부록 A. Colab·gfortran 사용법

Colab 소개

Google Colab(Colaboratory)은 구글이 무료로 제공하는, 브라우저에서 도는 주피터 노트북 환경이다. 클릭 한 번이면 클라우드의 리눅스(Ubuntu) 가상 머신이 할당되고, 그 안에서 코드를 실행할 수 있다. 우리에게 중요한 점은 다음과 같다.

• 내 컴퓨터에 아무것도 설치하지 않아도 된다(브라우저만 있으면 된다).
• 리눅스 환경이라 apt로 컴파일러를 깔 수 있다.
• Python과 matplotlib이 이미 들어 있어 시각화를 바로 할 수 있다.

A.1 Colab 런타임의 기본 성질

Google Colab은 브라우저에서 동작하는 무료 Jupyter 노트북 (이하 노트북) 환경으로, 셀 단위로 코드를 실행한다. 알아 둘 핵심은 다음 세 가지다.

• 임시 가상머신: 각 노트북은 일회용 리눅스 가상머신에서 돈다. 세션이 끝나거나 일정 시간 입력이 없으면 런타임이 회수되고, 설치한 패키지와 만든 파일은 모두 사라진다. 따라서 apt로 설치한 gfortran도 세션이 바뀌면 다시 설치해야 한다.
• 작업 디렉터리: 기본 작업 폴더는 /content다. %%writefile로 저장한 소스와 Fortran이 출력한 data.csv는 모두 여기에 생긴다. 왼쪽 파일 탐색기로 직접 확인할 수 있다.
• 셀 종류: 코드 셀에서 파이썬을 실행하고, 앞에 !를 붙이면 셸 명령을, 첫 줄에 %%를 쓰면 매직(magic) 명령을 실행한다. 매직은 구글 코랩(Google Colab) 환경에서 제공하는 특수한 확장 명령어인 '매직 명령어(Magic Command)'를 뜻한다.

A.2 gfortran 설치

gfortran은 GCC에 포함된 무료·오픈소스 Fortran 컴파일러다. Colab 우분투에는 기본 포함되지 않을 수 있으므로, 아래와 같이 노트북 맨 앞에 설치 셀을 한 번 둔다.

!apt-get update
!apt-get install -y gfortran
!gfortran --version

설치가 끝나면 gfortran --version이 버전 정보를 출력한다. Colab의 우분투 베이스에 따라 제공되는 gfortran 버전이 달라지지만, 본문이 기준으로 삼는 Fortran 2008 기능은 어떤 최근 버전에서도 모두 지원된다.

A.3 %%writefile 매직과 파일 저장

소스 코드를 파일로 저장하는 가장 간단한 방법은 셀 첫 줄의 %%writefile 매직이다.

%%writefile hello.f90
program hello
   implicit none
   print *, "hello, modern fortran"
end program hello

• 첫 줄 %%writefile hello.f90은 Fortran 코드가 아니라 Colab 매직이다. 이 줄은 셀 내용을 hello.f90으로 저장하라는 뜻이며, 본문 인쇄본에서는 생략해 표기한다.
• 같은 파일에 덧붙이려면 %%writefile -a 파일명을 쓴다(잘 쓰지 않는다).
• 매직을 쓰지 않고 파이썬으로 저장할 수도 있다. 문자열을 직접 파일에 쓰는 방식이며, 코드 생성 자동화에 유용하다.

source = '''program hello
   implicit none
   print *, "hello, modern fortran"
end program hello
'''
with open("hello.f90", "w") as f:
    f.write(source)

A.4 컴파일 옵션 정리

컴파일·실행 셀은 셸 명령이므로 각 줄 앞에 !를 붙인다. 이후 모든 !를 생략한다.

!gfortran -O2 -std=f2018 -Wall hello.f90 -o hello
!./hello

자주 쓰는 옵션을 용도별로 정리한다.

A.5 여러 파일 컴파일과 모듈 순서

모듈을 분리하면(본문 12장) 파일이 여러 개가 된다. gfortran은 모듈을 먼저 컴파일해 .mod 파일을 만든 뒤, 이를 사용하는 프로그램을 컴파일한다. 모듈이 항상 먼저 와야 한다.

!gfortran -c -std=f2018 -Wall stats_mod.f90
!gfortran -std=f2008 -Wall stats_mod.o main.f90 -o main
!./main

또는 아래와 같이 한 줄로 의존 순서대로 나열해도 된다.

!gfortran -std=f2018 -Wall stats_mod.f90 main.f90 -o main
!./main

.mod 파일을 다른 폴더에 두려면 출력 폴더는 -J 폴더, 검색 폴더는 -I 폴더로 지정한다.

A.6 자주 만나는 Colab 오류와 해결