src/gromacs/gmxana/gmx_tune_pme.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2009,2010,2011,2012,2013,2014,2015,2016,2017,2018, 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 #include "gmxpre.h"
  36
  37 #include "config.h"
  38
  39 #include <cmath>
  40 #include <cstdlib>
  41 #include <cstring>
  42 #include <ctime>
  43
  44 #include <algorithm>
  45 #include <string>
  46
  47 #ifdef HAVE_SYS_TIME_H
  48 #include <sys/time.h>
  49 #endif
  50
  51 #include "gromacs/commandline/pargs.h"
  52 #include "gromacs/ewald/pme.h"
  53 #include "gromacs/fft/calcgrid.h"
  54 #include "gromacs/fileio/checkpoint.h"
  55 #include "gromacs/fileio/tpxio.h"
  56 #include "gromacs/gmxana/gmx_ana.h"
  57 #include "gromacs/math/utilities.h"
  58 #include "gromacs/math/vec.h"
  59 #include "gromacs/mdlib/perf_est.h"
  60 #include "gromacs/mdtypes/commrec.h"
  61 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
  62 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
  63 #include "gromacs/mdtypes/state.h"
  64 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  65 #include "gromacs/taskassignment/usergpuids.h"
  66 #include "gromacs/timing/walltime_accounting.h"
  67 #include "gromacs/topology/topology.h"
  68 #include "gromacs/utility/arraysize.h"
  69 #include "gromacs/utility/baseversion.h"
  70 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  71 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  72 #include "gromacs/utility/futil.h"
  73 #include "gromacs/utility/gmxassert.h"
  74 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  75 #include "gromacs/utility/stringutil.h"
  76
  77 /* Enum for situations that can occur during log file parsing, the
  78  * corresponding string entries can be found in do_the_tests() in
  79  * const char* ParseLog[] */
  80 /* TODO clean up CamelCasing of these enum names */
  81 enum {
  82     eParselogOK,
  83     eParselogNotFound,
  84     eParselogNoPerfData,
  85     eParselogTerm,
  86     eParselogResetProblem,
  87     eParselogNoDDGrid,
  88     eParselogTPXVersion,
  89     eParselogNotParallel,
  90     eParselogLargePrimeFactor,
  91     eParselogMismatchOfNumberOfPPRanksAndAvailableGPUs,
  92     eParselogGpuProblem,
  93     eParselogFatal,
  94     eParselogNr
  95 };
  96
  97
  98 typedef struct
  99 {
 100     int     nPMEnodes;    /* number of PME-only nodes used in this test */
 101     int     nx, ny, nz;   /* DD grid */
 102     int     guessPME;     /* if nPMEnodes == -1, this is the guessed number of PME nodes */
 103     double *Gcycles;      /* This can contain more than one value if doing multiple tests */
 104     double  Gcycles_Av;
 105     float  *ns_per_day;
 106     float   ns_per_day_Av;
 107     float  *PME_f_load;     /* PME mesh/force load average*/
 108     float   PME_f_load_Av;  /* Average average ;) ... */
 109     char   *mdrun_cmd_line; /* Mdrun command line used for this test */
 110 } t_perf;
 111
 112
 113 typedef struct
 114 {
 115     int             nr_inputfiles;   /* The number of tpr and mdp input files */
 116     gmx_int64_t     orig_sim_steps;  /* Number of steps to be done in the real simulation */
 117     gmx_int64_t     orig_init_step;  /* Init step for the real simulation */
 118     real           *rcoulomb;        /* The coulomb radii [0...nr_inputfiles] */
 119     real           *rvdw;            /* The vdW radii */
 120     real           *rlist;           /* Neighbourlist cutoff radius */
 121     int            *nkx, *nky, *nkz;
 122     real           *fsx, *fsy, *fsz; /* Fourierspacing in x,y,z dimension */
 123 } t_inputinfo;
 124
 125
 126 static void sep_line(FILE *fp)
 127 {
 128     fprintf(fp, "\n------------------------------------------------------------\n");
 129 }
 130
 131
 132 /* Wrapper for system calls */
 133 static int gmx_system_call(char *command)
 134 {
 135     return ( system(command) );
 136 }
 137
 138
 139 /* Check if string starts with substring */
 140 static gmx_bool str_starts(const char *string, const char *substring)
 141 {
 142     return ( std::strncmp(string, substring, std::strlen(substring)) == 0);
 143 }
 144
 145
 146 static void cleandata(t_perf *perfdata, int test_nr)
 147 {
 148     perfdata->Gcycles[test_nr]    = 0.0;
 149     perfdata->ns_per_day[test_nr] = 0.0;
 150     perfdata->PME_f_load[test_nr] = 0.0;
 151 }
 152
 153
 154 static void remove_if_exists(const char *fn)
 155 {
 156     if (gmx_fexist(fn))
 157     {
 158         fprintf(stdout, "Deleting %s\n", fn);
 159         remove(fn);
 160     }
 161 }
 162
 163
 164 static void finalize(const char *fn_out)
 165 {
 166     char  buf[STRLEN];
 167     FILE *fp;
 168
 169
 170     fp = fopen(fn_out, "r");
 171     fprintf(stdout, "\n\n");
 172
 173     while (fgets(buf, STRLEN-1, fp) != nullptr)
 174     {
 175         fprintf(stdout, "%s", buf);
 176     }
 177     fclose(fp);
 178     fprintf(stdout, "\n\n");
 179 }
 180
 181
 182 enum {
 183     eFoundNothing, eFoundDDStr, eFoundAccountingStr, eFoundCycleStr
 184 };
 185
 186 static int parse_logfile(const char *logfile, const char *errfile,
 187                          t_perf *perfdata, int test_nr, int presteps, gmx_int64_t cpt_steps,
 188                          int nnodes)
 189 {
 190     FILE           *fp;
 191     char            line[STRLEN], dumstring[STRLEN], dumstring2[STRLEN];
 192     const char      matchstrdd[]  = "Domain decomposition grid";
 193     const char      matchstrcr[]  = "resetting all time and cycle counters";
 194     const char      matchstrbal[] = "Average PME mesh/force load:";
 195     const char      matchstring[] = "R E A L   C Y C L E   A N D   T I M E   A C C O U N T I N G";
 196     const char      errSIG[]      = "signal, stopping at the next";
 197     int             iFound;
 198     float           dum1, dum2, dum3, dum4;
 199     int             ndum;
 200     int             npme;
 201     gmx_int64_t     resetsteps     = -1;
 202     gmx_bool        bFoundResetStr = FALSE;
 203     gmx_bool        bResetChecked  = FALSE;
 204
 205
 206     if (!gmx_fexist(logfile))
 207     {
 208         fprintf(stderr, "WARNING: Could not find logfile %s.\n", logfile);
 209         cleandata(perfdata, test_nr);
 210         return eParselogNotFound;
 211     }
 212
 213     fp = fopen(logfile, "r");
 214     perfdata->PME_f_load[test_nr] = -1.0;
 215     perfdata->guessPME            = -1;
 216
 217     iFound = eFoundNothing;
 218     if (1 == nnodes)
 219     {
 220         iFound = eFoundDDStr; /* Skip some case statements */
 221     }
 222
 223     while (fgets(line, STRLEN, fp) != nullptr)
 224     {
 225         /* Remove leading spaces */
 226         ltrim(line);
 227
 228         /* Check for TERM and INT signals from user: */
 229         if (std::strstr(line, errSIG) != nullptr)
 230         {
 231             fclose(fp);
 232             cleandata(perfdata, test_nr);
 233             return eParselogTerm;
 234         }
 235
 236         /* Check whether cycle resetting  worked */
 237         if (presteps > 0 && !bFoundResetStr)
 238         {
 239             if (std::strstr(line, matchstrcr) != nullptr)
 240             {
 241                 sprintf(dumstring, "step %s", "%" GMX_SCNd64);
 242                 sscanf(line, dumstring, &resetsteps);
 243                 bFoundResetStr = TRUE;
 244                 if (resetsteps == presteps+cpt_steps)
 245                 {
 246                     bResetChecked = TRUE;
 247                 }
 248                 else
 249                 {
 250                     sprintf(dumstring, "%" GMX_PRId64, resetsteps);
 251                     sprintf(dumstring2, "%" GMX_PRId64, presteps+cpt_steps);
 252                     fprintf(stderr, "WARNING: Time step counters were reset at step %s,\n"
 253                             "         though they were supposed to be reset at step %s!\n",
 254                             dumstring, dumstring2);
 255                 }
 256             }
 257         }
 258
 259         /* Look for strings that appear in a certain order in the log file: */
 260         switch (iFound)
 261         {
 262             case eFoundNothing:
 263                 /* Look for domain decomp grid and separate PME nodes: */
 264                 if (str_starts(line, matchstrdd))
 265                 {
 266                     sscanf(line, "Domain decomposition grid %d x %d x %d, separate PME ranks %d",
 267                            &(perfdata->nx), &(perfdata->ny), &(perfdata->nz), &npme);
 268                     if (perfdata->nPMEnodes == -1)
 269                     {
 270                         perfdata->guessPME = npme;
 271                     }
 272                     else if (perfdata->nPMEnodes != npme)
 273                     {
 274                         gmx_fatal(FARGS, "PME ranks from command line and output file are not identical");
 275                     }
 276                     iFound = eFoundDDStr;
 277                 }
 278                 /* Catch a few errors that might have occurred: */
 279                 else if (str_starts(line, "There is no domain decomposition for"))
 280                 {
 281                     fclose(fp);
 282                     return eParselogNoDDGrid;
 283                 }
 284                 else if (str_starts(line, "The number of ranks you selected"))
 285                 {
 286                     fclose(fp);
 287                     return eParselogLargePrimeFactor;
 288                 }
 289                 else if (str_starts(line, "reading tpx file"))
 290                 {
 291                     fclose(fp);
 292                     return eParselogTPXVersion;
 293                 }
 294                 else if (str_starts(line, "The -dd or -npme option request a parallel simulation"))
 295                 {
 296                     fclose(fp);
 297                     return eParselogNotParallel;
 298                 }
 299                 break;
 300             case eFoundDDStr:
 301                 /* Even after the "Domain decomposition grid" string was found,
 302                  * it could be that mdrun had to quit due to some error. */
 303                 if (str_starts(line, "Incorrect launch configuration: mismatching number of"))
 304                 {
 305                     fclose(fp);
 306                     return eParselogMismatchOfNumberOfPPRanksAndAvailableGPUs;
 307                 }
 308                 else if (str_starts(line, "Some of the requested GPUs do not exist"))
 309                 {
 310                     fclose(fp);
 311                     return eParselogGpuProblem;
 312                 }
 313                 /* Look for PME mesh/force balance (not necessarily present, though) */
 314                 else if (str_starts(line, matchstrbal))
 315                 {
 316                     sscanf(&line[std::strlen(matchstrbal)], "%f", &(perfdata->PME_f_load[test_nr]));
 317                 }
 318                 /* Look for matchstring */
 319                 else if (str_starts(line, matchstring))
 320                 {
 321                     iFound = eFoundAccountingStr;
 322                 }
 323                 break;
 324             case eFoundAccountingStr:
 325                 /* Already found matchstring - look for cycle data */
 326                 if (str_starts(line, "Total  "))
 327                 {
 328                     sscanf(line, "Total %*f %lf", &(perfdata->Gcycles[test_nr]));
 329                     iFound = eFoundCycleStr;
 330                 }
 331                 break;
 332             case eFoundCycleStr:
 333                 /* Already found cycle data - look for remaining performance info and return */
 334                 if (str_starts(line, "Performance:"))
 335                 {
 336                     ndum = sscanf(line, "%s %f %f %f %f", dumstring, &dum1, &dum2, &dum3, &dum4);
 337                     /* (ns/day) is the second last entry, depending on whether GMX_DETAILED_PERF_STATS was set in print_perf(), nrnb.c */
 338                     perfdata->ns_per_day[test_nr] = (ndum == 5) ? dum3 : dum1;
 339                     fclose(fp);
 340                     if (bResetChecked || presteps == 0)
 341                     {
 342                         return eParselogOK;
 343                     }
 344                     else
 345                     {
 346                         return eParselogResetProblem;
 347                     }
 348                 }
 349                 break;
 350         }
 351     } /* while */
 352
 353     /* Close the log file */
 354     fclose(fp);
 355
 356     /* Check why there is no performance data in the log file.
