src/gromacs/domdec/domdec_struct.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2013,2014,2015,2018,2019, by the GROMACS development team, led by
   7  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   8  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   9  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  10  *
  11  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  13  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  14  * of the License, or (at your option) any later version.
  15  *
  16  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19  * Lesser General Public License for more details.
  20  *
  21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  22  * License along with GROMACS; if not, see
  23  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  24  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  25  *
  26  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  27  * consider that scientific software is very special. Version
  28  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  29  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  30  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  31  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  32  * official version at http://www.gromacs.org.
  33  *
  34  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  35  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  36  */
  37 /*! \libinternal \file
  38  * \brief Declares structures related to domain decomposition.
  39  *
  40  * \author Berk Hess <hess@kth.se>
  41  * \author David van der Spoel <david.vanderspoel@icm.uu.se>
  42  * \inlibraryapi
  43  * \ingroup module_domdec
  44  */
  45 #ifndef GMX_DOMDEC_DOMDEC_STRUCT_H
  46 #define GMX_DOMDEC_DOMDEC_STRUCT_H
  47
  48 #include <cstddef>
  49
  50 #include <array>
  51 #include <memory>
  52 #include <vector>
  53
  54 #include "gromacs/math/vectypes.h"
  55 #include "gromacs/topology/block.h"
  56 #include "gromacs/utility/basedefinitions.h"
  57 #include "gromacs/utility/gmxmpi.h"
  58 #include "gromacs/utility/range.h"
  59 #include "gromacs/utility/real.h"
  60
  61 //! Max number of zones in domain decomposition
  62 #define DD_MAXZONE 8
  63 //! Max number of izones in domain decomposition
  64 #define DD_MAXIZONE 4
  65
  66 struct AtomDistribution;
  67 struct gmx_domdec_comm_t;
  68 struct gmx_domdec_constraints_t;
  69 struct gmx_domdec_specat_comm_t;
  70 class gmx_ga2la_t;
  71 struct gmx_pme_comm_n_box_t;
  72 struct gmx_reverse_top_t;
  73 struct t_inputrec;
  74
  75 namespace gmx
  76 {
  77 template<typename T>
  78 class HashedMap;
  79 class LocalAtomSetManager;
  80 class GpuHaloExchange;
  81 } // namespace gmx
  82
  83 /*! \internal
  84  * \brief Pair interaction zone and atom range for an i-zone
  85  */
  86 struct DDPairInteractionRanges
  87 {
  88     //! The index of this i-zone in the i-zone list
  89     int iZoneIndex = -1;
  90     //! The range of j-zones
  91     gmx::Range<int> jZoneRange;
  92     //! The i-atom range
  93     gmx::Range<int> iAtomRange;
  94     //! The j-atom range
  95     gmx::Range<int> jAtomRange;
  96     //! Minimum shifts to consider
  97     ivec shift0 = {};
  98     //! Maximum shifts to consider
  99     ivec shift1 = {};
 100 };
 101
 102 typedef struct
 103 {
 104     /* Zone lower corner in triclinic coordinates         */
 105     rvec x0 = {};
 106     /* Zone upper corner in triclinic coordinates         */
 107     rvec x1 = {};
 108     /* Zone bounding box lower corner in Cartesian coords */
 109     rvec bb_x0 = {};
 110     /* Zone bounding box upper corner in Cartesian coords */
 111     rvec bb_x1 = {};
 112 } gmx_domdec_zone_size_t;
 113
 114 struct gmx_domdec_zones_t
 115 {
 116     /* The number of zones including the home zone */
 117     int n = 0;
 118     /* The shift of the zones with respect to the home zone */
 119     ivec shift[DD_MAXZONE] = {};
 120     /* The charge group boundaries for the zones */
 121     int cg_range[DD_MAXZONE + 1] = {};
 122     /* The pair interaction zone and atom ranges per each i-zone */
 123     std::vector<DDPairInteractionRanges> iZones;
 124     /* Boundaries of the zones */
 125     gmx_domdec_zone_size_t size[DD_MAXZONE];
 126     /* The cg density of the home zone */
 127     real dens_zone0 = 0;
 128 };
 129
 130 struct gmx_ddbox_t
 131 {
 132     int  npbcdim;
 133     int  nboundeddim;
 134     rvec box0;
 135     rvec box_size;
 136     /* Tells if the box is skewed for each of the three cartesian directions */
 137     ivec tric_dir;
 138     rvec skew_fac;
 139     /* Orthogonal vectors for triclinic cells, Cartesian index */
 140     rvec v[DIM][DIM];
 141     /* Normal vectors for the cells walls */
 142     rvec normal[DIM];
 143 };
 144
 145 /*! \internal \brief Provides information about properties of the unit cell */
 146 struct UnitCellInfo
 147 {
 148     //! Constructor
 149     UnitCellInfo(const t_inputrec& ir);
 150
 151     //! We have PBC from dim 0 (X) up to npbcdim
 152     int npbcdim;
 153     //! The system is bounded from 0 (X) to numBoundedDimensions
 154     int numBoundedDimensions;
 155     //! Tells whether the box bounding the atoms is dynamic
 156     bool ddBoxIsDynamic;
 157     //! Screw PBC?
