src/gmxlib/splitter.c

   1 /* -*- mode: c; tab-width: 4; indent-tabs-mode: nil; c-basic-offset: 4; c-file-style: "stroustrup"; -*-
   2  *
   3  *
   4  *                This source code is part of
   5  *
   6  *                 G   R   O   M   A   C   S
   7  *
   8  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
   9  *
  10  *                        VERSION 3.2.0
  11  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
  12  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
  13  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
  14  * check out http://www.gromacs.org for more information.
  15
  16  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  17  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  18  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  19  * of the License, or (at your option) any later version.
  20  *
  21  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  22  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  23  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  24  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  25  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  26  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  27  *
  28  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  29  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  30  *
  31  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
  32  *
  33  * And Hey:
  34  * Gallium Rubidium Oxygen Manganese Argon Carbon Silicon
  35  */
  36 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  37 #include <config.h>
  38 #endif
  39
  40 #include <stdio.h>
  41 #include <string.h>
  42
  43 #include "sysstuff.h"
  44 #include "macros.h"
  45 #include "smalloc.h"
  46 #include "typedefs.h"
  47 #include "mshift.h"
  48 #include "invblock.h"
  49 #include "txtdump.h"
  50 #include "math.h"
  51 #include "assert.h"
  52 #include "gmx_fatal.h"
  53 #include "splitter.h"
  54
  55 typedef struct {
  56   int     nr;
  57   t_iatom *ia;
  58 } t_sf;
  59
  60 static t_sf *init_sf(int nr)
  61 {
  62   t_sf *sf;
  63   int  i;
  64
  65   snew(sf,nr);
  66   for(i=0; (i<nr); i++) {
  67     sf[i].nr=0;
  68     sf[i].ia=NULL;
  69   }
  70
  71   return sf;
  72 }
  73
  74 static void done_sf(int nr,t_sf *sf)
  75 {
  76   int i;
  77
  78   for(i=0; (i<nr); i++) {
  79     sf[i].nr=0;
  80     sfree(sf[i].ia);
  81     sf[i].ia=NULL;
  82   }
  83   sfree(sf);
  84 }
  85
  86 static void push_sf(t_sf *sf,int nr,t_iatom ia[])
  87 {
  88   int i;
  89
  90   srenew(sf->ia,sf->nr+nr);
  91   for(i=0; (i<nr); i++)
  92     sf->ia[sf->nr+i]=ia[i];
  93   sf->nr+=nr;
  94 }
  95
  96 static int min_nodeid(int nr,atom_id list[],int hid[])
  97 {
  98   int i,nodeid,minnodeid;
  99
 100   if (nr <= 0)
 101     gmx_incons("Invalid node number");
 102   minnodeid=hid[list[0]];
 103   for (i=1; (i<nr); i++)
 104     if ((nodeid=hid[list[i]]) < minnodeid)
 105       minnodeid=nodeid;
 106
 107   return minnodeid;
 108 }
 109
 110
 111 static void split_force2(t_inputrec *ir, int nnodes,int hid[],int ftype,t_ilist *ilist,
 112                                                  int *multinr,
 113                                                  int *constr_min_nodeid,int * constr_max_nodeid,
 114                                                  int *left_range, int *right_range)
 115 {
 116   int     i,j,k,type,nodeid,nratoms,tnr;
 117   int     nvsite_constr;
 118   t_iatom ai,aj;
 119   int     node_low_ai,node_low_aj,node_high_ai,node_high_aj;
 120   int     node_low,node_high;
 121   int     nodei,nodej;
 122   t_sf    *sf;
 123   int     nextra;
 124
 125   sf = init_sf(nnodes);
 126
 127   node_high = node_low = 0;
 128   nextra    = 0;
 129
 130   /* Walk along all the bonded forces, find the appropriate node
 131    * to calc it on, and add it to that nodes list.
