include/mdrun.h

   1 /*
   2  *
   3  *                This source code is part of
   4  *
   5  *                 G   R   O   M   A   C   S
   6  *
   7  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
   8  *
   9  *                        VERSION 3.2.0
  10  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
  11  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
  12  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
  13  * check out http://www.gromacs.org for more information.
  14
  15  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  16  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  17  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  18  * of the License, or (at your option) any later version.
  19  *
  20  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  21  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  22  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  23  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  24  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  25  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  26  *
  27  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  28  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  29  *
  30  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
  31  *
  32  * And Hey:
  33  * Gromacs Runs On Most of All Computer Systems
  34  */
  35
  36 #ifndef _mdrun_h
  37 #define _mdrun_h
  38
  39 #include <stdio.h>
  40 #include <time.h>
  41 #include "typedefs.h"
  42 #include "network.h"
  43 #include "tgroup.h"
  44 #include "filenm.h"
  45 #include "mshift.h"
  46 #include "force.h"
  47 #include "edsam.h"
  48 #include "mdebin.h"
  49 #include "vcm.h"
  50 #include "vsite.h"
  51 #include "pull.h"
  52 #include "update.h"
  53
  54
  55 #ifdef GMX_THREADS
  56 #include "thread_mpi/threads.h"
  57 #endif
  58
  59 #ifdef __cplusplus
  60 extern "C" {
  61 #endif
  62
  63 #define MD_POLARISE       (1<<2)
  64 #define MD_IONIZE         (1<<3)
  65 #define MD_RERUN          (1<<4)
  66 #define MD_RERUN_VSITE    (1<<5)
  67 #define MD_FFSCAN         (1<<6)
  68 #define MD_SEPPOT         (1<<7)
  69 #define MD_PARTDEC        (1<<9)
  70 #define MD_DDBONDCHECK    (1<<10)
  71 #define MD_DDBONDCOMM     (1<<11)
  72 #define MD_CONFOUT        (1<<12)
  73 #define MD_REPRODUCIBLE   (1<<13)
  74 #define MD_READ_RNG       (1<<14)
  75 #define MD_APPENDFILES    (1<<15)
  76 #define MD_APPENDFILESSET (1<<21)
  77 #define MD_KEEPANDNUMCPT  (1<<16)
  78 #define MD_READ_EKIN      (1<<17)
  79 #define MD_STARTFROMCPT   (1<<18)
  80 #define MD_RESETCOUNTERSHALFWAY (1<<19)
  81
  82 /* Define a number of flags to better control the information
  83  * passed to compute_globals in md.c and global_stat.
  84  */
  85
  86 /* We are rerunning the simulation */
  87 #define CGLO_RERUNMD        (1<<1)
  88 /* we are computing the kinetic energy from average velocities */
  89 #define CGLO_EKINAVEVEL     (1<<2)
  90 /* we are removing the center of mass momenta */
  91 #define CGLO_STOPCM         (1<<3)
  92 /* bGStat is defined in do_md */
  93 #define CGLO_GSTAT          (1<<4)
  94 /* Sum the energy terms in global computation */
  95 #define CGLO_ENERGY         (1<<6)
  96 /* Sum the kinetic energy terms in global computation */
  97 #define CGLO_TEMPERATURE    (1<<7)
  98 /* Sum the kinetic energy terms in global computation */
  99 #define CGLO_PRESSURE       (1<<8)
 100 /* Sum the constraint term in global computation */
 101 #define CGLO_CONSTRAINT     (1<<9)
 102 /* we are using an integrator that requires iteration over some steps - currently not used*/
 103 #define CGLO_ITERATE        (1<<10)
 104 /* it is the first time we are iterating (or, only once through is required */
 105 #define CGLO_FIRSTITERATE   (1<<11)
 106 /* Reading ekin from the trajectory */
 107 #define CGLO_READEKIN       (1<<12)
 108 /* we need to reset the ekin rescaling factor here */
 109 #define CGLO_SCALEEKIN      (1<<13)
 110
 111 enum {
 112   ddnoSEL, ddnoINTERLEAVE, ddnoPP_PME, ddnoCARTESIAN, ddnoNR
 113 };
 114
 115 typedef struct {
 116   double real;
 117 #ifdef GMX_CRAY_XT3
 118   double proc;
 119 #else
 120   clock_t proc;
 121 #endif
 122   double realtime;
 123   double proctime;
 124   double time_per_step;
 125   double last;
 126   gmx_large_int_t nsteps_done;
 127 } gmx_runtime_t;
 128
 129 typedef struct {
 130   t_fileio *fp_trn;
 131   t_fileio *fp_xtc;
 132   int  xtc_prec;
 133   ener_file_t fp_ene;
 134   const char *fn_cpt;
 135   gmx_bool bKeepAndNumCPT;
 136   int  eIntegrator;
 137   int  simulation_part;
 138   FILE *fp_dhdl;
 139   FILE *fp_field;
 140 } gmx_mdoutf_t;
 141
 142 /* Variables for temporary use with the deform option,
 143  * used in runner.c and md.c.
