src/gromacs/mdlib/stat.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2013,2014,2015,2016,2017 by the GROMACS development team.
   7  * Copyright (c) 2018,2019,2020, by the GROMACS development team, led by
   8  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   9  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
  10  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  11  *
  12  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  13  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  14  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  15  * of the License, or (at your option) any later version.
  16  *
  17  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  20  * Lesser General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  23  * License along with GROMACS; if not, see
  24  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  25  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  26  *
  27  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  28  * consider that scientific software is very special. Version
  29  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  30  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  31  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  32  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  33  * official version at http://www.gromacs.org.
  34  *
  35  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  36  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  37  */
  38 #include "gmxpre.h"
  39
  40 #include "stat.h"
  41
  42 #include <cstdio>
  43 #include <cstring>
  44
  45 #include "gromacs/domdec/domdec.h"
  46 #include "gromacs/domdec/domdec_struct.h"
  47 #include "gromacs/fileio/checkpoint.h"
  48 #include "gromacs/fileio/xtcio.h"
  49 #include "gromacs/gmxlib/network.h"
  50 #include "gromacs/math/utilities.h"
  51 #include "gromacs/math/vec.h"
  52 #include "gromacs/mdlib/constr.h"
  53 #include "gromacs/mdlib/md_support.h"
  54 #include "gromacs/mdlib/rbin.h"
  55 #include "gromacs/mdlib/tgroup.h"
  56 #include "gromacs/mdlib/vcm.h"
  57 #include "gromacs/mdtypes/commrec.h"
  58 #include "gromacs/mdtypes/enerdata.h"
  59 #include "gromacs/mdtypes/group.h"
  60 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
  61 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
  62 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  63 #include "gromacs/utility/futil.h"
  64 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  65
  66 typedef struct gmx_global_stat
  67 {
  68     t_bin* rb;
  69     int*   itc0;
  70     int*   itc1;
  71 } t_gmx_global_stat;
  72
  73 gmx_global_stat_t global_stat_init(const t_inputrec* ir)
  74 {
  75     gmx_global_stat_t gs;
  76
  77     snew(gs, 1);
  78
  79     gs->rb = mk_bin();
  80     snew(gs->itc0, ir->opts.ngtc);
  81     snew(gs->itc1, ir->opts.ngtc);
  82
  83     return gs;
  84 }
  85
  86 void global_stat_destroy(gmx_global_stat_t gs)
  87 {
  88     destroy_bin(gs->rb);
  89     sfree(gs->itc0);
  90     sfree(gs->itc1);
  91     sfree(gs);
  92 }
  93
  94 static int filter_enerdterm(const real* afrom, gmx_bool bToBuffer, real* ato, gmx_bool bTemp, gmx_bool bPres, gmx_bool bEner)
  95 {
  96     int i, to, from;
  97
  98     from = 0;
  99     to   = 0;
 100     for (i = 0; i < F_NRE; i++)
 101     {
 102         if (bToBuffer)
 103         {
 104             from = i;
 105         }
 106         else
 107         {
 108             to = i;
 109         }
 110         switch (i)
 111         {
 112             case F_EKIN:
 113             case F_TEMP:
 114             case F_DKDL:
 115                 if (bTemp)
 116                 {
 117                     ato[to++] = afrom[from++];
 118                 }
 119                 break;
 120             case F_PRES:
 121             case F_PDISPCORR:
 122                 if (bPres)
 123                 {
 124                     ato[to++] = afrom[from++];
 125                 }
 126                 break;
 127             default:
 128                 if (bEner)
 129                 {
 130                     ato[to++] = afrom[from++];
 131                 }
 132                 break;
 133         }
 134     }
 135
 136     return to;
 137 }
 138
 139 void global_stat(const gmx_global_stat*  gs,
 140                  const t_commrec*        cr,
 141                  gmx_enerdata_t*         enerd,
 142                  tensor                  fvir,
 143                  tensor                  svir,
 144                  rvec                    mu_tot,
 145                  const t_inputrec*       inputrec,
 146                  gmx_ekindata_t*         ekind,
 147                  const gmx::Constraints* constr,
 148                  t_vcm*                  vcm,
 149                  int                     nsig,
 150                  real*                   sig,
 151                  int*                    totalNumberOfBondedInteractions,
 152                  gmx_bool                bSumEkinhOld,
 153                  int                     flags)
 154 /* instead of current system, gmx_booleans for summing virial, kinetic energy, and other terms */
 155 {
 156     t_bin* rb;
 157     int *  itc0, *itc1;
 158     int    ie = 0, ifv = 0, isv = 0, irmsd = 0, imu = 0;
 159     int idedl = 0, idedlo = 0, idvdll = 0, idvdlnl = 0, iepl = 0, icm = 0, imass = 0, ica = 0, inb = 0;
 160     int      isig = -1;
 161     int      icj = -1, ici = -1, icx = -1;
 162     int      inn[egNR];
 163     real     copyenerd[F_NRE];
 164     int      nener, j;
 165     double   nb;
 166     gmx_bool bVV, bTemp, bEner, bPres, bConstrVir, bEkinAveVel, bReadEkin;
 167     bool checkNumberOfBondedInteractions = (flags & CGLO_CHECK_NUMBER_OF_BONDED_INTERACTIONS) != 0;
 168
 169     bVV         = EI_VV(inputrec->eI);
 170     bTemp       = ((flags & CGLO_TEMPERATURE) != 0);
 171     bEner       = ((flags & CGLO_ENERGY) != 0);
 172     bPres       = ((flags & CGLO_PRESSURE) != 0);
 173     bConstrVir  = ((flags & CGLO_CONSTRAINT) != 0);
 174     bEkinAveVel = (inputrec->eI == eiVV || (inputrec->eI == eiVVAK && bPres));
 175     bReadEkin   = ((flags & CGLO_READEKIN) != 0);
 176
 177     rb   = gs->rb;
 178     itc0 = gs->itc0;
 179     itc1 = gs->itc1;
 180
 181
 182     reset_bin(rb);
 183     /* This routine copies all the data to be summed to one big buffer
 184      * using the t_bin struct.