 132    */
 133   for (i=0; i<ilist->nr; i+=(1+nratoms))
 134   {
 135     type    = ilist->iatoms[i];
 136     nratoms = interaction_function[ftype].nratoms;
 137
 138     if (ftype == F_CONSTR)
 139         {
 140                 ai = ilist->iatoms[i+1];
 141                 aj = ilist->iatoms[i+2];
 142
 143                 nodei = hid[ai];
 144                 nodej = hid[aj];
 145                 nodeid = nodei;
 146
 147                 if(ir->eConstrAlg == econtLINCS)
 148                 {
 149                         node_low_ai   = constr_min_nodeid[ai];
 150                         node_low_aj   = constr_min_nodeid[aj];
 151                         node_high_ai  = constr_max_nodeid[ai];
 152                         node_high_aj  = constr_max_nodeid[aj];
 153
 154                         node_low      = min(node_low_ai,node_low_aj);
 155                         node_high     = max(node_high_ai,node_high_aj);
 156
 157             if (node_high-nodei > 1 || nodei-node_low > 1 ||
 158                 node_high-nodej > 1 || nodej-node_low > 1 )
 159                         {
 160                                 gmx_fatal(FARGS,"Constraint dependencies further away than next-neighbor\n"
 161                                                   "in particle decomposition. Constraint between atoms %d--%d evaluated\n"
 162                                                   "on node %d and %d, but atom %d has connections within %d bonds (lincs_order)\n"
 163                                                   "of node %d, and atom %d has connections within %d bonds of node %d.\n"
 164                                                   "Reduce the # nodes, lincs_order, or\n"
 165                                                   "try domain decomposition.",ai,aj,nodei,nodej,ai,ir->nProjOrder,node_low,aj,ir->nProjOrder,node_high);
 166                         }
 167
 168                         if (node_low < nodei || node_low < nodej)
 169                         {
 170                                 right_range[node_low] = max(right_range[node_low],aj);
 171                         }
 172                         if (node_high > nodei || node_high > nodej)
 173                         {
 174                                 left_range[node_high] = min(left_range[node_high],ai);
 175                         }
 176                 }
 177                 else
 178                 {
 179                         /* Shake */
 180                         if (hid[ilist->iatoms[i+2]] != nodei)
 181                                 gmx_fatal(FARGS,"Shake block crossing node boundaries\n"
 182                                                   "constraint between atoms (%d,%d) (try LINCS instead!)",
 183                                                   ilist->iatoms[i+1]+1,ilist->iatoms[i+2]+1);
 184                 }
 185     }
 186     else if (ftype == F_SETTLE)
 187         {
 188       /* Only the first particle is stored for settles ... */
 189       ai=ilist->iatoms[i+1];
 190       nodeid=hid[ai];
 191       if ((nodeid != hid[ai+1]) ||
 192           (nodeid != hid[ai+2]))
 193         gmx_fatal(FARGS,"Settle block crossing node boundaries\n"
 194                   "constraint between atoms (%d-%d)",ai+1,ai+2+1);
 195     }
 196     else if(interaction_function[ftype].flags & IF_VSITE)
 197         {
 198       /* Virtual sites are special, since we need to pre-communicate
 199            * their coordinates to construct vsites before then main
 200            * coordinate communication.
 201            * Vsites can have constructing atoms both larger and smaller than themselves.
 202            * To minimize communication and book-keeping, each vsite is constructed on
 203            * the home node of the atomnr of the vsite.
 204            * Since the vsite coordinates too have to be communicated to the next node,
 205            * we need to
 206            *
 207            * 1. Pre-communicate coordinates of constructing atoms
 208            * 2. Construct the vsite
 209            * 3. Perform main coordinate communication
 210            *
 211            * Note that this has change from gromacs 4.0 and earlier, where the vsite
 212            * was constructed on the home node of the lowest index of any of the constructing
 213            * atoms and the vsite itself.
 214            */
 215
 216                 if (ftype==F_VSITE2)
 217                         nvsite_constr=2;
 218                 else if(ftype==F_VSITE4FD || ftype==F_VSITE4FDN)
 219                         nvsite_constr=4;
 220                 else
 221                         nvsite_constr=3;
 222
 223                 /* Vsites are constructed on the home node of the actual site to save communication
 224                  * and simplify the book-keeping.