 144  * (These variables should be stored in the tpx file.)
 145  */
 146 extern gmx_large_int_t     deform_init_init_step_tpx;
 147 extern matrix              deform_init_box_tpx;
 148 #ifdef GMX_THREADS
 149 extern tMPI_Thread_mutex_t deform_init_box_mutex;
 150
 151 /* The minimum number of atoms per thread. With fewer atoms than this,
 152  * the number of threads will get lowered.
 153  */
 154 #define MIN_ATOMS_PER_THREAD    90
 155 #endif
 156
 157
 158 typedef double gmx_integrator_t(FILE *log,t_commrec *cr,
 159                                 int nfile,const t_filenm fnm[],
 160                                 const output_env_t oenv, gmx_bool bVerbose,
 161                                 gmx_bool bCompact, int nstglobalcomm,
 162                                 gmx_vsite_t *vsite,gmx_constr_t constr,
 163                                 int stepout,
 164                                 t_inputrec *inputrec,
 165                                 gmx_mtop_t *mtop,t_fcdata *fcd,
 166                                 t_state *state,
 167                                 t_mdatoms *mdatoms,
 168                                 t_nrnb *nrnb,gmx_wallcycle_t wcycle,
 169                                 gmx_edsam_t ed,
 170                                 t_forcerec *fr,
 171                                 int repl_ex_nst,int repl_ex_seed,
 172                                 real cpt_period,real max_hours,
 173                                 const char *deviceOptions,
 174                                 unsigned long Flags,
 175                                 gmx_runtime_t *runtime);
 176
 177 typedef struct gmx_global_stat *gmx_global_stat_t;
 178
 179 /* ROUTINES from md.c */
 180
 181 gmx_integrator_t do_md;
 182
 183 gmx_integrator_t do_md_openmm;
 184
 185
 186
 187 /* ROUTINES from minimize.c */
 188
 189 gmx_integrator_t do_steep;
 190 /* Do steepest descents EM */
 191
 192 gmx_integrator_t do_cg;
 193 /* Do conjugate gradient EM */
 194
 195 gmx_integrator_t do_lbfgs;
 196 /* Do conjugate gradient L-BFGS */
 197
 198 gmx_integrator_t do_nm;
 199 /* Do normal mode analysis */
 200
 201 /* ROUTINES from tpi.c */
 202
 203 gmx_integrator_t do_tpi;
 204 /* Do test particle insertion */
 205
 206
 207 /* ROUTINES from md_support.c */
 208
 209 /* return the number of steps between global communcations */
 210 int check_nstglobalcomm(FILE *fplog,t_commrec *cr,
 211                         int nstglobalcomm,t_inputrec *ir);
 212
 213 /* check whether an 'nst'-style parameter p is a multiple of nst, and
 214    set it to be one if not, with a warning. */
 215 void check_nst_param(FILE *fplog,t_commrec *cr,
 216                      const char *desc_nst,int nst,
 217                      const char *desc_p,int *p);
 218
 219 /* check which of the multisim simulations has the shortest number of
 220    steps and return that number of nsteps */
 221 gmx_large_int_t get_multisim_nsteps(const t_commrec *cr,
 222                                     gmx_large_int_t nsteps);
 223
 224 void rerun_parallel_comm(t_commrec *cr,t_trxframe *fr,
 225                          gmx_bool *bNotLastFrame);
 226
 227 /* get the conserved energy associated with the ensemble type*/
 228 real compute_conserved_from_auxiliary(t_inputrec *ir, t_state *state,
 229                                       t_extmass *MassQ);
 230
 231 /* reset all cycle and time counters. */
 232 void reset_all_counters(FILE *fplog,t_commrec *cr,
 233                         gmx_large_int_t step,
 234                         gmx_large_int_t *step_rel,t_inputrec *ir,
 235                         gmx_wallcycle_t wcycle,t_nrnb *nrnb,
 236                         gmx_runtime_t *runtime);
 237
 238
 239
 240 /* ROUTINES from sim_util.c */
 241 void do_pbc_first(FILE *log,matrix box,t_forcerec *fr,
 242                          t_graph *graph,rvec x[]);
 243
 244 void do_pbc_first_mtop(FILE *fplog,int ePBC,matrix box,
 245                               gmx_mtop_t *mtop,rvec x[]);
 246
 247 void do_pbc_mtop(FILE *fplog,int ePBC,matrix box,
 248                         gmx_mtop_t *mtop,rvec x[]);
 249
 250
 251
 252 /* ROUTINES from stat.c */
 253 gmx_global_stat_t global_stat_init(t_inputrec *ir);
 254
 255 void global_stat_destroy(gmx_global_stat_t gs);
 256
 257 void global_stat(FILE *log,gmx_global_stat_t gs,
 258                         t_commrec *cr,gmx_enerdata_t *enerd,
 259                         tensor fvir,tensor svir,rvec mu_tot,
 260                         t_inputrec *inputrec,
 261                         gmx_ekindata_t *ekind,
 262                         gmx_constr_t constr,t_vcm *vcm,
 263                         int nsig,real *sig,
 264                         gmx_mtop_t *top_global, t_state *state_local,
 265                         gmx_bool bSumEkinhOld, int flags);
 266 /* Communicate statistics over cr->mpi_comm_mysim */
 267
 268 gmx_mdoutf_t *init_mdoutf(int nfile,const t_filenm fnm[],
 269                                  int mdrun_flags,
 270                                  const t_commrec *cr,const t_inputrec *ir,
 271                                  const output_env_t oenv);
 272 /* Returns a pointer to a data structure with all output file pointers
 273  * and names required by mdrun.
