PyFR開發指南（一）：程序框架

本文基本上是官方手冊的翻譯，原文戳這裏。

從哪兒下手

符號鏈接pyfr指向腳本_main_.py，一切開始於此。具體地說，函數process_run調用_process_common，進而調用get_solver，返回一個Integrator，即Controller和Stepper的複合體。Integrator包含一個方法run，調用它來運行仿真。

Controller

Controller負責沿時間推進仿真。具體地說，Controller包含一個方法advance_to，把仿真推進到一個特定的時間。PyFR 1.9.0提供三種物理時間Controller：

• pyfr.integrators.std.controllers.StdNoneController
• pyfr.integrators.std.controllers.StdPIController
• pyfr.integrators.dual.phys.controllers.DualNoneController

各種物理時間Controller的繼承關係如圖：
除了物理時間，還有兩種僞時間Controller：

• pyfr.integrators.dual.pseudo.pseudocontrollers.DualNonePseudoController
• pyfr.integrators.dual.pseudo.pseudocontrollers.DualPIPseudoController

繼承關係爲：

Stepper

Stepper負責把仿真推進一個時間步。具體地說，Stepper包含一個方法step，把System推進一個時間步。有八種Stepper：

• pyfr.integrators.std.steppers.StdEulerStepper

• pyfr.integrators.std.steppers.StdRK4Stepper

• pyfr.integrators.std.steppers.StdRK34Stepper

• pyfr.integrators.std.steppers.StdRK45Stepper

• pyfr.integrators.std.steppers.StdTVDRK3Stepper

• pyfr.integrators.dual.phys.steppers.DualBDF2Stepper

• pyfr.integrators.dual.phys.steppers.DualBDF3Stepper

• pyfr.integrators.dual.phys.steppers.DualBackwardEulerStepper

繼承關係爲：

同樣也有僞Stepper，把仿真推進一個僞時間步。通過一個雙時間步形式，可以用它們使隱式Stepper時間步收斂。有六種僞Stepper：

• pyfr.integrators.dual.pseudo.pseudosteppers.DualDenseRKPseudoStepper[source]

• pyfr.integrators.dual.pseudo.pseudosteppers.DualRK4PseudoStepper[source]

• pyfr.integrators.dual.pseudo.pseudosteppers.DualTVDRK3PseudoStepper[source]

• pyfr.integrators.dual.pseudo.pseudosteppers.DualEulerPseudoStepper[source]

• pyfr.integrators.dual.pseudo.pseudosteppers.DualRK34PseudoStepper[source]

• pyfr.integrators.dual.pseudo.pseudosteppers.DualRK45PseudoStepper

注意其中的DualDenseRKPseudoStepper包含一類僞Stepper，其係數讀取自遵循如下命名規範的.txt文件：

{scheme name}-s{stage count}-p{temporal order}-sp{optimal spatial polynomial order}.txt

繼承關係爲：

System

System包含系統的各種信息，包括Elements, Interfaces和後端Backend。System包含一個方法rhs（right-hand-side縮寫），用於獲取每個solution point上的通量散度（即方程的右端項）。rhs啓動預先生成並加載到隊列裏的各種kernel。System還包含一個方法_gen_kernels，用於生成System需要的所有kernel。kernel是一個"一次性"類的實例，包含一個方法run用於實現需要的功能。每個kernel都由一個kernel提供者生成。PyFR有許多類型的kernel提供者。一個Pointwise Kernel Provider（逐點kernel提供者）生成逐點kernel，比如黎曼求解器和通量函數等。這些逐點kernel是用一種修改版本的Mako，即PyFR-Mako實現的。下文有介紹，更多請參閱Mako官網。有四種System供選擇：

• pyfr.solvers.aceuler.system.ACEulerSystem
• pyfr.solvers.acnavstokes.system.ACNavierStokesSystem
• pyfr.solvers.euler.system.EulerSystem
• pyfr.solvers.navstokes.system.NavierStokesSystem

繼承關係爲：

Elements

Elements（注意s）包含一組單元信息。有四種Elements：

• pyfr.solvers.aceuler.elements.ACEulerElements
• pyfr.solvers.acnavstokes.elements.ACNavierStokesElements
• pyfr.solvers.euler.elements.EulerElements
• pyfr.solvers.navstokes.elements.NavierStokesElements

繼承關係爲：

Interfaces

Interfaces（注意s）包含一組界面信息。有八種（非邊界）界面：

• pyfr.solvers.aceuler.inters.ACEulerIntInters

• pyfr.solvers.aceuler.inters.ACEulerMPIInters

• pyfr.solvers.acnavstokes.inters.ACNavierStokesIntInters

• pyfr.solvers.acnavstokes.inters.ACNavierStokesMPIInters

• pyfr.solvers.euler.inters.EulerIntInters

• pyfr.solvers.euler.inters.EulerMPIInters

• pyfr.solvers.navstokes.inters.NavierStokesIntInters

• pyfr.solvers.navstokes.inters.NavierStokesMPIInters

繼承關係爲：

Backend

Backend包含了後端信息。有三種（原文是四種，疑似筆誤）後端可選：

• pyfr.backends.cuda.base.CUDABackend
• pyfr.backends.opencl.base.OpenCLBackend
• pyfr.backends.openmp.base.OpenMPBackend

繼承關係爲：

逐點kernel提供者

逐點kernel提供者（簡寫爲PKP）負責逐點生成kernel。具體地說，PKP包含一個方法register，負責把一個新方法添加到一個PKP實例裏。這個新方法被調用時會返回一個kernel。所謂的kernel，是一個“一次性”類的實例，其包含的方法run用於實現需要的功能。kernel的功能由PyFR-Mako實現，因此PKP還包含一個方法_render_kernel，用於把PyFR-Mako渲染爲底層代碼。_render_kernel首先爲Mako設定上下文（例如Backend細節等），然後使用Mako渲染PyFR-Mako內容。當Mako遇到一個pyfr:kernel時，會創建一個kernel生成器的實例，用於渲染pyfr:kernel的主體內容。有三種（原文寫作四種，疑似筆誤）PKP可選：

• pyfr.backends.cuda.provider.CUDAPointwiseKernelProvider
• pyfr.backends.opencl.provider.OpenCLPointwiseKernelProvider
• pyfr.backends.openmp.provider.OpenMPPointwiseKernelProvider

繼承關係爲：

Kernel生成器

Kernel生成器把pyfr:kernel中的PyFR-Mako渲染爲底層代碼。具體地說，kernel生成器包含一個方法render。有三種（原文寫作四種，疑似筆誤）kernel生成器：

• pyfr.backends.cuda.generator.CUDAKernelGenerator
• yfr.backends.opencl.generator.OpenCLKernelGenerator
• pyfr.backends.openmp.generator.OpenMPKernelGenerator

繼承關係爲：

後記

該網頁最後有關於PyFR-Mako的介紹，放在下一篇翻譯。