spack简明使用手册

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部署spack

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release（推荐）

github下载最新的release：github.com/spack/spack…

git

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git clone https://github.com/spack/spack.git ~/spack
cd ~/spack
git checkout releases/v0.17

✨tips: github 国内下载慢，百度 github镜像加速站 或 油猴脚本 - github 高速下载

激活

对于超算/lab/hpc等多用户场景,建议将spack本地放在全局/共享目录下

单个普通用户建议放在 ~/.spack/ 或 /opt下

解压下载好的压缩包, 加载环境变量（根据具体情况变更路径）：

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source spack/share/spack/setup-env.sh

可以将此命令写在~/.bashrc或/etc/profile中 ， 打开终端自动生效

配置

spack 的用户配置文件均在 ~/.spack 下，首次使用 spack 可能没有此目录，使用 3.2 会自动创建

基本配置

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$ spack config get config > ~/.spack/config.yaml
$ spack config get config
config:
  install_tree:
    root: $spack/opt/spack
    projections:
      all: ${ARCHITECTURE}/${COMPILERNAME}-${COMPILERVER}/${PACKAGE}-${VERSION}-${HASH}
  template_dirs:
  - $spack/share/spack/templates
  build_stage:
  - $tempdir/$user/spack-stage
  - $user_cache_path/stage
  test_stage: $user_cache_path/test
  source_cache: $spack/var/spack/cache
  misc_cache: $user_cache_path/cache
  connect_timeout: 10
  verify_ssl: true
  suppress_gpg_warnings: false
  install_missing_compilers: false
  checksum: true
  deprecated: false
  dirty: false
  build_language: C
  locks: true
  url_fetch_method: urllib
  ccache: false
  concretizer: clingo
  db_lock_timeout: 3
  package_lock_timeout: null
  shared_linking: rpath
  allow_sgid: true
  terminal_title: false
  debug: false
  build_jobs: 16

解析：

  • install_tree 中 root 为当前用户 软件安装的路径 , projections 为软件路径的命名规范
  • verify_ssl 在install时会校验url的ssl证书，离线环境可以选择关闭（值为 fasle）
  • locks 锁机制： 默认开启，同一用户分别安装相同的软件，只允许有一个进程执行，执行完后，另一个进程将跳过该软件安装；关闭的话，可能制造重复安装，但在某些文件系统的特殊权限限制下，需要关闭，否则会报奇怪的读写错误
  • build_job 安装时默认使用的最大cpu核心数
  • checksum 校验源码包的hash值

编译器

使用spack compiler find将会自动查找本机的所有编译器，生成配置文件~/.spack/linux/compilers.yaml

spack compilers查看添加到配置文件中的编译器

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$ spack compilers
==> Available compilers
-- clang centos7-x86_64 -----------------------------------------
clang@12.0.1  clang@3.4.2

-- gcc centos7-x86_64 -------------------------------------------
gcc@10.2.0  gcc@8.5.0  gcc@7.5.0  gcc@6.5.0  gcc@4.9.4  gcc@4.8.5

-- intel centos7-x86_64 -----------------------------------------
intel@2021.4.0  intel@19.0.5.281

-- oneapi centos7-x86_64 ----------------------------------------
oneapi@2021.4.0

源码镜像仓库

自建源码镜像仓库

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$ spack mirror create -d <PATH> --all

一个标准的源码镜像仓库符合以下目录规范：

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mirror/
    cmake/
        cmake-2.8.10.2.tar.gz
    dyninst/
        dyninst-8.1.1.tgz
        dyninst-8.1.2.tgz
    libdwarf/
        libdwarf-20130126.tar.gz
        libdwarf-20130207.tar.gz
        libdwarf-20130729.tar.gz
    libelf/
        libelf-0.8.12.tar.gz
        libelf-0.8.13.tar.gz
    libunwind/
        libunwind-1.1.tar.gz
    mpich/
        mpich-3.0.4.tar.gz
    mvapich2/
        mvapich2-1.9.tgz

添加私有源码镜像仓库

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$ spack mirror add <scope> <path>

生成配置文件~/.spack/linux/mirrors.yaml

例如 添加 一个 在/opt/mirror下的源码镜像仓库，给它取名为haha:

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spack mirror add haha /opt/mirror