 274  */
 275
 276 void done_mdoutf(gmx_mdoutf_t *of);
 277 /* Close all open output files and free the of pointer */
 278
 279 #define MDOF_X   (1<<0)
 280 #define MDOF_V   (1<<1)
 281 #define MDOF_F   (1<<2)
 282 #define MDOF_XTC (1<<3)
 283 #define MDOF_CPT (1<<4)
 284
 285 void write_traj(FILE *fplog,t_commrec *cr,
 286                        gmx_mdoutf_t *of,
 287                        int mdof_flags,
 288                        gmx_mtop_t *top_global,
 289                        gmx_large_int_t step,double t,
 290                        t_state *state_local,t_state *state_global,
 291                        rvec *f_local,rvec *f_global,
 292                        int *n_xtc,rvec **x_xtc);
 293 /* Routine that writes frames to trn, xtc and/or checkpoint.
 294  * What is written is determined by the mdof_flags defined above.
 295  * Data is collected to the master node only when necessary.
 296  */
 297
 298 int do_per_step(gmx_large_int_t step,gmx_large_int_t nstep);
 299 /* Return TRUE if io should be done */
 300
 301 int do_any_io(int step, t_inputrec *ir);
 302
 303 /* ROUTINES from sim_util.c */
 304
 305 double gmx_gettime();
 306
 307 void print_time(FILE *out, gmx_runtime_t *runtime,
 308                        gmx_large_int_t step,t_inputrec *ir, t_commrec *cr);
 309
 310 void runtime_start(gmx_runtime_t *runtime);
 311
 312 void runtime_end(gmx_runtime_t *runtime);
 313
 314 void runtime_upd_proc(gmx_runtime_t *runtime);
 315 /* The processor time should be updated every once in a while,
 316  * since on 32-bit manchines it loops after 72 minutes.
 317  */
 318
 319 void print_date_and_time(FILE *log,int pid,const char *title,
 320                                 const gmx_runtime_t *runtime);
 321
 322 void nstop_cm(FILE *log,t_commrec *cr,
 323                      int start,int nr_atoms,real mass[],rvec x[],rvec v[]);
 324
 325 void finish_run(FILE *log,t_commrec *cr,const char *confout,
 326                        t_inputrec *inputrec,
 327                        t_nrnb nrnb[],gmx_wallcycle_t wcycle,
 328                        gmx_runtime_t *runtime,
 329                        gmx_bool bWriteStat);
 330
 331 void calc_enervirdiff(FILE *fplog,int eDispCorr,t_forcerec *fr);
 332
 333 void calc_dispcorr(FILE *fplog,t_inputrec *ir,t_forcerec *fr,
 334                           gmx_large_int_t step, int natoms,
 335                           matrix box,real lambda,tensor pres,tensor virial,
 336                           real *prescorr, real *enercorr, real *dvdlcorr);
 337
 338 typedef enum
 339 {
 340   LIST_SCALARS  =0001,
 341   LIST_INPUTREC =0002,
 342   LIST_TOP      =0004,
 343   LIST_X        =0010,
 344   LIST_V        =0020,
 345   LIST_F        =0040,
 346   LIST_LOAD     =0100
 347 } t_listitem;
 348
 349 void check_nnodes_top(char *fn,t_topology *top);
 350 /* Reset the tpr file to work with one node if necessary */
 351
 352
 353 /* check the version */
 354 void check_ir_old_tpx_versions(t_commrec *cr,FILE *fplog,
 355                                t_inputrec *ir,gmx_mtop_t *mtop);
 356
 357 /* Allocate and initialize node-local state entries. */
 358 void set_state_entries(t_state *state,const t_inputrec *ir,int nnodes);
 359
 360 /* Broadcast the data for a simulation, and allocate node-specific settings
 361    such as rng generators. */
 362 void init_parallel(FILE *log, t_commrec *cr, t_inputrec *inputrec,
 363                           gmx_mtop_t *mtop);
 364
 365
 366 void do_constrain_first(FILE *log,gmx_constr_t constr,
 367                                t_inputrec *inputrec,t_mdatoms *md,
 368                                t_state *state,rvec *f,
 369                                t_graph *graph,t_commrec *cr,t_nrnb *nrnb,
 370                                t_forcerec *fr, gmx_localtop_t *top, tensor shake_vir);
 371
 372 void dynamic_load_balancing(gmx_bool bVerbose,t_commrec *cr,real capacity[],
 373                                    int dimension,t_mdatoms *md,t_topology *top,
 374                                    rvec x[],rvec v[],matrix box);
 375 /* Perform load balancing, i.e. split the particles over processors
 376  * based on their coordinates in the "dimension" direction.
