src/gromacs/analysisdata/datamodulemanager.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2010,2011,2012,2013,2014, by the GROMACS development team, led by
   5  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   6  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   7  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
   8  *
   9  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  11  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  12  * of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with GROMACS; if not, see
  21  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  22  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  23  *
  24  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  25  * consider that scientific software is very special. Version
  26  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  27  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  28  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  29  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  30  * official version at http://www.gromacs.org.
  31  *
  32  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  33  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  34  */
  35 /*! \internal \file
  36  * \brief
  37  * Implements gmx::AnalysisDataModuleManager.
  38  *
  39  * \author Teemu Murtola <teemu.murtola@gmail.com>
  40  * \ingroup module_analysisdata
  41  */
  42 #include "gmxpre.h"
  43
  44 #include "datamodulemanager.h"
  45
  46 #include <vector>
  47
  48 #include "gromacs/analysisdata/abstractdata.h"
  49 #include "gromacs/analysisdata/dataframe.h"
  50 #include "gromacs/analysisdata/datamodule.h"
  51 #include "gromacs/analysisdata/paralleloptions.h"
  52 #include "gromacs/utility/exceptions.h"
  53 #include "gromacs/utility/gmxassert.h"
  54
  55 namespace gmx
  56 {
  57
  58 /********************************************************************
  59  * AnalysisDataModuleManager::Impl
  60  */
  61
  62 /*! \internal \brief
  63  * Private implementation class for AnalysisDataModuleManager.
  64  *
  65  * \ingroup module_analysisdata
  66  */
  67 class AnalysisDataModuleManager::Impl
  68 {
  69     public:
  70         //! Stores information about an attached module.
  71         struct ModuleInfo
  72         {
  73             //! Initializes the module information.
  74             explicit ModuleInfo(AnalysisDataModulePointer module)
  75                 : module(module), bParallel(false)
  76             {
  77             }
  78
  79             //! Pointer to the actual module.
  80             AnalysisDataModulePointer   module;
  81             //! Whether the module supports parallel processing.
  82             bool                        bParallel;
  83         };
  84
  85         //! Shorthand for list of modules added to the data.
  86         typedef std::vector<ModuleInfo> ModuleList;
  87
  88         //! Describes the current state of the notification methods.
  89         enum State
  90         {
  91             eNotStarted, //!< Initial state (nothing called).
  92             eInData,     //!< notifyDataStart() called, no frame in progress.
  93             eInFrame,    //!< notifyFrameStart() called, but notifyFrameFinish() not.
  94             eFinished    //!< notifyDataFinish() called.
  95         };
  96
  97         Impl();
  98
  99         /*! \brief
 100          * Checks whether a module is compatible with a given data property.
 101          *
 102          * \param[in] module   Module to check.
 103          * \param[in] property Property to check.
 104          * \param[in] bSet     Value of the property to check against.
 105          * \throws    APIError if \p module is not compatible with the data.
 106          */
 107         void checkModuleProperty(const AnalysisDataModuleInterface &module,
 108                                  DataProperty property, bool bSet) const;
 109         /*! \brief
 110          * Checks whether a module is compatible with the data properties.
 111          *
 112          * \param[in] module Module to check.
 113          * \throws    APIError if \p module is not compatible with the data.
 114          *
 115          * Does not currently check the actual data (e.g., missing values), but
 116          * only the dimensionality and other preset properties of the data.
 117          */
 118         void checkModuleProperties(const AnalysisDataModuleInterface &module) const;
 119
 120         /*! \brief
 121          * Present data already added to the data object to a module.
 122          *
 123          * \param[in] data   Data object to read data from.
 124          * \param[in] module Module to present the data to.
 125          * \throws    APIError if \p module is not compatible with the data.
 126          * \throws    APIError if all data is not available through
 127          *      getDataFrame().
 128          * \throws    unspecified Any exception thrown by \p module in its data
 129          *      notification methods.