 185      */
 186
 187     /* First, we neeed to identify which enerd->term should be
 188        communicated.  Temperature and pressure terms should only be
 189        communicated and summed when they need to be, to avoid repeating
 190        the sums and overcounting. */
 191
 192     nener = filter_enerdterm(enerd->term, TRUE, copyenerd, bTemp, bPres, bEner);
 193
 194     /* First, the data that needs to be communicated with velocity verlet every time
 195        This is just the constraint virial.*/
 196     if (bConstrVir)
 197     {
 198         isv = add_binr(rb, DIM * DIM, svir[0]);
 199     }
 200
 201     /* We need the force virial and the kinetic energy for the first time through with velocity verlet */
 202     if (bTemp || !bVV)
 203     {
 204         if (ekind)
 205         {
 206             for (j = 0; (j < inputrec->opts.ngtc); j++)
 207             {
 208                 if (bSumEkinhOld)
 209                 {
 210                     itc0[j] = add_binr(rb, DIM * DIM, ekind->tcstat[j].ekinh_old[0]);
 211                 }
 212                 if (bEkinAveVel && !bReadEkin)
 213                 {
 214                     itc1[j] = add_binr(rb, DIM * DIM, ekind->tcstat[j].ekinf[0]);
 215                 }
 216                 else if (!bReadEkin)
 217                 {
 218                     itc1[j] = add_binr(rb, DIM * DIM, ekind->tcstat[j].ekinh[0]);
 219                 }
 220             }
 221             /* these probably need to be put into one of these categories */
 222             idedl = add_binr(rb, 1, &(ekind->dekindl));
 223             if (bSumEkinhOld)
 224             {
 225                 idedlo = add_binr(rb, 1, &(ekind->dekindl_old));
 226             }
 227             if (ekind->cosacc.cos_accel != 0)
 228             {
 229                 ica = add_binr(rb, 1, &(ekind->cosacc.mvcos));
 230             }
 231         }
 232     }
 233
 234     if (bPres)
 235     {
 236         ifv = add_binr(rb, DIM * DIM, fvir[0]);
 237     }
 238
 239     gmx::ArrayRef<real> rmsdData;
 240     if (bEner)
 241     {
 242         ie = add_binr(rb, nener, copyenerd);
 243         if (constr)
 244         {
 245             rmsdData = constr->rmsdData();
 246             if (!rmsdData.empty())
 247             {
 248                 irmsd = add_binr(rb, 2, rmsdData.data());
 249             }
 250         }
 251         if (!inputrecNeedMutot(inputrec))
 252         {
 253             imu = add_binr(rb, DIM, mu_tot);
 254         }
 255
 256         for (j = 0; (j < egNR); j++)
 257         {
 258             inn[j] = add_binr(rb, enerd->grpp.nener, enerd->grpp.ener[j].data());
 259         }
 260         if (inputrec->efep != efepNO)
 261         {
 262             idvdll  = add_bind(rb, efptNR, enerd->dvdl_lin);
 263             idvdlnl = add_bind(rb, efptNR, enerd->dvdl_nonlin);
 264             if (!enerd->enerpart_lambda.empty())
 265             {
 266                 iepl = add_bind(rb, enerd->enerpart_lambda.size(), enerd->enerpart_lambda.data());
 267             }
 268         }
 269     }
 270
 271     if (vcm)
 272     {
 273         icm   = add_binr(rb, DIM * vcm->nr, vcm->group_p[0]);
 274         imass = add_binr(rb, vcm->nr, vcm->group_mass.data());
 275         if (vcm->mode == ecmANGULAR)
 276         {
 277             icj = add_binr(rb, DIM * vcm->nr, vcm->group_j[0]);
 278             icx = add_binr(rb, DIM * vcm->nr, vcm->group_x[0]);
 279             ici = add_binr(rb, DIM * DIM * vcm->nr, vcm->group_i[0][0]);
 280         }
 281     }
 282
 283     if (checkNumberOfBondedInteractions)
 284     {