 225                  */
 226                 nodeid=hid[ilist->iatoms[i+1]];
 227
 228                 for(k=2;k<nvsite_constr+2;k++)
 229                 {
 230                         if(hid[ilist->iatoms[i+k]]<(nodeid-1) ||
 231                            hid[ilist->iatoms[i+k]]>(nodeid+1))
 232                                 gmx_fatal(FARGS,"Virtual site %d and its constructing"
 233                                                   " atoms are not on the same or adjacent\n"
 234                                                   " nodes. This is necessary to avoid a lot\n"
 235                                                   " of extra communication. The easiest way"
 236                                                   " to ensure this is to place virtual sites\n"
 237                                                   " close to the constructing atoms.\n"
 238                                                   " Sorry, but you will have to rework your topology!\n",
 239                                                   ilist->iatoms[i+1]);
 240                 }
 241     }
 242         else
 243     {
 244                 nodeid=min_nodeid(nratoms,&ilist->iatoms[i+1],hid);
 245         }
 246
 247         if (ftype == F_CONSTR && ir->eConstrAlg == econtLINCS)
 248         {
 249                 push_sf(&(sf[nodeid]),nratoms+1,&(ilist->iatoms[i]));
 250
 251                 if(node_low<nodeid)
 252                 {
 253                         push_sf(&(sf[node_low]),nratoms+1,&(ilist->iatoms[i]));
 254                         nextra+=nratoms+1;
 255                 }
 256                 if(node_high>nodeid)
 257                 {
 258                         push_sf(&(sf[node_high]),nratoms+1,&(ilist->iatoms[i]));
 259                         nextra+=nratoms+1;
 260                 }
 261         }
 262         else
 263         {
 264                 push_sf(&(sf[nodeid]),nratoms+1,&(ilist->iatoms[i]));
 265         }
 266   }
 267
 268   if(nextra>0)
 269   {
 270           ilist->nr += nextra;
 271           srenew(ilist->iatoms,ilist->nr);
 272   }
 273
 274   tnr=0;
 275   for(nodeid=0; (nodeid<nnodes); nodeid++) {
 276     for (i=0; (i<sf[nodeid].nr); i++)
 277       ilist->iatoms[tnr++]=sf[nodeid].ia[i];
 278
 279     multinr[nodeid]=(nodeid==0) ? 0 : multinr[nodeid-1];
 280     multinr[nodeid]+=sf[nodeid].nr;
 281   }
 282
 283         if (tnr != ilist->nr)
 284                 gmx_incons("Splitting forces over processors");
 285
 286   done_sf(nnodes,sf);
 287 }
 288
 289 static int *home_index(int nnodes,t_block *cgs,int *multinr)
 290 {
 291   /* This routine determines the node id for each particle */
 292   int *hid;
 293   int nodeid,j0,j1,j,k;
 294
 295   snew(hid,cgs->index[cgs->nr]);
 296   /* Initiate to -1 to make it possible to check afterwards,
 297    * all hid's should be set in the loop below
 298    */
 299   for(k=0; (k<cgs->index[cgs->nr]); k++)
 300     hid[k]=-1;
 301
 302   /* loop over nodes */
 303   for(nodeid=0; (nodeid<nnodes); nodeid++) {
 304     j0 = (nodeid==0) ? 0 : multinr[nodeid-1];
 305     j1 = multinr[nodeid];
 306
 307     /* j0 and j1 are the boundariesin the index array */
 308     for(j=j0; (j<j1); j++) {
 309       for(k=cgs->index[j]; (k<cgs->index[j+1]); k++) {
 310         hid[k]=nodeid;
 311       }
 312     }
 313   }
 314   /* Now verify that all hid's are not -1 */
 315   for(k=0; (k<cgs->index[cgs->nr]); k++)
 316     if (hid[k] == -1)
 317       gmx_fatal(FARGS,"hid[%d] = -1, cgs->nr = %d, natoms = %d",
 318                   k,cgs->nr,cgs->index[cgs->nr]);
 319
 320   return hid;
 321 }
 322
 323 typedef struct {
 324   int atom,ic,is;
 325 } t_border;
 326
 327 void set_bor(t_border *b,int atom,int ic,int is)
 328 {
 329   if (debug)
 330     fprintf(debug,"border @ atom %5d [ ic = %5d,  is = %5d ]\n",atom,ic,is);
 331   b->atom = atom;
 332   b->ic   = ic;
 333   b->is   = is;
 334 }
 335
 336 static gmx_bool is_bor(atom_id ai[],int i)
 337 {
 338   return ((ai[i] != ai[i-1]) || ((ai[i] == NO_ATID) && (ai[i-1] == NO_ATID)));
 339 }
 340
 341 static t_border *mk_border(FILE *fp,int natom,atom_id *invcgs,
 342                            atom_id *invshk,int *nb)
 343 {