 130          *
 131          * Uses getDataFrame() in \p data to access all data in the object, and
 132          * calls the notification functions in \p module as if the module had
 133          * been registered to the data object when the data was added.
 134          */
 135         void presentData(AbstractAnalysisData        *data,
 136                          AnalysisDataModuleInterface *module);
 137
 138         //! List of modules added to the data.
 139         ModuleList              modules_;
 140         //! Properties of the owning data for module checking.
 141         bool                    bDataProperty_[eDataPropertyNR];
 142         //! true if all modules support missing data.
 143         bool                    bAllowMissing_;
 144         //! true if there are modules that do not support parallel processing.
 145         bool                    bSerialModules_;
 146         //! true if there are modules that support parallel processing.
 147         bool                    bParallelModules_;
 148
 149         /*! \brief
 150          * Current state of the notification methods.
 151          *
 152          * This is used together with \a currIndex_ for sanity checks on the
 153          * input data; invalid call sequences trigger asserts.
 154          * The state of these variables does not otherwise affect the behavior
 155          * of this class; this is the reason they can be changed in const
 156          * methods.
 157          */
 158         //! Whether notifyDataStart() has been called.
 159         mutable State           state_;
 160         //! Index of currently active frame or the next frame if not in frame.
 161         mutable int             currIndex_;
 162 };
 163
 164 AnalysisDataModuleManager::Impl::Impl()
 165     : bAllowMissing_(true), bSerialModules_(false), bParallelModules_(false),
 166       state_(eNotStarted), currIndex_(0)
 167 {
 168     // This must be in sync with how AbstractAnalysisData is actually
 169     // initialized.
 170     for (int i = 0; i < eDataPropertyNR; ++i)
 171     {
 172         bDataProperty_[i] = false;
 173     }
 174 }
 175
 176 void
 177 AnalysisDataModuleManager::Impl::checkModuleProperty(
 178         const AnalysisDataModuleInterface &module,
 179         DataProperty property, bool bSet) const
 180 {
 181     bool      bOk   = true;
 182     const int flags = module.flags();
 183     switch (property)
 184     {
 185         case eMultipleDataSets:
 186             if (bSet && !(flags & AnalysisDataModuleInterface::efAllowMultipleDataSets))
 187             {
 188                 bOk = false;
 189             }
 190             break;
 191         case eMultipleColumns:
 192             if (bSet && !(flags & AnalysisDataModuleInterface::efAllowMulticolumn))
 193             {
 194                 bOk = false;
 195             }
 196             break;
 197         case eMultipoint:
 198             if ((bSet && !(flags & AnalysisDataModuleInterface::efAllowMultipoint))
 199                 || (!bSet && (flags & AnalysisDataModuleInterface::efOnlyMultipoint)))
 200             {
 201                 bOk = false;
 202             }
 203             break;
 204         default:
 205             GMX_RELEASE_ASSERT(false, "Invalid data property enumeration");
 206     }
 207     if (!bOk)
 208     {
 209         GMX_THROW(APIError("Data module not compatible with data object properties"));
 210     }
 211 }
 212
 213 void
 214 AnalysisDataModuleManager::Impl::checkModuleProperties(
 215         const AnalysisDataModuleInterface &module) const
 216 {
 217     for (int i = 0; i < eDataPropertyNR; ++i)
 218     {
 219         checkModuleProperty(module, static_cast<DataProperty>(i), bDataProperty_[i]);
 220     }
 221 }
 222
 223 void
 224 AnalysisDataModuleManager::Impl::presentData(AbstractAnalysisData        *data,
 225                                              AnalysisDataModuleInterface *module)
 226 {
 227     if (state_ == eNotStarted)
 228     {
 229         return;
 230     }
 231     GMX_RELEASE_ASSERT(state_ != eInFrame,
 232                        "Cannot apply a modules in mid-frame");
 233     module->dataStarted(data);
 234     const bool bCheckMissing = bAllowMissing_
 235         && !(module->flags() & AnalysisDataModuleInterface::efAllowMissing);
 236     for (int i = 0; i < data->frameCount(); ++i)
 237     {
 238         AnalysisDataFrameRef frame = data->getDataFrame(i);
 239         GMX_RELEASE_ASSERT(frame.isValid(), "Invalid data frame returned");
 240         // TODO: Check all frames before doing anything for slightly better
 241         // exception behavior.