 357      * Did a fatal errors occur? */
 358     if (gmx_fexist(errfile))
 359     {
 360         fp = fopen(errfile, "r");
 361         while (fgets(line, STRLEN, fp) != nullptr)
 362         {
 363             if (str_starts(line, "Fatal error:") )
 364             {
 365                 if (fgets(line, STRLEN, fp) != nullptr)
 366                 {
 367                     fprintf(stderr, "\nWARNING: An error occurred during this benchmark:\n"
 368                             "%s\n", line);
 369                 }
 370                 fclose(fp);
 371                 cleandata(perfdata, test_nr);
 372                 return eParselogFatal;
 373             }
 374         }
 375         fclose(fp);
 376     }
 377     else
 378     {
 379         fprintf(stderr, "WARNING: Could not find stderr file %s.\n", errfile);
 380     }
 381
 382     /* Giving up ... we could not find out why there is no performance data in
 383      * the log file. */
 384     fprintf(stdout, "No performance data in log file.\n");
 385     cleandata(perfdata, test_nr);
 386
 387     return eParselogNoPerfData;
 388 }
 389
 390
 391 static gmx_bool analyze_data(
 392         FILE         *fp,
 393         const char   *fn,
 394         t_perf      **perfdata,
 395         int           nnodes,
 396         int           ntprs,
 397         int           ntests,
 398         int           nrepeats,
 399         t_inputinfo  *info,
 400         int          *index_tpr,    /* OUT: Nr of mdp file with best settings */
 401         int          *npme_optimal) /* OUT: Optimal number of PME nodes */
 402 {
 403     int      i, j, k;
 404     int      line  = 0, line_win = -1;
 405     int      k_win = -1, i_win = -1, winPME;
 406     double   s     = 0.0; /* standard deviation */
 407     t_perf  *pd;
 408     char     strbuf[STRLEN];
 409     char     str_PME_f_load[13];
 410     gmx_bool bCanUseOrigTPR;
 411     gmx_bool bRefinedCoul, bRefinedVdW, bRefinedGrid;
 412
 413
 414     if (nrepeats > 1)
 415     {
 416         sep_line(fp);
 417         fprintf(fp, "Summary of successful runs:\n");
 418         fprintf(fp, "Line tpr PME ranks  Gcycles Av.     Std.dev.       ns/day        PME/f");
 419         if (nnodes > 1)
 420         {
 421             fprintf(fp, "    DD grid");
 422         }
 423         fprintf(fp, "\n");
 424     }
 425
 426
 427     for (k = 0; k < ntprs; k++)
 428     {
 429         for (i = 0; i < ntests; i++)
 430         {
 431             /* Select the right dataset: */
 432             pd = &(perfdata[k][i]);
 433
 434             pd->Gcycles_Av    = 0.0;
 435             pd->PME_f_load_Av = 0.0;
 436             pd->ns_per_day_Av = 0.0;
 437
 438             if (pd->nPMEnodes == -1)
 439             {
 440                 sprintf(strbuf, "(%3d)", pd->guessPME);
 441             }
 442             else
 443             {
 444                 sprintf(strbuf, "     ");
 445             }
 446
 447             /* Get the average run time of a setting */
 448             for (j = 0; j < nrepeats; j++)
 449             {
 450                 pd->Gcycles_Av    += pd->Gcycles[j];
 451                 pd->PME_f_load_Av += pd->PME_f_load[j];
 452             }
 453             pd->Gcycles_Av    /= nrepeats;
 454             pd->PME_f_load_Av /= nrepeats;
 455
 456             for (j = 0; j < nrepeats; j++)
 457             {
 458                 if (pd->ns_per_day[j] > 0.0)
 459                 {
 460                     pd->ns_per_day_Av += pd->ns_per_day[j];
 461                 }
 462                 else
 463                 {
 464                     /* Somehow the performance number was not aquired for this run,
 465                      * therefor set the average to some negative value: */
 466                     pd->ns_per_day_Av = -1.0f*nrepeats;
 467                     break;
 468                 }
 469             }
 470             pd->ns_per_day_Av /= nrepeats;
 471
 472             /* Nicer output: */
 473             if (pd->PME_f_load_Av > 0.0)
 474             {
 475                 sprintf(str_PME_f_load, "%12.3f", pd->PME_f_load_Av);
 476             }
 477             else
 478             {
 479                 sprintf(str_PME_f_load, "%s", "         -  ");
 480             }
 481
 482
 483             /* We assume we had a successful run if both averages are positive */
 484             if (pd->Gcycles_Av > 0.0 && pd->ns_per_day_Av > 0.0)
 485             {
 486                 /* Output statistics if repeats were done */
 487                 if (nrepeats > 1)
 488                 {
 489                     /* Calculate the standard deviation */
 490                     s = 0.0;
 491                     for (j = 0; j < nrepeats; j++)
 492                     {
 493                         s += gmx::square( pd->Gcycles[j] - pd->Gcycles_Av );
 494                     }
 495                     s /= (nrepeats - 1);
 496                     s  = std::sqrt(s);
 497
 498                     fprintf(fp, "%4d %3d %4d%s %12.3f %12.3f %12.3f %s",
 499                             line, k, pd->nPMEnodes, strbuf, pd->Gcycles_Av, s,
 500                             pd->ns_per_day_Av, str_PME_f_load);
 501                     if (nnodes > 1)
 502                     {
 503                         fprintf(fp, "  %3d %3d %3d", pd->nx, pd->ny, pd->nz);
 504                     }
 505                     fprintf(fp, "\n");
 506                 }
 507                 /* Store the index of the best run found so far in 'winner': */
 508                 if ( (k_win == -1) || (pd->Gcycles_Av < perfdata[k_win][i_win].Gcycles_Av) )
 509                 {
 510                     k_win    = k;
 511                     i_win    = i;
 512                     line_win = line;
 513                 }
 514                 line++;
 515             }
 516         }
 517     }
 518
 519     if (k_win == -1)
 520     {
 521         gmx_fatal(FARGS, "None of the runs was successful! Check %s for problems.", fn);
 522     }
 523
 524     sep_line(fp);
 525
 526     winPME = perfdata[k_win][i_win].nPMEnodes;
 527
 528     if (1 == ntests)
 529     {
 530         /* We stuck to a fixed number of PME-only nodes */
 531         sprintf(strbuf, "settings No. %d", k_win);
 532     }
 533     else
 534     {
 535         /* We have optimized the number of PME-only nodes */
 536         if (winPME == -1)
 537         {
 538             sprintf(strbuf, "%s", "the automatic number of PME ranks");
 539         }
 540         else
 541         {
 542             sprintf(strbuf, "%d PME ranks", winPME);
 543         }
 544     }
 545     fprintf(fp, "Best performance was achieved with %s", strbuf);
 546     if ((nrepeats > 1) && (ntests > 1))
 547     {
 548         fprintf(fp, " (see line %d)", line_win);
 549     }
 550     fprintf(fp, "\n");
 551
 552     /* Only mention settings if they were modified: */
 553     bRefinedCoul = !gmx_within_tol(info->rcoulomb[k_win], info->rcoulomb[0], GMX_REAL_EPS);
 554     bRefinedVdW  = !gmx_within_tol(info->rvdw[k_win], info->rvdw[0], GMX_REAL_EPS);
 555     bRefinedGrid = !(info->nkx[k_win] == info->nkx[0] &&
 556                      info->nky[k_win] == info->nky[0] &&
 557                      info->nkz[k_win] == info->nkz[0]);
 558
 559     if (bRefinedCoul || bRefinedVdW || bRefinedGrid)
 560     {
 561         fprintf(fp, "Optimized PME settings:\n");
 562         bCanUseOrigTPR = FALSE;
 563     }
 564     else
 565     {
 566         bCanUseOrigTPR = TRUE;
 567     }
 568
 569     if (bRefinedCoul)
 570     {
 571         fprintf(fp, "   New Coulomb radius: %f nm (was %f nm)\n", info->rcoulomb[k_win], info->rcoulomb[0]);
 572     }
 573
 574     if (bRefinedVdW)
 575     {
 576         fprintf(fp, "   New Van der Waals radius: %f nm (was %f nm)\n", info->rvdw[k_win], info->rvdw[0]);
 577     }
 578
 579     if (bRefinedGrid)
 580     {
 581         fprintf(fp, "   New Fourier grid xyz: %d %d %d (was %d %d %d)\n", info->nkx[k_win], info->nky[k_win], info->nkz[k_win],
 582                 info->nkx[0], info->nky[0], info->nkz[0]);
 583     }
 584
 585     if (bCanUseOrigTPR && ntprs > 1)
 586     {
 587         fprintf(fp, "and original PME settings.\n");
 588     }
 589
 590     fflush(fp);
 591
 592     /* Return the index of the mdp file that showed the highest performance
 593      * and the optimal number of PME nodes */
 594     *index_tpr    = k_win;
 595     *npme_optimal = winPME;
 596
 597     return bCanUseOrigTPR;
 598 }
 599
 600
 601 /* Get the commands we need to set up the runs from environment variables */
 602 static void get_program_paths(gmx_bool bThreads, char *cmd_mpirun[], char *cmd_mdrun[])
 603 {
 604     char      *cp;
 605     const char def_mpirun[]   = "mpirun";
 606
 607     const char empty_mpirun[] = "";
 608
 609     /* Get the commands we need to set up the runs from environment variables */
 610     if (!bThreads)
 611     {
 612         if ( (cp = getenv("MPIRUN")) != nullptr)
 613         {
 614             *cmd_mpirun = gmx_strdup(cp);
 615         }
 616         else
 617         {
 618             *cmd_mpirun = gmx_strdup(def_mpirun);
 619         }
 620     }
 621     else
 622     {
 623         *cmd_mpirun = gmx_strdup(empty_mpirun);
 624     }
 625
 626     if (*cmd_mdrun == nullptr)
 627     {
 628         /* The use of MDRUN is deprecated, but made available in 5.1
 629            for backward compatibility. It may be removed in a future
 630            version. */
 631         if ( (cp = getenv("MDRUN" )) != nullptr)
 632         {
 633             *cmd_mdrun = gmx_strdup(cp);
 634         }
 635         else
 636         {
 637             gmx_fatal(FARGS, "The way to call mdrun must be set in the -mdrun command-line flag.");
 638         }
 639     }
 640 }
 641
 642 /* Check that the commands will run mdrun (perhaps via mpirun) by
 643  * running a very quick test simulation. Requires MPI environment or
 644  * GPU support to be available if applicable. */
 645 /* TODO implement feature to parse the log file to get the list of
 646    compatible GPUs from mdrun, if the user of gmx tune-pme has not
 647    given one. */
 648 static void check_mdrun_works(gmx_bool    bThreads,
 649                               const char *cmd_mpirun,
 650                               const char *cmd_np,
 651                               const char *cmd_mdrun,
 652                               gmx_bool    bNeedGpuSupport)
 653 {
 654     char      *command = nullptr;
 655     char      *cp;
 656     char       line[STRLEN];
 657     FILE      *fp;
 658     const char filename[]     = "benchtest.log";
 659
 660     /* This string should always be identical to the one in copyrite.c,
 661      * gmx_print_version_info() in the GMX_MPI section */
 662     const char match_mpi[]     = "MPI library:        MPI";
 663     const char match_mdrun[]   = "Executable: ";
 664     const char match_nogpu[]   = "GPU support:        disabled";
 665     gmx_bool   bMdrun          = FALSE;
 666     gmx_bool   bMPI            = FALSE;
 667     gmx_bool   bHaveGpuSupport = TRUE;
 668
 669     /* Run a small test to see whether mpirun + mdrun work  */
 670     fprintf(stdout, "Making sure that mdrun can be executed. ");
 671     if (bThreads)
 672     {
 673         snew(command, std::strlen(cmd_mdrun) + std::strlen(cmd_np) + std::strlen(filename) + 50);
 674         sprintf(command, "%s%s -version -maxh 0.001 1> %s 2>&1", cmd_mdrun, cmd_np, filename);
 675     }
 676     else
 677     {
 678         snew(command, std::strlen(cmd_mpirun) + std::strlen(cmd_np) + std::strlen(cmd_mdrun) + std::strlen(filename) + 50);
 679         sprintf(command, "%s%s%s -version -maxh 0.001 1> %s 2>&1", cmd_mpirun, cmd_np, cmd_mdrun, filename);
 680     }
 681     fprintf(stdout, "Trying '%s' ... ", command);
 682     make_backup(filename);
 683     gmx_system_call(command);
 684
 685     /* Check if we find the characteristic string in the output: */
 686     if (!gmx_fexist(filename))
 687     {
 688         gmx_fatal(FARGS, "Output from test run could not be found.");
 689     }
 690
 691     fp = fopen(filename, "r");
 692     /* We need to scan the whole output file, since sometimes the queuing system
 693      * also writes stuff to stdout/err */
 694     while (!feof(fp) )
 695     {
 696         cp = fgets(line, STRLEN, fp);
 697         if (cp != nullptr)
 698         {
 699             if (str_starts(line, match_mdrun) )
 700             {
 701                 bMdrun = TRUE;
 702             }
 703             if (str_starts(line, match_mpi) )
 704             {
 705                 bMPI = TRUE;
 706             }
 707             if (str_starts(line, match_nogpu) )
 708             {
 709                 bHaveGpuSupport = FALSE;
 710             }
 711         }
 712     }
 713     fclose(fp);
 714
 715     if (bThreads)
 716     {
 717         if (bMPI)
 718         {
 719             gmx_fatal(FARGS, "Need a threaded version of mdrun. This one\n"
 720                       "(%s)\n"
 721                       "seems to have been compiled with MPI instead.",
 722                       cmd_mdrun);
 723         }
 724     }
 725     else
 726     {
 727         if (bMdrun && !bMPI)
 728         {
 729             gmx_fatal(FARGS, "Need an MPI-enabled version of mdrun. This one\n"
 730                       "(%s)\n"
 731                       "seems to have been compiled without MPI support.",
 732                       cmd_mdrun);
 733         }
 734     }
 735
 736     if (!bMdrun)
 737     {
 738         gmx_fatal(FARGS, "Cannot execute mdrun. Please check %s for problems!",
 739                   filename);
 740     }
 741
 742     if (bNeedGpuSupport && !bHaveGpuSupport)
 743     {
 744         gmx_fatal(FARGS, "The mdrun executable did not have the expected GPU support.");
 745     }
 746
 747     fprintf(stdout, "passed.\n");
 748
 749     /* Clean up ... */
 750     remove(filename);
 751     sfree(command);
 752 }
 753
 754 /* Handles the no-GPU case by emitting an empty string. */
 755 static std::string make_gpu_id_command_line(const char *eligible_gpu_ids)
 756 {
 757     /* If the user has given no eligible GPU IDs, or we're trying the
 758      * default behaviour, then there is nothing for tune_pme to give
 759      * to mdrun -gpu_id */