 344   t_border *bor;
 345   atom_id  *sbor,*cbor;
 346   int      i,j,is,ic,ns,nc,nbor;
 347
 348   if (debug) {
 349     for(i=0; (i<natom); i++) {
 350       fprintf(debug,"atom: %6d  cgindex: %6d  shkindex: %6d\n",
 351                           i, invcgs[i], invshk[i]);
 352     }
 353   }
 354
 355   snew(sbor,natom+1);
 356   snew(cbor,natom+1);
 357   ns = nc = 1;
 358   for(i=1; (i<natom); i++) {
 359     if (is_bor(invcgs,i))
 360       cbor[nc++] = i;
 361     if (is_bor(invshk,i))
 362       sbor[ns++] = i;
 363   }
 364   sbor[ns] = 0;
 365   cbor[nc] = 0;
 366   if (fp)
 367   {
 368           fprintf(fp,"There are %d charge group borders",nc);
 369           if(invshk!=NULL)
 370           {
 371                   fprintf(fp," and %d shake borders",ns);
 372           }
 373           fprintf(fp,".\n");
 374   }
 375   snew(bor,max(nc,ns));
 376   ic = is = nbor = 0;
 377   while ((ic < nc) || (is < ns)) {
 378     if (sbor[is] == cbor[ic]) {
 379       set_bor(&(bor[nbor]),cbor[ic],ic,is);
 380       nbor++;
 381       if (ic < nc) ic++;
 382       if (is < ns) is++;
 383     }
 384     else if (cbor[ic] > sbor[is]) {
 385       if (is == ns) {
 386         set_bor(&(bor[nbor]),cbor[ic],ic,is);
 387         nbor++;
 388         if (ic < nc) ic++;
 389       }
 390       else if (is < ns)
 391         is++;
 392     }
 393     else if (ic < nc)
 394       ic++;
 395     else
 396       is++;/*gmx_fatal(FARGS,"Can't happen is=%d, ic=%d (%s, %d)",
 397              is,ic,__FILE__,__LINE__);*/
 398   }
 399   if (fp)
 400     fprintf(fp,"There are %d total borders\n",nbor);
 401
 402   if (debug) {
 403     fprintf(debug,"There are %d actual bor entries\n",nbor);
 404     for(i=0; (i<nbor); i++)
 405       fprintf(debug,"bor[%5d] = atom: %d  ic: %d  is: %d\n",i,
 406               bor[i].atom,bor[i].ic,bor[i].is);
 407   }
 408
 409   *nb = nbor;
 410
 411   return bor;
 412 }
 413
 414 static void split_blocks(FILE *fp,t_inputrec *ir, int nnodes,
 415                          t_block *cgs,t_blocka *sblock,real capacity[],
 416                          int *multinr_cgs)
 417 {
 418   int      natoms,*maxatom;
 419   int      i,ii,ai,b0,b1;
 420   int      nodeid,last_shk,nbor;
 421   t_border *border;
 422   double   tload,tcap;
 423
 424   gmx_bool    bSHK;
 425   atom_id *shknum,*cgsnum;
 426
 427   natoms = cgs->index[cgs->nr];
 428
 429   if (NULL != debug) {
 430     pr_block(debug,0,"cgs",cgs,TRUE);
 431     pr_blocka(debug,0,"sblock",sblock,TRUE);
 432     fflush(debug);
 433   }
 434
 435   cgsnum = make_invblock(cgs,natoms+1);
 436   shknum = make_invblocka(sblock,natoms+1);
 437   border = mk_border(fp,natoms,cgsnum,shknum,&nbor);
 438
 439   snew(maxatom,nnodes);
 440   tload  = capacity[0]*natoms;
 441   tcap   = 1.0;
 442   nodeid = 0;
 443   /* Start at bor is 1, to force the first block on the first processor */
 444   for(i=0; (i<nbor) && (tload < natoms); i++) {
 445     if(i<(nbor-1))
 446       b1=border[i+1].atom;
 447     else
 448       b1=natoms;
 449
 450     b0 = border[i].atom;
 451
 452     if ((fabs(b0-tload)<fabs(b1-tload))) {
 453       /* New nodeid time */
 454       multinr_cgs[nodeid] = border[i].ic;
 455       maxatom[nodeid]     = b0;
 456       tcap -= capacity[nodeid];
 457       nodeid++;
 458
 459       /* Recompute target load */
 460       tload = b0 + (natoms-b0)*capacity[nodeid]/tcap;
 461
 462     if(debug)
 463           printf("tload: %g tcap: %g  nodeid: %d\n",tload,tcap,nodeid);
 464     }
 465   }
 466   /* Now the last one... */
 467   while (nodeid < nnodes) {
 468     multinr_cgs[nodeid] = cgs->nr;
 469     /* Store atom number, see above */
 470     maxatom[nodeid]     = natoms;
 471     nodeid++;
 472   }
 473   if (nodeid != nnodes) {
 474     gmx_fatal(FARGS,"nodeid = %d, nnodes = %d, file %s, line %d",
 475                 nodeid,nnodes,__FILE__,__LINE__);
 476   }
 477
 478   for(i=nnodes-1; (i>0); i--)
 479     maxatom[i]-=maxatom[i-1];
 480
 481   if (fp) {
 482     fprintf(fp,"Division over nodes in atoms:\n");
 483     for(i=0; (i<nnodes); i++)
 484       fprintf(fp," %7d",maxatom[i]);
 485     fprintf(fp,"\n");
 486   }
 487
 488   sfree(maxatom);
 489   sfree(shknum);