查看已添加的源码镜像仓库

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$ spack mirror list
spack-public    https://mirror.spack.io

默认使用 位于美国亚马逊云的 spack公共仓库 mirror.spack.io ，在国内获取 源码/索引 的速度可能会很慢

脚本源

查看当前使用的脚本源

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$ spack repo list
==> 1 package repository.
builtin    /root/spack/var/spack/repos/builtin

默认使用spack官方的脚本源

添加私有脚本源

一个标准的spack脚本源符合如下的路径规范：

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$ tree -L /root/spack/var/spack/repos/yeesuan
/root/spack/var/spack/repos/yeesuan
├── packages
│   ├── gromacs
│   │   ├── package.py
│   │   └── __pycache__	
└── repo.yaml

其中 repo.yaml 定义了该脚本源的命名空间：

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repo:
  namespace: 'yeesuan'

添加该脚本源：

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$ spack repo add /root/spack/var/spack/repos/yeesuan

modules

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$ spack config get modules > ~/.spack/modules
$ spack config get modules 
modules:
  prefix_inspections:
    lib:
    - LD_LIBRARY_PATH
    lib64:
    - LD_LIBRARY_PATH
    bin:
    - PATH
    man:
    - MANPATH
    share/man:
    - MANPATH
    share/aclocal:
    - ACLOCAL_PATH
    lib/pkgconfig:
    - PKG_CONFIG_PATH
    lib64/pkgconfig:
    - PKG_CONFIG_PATH
    share/pkgconfig:
    - PKG_CONFIG_PATH
    ? ''
    : - CMAKE_PREFIX_PATH

  # These are configurations for the module set named "default"
  default:
    # roots:
    #  tcl:    $spack/share/spack/modules
    #  lmod:   $spack/share/spack/lmod
    enable:
    - tcl

    # Default configurations if lmod is enabled
    lmod:
      hierarchy:
      - mpi

prefix_inspections：定义了声明的环境变量和路径的对应关系

其中defalut中roots的tcl /lmod 定义了 安装软件后，modules 文件的安装位置

自定义packages

spack external find可以添加系统中的软件，为spack 管理 (超算环境不推荐)

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$ spack external find
==> The following specs have been detected on this system and added to /root/.spack/packages.yaml
bash@4.2.46       gawk@4.0.2    krb5@1.15.1          pkg-config@0.27.1  sqlite@3.7.17
bzip2@1.0.6       gcc@4.8.5     llvm@3.4.2           python@2.7.5       tar@1.26
cpio@2.11         git@2.36.0    llvm-doe@3.4.2       python@3.6.8       texinfo@5.1
diffutils@3.3     gmake@3.82    openssh@7.4p1        rsync@3.1.2        xz@5.2.2
file@5.11         go@1.18.1     openssl@1.0.2k-fips  rust@1.60.0
findutils@4.5.11  groff@1.22.2  perl@5.16.3          sed@4.2.2

这是我们自定义添加的两块软件：

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packages:
  cmake:
    externals:
    - spec: cmake@3.21.4
      prefix: /yeesuan/linux-centos7-haswell/gcc-4.8.5/cmake-3.21.4-4q7yowzqqc6x36tsxd2bsgeenwci6iqt
  util-linux-uuid:
    externals:
    - spec: util-linux-uuid@2.36.2
      prefix: /yeesuan/linux-centos7-haswell/gcc-4.8.5/util-linux-uuid-2.36.2-psepywix72fmt453hwcmrepmqslrai3a

可以按照上述规范添加自己的软件

基本使用

spack中有什么？

基础命令：spack list

默认返回所有支持spack安装的软件：

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$ spack list
==> 5969 packages.
3dtk	intel-oneapi-inspector	    pexsi		   py-pygeos 	r-parallelmap
3proxy	intel-oneapi-ipp pfapack	py-pygetwindow r-param      helpers

支持通配符查找:

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$ spack list *blas*
==> 18 packages.
blaspp        blast-legacy  cblas       hipblas            ncbi-magicblast  openblas
blasr         blast-plus    flexiblas   libblastrampoline  ncbi-rmblastn    rocblas
blasr-libcpp  blast2go      graphblast  liblas             netlib-xblas     samblaster

