異なるサブルーチンが呼び出される (下図参照)
上位モジュール
《引数の型を気にせず、サブルーチンを呼び出せる》
総称名称
《引数の型に応じて実際に
呼び出されるサブルーチンが変化》
個別の
サブルーチン
文字型用
(例:HistoryAddAttr)
論理型用
例:HistoryAddAttrC
例:HistoryAddAttrL
下位モジュール
実数型用
例:HistoryAddAttrR
例:Histo..
gt4_history 具体的使用例
 サンプル Fortran 90 プログラム
program sample
use gt4_history
! モジュールの使用を宣言
[型宣言] ..
call HistoryCreate( &
file='sample.nc', title='gt4_history sample',
source='Sample program of gt4_history/gt4f90io',
institution='GFD_Dennou Club davis project',
dims=(/'x','t'/), dimsizes=(/30,0/),
longnames=(/'X-coordinate','time
'/),
units=(/'m','s'/),
origin=real(0.0), interval=real(0.005) )
&
&
&
&
&
&
! ヒストリー作成
! ・ファイル名の指定、データ全体の表題の指定
! ・データを生成する手段
! ・ファイルを最終的に変更した人/組織
! ・次元変数、次元のサイズの指定
! ・次元の名前
! ・次元の単位の指定
! ・時間の原点、出力時間間隔の指定
call HistoryPut('x',x)
call HistoryAddAttr('x', 'topology', 'circular')
! 変数の出力
! 変数に属性を追加
call HistoryAddVariable( &
varname='temp', dims=(/'x','t'/), &
longname='temperature', units='K', xtype='double')
! 変数定義 (属性指定)
! ・変数名、依存する次元の指定
! ・変数の(長い)名前、単位、変数の型の指定
[時間積分ループ]
:
call HistoryPut('t',real(it*dt))
call HistoryPut('temp',temp)
:
[時間積分ループ 終わり]
! 変数の出力
! 変数の出力
call HistoryClose
stop
end program sample
! 終了の処理
gt4_history 使用結果
 gtool4 netCDF 規約に則った netCDF ファイル
$ ncdump sample.nc
(netCDF ファイルの属性 + データを出力)
[出力結果]
dimensions:
x = 30 ;
t = UNLIMITED ; // (201 currently)
variables:
float x(x) ;
x:long_name = "X-coordinate" ;
x:units = "m" ;
x:topology = "circular";
float t(t) ;
t:long_name = "time" ;
t:units = "s" ;
double temp(t, x) ;
temp:long_name = "temperature" ;
temp:units = "K" ;
// global attributes:
:title = "gt4_history sample" ;
:source = "Sample program of gt4_history/gt4f90io" ;
:institution = "GFD_Dennou Club davis project" ;
:history = "unknown unknown> gt4_history: HistoryCreate\n",
"" ;
data:
x = 0, 0.03448276, 0.06896552, 0.1034483, 0.137931, 0.1724138, 0.2068965,
:
t = 0, 0.0005, 0.001, 0.0015, 0.002, 0.0025, 0.003, 0.0035, 0.004, 0.0045,
:
temp =
1.38879542122922e-11, 3.87761921792298e-10, 8.53515772443671e-09,
:
解析 and 可視化
by
RubyNetCDF
+ RubyDCL
+ Gphys
+…
ダウンロード

gt4f90io_epsu_PUB