 490   sfree(cgsnum);
 491   sfree(border);
 492 }
 493
 494 typedef struct {
 495   int atom,sid;
 496 } t_sid;
 497
 498 static int sid_comp(const void *a,const void *b)
 499 {
 500   t_sid *sa,*sb;
 501   int   dd;
 502
 503   sa=(t_sid *)a;
 504   sb=(t_sid *)b;
 505
 506   dd=sa->sid-sb->sid;
 507   if (dd == 0)
 508     return (sa->atom-sb->atom);
 509   else
 510     return dd;
 511 }
 512
 513 static int mk_grey(int nnodes,egCol egc[],t_graph *g,int *AtomI,
 514                    int maxsid,t_sid sid[])
 515 {
 516   int  j,ng,ai,aj,g0;
 517
 518   ng=0;
 519   ai=*AtomI;
 520
 521   g0=g->start;
 522   /* Loop over all the bonds */
 523   for(j=0; (j<g->nedge[ai]); j++) {
 524     aj=g->edge[ai][j]-g0;
 525     /* If there is a white one, make it gray and set pbc */
 526     if (egc[aj] == egcolWhite) {
 527       if (aj < *AtomI)
 528         *AtomI = aj;
 529       egc[aj] = egcolGrey;
 530
 531       /* Check whether this one has been set before... */
 532       range_check(aj+g0,0,maxsid);
 533       range_check(ai+g0,0,maxsid);
 534       if (sid[aj+g0].sid != -1)
 535         gmx_fatal(FARGS,"sid[%d]=%d, sid[%d]=%d, file %s, line %d",
 536                     ai,sid[ai+g0].sid,aj,sid[aj+g0].sid,__FILE__,__LINE__);
 537       else {
 538         sid[aj+g0].sid  = sid[ai+g0].sid;
 539         sid[aj+g0].atom = aj+g0;
 540       }
 541       ng++;
 542     }
 543   }
 544   return ng;
 545 }
 546
 547 static int first_colour(int fC,egCol Col,t_graph *g,egCol egc[])
 548 /* Return the first node with colour Col starting at fC.
 549  * return -1 if none found.
 550  */
 551 {
 552   int i;
 553
 554   for(i=fC; (i<g->nnodes); i++)
 555     if ((g->nedge[i] > 0) && (egc[i]==Col))
 556       return i;
 557
 558   return -1;
 559 }
 560
 561 static int mk_sblocks(FILE *fp,t_graph *g,int maxsid,t_sid sid[])
 562 {
 563   int    ng,nnodes;
 564   int    nW,nG,nB;              /* Number of Grey, Black, White */
 565   int    fW,fG;                 /* First of each category       */
 566   egCol  *egc=NULL;             /* The colour of each node      */
 567   int    g0,nblock;
 568
 569   if (!g->nbound)
 570     return 0;
 571
 572   nblock=0;
 573
 574   nnodes=g->nnodes;
 575   snew(egc,nnodes);
 576
 577   g0=g->start;
 578   nW=g->nbound;
 579   nG=0;
 580   nB=0;
 581
 582   fW=0;
 583
 584   /* We even have a loop invariant:
 585    * nW+nG+nB == g->nbound
 586    */
 587
 588   if (fp)
 589     fprintf(fp,"Walking down the molecule graph to make constraint-blocks\n");
 590
 591   while (nW > 0) {
 592     /* Find the first white, this will allways be a larger
 593      * number than before, because no nodes are made white
 594      * in the loop
 595      */
 596     if ((fW=first_colour(fW,egcolWhite,g,egc)) == -1)
 597       gmx_fatal(FARGS,"No WHITE nodes found while nW=%d\n",nW);
 598
 599     /* Make the first white node grey, and set the block number */
 600     egc[fW]        = egcolGrey;
 601     range_check(fW+g0,0,maxsid);
 602     sid[fW+g0].sid = nblock++;
 603     nG++;
 604     nW--;
 605
 606     /* Initial value for the first grey */
 607     fG=fW;
 608
 609     if (debug)
 610       fprintf(debug,"Starting G loop (nW=%d, nG=%d, nB=%d, total %d)\n",
 611               nW,nG,nB,nW+nG+nB);
 612
 613     while (nG > 0) {
 614       if ((fG=first_colour(fG,egcolGrey,g,egc)) == -1)
 615         gmx_fatal(FARGS,"No GREY nodes found while nG=%d\n",nG);
 616
 617       /* Make the first grey node black */
 618       egc[fG]=egcolBlack;
 619       nB++;
 620       nG--;
 621
 622       /* Make all the neighbours of this black node grey
 623        * and set their block number
 624        */
 625       ng=mk_grey(nnodes,egc,g,&fG,maxsid,sid);
 626       /* ng is the number of white nodes made grey */
 627       nG+=ng;
 628       nW-=ng;
 629     }
 630   }
 631   sfree(egc);
 632
 633   if (debug)
 634     fprintf(debug,"Found %d shake blocks\n",nblock);
 635
 636   return nblock;
 637 }
 638
 639
 640 typedef struct {
 641   int first,last,sid;
 642 } t_merge_sid;
 643
 644 static int ms_comp(const void *a, const void *b)
 645 {
 646   t_merge_sid *ma = (t_merge_sid *)a;
 647   t_merge_sid *mb = (t_merge_sid *)b;
 648   int d;
 649