查找描述里包含某个关键词：

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$ spack list -d physics
==> 46 packages.
albany  cradl            flecsph   herwig3    n2p2         py-openmc           sombrero
alps    damask           freefem   herwigpp   openmc       py-uproot3-methods  thepeg
amp     datatransferkit  geant4    jali       pennant      pythia6             trilinos
ascent  delphes          genfit    libsakura  podio        pythia8             yambo
axom    exciting         hepmc     lorene     portage      r-qvalue
clhep   fastjet          hepmc3    mcutils    precice      recola
cp2k    flecsi           heputils  minuit     py-espresso  rivet

查看软件详细信息

基础命令：spack info <package_name>

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$ spack info vasp
MakefilePackage:   vasp

Description:
 The Vienna Ab initio Simulation Package (VASP) is a computer program
for atomic scale materials modelling, e.g. electronic structure
calculations and quantum-mechanical molecular dynamics, from first
principles.

Homepage: https://vasp.at

Externally Detectable:
    False

Tags:
    None

Preferred version:
    6.1.1        file:///root/vasp.6.1.1.tgz

Safe versions:
    6.1.1        file:///root/vasp.6.1.1.tgz
    5.4.4.pl2    file:///root/vasp.5.4.4.pl2.tgz
    5.4.4        file:///root/vasp.5.4.4.tgz

Deprecated versions:
    None

Variants:
    Name [Default]     When    Allowed values    Description
    ===============    ====    ===============   ====================================

    cuda [off]         --      on, off           Enables running on Nvidia GPUs
    scalapack [off]    --      on, off           Enables build with SCALAPACK
    vaspsol [off]      --      on, off           Enable VASPsol implicit solvation model
                                                 https://github.com/henniggroup/VASPsol
Installation Phases:
    edit    build    install

Build Dependencies:
    blas  cuda  fftw  lapack  mpi  netlib-scalapack  qd  rsync

Link Dependencies:
    blas  cuda  fftw  lapack  mpi  netlib-scalapack  qd
    
Run Dependencies:
    mpi

Virtual Packages:
    None

解析
1.MakefilePackage表示vasp用make构建

其他的，像gromacs 是CMakePackage，表示用cmake构建，fftw 是 Autotools, 流程中需要先configure再make

2.Description： 软件的介绍

3.Homepage：软件官网

4.Preferred version是推荐版本，Safe versions是安全的（经过充分验证的）版本

其中，左侧列是版本号，右侧列是软件的URL地址

spack默认使用 系统命令 curl “下载”软件 ，curl支持的协议有 https/http/file/…. ，上面例子表示默认使用当前路径下的源码包
5.Variants 我翻译为“特性”

第一列为特性的名字，第二列为特性的条件，第三列为特性的值，其中，第一列，变量名后的中括号内，是默认的变量值

6.Installation Phases 表示了该软件安装时的三个步骤

7.Build Dependencies 表示了构建前需要加载的环境

8.Link Dependencies 表示了构建时用到的链接库

9.Run Dependencies 表示了在使用软件时，需要加载的环境

安装软件

基础命令：spack install <package_name>

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$ spack install zlib
==> Bootstrapping clingo from pre-built binaries
==> Installing zlib-1.2.11-3rlgy7ycxtoho44una6o3itgfjltkmpd
==> No binary for zlib-1.2.11-3rlgy7ycxtoho44una6o3itgfjltkmpd found: installing from source
==> Fetching https://mirror.spack.io/_source-cache/archive/c3/c3e5e9fdd5004dcb542feda5ee4f0ff0744628baf8ed2dd5d66f8ca1197cb1a1.tar.gz
==> No patches needed for zlib
==> zlib: Executing phase: 'install'
==> zlib: Successfully installed zlib-1.2.11-3rlgy7ycxtoho44una6o3itgfjltkmpd
  Fetch: 1.06s.  Build: 3.09s.	Total: 4.15s.
[+] /home/spack/spack/opt/spack/linux-ubuntu18.04-x86_64/gcc-7.5.0/zlib-1.2.11-3rlgy7ycxtoho44una6o3itgfjltkmpd

进阶-高度自定义的安装命令

指定编译器

编译器需要搭配 百分号 “%”，只能跟在软件名后面

例如使用gcc编译器：

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spack install zlib%gcc

软件名和编译器之间允许有多个空格，所以也可以写成这样：

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spack install zlib %gcc

一般地，我们的系统中存在多个版本的gcc编译器，所以需要指定使用哪一个版本的编译器：

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spack install zlib %gcc@6.5.0