 760     if (eligible_gpu_ids != nullptr)
 761     {
 762         return gmx::formatString("-gpu_id %s", eligible_gpu_ids);
 763     }
 764
 765
 766     return std::string();
 767 }
 768
 769 static void launch_simulation(
 770         gmx_bool    bLaunch,          /* Should the simulation be launched? */
 771         FILE       *fp,               /* General log file */
 772         gmx_bool    bThreads,         /* whether to use threads */
 773         char       *cmd_mpirun,       /* Command for mpirun */
 774         char       *cmd_np,           /* Switch for -np or -ntmpi or empty */
 775         char       *cmd_mdrun,        /* Command for mdrun */
 776         char       *args_for_mdrun,   /* Arguments for mdrun */
 777         const char *simulation_tpr,   /* This tpr will be simulated */
 778         int         nPMEnodes,        /* Number of PME ranks to use */
 779         const char *eligible_gpu_ids) /* Available GPU IDs for
 780                                        * constructing mdrun command lines */
 781 {
 782     char  *command;
 783
 784
 785     /* Make enough space for the system call command,
 786      * (200 extra chars for -npme ... etc. options should suffice): */
 787     snew(command, std::strlen(cmd_mpirun)+std::strlen(cmd_mdrun)+std::strlen(cmd_np)+std::strlen(args_for_mdrun)+std::strlen(simulation_tpr)+200);
 788
 789     auto cmd_gpu_ids = make_gpu_id_command_line(eligible_gpu_ids);
 790
 791     /* Note that the -passall options requires args_for_mdrun to be at the end
 792      * of the command line string */
 793     if (bThreads)
 794     {
 795         sprintf(command, "%s%s-npme %d -s %s %s %s",
 796                 cmd_mdrun, cmd_np, nPMEnodes, simulation_tpr, args_for_mdrun, cmd_gpu_ids.c_str());
 797     }
 798     else
 799     {
 800         sprintf(command, "%s%s%s -npme %d -s %s %s %s",
 801                 cmd_mpirun, cmd_np, cmd_mdrun, nPMEnodes, simulation_tpr, args_for_mdrun, cmd_gpu_ids.c_str());
 802     }
 803
 804     fprintf(fp, "%s this command line to launch the simulation:\n\n%s", bLaunch ? "Using" : "Please use", command);
 805     sep_line(fp);
 806     fflush(fp);
 807
 808     /* Now the real thing! */
 809     if (bLaunch)
 810     {
 811         fprintf(stdout, "\nLaunching simulation with best parameters now.\nExecuting '%s'", command);
 812         sep_line(stdout);
 813         fflush(stdout);
 814         gmx_system_call(command);
 815     }
 816 }
 817
 818
 819 static void modify_PMEsettings(
 820         gmx_int64_t     simsteps,    /* Set this value as number of time steps */
 821         gmx_int64_t     init_step,   /* Set this value as init_step */
 822         const char     *fn_best_tpr, /* tpr file with the best performance */
 823         const char     *fn_sim_tpr)  /* name of tpr file to be launched */
 824 {
 825     t_state        state;
 826     gmx_mtop_t     mtop;
 827     char           buf[200];
 828
 829     t_inputrec     irInstance;
 830     t_inputrec    *ir = &irInstance;
 831     read_tpx_state(fn_best_tpr, ir, &state, &mtop);
 832
 833     /* Reset nsteps and init_step to the value of the input .tpr file */
 834     ir->nsteps    = simsteps;
 835     ir->init_step = init_step;
 836
 837     /* Write the tpr file which will be launched */
 838     sprintf(buf, "Writing optimized simulation file %s with nsteps=%s.\n", fn_sim_tpr, "%" GMX_PRId64);
 839     fprintf(stdout, buf, ir->nsteps);
 840     fflush(stdout);
 841     write_tpx_state(fn_sim_tpr, ir, &state, &mtop);
 842 }
 843
 844 static gmx_bool can_scale_rvdw(int vdwtype)
 845 {
 846     return (evdwCUT == vdwtype ||
 847             evdwPME == vdwtype);
 848 }
 849
 850 #define EPME_SWITCHED(e) ((e) == eelPMESWITCH || (e) == eelPMEUSERSWITCH)
 851
 852 /* Make additional TPR files with more computational load for the
 853  * direct space processors: */
 854 static void make_benchmark_tprs(
 855         const char           *fn_sim_tpr,      /* READ : User-provided tpr file                 */
 856         char                 *fn_bench_tprs[], /* WRITE: Names of benchmark tpr files           */
 857         gmx_int64_t           benchsteps,      /* Number of time steps for benchmark runs       */
 858         gmx_int64_t           statesteps,      /* Step counter in checkpoint file               */
 859         real                  rmin,            /* Minimal Coulomb radius                        */
 860         real                  rmax,            /* Maximal Coulomb radius                        */
 861         real                  bScaleRvdw,      /* Scale rvdw along with rcoulomb                */
 862         const int            *ntprs,           /* No. of TPRs to write, each with a different
 863                                                   rcoulomb and fourierspacing                   */
 864         t_inputinfo          *info,            /* Contains information about mdp file options   */
 865         FILE                 *fp)              /* Write the output here                         */
 866 {
 867     int           i, j, d;
 868     t_state       state;
 869     gmx_mtop_t    mtop;
 870     real          nlist_buffer;     /* Thickness of the buffer regions for PME-switch potentials */
 871     char          buf[200];
 872     rvec          box_size;
 873     gmx_bool      bNote = FALSE;
 874     real          add;              /* Add this to rcoul for the next test    */
 875     real          fac = 1.0;        /* Scaling factor for Coulomb radius      */
 876     real          fourierspacing;   /* Basic fourierspacing from tpr          */
 877
 878
 879     sprintf(buf, "Making benchmark tpr file%s with %s time step%s",
 880             *ntprs > 1 ? "s" : "", "%" GMX_PRId64, benchsteps > 1 ? "s" : "");
 881     fprintf(stdout, buf, benchsteps);
 882     if (statesteps > 0)
 883     {
 884         sprintf(buf, " (adding %s steps from checkpoint file)", "%" GMX_PRId64);
 885         fprintf(stdout, buf, statesteps);
 886         benchsteps += statesteps;
 887     }
 888     fprintf(stdout, ".\n");
 889
 890     t_inputrec  irInstance;
 891     t_inputrec *ir = &irInstance;
 892     read_tpx_state(fn_sim_tpr, ir, &state, &mtop);
 893
 894     /* Check if some kind of PME was chosen */
 895     if (EEL_PME(ir->coulombtype) == FALSE)
 896     {
 897         gmx_fatal(FARGS, "Can only do optimizations for simulations with %s electrostatics.",
 898                   EELTYPE(eelPME));
 899     }
 900
 901     /* Check if rcoulomb == rlist, which is necessary for plain PME. */
 902     if (  (ir->cutoff_scheme != ecutsVERLET) &&
 903           (eelPME == ir->coulombtype) && !(ir->rcoulomb == ir->rlist))
 904     {
 905         gmx_fatal(FARGS, "%s requires rcoulomb (%f) to be equal to rlist (%f).",
 906                   EELTYPE(eelPME), ir->rcoulomb, ir->rlist);
 907     }
 908     /* For other PME types, rcoulomb is allowed to be smaller than rlist */
 909     else if (ir->rcoulomb > ir->rlist)
 910     {
 911         gmx_fatal(FARGS, "%s requires rcoulomb (%f) to be equal to or smaller than rlist (%f)",
 912                   EELTYPE(ir->coulombtype), ir->rcoulomb, ir->rlist);
 913     }
 914
 915     if (bScaleRvdw && ir->rvdw != ir->rcoulomb)
 916     {
 917         fprintf(stdout, "NOTE: input rvdw != rcoulomb, will not scale rvdw\n");
 918         bScaleRvdw = FALSE;
 919     }
 920
 921     /* Reduce the number of steps for the benchmarks */
 922     info->orig_sim_steps = ir->nsteps;
 923     ir->nsteps           = benchsteps;
 924     /* We must not use init_step from the input tpr file for the benchmarks */
 925     info->orig_init_step = ir->init_step;
 926     ir->init_step        = 0;
 927
 928     /* For PME-switch potentials, keep the radial distance of the buffer region */
 929     nlist_buffer   = ir->rlist - ir->rcoulomb;
 930
 931     /* Determine length of triclinic box vectors */
 932     for (d = 0; d < DIM; d++)
 933     {
 934         box_size[d] = 0;
 935         for (i = 0; i < DIM; i++)
 936         {
 937             box_size[d] += state.box[d][i]*state.box[d][i];
 938         }
 939         box_size[d] = std::sqrt(box_size[d]);
 940     }
 941
 942     if (ir->fourier_spacing > 0)
 943     {
 944         info->fsx[0] = ir->fourier_spacing;
 945         info->fsy[0] = ir->fourier_spacing;
 946         info->fsz[0] = ir->fourier_spacing;
 947     }
 948     else
 949     {
 950         /* Reconstruct fourierspacing per dimension from the number of grid points and box size */
 951         info->fsx[0] = box_size[XX]/ir->nkx;
 952         info->fsy[0] = box_size[YY]/ir->nky;
 953         info->fsz[0] = box_size[ZZ]/ir->nkz;
 954     }
 955
 956     /* If no value for the fourierspacing was provided on the command line, we
 957      * use the reconstruction from the tpr file */
 958     if (ir->fourier_spacing > 0)
 959     {
 960         /* Use the spacing from the tpr */
 961         fourierspacing = ir->fourier_spacing;
 962     }
 963     else
 964     {
 965         /* Use the maximum observed spacing */
 966         fourierspacing = std::max(std::max(info->fsx[0], info->fsy[0]), info->fsz[0]);
 967     }
 968
 969     fprintf(stdout, "Calculating PME grid points on the basis of a fourierspacing of %f nm\n", fourierspacing);
 970
 971     /* For performance comparisons the number of particles is useful to have */
 972     fprintf(fp, "   Number of particles  : %d\n", mtop.natoms);
 973
 974     /* Print information about settings of which some are potentially modified: */
 975     fprintf(fp, "   Coulomb type         : %s\n", EELTYPE(ir->coulombtype));
 976     fprintf(fp, "   Grid spacing x y z   : %f %f %f\n",
 977             box_size[XX]/ir->nkx, box_size[YY]/ir->nky, box_size[ZZ]/ir->nkz);
 978     fprintf(fp, "   Van der Waals type   : %s\n", EVDWTYPE(ir->vdwtype));
 979     if (ir_vdw_switched(ir))
 980     {
 981         fprintf(fp, "   rvdw_switch          : %f nm\n", ir->rvdw_switch);
 982     }
 983     if (EPME_SWITCHED(ir->coulombtype))
 984     {
 985         fprintf(fp, "   rlist                : %f nm\n", ir->rlist);
 986     }
 987
 988     /* Print a descriptive line about the tpr settings tested */
 989     fprintf(fp, "\nWill try these real/reciprocal workload settings:\n");
 990     fprintf(fp, " No.   scaling  rcoulomb");
 991     fprintf(fp, "  nkx  nky  nkz");
 992     fprintf(fp, "   spacing");
 993     if (can_scale_rvdw(ir->vdwtype))
 994     {
 995         fprintf(fp, "      rvdw");
 996     }
 997     if (EPME_SWITCHED(ir->coulombtype))
 998     {
 999         fprintf(fp, "     rlist");
1000     }
1001     fprintf(fp, "  tpr file\n");
1002
1003     /* Loop to create the requested number of tpr input files */
1004     for (j = 0; j < *ntprs; j++)
1005     {
1006         /* The first .tpr is the provided one, just need to modify nsteps,
1007          * so skip the following block */
1008         if (j != 0)
1009         {
1010             /* Determine which Coulomb radii rc to use in the benchmarks */
1011             add = (rmax-rmin)/(*ntprs-1);
1012             if (gmx_within_tol(rmin, info->rcoulomb[0], GMX_REAL_EPS))
1013             {
1014                 ir->rcoulomb = rmin + j*add;
1015             }
1016             else if (gmx_within_tol(rmax, info->rcoulomb[0], GMX_REAL_EPS))
1017             {
1018                 ir->rcoulomb = rmin + (j-1)*add;
1019             }
1020             else
1021             {
1022                 /* rmin != rcoul != rmax, ergo test between rmin and rmax */
1023                 add          = (rmax-rmin)/(*ntprs-2);
1024                 ir->rcoulomb = rmin + (j-1)*add;
1025             }
1026
1027             /* Determine the scaling factor fac */
1028             fac = ir->rcoulomb/info->rcoulomb[0];
1029
1030             /* Scale the Fourier grid spacing */
1031             ir->nkx = ir->nky = ir->nkz = 0;
1032             calcFftGrid(nullptr, state.box, fourierspacing*fac, minimalPmeGridSize(ir->pme_order),
1033                         &ir->nkx, &ir->nky, &ir->nkz);
1034
1035             /* Adjust other radii since various conditions need to be fulfilled */
1036             if (eelPME == ir->coulombtype)
1037             {
1038                 /* plain PME, rcoulomb must be equal to rlist TODO only in the group scheme? */
1039                 ir->rlist = ir->rcoulomb;
1040             }
1041             else
1042             {
1043                 /* rlist must be >= rcoulomb, we keep the size of the buffer region */
1044                 ir->rlist = ir->rcoulomb + nlist_buffer;
1045             }
1046
1047             if (bScaleRvdw && can_scale_rvdw(ir->vdwtype))
1048             {
1049                 if (ecutsVERLET == ir->cutoff_scheme ||
1050                     evdwPME == ir->vdwtype)
1051                 {
1052                     /* With either the Verlet cutoff-scheme or LJ-PME,
1053                        the van der Waals radius must always equal the
1054                        Coulomb radius */
1055                     ir->rvdw = ir->rcoulomb;
1056                 }
1057                 else
1058                 {
1059                     /* For vdw cutoff, rvdw >= rlist */
1060                     ir->rvdw = std::max(info->rvdw[0], ir->rlist);
1061                 }
1062             }
1063         } /* end of "if (j != 0)" */
1064
1065         /* for j==0: Save the original settings
1066          * for j >0: Save modified radii and Fourier grids */
1067         info->rcoulomb[j]  = ir->rcoulomb;
1068         info->rvdw[j]      = ir->rvdw;
1069         info->nkx[j]       = ir->nkx;
1070         info->nky[j]       = ir->nky;
1071         info->nkz[j]       = ir->nkz;
1072         info->rlist[j]     = ir->rlist;
1073         info->fsx[j]       = fac*fourierspacing;
1074         info->fsy[j]       = fac*fourierspacing;
1075         info->fsz[j]       = fac*fourierspacing;
1076
1077         /* Write the benchmark tpr file */
1078         std::strncpy(fn_bench_tprs[j], fn_sim_tpr, std::strlen(fn_sim_tpr)-std::strlen(".tpr"));
1079         sprintf(buf, "_bench%.2d.tpr", j);
1080         std::strcat(fn_bench_tprs[j], buf);
1081         fprintf(stdout, "Writing benchmark tpr %s with nsteps=", fn_bench_tprs[j]);
1082         fprintf(stdout, "%" GMX_PRId64, ir->nsteps);
1083         if (j > 0)