 158     bool haveScrewPBC;
 159 };
 160
 161 struct gmx_domdec_t
 162 { //NOLINT(clang-analyzer-optin.performance.Padding)
 163     //! Constructor, only partial for now
 164     gmx_domdec_t(const t_inputrec& ir);
 165
 166     /* The DD particle-particle nodes only */
 167     /* The communication setup within the communicator all
 168      * defined in dd->comm in domdec.c
 169      */
 170     int      nnodes       = 0;
 171     MPI_Comm mpi_comm_all = MPI_COMM_NULL;
 172     /* The local DD cell index and rank */
 173     ivec ci         = { 0, 0, 0 };
 174     int  rank       = 0;
 175     ivec master_ci  = { 0, 0, 0 };
 176     int  masterrank = 0;
 177     /* Communication with the PME only nodes */
 178     int                   pme_nodeid           = 0;
 179     gmx_bool              pme_receive_vir_ener = false;
 180     gmx_pme_comm_n_box_t* cnb                  = nullptr;
 181     int                   nreq_pme             = 0;
 182     MPI_Request           req_pme[8];
 183
 184     /* Properties of the unit cell */
 185     UnitCellInfo unitCellInfo;
 186
 187     /* The communication setup, identical for each cell, cartesian index */
 188     ivec nc   = { 0, 0, 0 };
 189     int  ndim = 0;
 190     ivec dim  = { 0, 0, 0 }; /* indexed by 0 to ndim */
 191
 192     /* Forward and backward neighboring cells, indexed by 0 to ndim */
 193     int neighbor[DIM][2] = { { 0, 0 }, { 0, 0 }, { 0, 0 } };
 194
 195     /* Only available on the master node */
 196     std::unique_ptr<AtomDistribution> ma;
 197
 198     /* Global atom number to interaction list */
 199     gmx_reverse_top_t* reverse_top    = nullptr;
 200     int                nbonded_global = 0;
 201     int                nbonded_local  = 0;
 202
 203     /* Whether we have non-self exclusion */
 204     bool haveExclusions = false;
 205
 206     /* Vsite stuff */
 207     gmx::HashedMap<int>*      ga2la_vsite = nullptr;
 208     gmx_domdec_specat_comm_t* vsite_comm  = nullptr;
 209     std::vector<int>          vsite_requestedGlobalAtomIndices;
 210
 211     /* Constraint stuff */
 212     gmx_domdec_constraints_t* constraints     = nullptr;
 213     gmx_domdec_specat_comm_t* constraint_comm = nullptr;
 214
 215     /* The number of home atom groups */
 216     int ncg_home = 0;
 217     /* Global atom group indices for the home and all non-home groups */
 218     std::vector<int> globalAtomGroupIndices;
 219
 220     /* Index from the local atoms to the global atoms, covers home and received zones */
 221     std::vector<int> globalAtomIndices;
 222
 223     /* Global atom number to local atom number list */
 224     gmx_ga2la_t* ga2la = nullptr;
 225
 226     /* Communication stuff */
 227     gmx_domdec_comm_t* comm = nullptr;
 228
 229     /* The partioning count, to keep track of the state */
 230     int64_t ddp_count = 0;
 231
 232     /* The managed atom sets that are updated in domain decomposition */
 233     gmx::LocalAtomSetManager* atomSets = nullptr;
 234
 235     /* gmx_pme_recv_f buffer */
 236     std::vector<gmx::RVec> pmeForceReceiveBuffer;
 237
 238     /* GPU halo exchange object */
 239     std::unique_ptr<gmx::GpuHaloExchange> gpuHaloExchange;
 240 };
 241
 242 //! Are we the master node for domain decomposition
 243 static inline bool DDMASTER(const gmx_domdec_t& dd)
 244 {
 245     return dd.rank == dd.masterrank;
 246 };
 247
 248 //! Are we the master node for domain decomposition, deprecated
 249 static inline bool DDMASTER(const gmx_domdec_t* dd)
 250 {
 251     return dd->rank == dd->masterrank;
 252 };
 253
 254 #endif