 242         if (bCheckMissing && !frame.allPresent())
 243         {
 244             GMX_THROW(APIError("Missing data not supported by a module"));
 245         }
 246         module->frameStarted(frame.header());
 247         for (int j = 0; j < frame.pointSetCount(); ++j)
 248         {
 249             module->pointsAdded(frame.pointSet(j));
 250         }
 251         module->frameFinished(frame.header());
 252         module->frameFinishedSerial(frame.header().index());
 253     }
 254     if (state_ == eFinished)
 255     {
 256         module->dataFinished();
 257     }
 258 }
 259
 260 /********************************************************************
 261  * AnalysisDataModuleManager
 262  */
 263
 264 AnalysisDataModuleManager::AnalysisDataModuleManager()
 265     : impl_(new Impl())
 266 {
 267 }
 268
 269 AnalysisDataModuleManager::~AnalysisDataModuleManager()
 270 {
 271 }
 272
 273 void
 274 AnalysisDataModuleManager::dataPropertyAboutToChange(DataProperty property, bool bSet)
 275 {
 276     GMX_RELEASE_ASSERT(impl_->state_ == Impl::eNotStarted,
 277                        "Cannot change data properties after data has been started");
 278     if (impl_->bDataProperty_[property] != bSet)
 279     {
 280         Impl::ModuleList::const_iterator i;
 281         for (i = impl_->modules_.begin(); i != impl_->modules_.end(); ++i)
 282         {
 283             impl_->checkModuleProperty(*i->module, property, bSet);
 284         }
 285         impl_->bDataProperty_[property] = bSet;
 286     }
 287 }
 288
 289 void
 290 AnalysisDataModuleManager::addModule(AbstractAnalysisData      *data,
 291                                      AnalysisDataModulePointer  module)
 292 {
 293     impl_->checkModuleProperties(*module);
 294     // TODO: Ensure that the system does not end up in an inconsistent state by
 295     // adding a module in mid-data during parallel processing (probably best to
 296     // prevent alltogether).
 297     GMX_RELEASE_ASSERT(impl_->state_ != Impl::eInFrame,
 298                        "Cannot add a data module in mid-frame");
 299     impl_->presentData(data, module.get());
 300
 301     if (!(module->flags() & AnalysisDataModuleInterface::efAllowMissing))
 302     {
 303         impl_->bAllowMissing_ = false;
 304     }
 305     impl_->modules_.push_back(Impl::ModuleInfo(module));
 306 }
 307
 308 void
 309 AnalysisDataModuleManager::applyModule(AbstractAnalysisData        *data,
 310                                        AnalysisDataModuleInterface *module)
 311 {
 312     impl_->checkModuleProperties(*module);
 313     GMX_RELEASE_ASSERT(impl_->state_ == Impl::eFinished,
 314                        "Data module can only be applied to ready data");
 315     impl_->presentData(data, module);
 316 }
 317
 318
 319 bool
 320 AnalysisDataModuleManager::hasSerialModules() const
 321 {
 322     GMX_ASSERT(impl_->state_ != Impl::eNotStarted,
 323                "Module state not accessible before data is started");
 324     return impl_->bSerialModules_;
 325 }
 326
 327
 328 void
 329 AnalysisDataModuleManager::notifyDataStart(AbstractAnalysisData *data)
 330 {
 331     GMX_RELEASE_ASSERT(impl_->state_ == Impl::eNotStarted,
 332                        "notifyDataStart() called more than once");
 333     for (int d = 0; d < data->dataSetCount(); ++d)
 334     {
 335         GMX_RELEASE_ASSERT(data->columnCount(d) > 0,
 336                            "Data column count is not set");
 337     }
 338     impl_->state_            = Impl::eInData;
 339     impl_->bSerialModules_   = !impl_->modules_.empty();
 340     impl_->bParallelModules_ = false;
 341
 342     Impl::ModuleList::const_iterator i;
 343     for (i = impl_->modules_.begin(); i != impl_->modules_.end(); ++i)
 344     {
 345         // This should not fail, since addModule() and
 346         // dataPropertyAboutToChange() already do the checks, but kept here to
 347         // catch potential bugs (perhaps it would be best to assert on failure).