1084         {
1085             fprintf(stdout, ", scaling factor %f\n", fac);
1086         }
1087         else
1088         {
1089             fprintf(stdout, ", unmodified settings\n");
1090         }
1091
1092         write_tpx_state(fn_bench_tprs[j], ir, &state, &mtop);
1093
1094         /* Write information about modified tpr settings to log file */
1095         fprintf(fp, "%4d%10f%10f", j, fac, ir->rcoulomb);
1096         fprintf(fp, "%5d%5d%5d", ir->nkx, ir->nky, ir->nkz);
1097         fprintf(fp, " %9f ", info->fsx[j]);
1098         if (can_scale_rvdw(ir->vdwtype))
1099         {
1100             fprintf(fp, "%10f", ir->rvdw);
1101         }
1102         if (EPME_SWITCHED(ir->coulombtype))
1103         {
1104             fprintf(fp, "%10f", ir->rlist);
1105         }
1106         fprintf(fp, "  %-14s\n", fn_bench_tprs[j]);
1107
1108         /* Make it clear to the user that some additional settings were modified */
1109         if (!gmx_within_tol(ir->rvdw, info->rvdw[0], GMX_REAL_EPS)
1110             || !gmx_within_tol(ir->rlist, info->rlist[0], GMX_REAL_EPS) )
1111         {
1112             bNote = TRUE;
1113         }
1114     }
1115     if (bNote)
1116     {
1117         fprintf(fp, "\nNote that in addition to the Coulomb radius and the Fourier grid\n"
1118                 "other input settings were also changed (see table above).\n"
1119                 "Please check if the modified settings are appropriate.\n");
1120     }
1121     fflush(stdout);
1122     fflush(fp);
1123 }
1124
1125
1126 /* Rename the files we want to keep to some meaningful filename and
1127  * delete the rest */
1128 static void cleanup(const t_filenm *fnm, int nfile, int k, int nnodes,
1129                     int nPMEnodes, int nr, gmx_bool bKeepStderr)
1130 {
1131     char        numstring[STRLEN];
1132     char        newfilename[STRLEN];
1133     const char *fn = nullptr;
1134     int         i;
1135     const char *opt;
1136
1137
1138     fprintf(stdout, "Cleaning up, deleting benchmark temp files ...\n");
1139
1140     for (i = 0; i < nfile; i++)
1141     {
1142         opt = (char *)fnm[i].opt;
1143         if (std::strcmp(opt, "-p") == 0)
1144         {
1145             /* do nothing; keep this file */
1146             ;
1147         }
1148         else if (std::strcmp(opt, "-bg") == 0)
1149         {
1150             /* Give the log file a nice name so one can later see which parameters were used */
1151             numstring[0] = '\0';
1152             if (nr > 0)
1153             {
1154                 sprintf(numstring, "_%d", nr);
1155             }
1156             sprintf(newfilename, "%s_no%d_np%d_npme%d%s", opt2fn("-bg", nfile, fnm), k, nnodes, nPMEnodes, numstring);
1157             if (gmx_fexist(opt2fn("-bg", nfile, fnm)))
1158             {
1159                 fprintf(stdout, "renaming log file to %s\n", newfilename);
1160                 make_backup(newfilename);
1161                 rename(opt2fn("-bg", nfile, fnm), newfilename);
1162             }
1163         }
1164         else if (std::strcmp(opt, "-err") == 0)
1165         {
1166             /* This file contains the output of stderr. We want to keep it in
1167              * cases where there have been problems. */
1168             fn           = opt2fn(opt, nfile, fnm);
1169             numstring[0] = '\0';
1170             if (nr > 0)
1171             {
1172                 sprintf(numstring, "_%d", nr);
1173             }
1174             sprintf(newfilename, "%s_no%d_np%d_npme%d%s", fn, k, nnodes, nPMEnodes, numstring);
1175             if (gmx_fexist(fn))
1176             {
1177                 if (bKeepStderr)
1178                 {
1179                     fprintf(stdout, "Saving stderr output in %s\n", newfilename);
1180                     make_backup(newfilename);
1181                     rename(fn, newfilename);
1182                 }
1183                 else
1184                 {
1185                     fprintf(stdout, "Deleting %s\n", fn);
1186                     remove(fn);
1187                 }
1188             }
1189         }
1190         /* Delete the files which are created for each benchmark run: (options -b*) */
1191         else if ( (0 == std::strncmp(opt, "-b", 2)) && (opt2bSet(opt, nfile, fnm) || !is_optional(&fnm[i])) )
1192         {
1193             remove_if_exists(opt2fn(opt, nfile, fnm));
1194         }
1195     }
1196 }
1197
1198
1199 enum {
1200     eNpmeAuto, eNpmeAll, eNpmeReduced, eNpmeSubset, eNpmeNr
1201 };
1202
1203 /* Create a list of numbers of PME nodes to test */
1204 static void make_npme_list(
1205         const char *npmevalues_opt, /* Make a complete list with all
1206                                      * possibilities or a short list that keeps only
1207                                      * reasonable numbers of PME nodes                  */
1208         int        *nentries,       /* Number of entries we put in the nPMEnodes list   */
1209         int        *nPMEnodes[],    /* Each entry contains the value for -npme          */
1210         int         nnodes,         /* Total number of nodes to do the tests on         */
1211         int         minPMEnodes,    /* Minimum number of PME nodes                      */
1212         int         maxPMEnodes)    /* Maximum number of PME nodes                      */
1213 {
1214     int i, npme, npp;
1215     int min_factor = 1;   /* We request that npp and npme have this minimal
1216                            * largest common factor (depends on npp)           */
1217     int nlistmax;         /* Max. list size                                   */
1218     int nlist;            /* Actual number of entries in list                 */
1219     int eNPME = 0;
1220
1221
1222     /* Do we need to check all possible values for -npme or is a reduced list enough? */
1223     if (!std::strcmp(npmevalues_opt, "all") )
1224     {
1225         eNPME = eNpmeAll;
1226     }
1227     else if (!std::strcmp(npmevalues_opt, "subset") )
1228     {
1229         eNPME = eNpmeSubset;
1230     }
1231     else /* "auto" or "range" */
1232     {
1233         if (nnodes <= 64)
1234         {
1235             eNPME = eNpmeAll;
1236         }
1237         else if (nnodes < 128)
1238         {
1239             eNPME = eNpmeReduced;
1240         }
1241         else
1242         {
1243             eNPME = eNpmeSubset;
1244         }
1245     }
1246
1247     /* Calculate how many entries we could possibly have (in case of -npme all) */
1248     if (nnodes > 2)
1249     {
1250         nlistmax = maxPMEnodes - minPMEnodes + 3;
1251         if (0 == minPMEnodes)
1252         {
1253             nlistmax--;
1254         }
1255     }
1256     else
1257     {
1258         nlistmax = 1;
1259     }
1260
1261     /* Now make the actual list which is at most of size nlist */
1262     snew(*nPMEnodes, nlistmax);
1263     nlist = 0; /* start counting again, now the real entries in the list */
1264     for (i = 0; i < nlistmax - 2; i++)
1265     {
1266         npme = maxPMEnodes - i;
1267         npp  = nnodes-npme;
1268         switch (eNPME)
1269         {
1270             case eNpmeAll:
1271                 min_factor = 1;
1272                 break;
1273             case eNpmeReduced:
1274                 min_factor = 2;
1275                 break;
1276             case eNpmeSubset:
1277                 /* For 2d PME we want a common largest factor of at least the cube
1278                  * root of the number of PP nodes */
1279                 min_factor = static_cast<int>(std::cbrt(npp));
1280                 break;
1281             default:
1282                 gmx_fatal(FARGS, "Unknown option for eNPME in make_npme_list");
1283         }
1284         if (gmx_greatest_common_divisor(npp, npme) >= min_factor)
1285         {
1286             (*nPMEnodes)[nlist] = npme;
1287             nlist++;
1288         }
1289     }
1290     /* We always test 0 PME nodes and the automatic number */
1291     *nentries             = nlist + 2;
1292     (*nPMEnodes)[nlist  ] =  0;
1293     (*nPMEnodes)[nlist+1] = -1;
1294
1295     fprintf(stderr, "Will try the following %d different values for -npme:\n", *nentries);
1296     for (i = 0; i < *nentries-1; i++)
1297     {
1298         fprintf(stderr, "%d, ", (*nPMEnodes)[i]);
1299     }
1300     fprintf(stderr, "and %d (auto).\n", (*nPMEnodes)[*nentries-1]);
1301 }
1302
1303
1304 /* Allocate memory to store the performance data */
1305 static void init_perfdata(t_perf *perfdata[], int ntprs, int datasets, int repeats)
1306 {
1307     int i, j, k;
1308
1309
1310     for (k = 0; k < ntprs; k++)
1311     {
1312         snew(perfdata[k], datasets);
1313         for (i = 0; i < datasets; i++)
1314         {
1315             for (j = 0; j < repeats; j++)
1316             {
1317                 snew(perfdata[k][i].Gcycles, repeats);
1318                 snew(perfdata[k][i].ns_per_day, repeats);
1319                 snew(perfdata[k][i].PME_f_load, repeats);
1320             }
1321         }
1322     }
1323 }
1324
1325
1326 /* Check for errors on mdrun -h */
1327 static void make_sure_it_runs(char *mdrun_cmd_line, int length, FILE *fp,
1328                               const t_filenm *fnm, int nfile)
1329 {
1330     char       *command, *msg;
1331     int         ret;
1332
1333     snew(command, length +  15);
1334     snew(msg, length + 500);
1335
1336     fprintf(stdout, "Making sure the benchmarks can be executed by running just 1 step...\n");
1337     sprintf(command, "%s -nsteps 1 -quiet", mdrun_cmd_line);
1338     fprintf(stdout, "Executing '%s' ...\n", command);
1339     ret = gmx_system_call(command);
1340
1341     if (0 != ret)
1342     {
1343         /* To prevent confusion, do not again issue a gmx_fatal here since we already
1344          * get the error message from mdrun itself */
1345         sprintf(msg,
1346                 "Cannot run the first benchmark simulation! Please check the error message of\n"
1347                 "mdrun for the source of the problem. Did you provide a command line\n"
1348                 "argument that neither gmx tune_pme nor mdrun understands? If you're\n"
1349                 "sure your command line should work, you can bypass this check with \n"
1350                 "gmx tune_pme -nocheck. The failing command was:\n"
1351                 "\n%s\n\n", command);
1352
1353         fprintf(stderr, "%s", msg);
1354         sep_line(fp);
1355         fprintf(fp, "%s", msg);
1356
1357         exit(ret);
1358     }
1359     fprintf(stdout, "Benchmarks can be executed!\n");
1360
1361     /* Clean up the benchmark output files we just created */
1362     fprintf(stdout, "Cleaning up ...\n");
1363     remove_if_exists(opt2fn("-bc", nfile, fnm));
1364     remove_if_exists(opt2fn("-be", nfile, fnm));
1365     remove_if_exists(opt2fn("-bcpo", nfile, fnm));
1366     remove_if_exists(opt2fn("-bg", nfile, fnm));
1367     remove_if_exists(opt2fn("-bo", nfile, fnm));
1368     remove_if_exists(opt2fn("-bx", nfile, fnm));
1369
1370     sfree(command);
1371     sfree(msg    );
1372 }
1373
1374 static void do_the_tests(
1375         FILE           *fp,               /* General tune_pme output file           */
1376         char          **tpr_names,        /* Filenames of the input files to test   */
1377         int             maxPMEnodes,      /* Max fraction of nodes to use for PME   */
1378         int             minPMEnodes,      /* Min fraction of nodes to use for PME   */
1379         int             npme_fixed,       /* If >= -1, test fixed number of PME
1380                                            * nodes only                             */
1381         const char     *npmevalues_opt,   /* Which -npme values should be tested    */
1382         t_perf        **perfdata,         /* Here the performace data is stored     */
1383         int            *pmeentries,       /* Entries in the nPMEnodes list          */
1384         int             repeats,          /* Repeat each test this often            */
1385         int             nnodes,           /* Total number of nodes = nPP + nPME     */
1386         int             nr_tprs,          /* Total number of tpr files to test      */
1387         gmx_bool        bThreads,         /* Threads or MPI?                        */
1388         char           *cmd_mpirun,       /* mpirun command string                  */
1389         char           *cmd_np,           /* "-np", "-n", whatever mpirun needs     */
1390         char           *cmd_mdrun,        /* mdrun command string                   */
1391         char           *cmd_args_bench,   /* arguments for mdrun in a string        */
1392         const t_filenm *fnm,              /* List of filenames from command line    */
1393         int             nfile,            /* Number of files specified on the cmdl. */
1394         int             presteps,         /* DLB equilibration steps, is checked    */
1395         gmx_int64_t     cpt_steps,        /* Time step counter in the checkpoint    */
1396         gmx_bool        bCheck,           /* Check whether benchmark mdrun works    */
1397         const char     *eligible_gpu_ids) /* GPU IDs for
1398                                            * constructing mdrun command lines */
1399 {
1400     int      i, nr, k, ret, count = 0, totaltests;
1401     int     *nPMEnodes = nullptr;
1402     t_perf  *pd        = nullptr;
1403     int      cmdline_length;
1404     char    *command, *cmd_stub;
1405     char     buf[STRLEN];
1406     gmx_bool bResetProblem = FALSE;
1407     gmx_bool bFirst        = TRUE;
1408
1409     /* This string array corresponds to the eParselog enum type at the start
1410      * of this file */
1411     const char* ParseLog[] = {
1412         "OK.",
1413         "Logfile not found!",
1414         "No timings, logfile truncated?",
1415         "Run was terminated.",
1416         "Counters were not reset properly.",
1417         "No DD grid found for these settings.",
1418         "TPX version conflict!",
1419         "mdrun was not started in parallel!",
1420         "Number of PP ranks has a prime factor that is too large.",
1421         "The number of PP ranks did not suit the number of GPUs.",
1422         "Some GPUs were not detected or are incompatible.",
1423         "An error occurred."