 377  */
 378
 379 int multisim_min(const gmx_multisim_t *ms,int nmin,int n);
 380 /* Set an appropriate value for n across the whole multi-simulation */
 381
 382 int multisim_nstsimsync(const t_commrec *cr,
 383                         const t_inputrec *ir,int repl_ex_nst);
 384 /* Determine the interval for inter-simulation communication */
 385
 386 void init_global_signals(globsig_t *gs,const t_commrec *cr,
 387                          const t_inputrec *ir,int repl_ex_nst);
 388 /* Constructor for globsig_t */
 389
 390 void copy_coupling_state(t_state *statea,t_state *stateb,
 391                          gmx_ekindata_t *ekinda,gmx_ekindata_t *ekindb, t_grpopts* opts);
 392 /* Copy stuff from state A to state B */
 393
 394 void compute_globals(FILE *fplog, gmx_global_stat_t gstat, t_commrec *cr, t_inputrec *ir,
 395                      t_forcerec *fr, gmx_ekindata_t *ekind,
 396                      t_state *state, t_state *state_global, t_mdatoms *mdatoms,
 397                      t_nrnb *nrnb, t_vcm *vcm, gmx_wallcycle_t wcycle,
 398                      gmx_enerdata_t *enerd,tensor force_vir, tensor shake_vir, tensor total_vir,
 399                      tensor pres, rvec mu_tot, gmx_constr_t constr,
 400                      globsig_t *gs,gmx_bool bInterSimGS,
 401                      matrix box, gmx_mtop_t *top_global, real *pcurr,
 402                      int natoms, gmx_bool *bSumEkinhOld, int flags);
 403 /* Compute global variables during integration */
 404
 405 int mdrunner(int nthreads_requested, FILE *fplog,t_commrec *cr,int nfile,
 406              const t_filenm fnm[], const output_env_t oenv, gmx_bool bVerbose,
 407              gmx_bool bCompact, int nstglobalcomm, ivec ddxyz,int dd_node_order,
 408              real rdd, real rconstr, const char *dddlb_opt,real dlb_scale,
 409              const char *ddcsx,const char *ddcsy,const char *ddcsz,
 410              int nstepout, int resetstep, int nmultisim, int repl_ex_nst,
 411              int repl_ex_seed, real pforce,real cpt_period,real max_hours,
 412              const char *deviceOptions, unsigned long Flags);
 413 /* Driver routine, that calls the different methods */
 414
 415 void md_print_warning(const t_commrec *cr,FILE *fplog,const char *buf);
 416 /* Print a warning message to stderr on the master node
 417  * and to fplog if fplog!=NULL.
 418  */
 419
 420 void init_md(FILE *fplog,
 421                     t_commrec *cr,t_inputrec *ir, const output_env_t oenv,
 422                     double *t,double *t0,
 423                     real *lambda,double *lam0,
 424                     t_nrnb *nrnb,gmx_mtop_t *mtop,
 425                     gmx_update_t *upd,
 426                     int nfile,const t_filenm fnm[],
 427                     gmx_mdoutf_t **outf,t_mdebin **mdebin,
 428                     tensor force_vir,tensor shake_vir,
 429                     rvec mu_tot,
 430                     gmx_bool *bSimAnn,t_vcm **vcm,
 431                     t_state *state, unsigned long Flags);
 432   /* Routine in sim_util.c */
 433
 434 #ifdef __cplusplus
 435 }
 436 #endif
 437
 438 #endif  /* _mdrun_h */