 650   d = ma->first-mb->first;
 651   if (d == 0)
 652     return ma->last-mb->last;
 653   else
 654     return d;
 655 }
 656
 657 static int merge_sid(int i0,int at_start,int at_end,int nsid,t_sid sid[],
 658                      t_blocka *sblock)
 659 {
 660   int  i,j,k,n,isid,ndel;
 661   t_merge_sid *ms;
 662   int  nChanged;
 663
 664   /* We try to remdy the following problem:
 665    * Atom: 1  2  3  4  5 6 7 8 9 10
 666    * Sid:  0 -1  1  0 -1 1 1 1 1 1
 667    */
 668
 669   /* Determine first and last atom in each shake ID */
 670   snew(ms,nsid);
 671
 672   for(k=0; (k<nsid); k++) {
 673     ms[k].first = at_end+1;
 674     ms[k].last  = -1;
 675     ms[k].sid   = k;
 676   }
 677   for(i=at_start; (i<at_end); i++) {
 678     isid = sid[i].sid;
 679     range_check(isid,-1,nsid);
 680     if (isid >= 0) {
 681       ms[isid].first = min(ms[isid].first,sid[i].atom);
 682       ms[isid].last  = max(ms[isid].last,sid[i].atom);
 683     }
 684   }
 685   qsort(ms,nsid,sizeof(ms[0]),ms_comp);
 686
 687   /* Now merge the overlapping ones */
 688   ndel = 0;
 689   for(k=0; (k<nsid); ) {
 690     for(j=k+1; (j<nsid); ) {
 691       if (ms[j].first <= ms[k].last) {
 692         ms[k].last  = max(ms[k].last,ms[j].last);
 693         ms[k].first = min(ms[k].first,ms[j].first);
 694         ms[j].sid = -1;
 695         ndel++;
 696         j++;
 697       }
 698       else {
 699         k = j;
 700         j = k+1;
 701       }
 702     }
 703     if (j == nsid)
 704       k++;
 705   }
 706   for(k=0; (k<nsid); k++) {
 707     while ((k < nsid-1) && (ms[k].sid == -1)) {
 708       for(j=k+1; (j<nsid); j++) {
 709         memcpy(&(ms[j-1]),&(ms[j]),sizeof(ms[0]));
 710       }
 711       nsid--;
 712     }
 713   }
 714
 715   for(k=at_start; (k<at_end); k++) {
 716     sid[k].atom = k;
 717     sid[k].sid = -1;
 718   }
 719   sblock->nr  = nsid;
 720   sblock->nalloc_index = sblock->nr+1;
 721   snew(sblock->index,sblock->nalloc_index);
 722   sblock->nra = at_end - at_start;
 723   sblock->nalloc_a = sblock->nra;
 724   snew(sblock->a,sblock->nalloc_a);
 725   sblock->index[0] = 0;
 726   for(k=n=0; (k<nsid); k++) {
 727     sblock->index[k+1] = sblock->index[k] + ms[k].last - ms[k].first+1;
 728     for(j=ms[k].first; (j<=ms[k].last); j++) {
 729       range_check(n,0,sblock->nra);
 730       sblock->a[n++] = j;
 731       range_check(j,0,at_end);
 732       if (sid[j].sid == -1)
 733         sid[j].sid = k;
 734       else
 735         fprintf(stderr,"Double sids (%d, %d) for atom %d\n",sid[j].sid,k,j);
 736     }
 737   }
 738   assert(k == nsid);
 739   /* Removed 2007-09-04
 740   sblock->index[k+1] = natoms;
 741   for(k=0; (k<natoms); k++)
 742     if (sid[k].sid == -1)
 743       sblock->a[n++] = k;
 744   assert(n == natoms);
 745   */
 746   sblock->nra = n;
 747   assert(sblock->index[k] == sblock->nra);
 748   sfree(ms);
 749
 750   return nsid;
 751 }
 752
 753 void gen_sblocks(FILE *fp,int at_start,int at_end,
 754                                  t_idef *idef,t_blocka *sblock,
 755                                  gmx_bool bSettle)
 756 {
 757   t_graph *g;
 758   int     i,i0,j,k,istart,n;
 759   t_sid   *sid;
 760   int     isid,nsid;
 761
 762   g=mk_graph(NULL,idef,at_start,at_end,TRUE,bSettle);
 763   if (debug)
 764     p_graph(debug,"Graaf Dracula",g);
 765   snew(sid,at_end);
 766   for(i=at_start; (i<at_end); i++) {
 767     sid[i].atom =  i;
 768     sid[i].sid  = -1;
 769   }
 770   nsid=mk_sblocks(fp,g,at_end,sid);
 771
 772   if (!nsid)
 773     return;
 774
 775   /* Now sort the shake blocks... */
 776   qsort(sid+at_start,at_end-at_start,(size_t)sizeof(sid[0]),sid_comp);
 777
 778   if (debug) {
 779     fprintf(debug,"Sorted shake block\n");
 780     for(i=at_start; (i<at_end); i++)
 781       fprintf(debug,"sid[%5d] = atom:%5d sid:%5d\n",i,sid[i].atom,sid[i].sid);
 782   }
 783   /* Now check how many are NOT -1, i.e. how many have to be shaken */
 784   for(i0=at_start; (i0<at_end); i0++)
 785     if (sid[i0].sid > -1)
 786       break;
 787
 788   /* Now we have the sids that have to be shaken. We'll check the min and
 789    * max atom numbers and this determines the shake block. DvdS 2007-07-19.