1424     };
1425     char        str_PME_f_load[13];
1426
1427
1428     /* Allocate space for the mdrun command line. 100 extra characters should
1429        be more than enough for the -npme etcetera arguments */
1430     cmdline_length =  std::strlen(cmd_mpirun)
1431         + std::strlen(cmd_np)
1432         + std::strlen(cmd_mdrun)
1433         + std::strlen(cmd_args_bench)
1434         + std::strlen(tpr_names[0]) + 100;
1435     snew(command, cmdline_length);
1436     snew(cmd_stub, cmdline_length);
1437
1438     /* Construct the part of the command line that stays the same for all tests: */
1439     if (bThreads)
1440     {
1441         sprintf(cmd_stub, "%s%s", cmd_mdrun, cmd_np);
1442     }
1443     else
1444     {
1445         sprintf(cmd_stub, "%s%s%s ", cmd_mpirun, cmd_np, cmd_mdrun);
1446     }
1447
1448     /* Create a list of numbers of PME nodes to test */
1449     if (npme_fixed < -1)
1450     {
1451         make_npme_list(npmevalues_opt, pmeentries, &nPMEnodes,
1452                        nnodes, minPMEnodes, maxPMEnodes);
1453     }
1454     else
1455     {
1456         *pmeentries  = 1;
1457         snew(nPMEnodes, 1);
1458         nPMEnodes[0] = npme_fixed;
1459         fprintf(stderr, "Will use a fixed number of %d PME-only ranks.\n", nPMEnodes[0]);
1460     }
1461
1462     if (0 == repeats)
1463     {
1464         fprintf(fp, "\nNo benchmarks done since number of repeats (-r) is 0.\n");
1465         gmx_ffclose(fp);
1466         finalize(opt2fn("-p", nfile, fnm));
1467         exit(0);
1468     }
1469
1470     /* Allocate one dataset for each tpr input file: */
1471     init_perfdata(perfdata, nr_tprs, *pmeentries, repeats);
1472
1473     /*****************************************/
1474     /* Main loop over all tpr files to test: */
1475     /*****************************************/
1476     totaltests = nr_tprs*(*pmeentries)*repeats;
1477     for (k = 0; k < nr_tprs; k++)
1478     {
1479         fprintf(fp, "\nIndividual timings for input file %d (%s):\n", k, tpr_names[k]);
1480         fprintf(fp, "PME ranks      Gcycles       ns/day        PME/f    Remark\n");
1481         /* Loop over various numbers of PME nodes: */
1482         for (i = 0; i < *pmeentries; i++)
1483         {
1484             pd = &perfdata[k][i];
1485
1486             auto cmd_gpu_ids = make_gpu_id_command_line(eligible_gpu_ids);
1487
1488             /* Loop over the repeats for each scenario: */
1489             for (nr = 0; nr < repeats; nr++)
1490             {
1491                 pd->nPMEnodes = nPMEnodes[i];
1492
1493                 /* Add -npme and -s to the command line and save it. Note that
1494                  * the -passall (if set) options requires cmd_args_bench to be
1495                  * at the end of the command line string */
1496                 snew(pd->mdrun_cmd_line, cmdline_length);
1497                 sprintf(pd->mdrun_cmd_line, "%s-npme %d -s %s %s %s",
1498                         cmd_stub, pd->nPMEnodes, tpr_names[k], cmd_args_bench, cmd_gpu_ids.c_str());
1499
1500                 /* To prevent that all benchmarks fail due to a show-stopper argument
1501                  * on the mdrun command line, we make a quick check first.
1502                  * This check can be turned off in cases where the automatically chosen
1503                  * number of PME-only ranks leads to a number of PP ranks for which no
1504                  * decomposition can be found (e.g. for large prime numbers) */
1505                 if (bFirst && bCheck)
1506                 {
1507                     /* TODO This check is really for a functional
1508                      * .tpr, and if we need it, it should take place
1509                      * for every .tpr, and the logic for it should be
1510                      * immediately inside the loop over k, not in
1511                      * this inner loop. */
1512                     char *temporary_cmd_line;
1513
1514                     snew(temporary_cmd_line, cmdline_length);
1515                     /* TODO -npme 0 is more likely to succeed at low
1516                        parallelism than the default of -npme -1, but
1517                        is more likely to fail at the scaling limit
1518                        when the PP domains may be too small. "mpirun
1519                        -np 1 mdrun" is probably a reasonable thing to
1520                        do for this check, but it'll be easier to
1521                        implement that after some refactoring of how
1522                        the number of MPI ranks is managed. */
1523                     sprintf(temporary_cmd_line, "%s-npme 0 -nb cpu -s %s %s",
1524                             cmd_stub, tpr_names[k], cmd_args_bench);
1525                     make_sure_it_runs(temporary_cmd_line, cmdline_length, fp, fnm, nfile);
1526                 }
1527                 bFirst = FALSE;
1528
1529                 /* Do a benchmark simulation: */
1530                 if (repeats > 1)
1531                 {
1532                     sprintf(buf, ", pass %d/%d", nr+1, repeats);
1533                 }
1534                 else
1535                 {
1536                     buf[0] = '\0';
1537                 }
1538                 fprintf(stdout, "\n=== Progress %2.0f%%, tpr %d/%d, run %d/%d%s:\n",
1539                         (100.0*count)/totaltests,
1540                         k+1, nr_tprs, i+1, *pmeentries, buf);
1541                 make_backup(opt2fn("-err", nfile, fnm));
1542                 sprintf(command, "%s 1> /dev/null 2>%s", pd->mdrun_cmd_line, opt2fn("-err", nfile, fnm));
1543                 fprintf(stdout, "%s\n", pd->mdrun_cmd_line);
1544                 gmx_system_call(command);
1545
1546                 /* Collect the performance data from the log file; also check stderr
1547                  * for fatal errors */
1548                 ret = parse_logfile(opt2fn("-bg", nfile, fnm), opt2fn("-err", nfile, fnm),
1549                                     pd, nr, presteps, cpt_steps, nnodes);
1550                 if ((presteps > 0) && (ret == eParselogResetProblem))
1551                 {
1552                     bResetProblem = TRUE;
1553                 }
1554
1555                 if (-1 == pd->nPMEnodes)
1556                 {
1557                     sprintf(buf, "(%3d)", pd->guessPME);
1558                 }
1559                 else
1560                 {
1561                     sprintf(buf, "     ");
1562                 }
1563
1564                 /* Nicer output */
1565                 if (pd->PME_f_load[nr] > 0.0)
1566                 {
1567                     sprintf(str_PME_f_load, "%12.3f", pd->PME_f_load[nr]);
1568                 }
1569                 else
1570                 {
1571                     sprintf(str_PME_f_load, "%s", "         -  ");
1572                 }
1573
1574                 /* Write the data we got to disk */
1575                 fprintf(fp, "%4d%s %12.3f %12.3f %s    %s", pd->nPMEnodes,
1576                         buf, pd->Gcycles[nr], pd->ns_per_day[nr], str_PME_f_load, ParseLog[ret]);
1577                 if (!(ret == eParselogOK || ret == eParselogNoDDGrid || ret == eParselogNotFound) )
1578                 {
1579                     fprintf(fp, " Check %s file for problems.", ret == eParselogFatal ? "err" : "log");
1580                 }
1581                 fprintf(fp, "\n");
1582                 fflush(fp);
1583                 count++;
1584
1585                 /* Do some cleaning up and delete the files we do not need any more */
1586                 cleanup(fnm, nfile, k, nnodes, pd->nPMEnodes, nr, ret == eParselogFatal);
1587
1588                 /* If the first run with this number of processors already failed, do not try again: */
1589                 if (pd->Gcycles[0] <= 0.0 && repeats > 1)
1590                 {
1591                     fprintf(stdout, "Skipping remaining passes of unsuccessful setting, see log file for details.\n");
1592                     count += repeats-(nr+1);
1593                     break;
1594                 }
1595             } /* end of repeats loop */
1596         }     /* end of -npme loop */
1597     }         /* end of tpr file loop */
1598
1599     if (bResetProblem)
1600     {
1601         sep_line(fp);
1602         fprintf(fp, "WARNING: The cycle and time step counters could not be reset properly. ");
1603         sep_line(fp);
1604     }
1605     sfree(command);
1606     sfree(cmd_stub);
1607 }
1608
1609
1610 static void check_input(
1611         int             nnodes,
1612         int             repeats,
1613         int            *ntprs,
1614         real           *rmin,
1615         real            rcoulomb,
1616         real           *rmax,
1617         real            maxPMEfraction,
1618         real            minPMEfraction,
1619         int             npme_fixed,
1620         gmx_int64_t     bench_nsteps,
1621         const t_filenm *fnm,
1622         int             nfile,
1623         int             sim_part,
1624         int             presteps,
1625         int             npargs,
1626         t_pargs        *pa)
1627 {
1628     int old;
1629
1630
1631     /* Make sure the input file exists */
1632     if (!gmx_fexist(opt2fn("-s", nfile, fnm)))
1633     {
1634         gmx_fatal(FARGS, "File %s not found.", opt2fn("-s", nfile, fnm));
1635     }
1636
1637     /* Make sure that the checkpoint file is not overwritten during benchmarking */
1638     if ( (0 == std::strcmp(opt2fn("-cpi", nfile, fnm), opt2fn("-bcpo", nfile, fnm)) ) && (sim_part > 1) )
1639     {
1640         gmx_fatal(FARGS, "Checkpoint input (-cpi) and benchmark checkpoint output (-bcpo) files must not be identical.\n"
1641                   "The checkpoint input file must not be overwritten during the benchmarks.\n");
1642     }
1643
1644     /* Make sure that repeats is >= 0 (if == 0, only write tpr files) */
1645     if (repeats < 0)
1646     {
1647         gmx_fatal(FARGS, "Number of repeats < 0!");
1648     }
1649
1650     /* Check number of nodes */
1651     if (nnodes < 1)
1652     {
1653         gmx_fatal(FARGS, "Number of ranks/threads must be a positive integer.");
1654     }
1655
1656     /* Automatically choose -ntpr if not set */
1657     if (*ntprs < 1)
1658     {
1659         if (nnodes < 16)
1660         {
1661             *ntprs = 1;
1662         }
1663         else
1664         {
1665             *ntprs = 3;
1666             /* Set a reasonable scaling factor for rcoulomb */
1667             if (*rmax <= 0)
1668             {
1669                 *rmax = rcoulomb * 1.2;
1670             }
1671         }
1672         fprintf(stderr, "Will test %d tpr file%s.\n", *ntprs, *ntprs == 1 ? "" : "s");
1673     }
1674     else
1675     {
1676         if (1 == *ntprs)
1677         {
1678             fprintf(stderr, "Note: Choose ntpr>1 to shift PME load between real and reciprocal space.\n");
1679         }
1680     }
1681
1682     /* Make shure that rmin <= rcoulomb <= rmax */
1683     if (*rmin <= 0)
1684     {
1685         *rmin = rcoulomb;
1686     }
1687     if (*rmax <= 0)
1688     {
1689         *rmax = rcoulomb;
1690     }
1691     if (!(*rmin <= *rmax) )
1692     {
1693         gmx_fatal(FARGS, "Please choose the Coulomb radii such that rmin <= rmax.\n"
1694                   "rmin = %g, rmax = %g, actual rcoul from .tpr file = %g\n", *rmin, *rmax, rcoulomb);
1695     }
1696     /* Add test scenarios if rmin or rmax were set */
1697     if (*ntprs <= 2)
1698     {
1699         if (!gmx_within_tol(*rmin, rcoulomb, GMX_REAL_EPS) && (*ntprs == 1) )
1700         {
1701             (*ntprs)++;
1702             fprintf(stderr, "NOTE: Setting -rmin to %g changed -ntpr to %d\n",
1703                     *rmin, *ntprs);
1704         }
1705         if (!gmx_within_tol(*rmax, rcoulomb, GMX_REAL_EPS) && (*ntprs == 1) )
1706         {
1707             (*ntprs)++;
1708             fprintf(stderr, "NOTE: Setting -rmax to %g changed -ntpr to %d\n",
1709                     *rmax, *ntprs);
1710         }
1711     }
1712     old = *ntprs;
1713     /* If one of rmin, rmax is set, we need 2 tpr files at minimum */
1714     if (!gmx_within_tol(*rmax, rcoulomb, GMX_REAL_EPS) || !gmx_within_tol(*rmin, rcoulomb, GMX_REAL_EPS) )
1715     {
1716         *ntprs = std::max(*ntprs, 2);
1717     }
1718
1719     /* If both rmin, rmax are set, we need 3 tpr files at minimum */
1720     if (!gmx_within_tol(*rmax, rcoulomb, GMX_REAL_EPS) && !gmx_within_tol(*rmin, rcoulomb, GMX_REAL_EPS) )
1721     {
1722         *ntprs = std::max(*ntprs, 3);
1723     }
1724
1725     if (old != *ntprs)
1726     {
1727         fprintf(stderr, "NOTE: Your rmin, rmax setting changed -ntpr to %d\n", *ntprs);
1728     }
1729
1730     if (*ntprs > 1)
1731     {