 348         impl_->checkModuleProperties(*i->module);
 349         i->module->dataStarted(data);
 350     }
 351 }
 352
 353
 354 void
 355 AnalysisDataModuleManager::notifyParallelDataStart(
 356         AbstractAnalysisData              *data,
 357         const AnalysisDataParallelOptions &options)
 358 {
 359     GMX_RELEASE_ASSERT(impl_->state_ == Impl::eNotStarted,
 360                        "notifyDataStart() called more than once");
 361     for (int d = 0; d < data->dataSetCount(); ++d)
 362     {
 363         GMX_RELEASE_ASSERT(data->columnCount(d) > 0,
 364                            "Data column count is not set");
 365     }
 366     impl_->state_            = Impl::eInData;
 367     impl_->bSerialModules_   = false;
 368     impl_->bParallelModules_ = false;
 369
 370     Impl::ModuleList::iterator i;
 371     for (i = impl_->modules_.begin(); i != impl_->modules_.end(); ++i)
 372     {
 373         // This should not fail, since addModule() and
 374         // dataPropertyAboutToChange() already do the checks, but kept here to
 375         // catch potential bugs (perhaps it would be best to assert on failure).
 376         impl_->checkModuleProperties(*i->module);
 377         i->bParallel = i->module->parallelDataStarted(data, options);
 378         if (i->bParallel)
 379         {
 380             impl_->bParallelModules_ = true;
 381         }
 382         else
 383         {
 384             impl_->bSerialModules_ = true;
 385         }
 386     }
 387 }
 388
 389
 390 void
 391 AnalysisDataModuleManager::notifyFrameStart(const AnalysisDataFrameHeader &header) const
 392 {
 393     GMX_ASSERT(impl_->state_ == Impl::eInData, "Invalid call sequence");
 394     GMX_ASSERT(header.index() == impl_->currIndex_, "Out of order frames");
 395     impl_->state_     = Impl::eInFrame;
 396
 397     if (impl_->bSerialModules_)
 398     {
 399         Impl::ModuleList::const_iterator i;
 400         for (i = impl_->modules_.begin(); i != impl_->modules_.end(); ++i)
 401         {
 402             if (!i->bParallel)
 403             {
 404                 i->module->frameStarted(header);
 405             }
 406         }
 407     }
 408 }
 409
 410 void
 411 AnalysisDataModuleManager::notifyParallelFrameStart(
 412         const AnalysisDataFrameHeader &header) const
 413 {
 414     if (impl_->bParallelModules_)
 415     {
 416         Impl::ModuleList::const_iterator i;
 417         for (i = impl_->modules_.begin(); i != impl_->modules_.end(); ++i)
 418         {
 419             if (i->bParallel)
 420             {
 421                 i->module->frameStarted(header);
 422             }
 423         }
 424     }
 425 }
 426
 427
 428 void
 429 AnalysisDataModuleManager::notifyPointsAdd(const AnalysisDataPointSetRef &points) const
 430 {
 431     GMX_ASSERT(impl_->state_ == Impl::eInFrame, "notifyFrameStart() not called");
 432     // TODO: Add checks for column spans (requires passing the information
 433     // about the column counts from somewhere).