 790    * For the purpose of making boundaries all atoms in between need to be
 791    * part of the shake block too. There may be cases where blocks overlap
 792    * and they will have to be merged.
 793    */
 794   nsid = merge_sid(i0,at_start,at_end,nsid,sid,sblock);
 795   /* Now sort the shake blocks again... */
 796   /*qsort(sid,natoms,(size_t)sizeof(sid[0]),sid_comp);*/
 797
 798   /* Fill the sblock struct */
 799   /*  sblock->nr  = nsid;
 800   sblock->nra = natoms;
 801   srenew(sblock->a,sblock->nra);
 802   srenew(sblock->index,sblock->nr+1);
 803
 804   i    = i0;
 805   isid = sid[i].sid;
 806   n    = k = 0;
 807   sblock->index[n++]=k;
 808   while (i < natoms) {
 809     istart = sid[i].atom;
 810     while ((i<natoms-1) && (sid[i+1].sid == isid))
 811     i++;*/
 812     /* After while: we found a new block, or are thru with the atoms */
 813   /*    for(j=istart; (j<=sid[i].atom); j++,k++)
 814       sblock->a[k]=j;
 815     sblock->index[n] = k;
 816     if (i < natoms-1)
 817       n++;
 818     if (n > nsid)
 819       gmx_fatal(FARGS,"Death Horror: nsid = %d, n= %d",nsid,n);
 820     i++;
 821     isid = sid[i].sid;
 822   }
 823   */
 824   sfree(sid);
 825   /* Due to unknown reason this free generates a problem sometimes */
 826   done_graph(g);
 827   sfree(g);
 828   if (debug)
 829     fprintf(debug,"Done gen_sblocks\n");
 830 }
 831
 832 static t_blocka block2blocka(t_block *block)
 833 {
 834   t_blocka blocka;
 835   int i;
 836
 837   blocka.nr = block->nr;
 838   blocka.nalloc_index = blocka.nr + 1;
 839   snew(blocka.index,blocka.nalloc_index);
 840   for(i=0; i<=block->nr; i++)
 841     blocka.index[i] = block->index[i];
 842   blocka.nra = block->index[block->nr];
 843   blocka.nalloc_a = blocka.nra;
 844   snew(blocka.a,blocka.nalloc_a);
 845   for(i=0; i<blocka.nra; i++)
 846     blocka.a[i] = i;
 847
 848   return blocka;
 849 }
 850
 851 typedef struct
 852 {
 853         int   nconstr;
 854         int   index[10];
 855 } pd_constraintlist_t;
 856
 857
 858 static void
 859 find_constraint_range_recursive(pd_constraintlist_t *  constraintlist,
 860                                                                 int                    thisatom,
 861                                                                 int                    depth,
 862                                                                 int *                  min_atomid,
 863                                                                 int *                  max_atomid)
 864 {
 865         int i,j;
 866         int nconstr;
 867
 868         for(i=0;i<constraintlist[thisatom].nconstr;i++)
 869         {
 870                 j = constraintlist[thisatom].index[i];
 871
 872                 *min_atomid = (j<*min_atomid) ? j : *min_atomid;
 873                 *max_atomid = (j>*max_atomid) ? j : *max_atomid;
 874
 875                 if(depth>0)
 876                 {
 877                         find_constraint_range_recursive(constraintlist,j,depth-1,min_atomid,max_atomid);
 878                 }
 879         }
 880 }
 881
 882 static void
 883 pd_determine_constraints_range(t_inputrec *      ir,
 884                                                            int               natoms,
 885                                                            t_ilist *         ilist,
 886                                                            int               hid[],
 887                                                            int *             min_nodeid,
 888                                                            int *             max_nodeid)
 889 {