1732         if (gmx_within_tol(*rmin, rcoulomb, GMX_REAL_EPS) && gmx_within_tol(rcoulomb, *rmax, GMX_REAL_EPS)) /* We have just a single rc */
1733         {
1734             fprintf(stderr, "WARNING: Resetting -ntpr to 1 since no Coulomb radius scaling is requested.\n"
1735                     "Please set rmin < rmax to test Coulomb radii in the [rmin, rmax] interval\n"
1736                     "with correspondingly adjusted PME grid settings\n");
1737             *ntprs = 1;
1738         }
1739     }
1740
1741     /* Check whether max and min fraction are within required values */
1742     if (maxPMEfraction > 0.5 || maxPMEfraction < 0)
1743     {
1744         gmx_fatal(FARGS, "-max must be between 0 and 0.5");
1745     }
1746     if (minPMEfraction > 0.5 || minPMEfraction < 0)
1747     {
1748         gmx_fatal(FARGS, "-min must be between 0 and 0.5");
1749     }
1750     if (maxPMEfraction < minPMEfraction)
1751     {
1752         gmx_fatal(FARGS, "-max must be larger or equal to -min");
1753     }
1754
1755     /* Check whether the number of steps - if it was set - has a reasonable value */
1756     if (bench_nsteps < 0)
1757     {
1758         gmx_fatal(FARGS, "Number of steps must be positive.");
1759     }
1760
1761     if (bench_nsteps > 10000 || bench_nsteps < 100)
1762     {
1763         fprintf(stderr, "WARNING: steps=");
1764         fprintf(stderr, "%" GMX_PRId64, bench_nsteps);
1765         fprintf(stderr, ". Are you sure you want to perform so %s steps for each benchmark?\n", (bench_nsteps < 100) ? "few" : "many");
1766     }
1767
1768     if (presteps < 0)
1769     {
1770         gmx_fatal(FARGS, "Cannot have a negative number of presteps.\n");
1771     }
1772
1773     /* Check for rcoulomb scaling if more than one .tpr file is tested */
1774     if (*ntprs > 1)
1775     {
1776         if (*rmin/rcoulomb < 0.75 || *rmax/rcoulomb > 1.25)
1777         {
1778             fprintf(stderr, "WARNING: Applying extreme scaling factor. I hope you know what you are doing.\n");
1779         }
1780     }
1781
1782     /* If a fixed number of PME nodes is set we do rcoulomb and PME gird tuning
1783      * only. We need to check whether the requested number of PME-only nodes
1784      * makes sense. */
1785     if (npme_fixed > -1)
1786     {
1787         /* No more than 50% of all nodes can be assigned as PME-only nodes. */
1788         if (2*npme_fixed > nnodes)
1789         {
1790             gmx_fatal(FARGS, "Cannot have more than %d PME-only ranks for a total of %d ranks (you chose %d).\n",
1791                       nnodes/2, nnodes, npme_fixed);
1792         }
1793         if ((npme_fixed > 0) && (5*npme_fixed < nnodes))
1794         {
1795             fprintf(stderr, "WARNING: Only %g percent of the ranks are assigned as PME-only ranks.\n",
1796                     (100.0*npme_fixed)/nnodes);
1797         }
1798         if (opt2parg_bSet("-min", npargs, pa) || opt2parg_bSet("-max", npargs, pa))
1799         {
1800             fprintf(stderr, "NOTE: The -min, -max, and -npme options have no effect when a\n"
1801                     "      fixed number of PME-only ranks is requested with -fix.\n");
1802         }
1803     }
1804 }
1805
1806
1807 /* Returns TRUE when "opt" is needed at launch time */
1808 static gmx_bool is_launch_file(char *opt, gmx_bool bSet)
1809 {
1810     if (0 == std::strncmp(opt, "-swap", 5))
1811     {
1812         return bSet;
1813     }
1814
1815     /* Apart from the input .tpr and the output log files we need all options that
1816      * were set on the command line and that do not start with -b */
1817     if    (0 == std::strncmp(opt, "-b", 2) || 0 == std::strncmp(opt, "-s", 2)
1818            || 0 == std::strncmp(opt, "-err", 4) || 0 == std::strncmp(opt, "-p", 2) )
1819     {
1820         return FALSE;
1821     }
1822
1823     return bSet;
1824 }
1825
1826
1827 /* Returns TRUE when "opt" defines a file which is needed for the benchmarks runs */
1828 static gmx_bool is_bench_file(char *opt, gmx_bool bSet, gmx_bool bOptional, gmx_bool bIsOutput)
1829 {
1830     /* Apart from the input .tpr, all files starting with "-b" are for
1831      * _b_enchmark files exclusively */
1832     if (0 == std::strncmp(opt, "-s", 2))
1833     {
1834         return FALSE;
1835     }
1836
1837     if (0 == std::strncmp(opt, "-b", 2) || 0 == std::strncmp(opt, "-s", 2))
1838     {
1839         return !bOptional || bSet;
1840     }
1841     else
1842     {
1843         if (bIsOutput)
1844         {
1845             return FALSE;
1846         }
1847         else
1848         {
1849             return bSet; /* These are additional input files like -cpi -ei */
1850         }
1851     }
1852 }
1853
1854
1855 /* Adds 'buf' to 'str' */
1856 static void add_to_string(char **str, const char *buf)
1857 {
1858     int len;
1859
1860
1861     len = std::strlen(*str) + std::strlen(buf) + 1;
1862     srenew(*str, len);
1863     std::strcat(*str, buf);
1864 }
1865
1866
1867 /* Create the command line for the benchmark as well as for the real run */
1868 static void create_command_line_snippets(
1869         gmx_bool  bAppendFiles,
1870         gmx_bool  bKeepAndNumCPT,
1871         gmx_bool  bResetHWay,
1872         int       presteps,
1873         int       nfile,
1874         t_filenm  fnm[],
1875         char     *cmd_args_bench[],  /* command line arguments for benchmark runs */
1876         char     *cmd_args_launch[], /* command line arguments for simulation run */
1877         char      extra_args[],      /* Add this to the end of the command line */
1878         char     *deffnm)            /* Default file names, or NULL if not set */
1879 {
1880     int         i;
1881     char       *opt;
1882     const char *name;
1883     char        strbuf[STRLEN];
1884
1885
1886     /* strlen needs at least '\0' as a string: */
1887     snew(*cmd_args_bench, 1);
1888     snew(*cmd_args_launch, 1);
1889     *cmd_args_launch[0] = '\0';
1890     *cmd_args_bench[0]  = '\0';
1891
1892
1893     /*******************************************/
1894     /* 1. Process other command line arguments */
1895     /*******************************************/
1896     if (presteps > 0)
1897     {
1898         /* Add equilibration steps to benchmark options */
1899         sprintf(strbuf, "-resetstep %d ", presteps);
1900         add_to_string(cmd_args_bench, strbuf);
1901     }
1902     /* These switches take effect only at launch time */
1903     if (deffnm)
1904     {
1905         sprintf(strbuf, "-deffnm %s ", deffnm);
1906         add_to_string(cmd_args_launch, strbuf);
1907     }
1908     if (FALSE == bAppendFiles)
1909     {
1910         add_to_string(cmd_args_launch, "-noappend ");
1911     }
1912     if (bKeepAndNumCPT)
1913     {
1914         add_to_string(cmd_args_launch, "-cpnum ");
1915     }
1916     if (bResetHWay)
1917     {
1918         add_to_string(cmd_args_launch, "-resethway ");
1919     }
1920
1921     /********************/
1922     /* 2. Process files */
1923     /********************/
1924     for (i = 0; i < nfile; i++)
1925     {
1926         opt  = (char *)fnm[i].opt;
1927         name = opt2fn(opt, nfile, fnm);
1928
1929         /* Strbuf contains the options, now let's sort out where we need that */
1930         sprintf(strbuf, "%s %s ", opt, name);
1931
1932         if (is_bench_file(opt, opt2bSet(opt, nfile, fnm), is_optional(&fnm[i]), is_output(&fnm[i])) )
1933         {
1934             /* All options starting with -b* need the 'b' removed,
1935              * therefore overwrite strbuf */
1936             if (0 == std::strncmp(opt, "-b", 2))
1937             {
1938                 sprintf(strbuf, "-%s %s ", &opt[2], name);
1939             }
1940
1941             add_to_string(cmd_args_bench, strbuf);
1942         }
1943
1944         if (is_launch_file(opt, opt2bSet(opt, nfile, fnm)) )
1945         {
1946             add_to_string(cmd_args_launch, strbuf);
1947         }
1948     }
1949
1950     add_to_string(cmd_args_bench, extra_args);
1951     add_to_string(cmd_args_launch, extra_args);
1952 }
1953
1954
1955 /* Set option opt */
1956 static void setopt(const char *opt, int nfile, t_filenm fnm[])
1957 {
1958     int i;
1959
1960     for (i = 0; (i < nfile); i++)
1961     {
1962         if (std::strcmp(opt, fnm[i].opt) == 0)
1963         {
1964             fnm[i].flag |= ffSET;
1965         }
1966     }
1967 }
1968
1969
1970 /* This routine inspects the tpr file and ...
1971  * 1. checks for output files that get triggered by a tpr option. These output
1972  *    files are marked as 'set' to allow for a proper cleanup after each
1973  *    tuning run.
1974  * 2. returns the PME:PP load ratio
1975  * 3. returns rcoulomb from the tpr */
1976 static float inspect_tpr(int nfile, t_filenm fnm[], real *rcoulomb)
1977 {
1978     gmx_bool     bTpi;      /* Is test particle insertion requested?          */
1979     gmx_bool     bFree;     /* Is a free energy simulation requested?         */
1980     gmx_bool     bNM;       /* Is a normal mode analysis requested?           */
1981     gmx_bool     bSwap;     /* Is water/ion position swapping requested?      */
1982     t_state      state;
1983     gmx_mtop_t   mtop;
1984
1985
1986     /* Check tpr file for options that trigger extra output files */
1987     t_inputrec  irInstance;
1988     t_inputrec *ir = &irInstance;
1989     read_tpx_state(opt2fn("-s", nfile, fnm), ir, &state, &mtop);
1990     bFree = (efepNO  != ir->efep );
1991     bNM   = (eiNM    == ir->eI   );
1992     bSwap = (eswapNO != ir->eSwapCoords);
1993     bTpi  = EI_TPI(ir->eI);
1994
1995     /* Set these output files on the tuning command-line */
1996     if (ir->bPull)
1997     {
1998         setopt("-pf", nfile, fnm);
1999         setopt("-px", nfile, fnm);
2000     }
2001     if (bFree)
2002     {
2003         setopt("-dhdl", nfile, fnm);
2004     }
2005     if (bTpi)
2006     {
2007         setopt("-tpi", nfile, fnm);
2008         setopt("-tpid", nfile, fnm);
2009     }
2010     if (bNM)
2011     {
2012         setopt("-mtx", nfile, fnm);
2013     }
2014     if (bSwap)
2015     {
2016         setopt("-swap", nfile, fnm);
2017     }
2018
2019     *rcoulomb = ir->rcoulomb;
2020
2021     /* Return the estimate for the number of PME nodes */
2022     float npme = pme_load_estimate(&mtop, ir, state.box);
2023     return npme;
2024 }
2025
2026
2027 static void couple_files_options(int nfile, t_filenm fnm[])
2028 {
2029     int      i;
2030     gmx_bool bSet, bBench;
2031     char    *opt;
2032     char     buf[20];
2033
2034
2035     for (i = 0; i < nfile; i++)
2036     {
2037         opt    = (char *)fnm[i].opt;
2038         bSet   = ((fnm[i].flag & ffSET) != 0);
2039         bBench = (0 == std::strncmp(opt, "-b", 2));
2040
2041         /* Check optional files */
2042         /* If e.g. -eo is set, then -beo also needs to be set */
2043         if (is_optional(&fnm[i]) && bSet && !bBench)
2044         {
2045             sprintf(buf, "-b%s", &opt[1]);
2046             setopt(buf, nfile, fnm);
2047         }
2048         /* If -beo is set, then -eo also needs to be! */
2049         if (is_optional(&fnm[i]) && bSet && bBench)
2050         {
2051             sprintf(buf, "-%s", &opt[2]);
2052             setopt(buf, nfile, fnm);
2053         }
2054     }
2055 }
2056
2057
2058 #define BENCHSTEPS (1000)
2059
2060 int gmx_tune_pme(int argc, char *argv[])
2061 {
2062     const char     *desc[] = {
2063         "For a given number [TT]-np[tt] or [TT]-ntmpi[tt] of ranks, [THISMODULE] systematically",
2064         "times [gmx-mdrun] with various numbers of PME-only ranks and determines",
2065         "which setting is fastest. It will also test whether performance can",
2066         "be enhanced by shifting load from the reciprocal to the real space",
2067         "part of the Ewald sum. ",
2068         "Simply pass your [REF].tpr[ref] file to [THISMODULE] together with other options",
2069         "for [gmx-mdrun] as needed.[PAR]",
2070         "[THISMODULE] needs to call [gmx-mdrun] and so requires that you",
2071         "specify how to call mdrun with the argument to the [TT]-mdrun[tt]",
2072         "parameter. Depending how you have built GROMACS, values such as",
2073         "'gmx mdrun', 'gmx_d mdrun', or 'mdrun_mpi' might be needed.[PAR]",
2074         "The program that runs MPI programs can be set in the environment variable",
2075         "MPIRUN (defaults to 'mpirun'). Note that for certain MPI frameworks,",
2076         "you need to provide a machine- or hostfile. This can also be passed",
2077         "via the MPIRUN variable, e.g.[PAR]",
2078         "[TT]export MPIRUN=\"/usr/local/mpirun -machinefile hosts\"[tt]",
2079         "Note that in such cases it is normally necessary to compile",
2080         "and/or run [THISMODULE] without MPI support, so that it can call",
2081         "the MPIRUN program.[PAR]",