 434     //GMX_ASSERT(points.lastColumn() < columnCount(points.dataSetIndex()),
 435     //           "Invalid columns");
 436     GMX_ASSERT(points.frameIndex() == impl_->currIndex_,
 437                "Points do not correspond to current frame");
 438     if (impl_->bSerialModules_)
 439     {
 440         if (!impl_->bAllowMissing_ && !points.allPresent())
 441         {
 442             GMX_THROW(APIError("Missing data not supported by a module"));
 443         }
 444
 445         Impl::ModuleList::const_iterator i;
 446         for (i = impl_->modules_.begin(); i != impl_->modules_.end(); ++i)
 447         {
 448             if (!i->bParallel)
 449             {
 450                 i->module->pointsAdded(points);
 451             }
 452         }
 453     }
 454 }
 455
 456
 457 void
 458 AnalysisDataModuleManager::notifyParallelPointsAdd(
 459         const AnalysisDataPointSetRef &points) const
 460 {
 461     // TODO: Add checks for column spans (requires passing the information
 462     // about the column counts from somewhere).
 463     //GMX_ASSERT(points.lastColumn() < columnCount(points.dataSetIndex()),
 464     //           "Invalid columns");
 465     if (impl_->bParallelModules_)
 466     {
 467         if (!impl_->bAllowMissing_ && !points.allPresent())
 468         {
 469             GMX_THROW(APIError("Missing data not supported by a module"));
 470         }
 471
 472         Impl::ModuleList::const_iterator i;
 473         for (i = impl_->modules_.begin(); i != impl_->modules_.end(); ++i)
 474         {
 475             if (i->bParallel)
 476             {
 477                 i->module->pointsAdded(points);
 478             }
 479         }
 480     }
 481 }
 482
 483
 484 void
 485 AnalysisDataModuleManager::notifyFrameFinish(const AnalysisDataFrameHeader &header) const
 486 {
 487     GMX_ASSERT(impl_->state_ == Impl::eInFrame, "notifyFrameStart() not called");
 488     GMX_ASSERT(header.index() == impl_->currIndex_,
 489                "Header does not correspond to current frame");
 490     // TODO: Add a check for the frame count in the source data including this
 491     // frame.
 492     impl_->state_ = Impl::eInData;
 493     ++impl_->currIndex_;
 494
 495     if (impl_->bSerialModules_)
 496     {
 497         Impl::ModuleList::const_iterator i;
 498         for (i = impl_->modules_.begin(); i != impl_->modules_.end(); ++i)
 499         {
 500             if (!i->bParallel)
 501             {
 502                 i->module->frameFinished(header);
 503             }
 504         }
 505     }
 506     Impl::ModuleList::const_iterator i;
 507     for (i = impl_->modules_.begin(); i != impl_->modules_.end(); ++i)
 508     {
 509         i->module->frameFinishedSerial(header.index());
 510     }
 511 }
 512
 513
 514 void
 515 AnalysisDataModuleManager::notifyParallelFrameFinish(
 516         const AnalysisDataFrameHeader &header) const
 517 {
 518     if (impl_->bParallelModules_)
 519     {
 520         Impl::ModuleList::const_iterator i;
 521         for (i = impl_->modules_.begin(); i != impl_->modules_.end(); ++i)
 522         {
 523             if (i->bParallel)
 524             {
 525                 i->module->frameFinished(header);
 526             }
 527         }
 528     }
 529 }
 530
 531
 532 void
 533 AnalysisDataModuleManager::notifyDataFinish() const
 534 {
 535     GMX_RELEASE_ASSERT(impl_->state_ == Impl::eInData, "Invalid call sequence");
 536     impl_->state_ = Impl::eFinished;
 537
 538     Impl::ModuleList::const_iterator i;
 539     for (i = impl_->modules_.begin(); i != impl_->modules_.end(); ++i)
 540     {
 541         i->module->dataFinished();
 542     }
 543 }
 544
 545 } // namespace gmx