需要说明的是，这里的编译器 名称，可能不会和 spack list 中一一对应，

例如，英特尔oneapi的编译器，list表里的名称为 intel-oneapi-compilers, 但spack compilers里则是intel

指定依赖

以2.1为例，vasp的依赖，其中的blas、lapack、netlib-scalapack 这三个数学库在英特尔的mkl库中均有实现，

所以安装vasp时可以指定使用mkl,搭配 “^”

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spack install vasp ^intel-mkl

2020之后的mkl库的包名发生了变化，我们指定适合用2021.4.0版本的

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spack install vasp ^intel-oneapi-mkl@2021.4.0

我们的cc编译器也想用intel的icc, 版本号和mkl相同

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spack install vasp %intel@2021.4.0 ^intel-oneapi-mkl@2021.4.0

特性

仍以2.1为例，官方提供的vasp有一个叫vaspsol的特性，它是vasp的一个扩展包，默认关闭状态，如果想开启此特性,需要搭配“+”使用

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spack install vasp +vaspsol

mpich的特性pmi的值有多个，默认为mpi

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pmi [pmi]            --      off, pmi, pmi2, pmix    PMI interface.

我们想全都使用，则使用“=”表达，以英文小写逗号“，”分隔不同的值

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spack install mpich mpi=pmi,pmi2,pmix

mpich的特性fortran的值默认时开启状态，我们不想使用它,搭配波浪线

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spack install mpich ~fortran

多线程

构建时可以指定使用的最大cpu核心数，在install后面 加入 -j 参数， 后接核心数

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spack install -j 64 vasp

✨tips: 可以通过系统命令 nproc 查询到最大核心数 ，也可以写成变量的形式

综合

以安装gcc6.5.0为例，使用系统自带的gcc4.8.5编译，需要开启几乎全部的特性，其中的go使用1.16版本

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spack install -j 64 -y gcc@6.5.0 %gcc@4.8.5 +binutils+bootstrap+piclibs+strip languages=ada,c,c++,fortran,go,java,jit,lto,objc,obj-c++ ^go@1.16

✨tips: 其中的 “-y”可以默认选择一些软件的提示性的编译选项或其他选项

卸载软件

基础命令：spakc uninstall <package_name>

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$ spack uninstall autoconf
==> Error: autoconf matches multiple packages:

    -- linux-centos7-cascadelake / gcc@10.2.0 -----------------------
    kwq2zrg autoconf@2.69

    -- linux-centos7-skylake_avx512 / gcc@6.5.0 ---------------------
    2vv3qa2 autoconf@2.69

==> Error: You can either:
    a) use a more specific spec, or
    b) specify the spec by its hash (e.g. `spack uninstall /hash`), or
    c) use `spack uninstall --all` to uninstall ALL matching specs.

像上面，卸载报错，我们可以指定编译器：

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spack uninstall autoconf %gcc@6.5.0

方便地，使用其hash值：

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spack uninstall /2vv3qa2

默认卸载全部autoconf:

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spack uninstall --all autoconf

有时候，卸载该软件也需要卸载其依赖：

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spack uninstall -d <package_name>

查找已安装的软件

基础命令：spack find

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$ spack find
==> 805 installed packages
-- linux-centos7-cascadelake / gcc@10.2.0 -----------------------
boost@1.77.0            intel-oneapi-mpi@2021.4.0  python@3.8.12
bzip2@1.0.8             libbsd@0.11.3              readline@8.1
cereal@1.3.0            libffi@3.3                 sqlite@3.36.0

-- linux-centos7-cascadelake / intel@19.0.5.281 -----------------
abinit@9.4.2          intel-mpi@2019.5.281    parmetis@4.0.3
amg@1.2               intel-tbb@2020.3        parmetis@4.0.3
...