2082         "Before doing the actual benchmark runs, [THISMODULE] will do a quick",
2083         "check whether [gmx-mdrun] works as expected with the provided parallel settings",
2084         "if the [TT]-check[tt] option is activated (the default).",
2085         "Please call [THISMODULE] with the normal options you would pass to",
2086         "[gmx-mdrun] and add [TT]-np[tt] for the number of ranks to perform the",
2087         "tests on, or [TT]-ntmpi[tt] for the number of threads. You can also add [TT]-r[tt]",
2088         "to repeat each test several times to get better statistics. [PAR]",
2089         "[THISMODULE] can test various real space / reciprocal space workloads",
2090         "for you. With [TT]-ntpr[tt] you control how many extra [REF].tpr[ref] files will be",
2091         "written with enlarged cutoffs and smaller Fourier grids respectively.",
2092         "Typically, the first test (number 0) will be with the settings from the input",
2093         "[REF].tpr[ref] file; the last test (number [TT]ntpr[tt]) will have the Coulomb cutoff",
2094         "specified by [TT]-rmax[tt] with a somewhat smaller PME grid at the same time. ",
2095         "In this last test, the Fourier spacing is multiplied with [TT]rmax[tt]/rcoulomb. ",
2096         "The remaining [REF].tpr[ref] files will have equally-spaced Coulomb radii (and Fourier ",
2097         "spacings) between these extremes. [BB]Note[bb] that you can set [TT]-ntpr[tt] to 1",
2098         "if you just seek the optimal number of PME-only ranks; in that case",
2099         "your input [REF].tpr[ref] file will remain unchanged.[PAR]",
2100         "For the benchmark runs, the default of 1000 time steps should suffice for most",
2101         "MD systems. The dynamic load balancing needs about 100 time steps",
2102         "to adapt to local load imbalances, therefore the time step counters",
2103         "are by default reset after 100 steps. For large systems (>1M atoms), as well as ",
2104         "for a higher accuracy of the measurements, you should set [TT]-resetstep[tt] to a higher value.",
2105         "From the 'DD' load imbalance entries in the md.log output file you",
2106         "can tell after how many steps the load is sufficiently balanced. Example call:[PAR]",
2107         "[TT]gmx tune_pme -np 64 -s protein.tpr -launch[tt][PAR]",
2108         "After calling [gmx-mdrun] several times, detailed performance information",
2109         "is available in the output file [TT]perf.out[tt].",
2110         "[BB]Note[bb] that during the benchmarks, a couple of temporary files are written",
2111         "(options [TT]-b*[tt]), these will be automatically deleted after each test.[PAR]",
2112         "If you want the simulation to be started automatically with the",
2113         "optimized parameters, use the command line option [TT]-launch[tt].[PAR]",
2114         "Basic support for GPU-enabled [TT]mdrun[tt] exists. Give a string containing the IDs",
2115         "of the GPUs that you wish to use in the optimization in the [TT]-gpu_id[tt]",
2116         "command-line argument. This works exactly like [TT]mdrun -gpu_id[tt], does not imply a mapping,",
2117         "and merely declares the eligible set of GPU devices. [TT]gmx-tune_pme[tt] will construct calls to",
2118         "mdrun that use this set appropriately. [TT]gmx-tune_pme[tt] does not support",
2119         "[TT]-gputasks[tt].[PAR]",
2120     };
2121
2122     int             nnodes         = 1;
2123     int             repeats        = 2;
2124     int             pmeentries     = 0; /* How many values for -npme do we actually test for each tpr file */
2125     real            maxPMEfraction = 0.50;
2126     real            minPMEfraction = 0.25;
2127     int             maxPMEnodes, minPMEnodes;
2128     float           guessPMEratio;                    /* guessed PME:PP ratio based on the tpr file */
2129     float           guessPMEnodes;
2130     int             npme_fixed     = -2;              /* If >= -1, use only this number
2131                                                        * of PME-only nodes                */
2132     int             ntprs          = 0;
2133     real            rmin           = 0.0, rmax = 0.0; /* min and max value for rcoulomb if scaling is requested */
2134     real            rcoulomb       = -1.0;            /* Coulomb radius as set in .tpr file */
2135     gmx_bool        bScaleRvdw     = TRUE;
2136     gmx_int64_t     bench_nsteps   = BENCHSTEPS;
2137     gmx_int64_t     new_sim_nsteps = -1;   /* -1 indicates: not set by the user */
2138     gmx_int64_t     cpt_steps      = 0;    /* Step counter in .cpt input file   */
2139     int             presteps       = 1500; /* Do a full cycle reset after presteps steps */
2140     gmx_bool        bOverwrite     = FALSE, bKeepTPR;
2141     gmx_bool        bLaunch        = FALSE;
2142     char           *ExtraArgs      = nullptr;
2143     char          **tpr_names      = nullptr;
2144     const char     *simulation_tpr = nullptr;
2145     char           *deffnm         = nullptr;
2146     int             best_npme, best_tpr;
2147     int             sim_part = 1; /* For benchmarks with checkpoint files */
2148     char            bbuf[STRLEN];
2149
2150
2151     /* Default program names if nothing else is found */
2152     char               *cmd_mpirun = nullptr, *cmd_mdrun = nullptr;
2153     char               *cmd_args_bench, *cmd_args_launch;
2154     char               *cmd_np           = nullptr;
2155
2156     /* IDs of GPUs that are eligible for computation */
2157     char               *eligible_gpu_ids = nullptr;
2158
2159     t_perf            **perfdata = nullptr;
2160     t_inputinfo        *info;
2161     int                 i;
2162     FILE               *fp;
2163
2164     /* Print out how long the tuning took */
2165     double          seconds;
2166
2167     static t_filenm fnm[] = {
2168         /* tune_pme */
2169         { efOUT, "-p",      "perf",     ffWRITE },
2170         { efLOG, "-err",    "bencherr", ffWRITE },
2171         { efTPR, "-so",     "tuned",    ffWRITE },
2172         /* mdrun: */
2173         { efTPR, nullptr,      nullptr,       ffREAD },
2174         { efTRN, "-o",      nullptr,       ffWRITE },
2175         { efCOMPRESSED, "-x", nullptr,     ffOPTWR },
2176         { efCPT, "-cpi",    nullptr,       ffOPTRD },
2177         { efCPT, "-cpo",    nullptr,       ffOPTWR },
2178         { efSTO, "-c",      "confout",  ffWRITE },
2179         { efEDR, "-e",      "ener",     ffWRITE },
2180         { efLOG, "-g",      "md",       ffWRITE },
2181         { efXVG, "-dhdl",   "dhdl",     ffOPTWR },
2182         { efXVG, "-field",  "field",    ffOPTWR },
2183         { efXVG, "-table",  "table",    ffOPTRD },
2184         { efXVG, "-tablep", "tablep",   ffOPTRD },
2185         { efXVG, "-tableb", "table",    ffOPTRD },
2186         { efTRX, "-rerun",  "rerun",    ffOPTRD },
2187         { efXVG, "-tpi",    "tpi",      ffOPTWR },
2188         { efXVG, "-tpid",   "tpidist",  ffOPTWR },
2189         { efEDI, "-ei",     "sam",      ffOPTRD },
2190         { efXVG, "-eo",     "edsam",    ffOPTWR },
2191         { efXVG, "-devout", "deviatie", ffOPTWR },
2192         { efXVG, "-runav",  "runaver",  ffOPTWR },
2193         { efXVG, "-px",     "pullx",    ffOPTWR },
2194         { efXVG, "-pf",     "pullf",    ffOPTWR },
2195         { efXVG, "-ro",     "rotation", ffOPTWR },
2196         { efLOG, "-ra",     "rotangles", ffOPTWR },
2197         { efLOG, "-rs",     "rotslabs", ffOPTWR },
2198         { efLOG, "-rt",     "rottorque", ffOPTWR },
2199         { efMTX, "-mtx",    "nm",       ffOPTWR },
2200         { efXVG, "-swap",   "swapions", ffOPTWR },
2201         /* Output files that are deleted after each benchmark run */
2202         { efTRN, "-bo",     "bench",    ffWRITE },
2203         { efXTC, "-bx",     "bench",    ffWRITE },
2204         { efCPT, "-bcpo",   "bench",    ffWRITE },
2205         { efSTO, "-bc",     "bench",    ffWRITE },
2206         { efEDR, "-be",     "bench",    ffWRITE },
2207         { efLOG, "-bg",     "bench",    ffWRITE },
2208         { efXVG, "-beo",    "benchedo", ffOPTWR },
2209         { efXVG, "-bdhdl",  "benchdhdl", ffOPTWR },
2210         { efXVG, "-bfield", "benchfld", ffOPTWR },
2211         { efXVG, "-btpi",   "benchtpi", ffOPTWR },
2212         { efXVG, "-btpid",  "benchtpid", ffOPTWR },
2213         { efXVG, "-bdevout", "benchdev", ffOPTWR },
2214         { efXVG, "-brunav", "benchrnav", ffOPTWR },
2215         { efXVG, "-bpx",    "benchpx",  ffOPTWR },
2216         { efXVG, "-bpf",    "benchpf",  ffOPTWR },
2217         { efXVG, "-bro",    "benchrot", ffOPTWR },
2218         { efLOG, "-bra",    "benchrota", ffOPTWR },
2219         { efLOG, "-brs",    "benchrots", ffOPTWR },
2220         { efLOG, "-brt",    "benchrott", ffOPTWR },
2221         { efMTX, "-bmtx",   "benchn",   ffOPTWR },
2222         { efNDX, "-bdn",    "bench",    ffOPTWR },
2223         { efXVG, "-bswap",  "benchswp", ffOPTWR }
2224     };
2225
2226     gmx_bool        bThreads     = FALSE;
2227
2228     int             nthreads = 1;
2229
2230     const char     *procstring[] =
2231     { nullptr, "np", "n", "none", nullptr };
2232     const char     *npmevalues_opt[] =
2233     { nullptr, "auto", "all", "subset", nullptr };
2234
2235     gmx_bool          bAppendFiles          = TRUE;
2236     gmx_bool          bKeepAndNumCPT        = FALSE;
2237     gmx_bool          bResetCountersHalfWay = FALSE;
2238     gmx_bool          bBenchmark            = TRUE;
2239     gmx_bool          bCheck                = TRUE;
2240
2241     gmx_output_env_t *oenv = nullptr;
2242
2243     t_pargs           pa[] = {
2244         /***********************/
2245         /* tune_pme options: */
2246         /***********************/
2247         { "-mdrun",    FALSE, etSTR,  {&cmd_mdrun},
2248           "Command line to run a simulation, e.g. 'gmx mdrun' or 'mdrun_mpi'" },
2249         { "-np",       FALSE, etINT,  {&nnodes},
2250           "Number of ranks to run the tests on (must be > 2 for separate PME ranks)" },
2251         { "-npstring", FALSE, etENUM, {procstring},
2252           "Name of the [TT]$MPIRUN[tt] option that specifies the number of ranks to use ('np', or 'n'; use 'none' if there is no such option)" },
2253         { "-ntmpi",    FALSE, etINT,  {&nthreads},
2254           "Number of MPI-threads to run the tests on (turns MPI & mpirun off)"},
2255         { "-r",        FALSE, etINT,  {&repeats},
2256           "Repeat each test this often" },
2257         { "-max",      FALSE, etREAL, {&maxPMEfraction},
2258           "Max fraction of PME ranks to test with" },
2259         { "-min",      FALSE, etREAL, {&minPMEfraction},
2260           "Min fraction of PME ranks to test with" },
2261         { "-npme",     FALSE, etENUM, {npmevalues_opt},
2262           "Within -min and -max, benchmark all possible values for [TT]-npme[tt], or just a reasonable subset. "
2263           "Auto neglects -min and -max and chooses reasonable values around a guess for npme derived from the .tpr"},
2264         { "-fix",      FALSE, etINT,  {&npme_fixed},
2265           "If >= -1, do not vary the number of PME-only ranks, instead use this fixed value and only vary rcoulomb and the PME grid spacing."},
2266         { "-rmax",     FALSE, etREAL, {&rmax},
2267           "If >0, maximal rcoulomb for -ntpr>1 (rcoulomb upscaling results in fourier grid downscaling)" },
2268         { "-rmin",     FALSE, etREAL, {&rmin},
2269           "If >0, minimal rcoulomb for -ntpr>1" },
2270         { "-scalevdw",  FALSE, etBOOL, {&bScaleRvdw},
2271           "Scale rvdw along with rcoulomb"},
2272         { "-ntpr",     FALSE, etINT,  {&ntprs},
2273           "Number of [REF].tpr[ref] files to benchmark. Create this many files with different rcoulomb scaling factors depending on -rmin and -rmax. "
2274           "If < 1, automatically choose the number of [REF].tpr[ref] files to test" },
2275         { "-steps",    FALSE, etINT64, {&bench_nsteps},
2276           "Take timings for this many steps in the benchmark runs" },
2277         { "-resetstep", FALSE, etINT,  {&presteps},
2278           "Let dlb equilibrate this many steps before timings are taken (reset cycle counters after this many steps)" },
2279         { "-nsteps",   FALSE, etINT64, {&new_sim_nsteps},
2280           "If non-negative, perform this many steps in the real run (overwrites nsteps from [REF].tpr[ref], add [REF].cpt[ref] steps)" },
2281         { "-launch",   FALSE, etBOOL, {&bLaunch},
2282           "Launch the real simulation after optimization" },
2283         { "-bench",    FALSE, etBOOL, {&bBenchmark},
2284           "Run the benchmarks or just create the input [REF].tpr[ref] files?" },
2285         { "-check",    FALSE, etBOOL, {&bCheck},