 890         int i,j,k;
 891         int nratoms;
 892         int depth;
 893         int ai,aj;
 894         int min_atomid,max_atomid;
 895         pd_constraintlist_t *constraintlist;
 896
 897         nratoms = interaction_function[F_CONSTR].nratoms;
 898         depth   = ir->nProjOrder;
 899
 900         snew(constraintlist,natoms);
 901
 902         /* Make a list of all the connections */
 903         for(i=0;i<ilist->nr;i+=nratoms+1)
 904         {
 905                 ai=ilist->iatoms[i+1];
 906                 aj=ilist->iatoms[i+2];
 907                 constraintlist[ai].index[constraintlist[ai].nconstr++]=aj;
 908                 constraintlist[aj].index[constraintlist[aj].nconstr++]=ai;
 909         }
 910
 911         for(i=0;i<natoms;i++)
 912         {
 913                 min_atomid = i;
 914                 max_atomid = i;
 915
 916                 find_constraint_range_recursive(constraintlist,i,depth,&min_atomid,&max_atomid);
 917
 918                 min_nodeid[i] = hid[min_atomid];
 919                 max_nodeid[i] = hid[max_atomid];
 920         }
 921         sfree(constraintlist);
 922 }
 923
 924
 925 void split_top(FILE *fp,int nnodes,gmx_localtop_t *top,t_inputrec *ir,t_block *mols,
 926                real *capacity,int *multinr_cgs,int **multinr_nre, int *left_range, int * right_range)
 927 {
 928   int     natoms,i,j,k,mj,atom,maxatom,sstart,send,bstart,nodeid;
 929   t_blocka sblock;
 930   int     *homeind;
 931   int ftype,nvsite_constr,nra,nrd;
 932   t_iatom   *ia;
 933   int minhome,ihome,minidx;
 934         int *constr_min_nodeid;
 935         int *constr_max_nodeid;
 936
 937   if (nnodes <= 1)
 938     return;
 939
 940   natoms = mols->index[mols->nr];
 941
 942   if (fp)
 943     fprintf(fp,"splitting topology...\n");
 944
 945 /*#define MOL_BORDER*/
 946 /*Removed the above to allow splitting molecules with h-bond constraints
 947   over processors. The results in DP are the same. */
 948   init_blocka(&sblock);
 949   if(ir->eConstrAlg != econtLINCS)
 950   {
 951 #ifndef MOL_BORDER
 952   /* Make a special shake block that includes settles */
 953           gen_sblocks(fp,0,natoms,&top->idef,&sblock,TRUE);
 954 #else
 955           sblock = block2blocka(mols);
 956 #endif
 957   }
 958
 959   split_blocks(fp,ir,nnodes,&top->cgs,&sblock,capacity,multinr_cgs);
 960
 961   homeind=home_index(nnodes,&top->cgs,multinr_cgs);
 962
 963   snew(constr_min_nodeid,natoms);
 964   snew(constr_max_nodeid,natoms);
 965
 966   if(top->idef.il[F_CONSTR].nr>0)
 967   {
 968           pd_determine_constraints_range(ir,natoms,&top->idef.il[F_CONSTR],homeind,constr_min_nodeid,constr_max_nodeid);
 969   }
 970   else
 971   {
 972           /* Not 100% necessary, but it is a bad habit to have uninitialized arrays around... */
 973           for(i=0;i<natoms;i++)
 974           {
 975                   constr_min_nodeid[i] = constr_max_nodeid[i] = homeind[i];
 976           }
 977   }
 978
 979   /* Default limits (no communication) for PD constraints */
 980   left_range[0] = 0;
 981   for(i=1;i<nnodes;i++)
 982   {
 983         left_range[i]    = top->cgs.index[multinr_cgs[i-1]];
 984         right_range[i-1] = left_range[i]-1;
 985   }
 986   right_range[nnodes-1] = top->cgs.index[multinr_cgs[nnodes-1]]-1;
 987
 988   for(j=0; (j<F_NRE); j++)
 989     split_force2(ir, nnodes,homeind,j,&top->idef.il[j],multinr_nre[j],constr_min_nodeid,constr_max_nodeid,
 990                                  left_range,right_range);
 991
 992   sfree(constr_min_nodeid);
 993   sfree(constr_max_nodeid);
 994
 995   sfree(homeind);
 996   done_blocka(&sblock);
 997 }
 998