指定包名

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$ spack find vasp
==> 2 installed packages
-- linux-centos7-cascadelake / intel@19.0.5.281 -----------------
vasp@5.4.4

-- linux-centos7-cascadelake / intel@2021.4.0 -------------------
vasp@6.1.0

指定编译器

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$ spack find vasp %intel@2021.4.0
==> 1 installed package
-- linux-centos7-cascadelake / intel@2021.4.0 -------------------
vasp@6.1.0

指定版本号

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$ spack find vasp@5.4.4
==> 1 installed package
-- linux-centos7-cascadelake / intel@19.0.5.281 -----------------
vasp@5.4.4

查看软件的特征值

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$ spack find -l openmpi
==> 2 installed packages
-- linux-centos7-haswell / gcc@4.8.5 ----------------------------
pt2putc openmpi@4.1.1

-- linux-centos7-skylake_avx512 / gcc@6.5.0 ---------------------
tchnk2v openmpi@4.1.1

✨tips: 1.spack支持使用/<hash_value>的方式替代<package_name>，hash_vaule支持长写（完整 ）和短写（前面3到7个字符） 2.可以使用 -L 查看完整的特征值

查看软件的特征值和依赖

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$ spack find -l -d openmpi
==> 2 installed packages
-- linux-centos7-haswell / gcc@4.8.5 ----------------------------
pt2putc openmpi@4.1.1
y5iroad     hwloc@2.6.0
bmzkyfq         libpciaccess@0.16
xkbs7ll         libxml2@2.9.12
rpsecj5             libiconv@1.16
e6cbjcd             xz@5.2.5
z6uqlxn             zlib@1.2.11
ez4gk67         ncurses@6.2
owe3cjs     libevent@2.1.12
jwr4s44         openssl@1.1.1l
2hfxs5z     numactl@2.0.14
tjk74sh     openssh@8.7p1
ugfkpjd         libedit@3.1-20210216

查看软件的路径

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spack find -p openmpi
==> 2 installed packages
-- linux-centos7-haswell / gcc@4.8.5 ----------------------------
openmpi@4.1.1  /yeesuan495/.spack/software/linux-centos7-haswell/gcc-4.8.5/openmpi-4.1.1-pt2putcrv2o53naxpesk3rsb4xl44pqa

-- linux-centos7-skylake_avx512 / gcc@6.5.0 ---------------------
openmpi@4.1.1  /yeesuan495/.spack/software/linux-centos7-skylake_avx512/gcc-6.5.0/openmpi-4.1.1-tchnk2vf4iskpfkh7giwurtmyipwmjma

location （建议用find -p）

location 命令也可以定位软件的路径

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$ spack location -i openmpi%gcc@4.8.5
/yeesuan495/.spack/software/linux-centos7-haswell/gcc-4.8.5/openmpi-4.1.1-pt2putcrv2o53naxpesk3rsb4xl44pqa

cd 进入软件根目录

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$ spack cd -i openmpi%gcc@4.8.5
[yxxxx@xxxx openmpi-4.1.1-pt2putcrv2o53naxpesk3rsb4xl44pqa]$

查看软件的命名空间

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$ spack find -N mpich
==> 1 installed package
-- linux-centos7-skylake_avx512 / gcc@6.5.0 ---------------------
local.mpich@3.4.2

$ spack find -N xz
==> 3 installed packages
-- linux-centos7-cascadelake / gcc@10.2.0 -----------------------
builtin.xz@5.2.5
...

使用软件

基础命令：

加载软件环境变量 spack load <package_name>

卸载软件环境变量 spack unload <package_name>

查看已加载的依赖

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$ spack find --loaded
==> 4 loaded packages
-- linux-centos7-cascadelake / intel@2021.4.0 -------------------
fftw@3.3.10                intel-oneapi-mpi@2021.4.0
intel-oneapi-mkl@2021.4.0  intel-oneapi-tbb@2021.4.0

仅加载软件本身或它的依赖

仅软件本身：

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spack load --only package <package_name>

仅依赖：

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spack load --only dependencies <package_name>

查看加载软件的所有环境变量

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spack load --sh <package_name>

指定参数加载环境变量

指定版本号spack load <package_name>@<package_version>

指定编译器spack load <package_name> %<compiler_name>@<compiler_version>

指定用到的依赖/特性spack load <package_name> ^<dependency_name>

指定命名空间spack load <scope>.<package_name>

上述加载方式都可以组合使用

使用hash值 : spack load /<hash_value>

✨tips: 有时候我们查到的软件版本号和编译器甚至命名空间都一样，它将很难区分

通常，使用spack find -l -d <package_name> 可以打印多个“相同”的软件的依赖详情，我们选择其中一个的hash值加载