2286           "Before the benchmark runs, check whether mdrun works in parallel" },
2287         { "-gpu_id",   FALSE, etSTR,  {&eligible_gpu_ids},
2288           "List of unique GPU device IDs that are eligible for use" },
2289         /******************/
2290         /* mdrun options: */
2291         /******************/
2292         /* We let tune_pme parse and understand these options, because we need to
2293          * prevent that they appear on the mdrun command line for the benchmarks */
2294         { "-append",   FALSE, etBOOL, {&bAppendFiles},
2295           "Append to previous output files when continuing from checkpoint instead of adding the simulation part number to all file names (for launch only)" },
2296         { "-cpnum",    FALSE, etBOOL, {&bKeepAndNumCPT},
2297           "Keep and number checkpoint files (launch only)" },
2298         { "-deffnm",   FALSE, etSTR,  {&deffnm},
2299           "Set the default filenames (launch only)" },
2300         { "-resethway", FALSE, etBOOL, {&bResetCountersHalfWay},
2301           "HIDDENReset the cycle counters after half the number of steps or halfway [TT]-maxh[tt] (launch only)" }
2302     };
2303
2304 #define NFILE asize(fnm)
2305
2306     seconds = gmx_gettime();
2307
2308     if (!parse_common_args(&argc, argv, PCA_NOEXIT_ON_ARGS,
2309                            NFILE, fnm, asize(pa), pa, asize(desc), desc,
2310                            0, nullptr, &oenv))
2311     {
2312         return 0;
2313     }
2314
2315     // procstring[0] is used inside two different conditionals further down
2316     GMX_RELEASE_ASSERT(procstring[0] != nullptr, "Options inconsistency; procstring[0] is NULL");
2317
2318     /* Store the remaining unparsed command line entries in a string which
2319      * is then attached to the mdrun command line */
2320     snew(ExtraArgs, 1);
2321     ExtraArgs[0] = '\0';
2322     for (i = 1; i < argc; i++) /* argc will now be 1 if everything was understood */
2323     {
2324         add_to_string(&ExtraArgs, argv[i]);
2325         add_to_string(&ExtraArgs, " ");
2326     }
2327
2328     if (opt2parg_bSet("-ntmpi", asize(pa), pa))
2329     {
2330         bThreads = TRUE;
2331         if (opt2parg_bSet("-npstring", asize(pa), pa))
2332         {
2333             fprintf(stderr, "WARNING: -npstring has no effect when using threads.\n");
2334         }
2335
2336         if (nnodes > 1)
2337         {
2338             gmx_fatal(FARGS, "Can't run multi-threaded MPI simulation yet!");
2339         }
2340         /* and now we just set this; a bit of an ugly hack*/
2341         nnodes = nthreads;
2342     }
2343     /* Check for PME:PP ratio and whether tpr triggers additional output files */
2344     guessPMEratio = inspect_tpr(NFILE, fnm, &rcoulomb);
2345
2346     /* Automatically set -beo options if -eo is set etc. */
2347     couple_files_options(NFILE, fnm);
2348
2349     /* Construct the command line arguments for benchmark runs
2350      * as well as for the simulation run */
2351     if (bThreads)
2352     {
2353         sprintf(bbuf, " -ntmpi %d ", nthreads);
2354     }
2355     else
2356     {
2357         /* This string will be used for MPI runs and will appear after the
2358          * mpirun command. */
2359         if (std::strcmp(procstring[0], "none") != 0)
2360         {
2361             sprintf(bbuf, " -%s %d ", procstring[0], nnodes);
2362         }
2363         else
2364         {
2365             sprintf(bbuf, " ");
2366         }
2367     }
2368
2369     cmd_np = bbuf;
2370
2371     create_command_line_snippets(bAppendFiles, bKeepAndNumCPT, bResetCountersHalfWay, presteps,
2372                                  NFILE, fnm, &cmd_args_bench, &cmd_args_launch, ExtraArgs, deffnm);
2373
2374     /* Prepare to use checkpoint file if requested */
2375     sim_part = 1;
2376     if (opt2bSet("-cpi", NFILE, fnm))
2377     {
2378         const char *filename = opt2fn("-cpi", NFILE, fnm);
2379         int         cpt_sim_part;
2380         read_checkpoint_part_and_step(filename,
2381                                       &cpt_sim_part, &cpt_steps);
2382         if (cpt_sim_part == 0)
2383         {
2384             gmx_fatal(FARGS, "Checkpoint file %s could not be read!", filename);
2385         }
2386         /* tune_pme will run the next part of the simulation */
2387         sim_part = cpt_sim_part + 1;
2388     }
2389
2390     /* Open performance output file and write header info */
2391     fp = gmx_ffopen(opt2fn("-p", NFILE, fnm), "w");
2392
2393     /* Make a quick consistency check of command line parameters */
2394     check_input(nnodes, repeats, &ntprs, &rmin, rcoulomb, &rmax,
2395                 maxPMEfraction, minPMEfraction, npme_fixed,
2396                 bench_nsteps, fnm, NFILE, sim_part, presteps,
2397                 asize(pa), pa);
2398
2399     /* Determine the maximum and minimum number of PME nodes to test,
2400      * the actual list of settings is build in do_the_tests(). */
2401     if ((nnodes > 2) && (npme_fixed < -1))
2402     {
2403         if (0 == std::strcmp(npmevalues_opt[0], "auto"))
2404         {
2405             /* Determine the npme range automatically based on the PME:PP load guess */
2406             if (guessPMEratio > 1.0)
2407             {
2408                 /* More PME than PP work, probably we do not need separate PME nodes at all! */
2409                 maxPMEnodes = nnodes/2;
2410                 minPMEnodes = nnodes/2;
2411             }
2412             else
2413             {
2414                 /* PME : PP load is in the range 0..1, let's test around the guess */
2415                 guessPMEnodes = static_cast<int>(nnodes/(1.0 + 1.0/guessPMEratio));
2416                 minPMEnodes   = static_cast<int>(std::floor(0.7*guessPMEnodes));
2417                 maxPMEnodes   = static_cast<int>(std::ceil(1.6*guessPMEnodes));
2418                 maxPMEnodes   = std::min(maxPMEnodes, nnodes/2);
2419             }
2420         }
2421         else
2422         {
2423             /* Determine the npme range based on user input */
2424             maxPMEnodes = static_cast<int>(std::floor(maxPMEfraction*nnodes));
2425             minPMEnodes = std::max(static_cast<int>(std::floor(minPMEfraction*nnodes)), 0);
2426             fprintf(stdout, "Will try runs with %d ", minPMEnodes);
2427             if (maxPMEnodes != minPMEnodes)
2428             {
2429                 fprintf(stdout, "- %d ", maxPMEnodes);
2430             }
2431             fprintf(stdout, "PME-only ranks.\n  Note that the automatic number of PME-only ranks and no separate PME ranks are always tested.\n");
2432         }
2433     }
2434     else
2435     {
2436         maxPMEnodes = 0;
2437         minPMEnodes = 0;
2438     }
2439
2440     /* Get the commands we need to set up the runs from environment variables */
2441     get_program_paths(bThreads, &cmd_mpirun, &cmd_mdrun);
2442     if (bBenchmark && repeats > 0)
2443     {
2444         check_mdrun_works(bThreads, cmd_mpirun, cmd_np, cmd_mdrun, nullptr != eligible_gpu_ids);
2445     }
2446
2447     /* Print some header info to file */
2448     sep_line(fp);
2449     fprintf(fp, "\n      P E R F O R M A N C E   R E S U L T S\n");
2450     sep_line(fp);
2451     fprintf(fp, "%s for GROMACS %s\n", output_env_get_program_display_name(oenv),
2452             gmx_version());
2453     if (!bThreads)
2454     {
2455         fprintf(fp, "Number of ranks         : %d\n", nnodes);
2456         fprintf(fp, "The mpirun command is   : %s\n", cmd_mpirun);
2457         if (std::strcmp(procstring[0], "none") != 0)
2458         {
2459             fprintf(fp, "Passing # of ranks via  : -%s\n", procstring[0]);
2460         }
2461         else
2462         {
2463             fprintf(fp, "Not setting number of ranks in system call\n");
2464         }
2465     }
2466     else
2467     {
2468         fprintf(fp, "Number of threads       : %d\n", nnodes);
2469     }
2470
2471     fprintf(fp, "The mdrun  command is   : %s\n", cmd_mdrun);
2472     fprintf(fp, "mdrun args benchmarks   : %s\n", cmd_args_bench);
2473     fprintf(fp, "Benchmark steps         : ");
2474     fprintf(fp, "%" GMX_PRId64, bench_nsteps);
2475     fprintf(fp, "\n");
2476     fprintf(fp, "dlb equilibration steps : %d\n", presteps);
2477     if (sim_part > 1)
2478     {
2479         fprintf(fp, "Checkpoint time step    : ");
2480         fprintf(fp, "%" GMX_PRId64, cpt_steps);
2481         fprintf(fp, "\n");
2482     }
2483     fprintf(fp, "mdrun args at launchtime: %s\n", cmd_args_launch);
2484
2485     if (new_sim_nsteps >= 0)
2486     {
2487         bOverwrite = TRUE;
2488         fprintf(stderr, "Note: Simulation input file %s will have ", opt2fn("-so", NFILE, fnm));
2489         fprintf(stderr, "%" GMX_PRId64, new_sim_nsteps+cpt_steps);
2490         fprintf(stderr, " steps.\n");
2491         fprintf(fp, "Simulation steps        : ");
2492         fprintf(fp, "%" GMX_PRId64, new_sim_nsteps);
2493         fprintf(fp, "\n");
2494     }
2495     if (repeats > 1)
2496     {
2497         fprintf(fp, "Repeats for each test   : %d\n", repeats);
2498     }
2499
2500     if (npme_fixed >= -1)
2501     {
2502         fprintf(fp, "Fixing -npme at         : %d\n", npme_fixed);
2503     }
2504
2505     fprintf(fp, "Input file              : %s\n", opt2fn("-s", NFILE, fnm));
2506     fprintf(fp, "   PME/PP load estimate : %g\n", guessPMEratio);
2507
2508     /* Allocate memory for the inputinfo struct: */
2509     snew(info, 1);
2510     info->nr_inputfiles = ntprs;
2511     for (i = 0; i < ntprs; i++)
2512     {
2513         snew(info->rcoulomb, ntprs);
2514         snew(info->rvdw, ntprs);
2515         snew(info->rlist, ntprs);
2516         snew(info->nkx, ntprs);
2517         snew(info->nky, ntprs);
2518         snew(info->nkz, ntprs);
2519         snew(info->fsx, ntprs);
2520         snew(info->fsy, ntprs);
2521         snew(info->fsz, ntprs);
2522     }
2523     /* Make alternative tpr files to test: */
2524     snew(tpr_names, ntprs);
2525     for (i = 0; i < ntprs; i++)
2526     {
2527         snew(tpr_names[i], STRLEN);
2528     }
2529
2530     /* It can be that ntprs is reduced by make_benchmark_tprs if not enough
2531      * different grids could be found. */
2532     make_benchmark_tprs(opt2fn("-s", NFILE, fnm), tpr_names, bench_nsteps+presteps,
2533                         cpt_steps, rmin, rmax, bScaleRvdw, &ntprs, info, fp);
2534
2535     /********************************************************************************/
2536     /* Main loop over all scenarios we need to test: tpr files, PME nodes, repeats  */
2537     /********************************************************************************/
2538     snew(perfdata, ntprs);
2539     if (bBenchmark)
2540     {
2541         GMX_RELEASE_ASSERT(npmevalues_opt[0] != nullptr, "Options inconsistency; npmevalues_opt[0] is NULL");
2542         do_the_tests(fp, tpr_names, maxPMEnodes, minPMEnodes, npme_fixed, npmevalues_opt[0], perfdata, &pmeentries,
2543                      repeats, nnodes, ntprs, bThreads, cmd_mpirun, cmd_np, cmd_mdrun,
2544                      cmd_args_bench, fnm, NFILE, presteps, cpt_steps, bCheck, eligible_gpu_ids);
2545
2546         fprintf(fp, "\nTuning took%8.1f minutes.\n", (gmx_gettime()-seconds)/60.0);
2547
2548         /* Analyse the results and give a suggestion for optimal settings: */
2549         bKeepTPR = analyze_data(fp, opt2fn("-p", NFILE, fnm), perfdata, nnodes, ntprs, pmeentries,
2550                                 repeats, info, &best_tpr, &best_npme);
2551
2552         /* Take the best-performing tpr file and enlarge nsteps to original value */
2553         if (bKeepTPR && !bOverwrite)
2554         {
2555             simulation_tpr = opt2fn("-s", NFILE, fnm);
2556         }
2557         else
2558         {
2559             simulation_tpr = opt2fn("-so", NFILE, fnm);
2560             modify_PMEsettings(bOverwrite ? (new_sim_nsteps+cpt_steps) : info->orig_sim_steps,
2561                                info->orig_init_step, tpr_names[best_tpr], simulation_tpr);
2562         }
2563
2564         /* Let's get rid of the temporary benchmark input files */
2565         for (i = 0; i < ntprs; i++)
2566         {
2567             fprintf(stdout, "Deleting temporary benchmark input file %s\n", tpr_names[i]);
2568             remove(tpr_names[i]);
2569         }
2570
2571         /* Now start the real simulation if the user requested it ... */
2572         launch_simulation(bLaunch, fp, bThreads, cmd_mpirun, cmd_np, cmd_mdrun,
2573                           cmd_args_launch, simulation_tpr, best_npme, eligible_gpu_ids);
2574     }
2575     gmx_ffclose(fp);
2576
2577     /* ... or simply print the performance results to screen: */
2578     if (!bLaunch)
2579     {
2580         finalize(opt2fn("-p", NFILE, fnm));
2581     }
2582
2583     return 0;
2584 }