 285         nb  = cr->dd->nbonded_local;
 286         inb = add_bind(rb, 1, &nb);
 287     }
 288     if (nsig > 0)
 289     {
 290         isig = add_binr(rb, nsig, sig);
 291     }
 292
 293     /* Global sum it all */
 294     if (debug)
 295     {
 296         fprintf(debug, "Summing %d energies\n", rb->maxreal);
 297     }
 298     sum_bin(rb, cr);
 299
 300     /* Extract all the data locally */
 301
 302     if (bConstrVir)
 303     {
 304         extract_binr(rb, isv, DIM * DIM, svir[0]);
 305     }
 306
 307     /* We need the force virial and the kinetic energy for the first time through with velocity verlet */
 308     if (bTemp || !bVV)
 309     {
 310         if (ekind)
 311         {
 312             for (j = 0; (j < inputrec->opts.ngtc); j++)
 313             {
 314                 if (bSumEkinhOld)
 315                 {
 316                     extract_binr(rb, itc0[j], DIM * DIM, ekind->tcstat[j].ekinh_old[0]);
 317                 }
 318                 if (bEkinAveVel && !bReadEkin)
 319                 {
 320                     extract_binr(rb, itc1[j], DIM * DIM, ekind->tcstat[j].ekinf[0]);
 321                 }
 322                 else if (!bReadEkin)
 323                 {
 324                     extract_binr(rb, itc1[j], DIM * DIM, ekind->tcstat[j].ekinh[0]);
 325                 }
 326             }
 327             extract_binr(rb, idedl, 1, &(ekind->dekindl));
 328             if (bSumEkinhOld)
 329             {
 330                 extract_binr(rb, idedlo, 1, &(ekind->dekindl_old));
 331             }
 332             if (ekind->cosacc.cos_accel != 0)
 333             {
 334                 extract_binr(rb, ica, 1, &(ekind->cosacc.mvcos));
 335             }
 336         }
 337     }
 338     if (bPres)
 339     {
 340         extract_binr(rb, ifv, DIM * DIM, fvir[0]);
 341     }
 342
 343     if (bEner)
 344     {
 345         extract_binr(rb, ie, nener, copyenerd);
 346         if (!rmsdData.empty())
 347         {
 348             extract_binr(rb, irmsd, rmsdData);
 349         }
 350         if (!inputrecNeedMutot(inputrec))
 351         {
 352             extract_binr(rb, imu, DIM, mu_tot);
 353         }
 354
 355         for (j = 0; (j < egNR); j++)
 356         {
 357             extract_binr(rb, inn[j], enerd->grpp.nener, enerd->grpp.ener[j].data());
 358         }
 359         if (inputrec->efep != efepNO)
 360         {
 361             extract_bind(rb, idvdll, efptNR, enerd->dvdl_lin);
 362             extract_bind(rb, idvdlnl, efptNR, enerd->dvdl_nonlin);
 363             if (!enerd->enerpart_lambda.empty())
 364             {
 365                 extract_bind(rb, iepl, enerd->enerpart_lambda.size(), enerd->enerpart_lambda.data());
 366             }
 367         }
 368
 369         filter_enerdterm(copyenerd, FALSE, enerd->term, bTemp, bPres, bEner);
 370     }
 371
 372     if (vcm)
 373     {
 374         extract_binr(rb, icm, DIM * vcm->nr, vcm->group_p[0]);
 375         extract_binr(rb, imass, vcm->nr, vcm->group_mass.data());
 376         if (vcm->mode == ecmANGULAR)
 377         {
 378             extract_binr(rb, icj, DIM * vcm->nr, vcm->group_j[0]);
 379             extract_binr(rb, icx, DIM * vcm->nr, vcm->group_x[0]);
 380             extract_binr(rb, ici, DIM * DIM * vcm->nr, vcm->group_i[0][0]);
 381         }
 382     }
 383
 384     if (checkNumberOfBondedInteractions)
 385     {
 386         extract_bind(rb, inb, 1, &nb);
 387         *totalNumberOfBondedInteractions = gmx::roundToInt(nb);
 388     }
 389
 390     if (nsig > 0)
 391     {
 392         extract_binr(rb, isig, nsig, sig);
 393     }
 394 }