Merge branch 'release-4-6' into release-5-0
[alexxy/gromacs.git] / src / programs / mdrun / md.c
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) 2011,2012,2013,2014, by the GROMACS development team, led by
7  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
8  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
9  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
10  *
11  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
13  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
14  * of the License, or (at your option) any later version.
15  *
16  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
19  * Lesser General Public License for more details.
20  *
21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
22  * License along with GROMACS; if not, see
23  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
24  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
25  *
26  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
27  * consider that scientific software is very special. Version
28  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
29  * consider code for inclusion in the official distribution, but
30  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
31  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
32  * official version at http://www.gromacs.org.
33  *
34  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
35  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
36  */
37 #ifdef HAVE_CONFIG_H
38 #include <config.h>
39 #endif
40
41 #include "typedefs.h"
42 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
43 #include "sysstuff.h"
44 #include "vec.h"
45 #include "vcm.h"
46 #include "mdebin.h"
47 #include "nrnb.h"
48 #include "calcmu.h"
49 #include "index.h"
50 #include "vsite.h"
51 #include "update.h"
52 #include "ns.h"
53 #include "mdrun.h"
54 #include "md_support.h"
55 #include "md_logging.h"
56 #include "network.h"
57 #include "xvgr.h"
58 #include "physics.h"
59 #include "names.h"
60 #include "force.h"
61 #include "disre.h"
62 #include "orires.h"
63 #include "pme.h"
64 #include "mdatoms.h"
65 #include "repl_ex.h"
66 #include "deform.h"
67 #include "qmmm.h"
68 #include "domdec.h"
69 #include "domdec_network.h"
70 #include "gromacs/gmxlib/topsort.h"
71 #include "coulomb.h"
72 #include "constr.h"
73 #include "shellfc.h"
74 #include "gromacs/gmxpreprocess/compute_io.h"
75 #include "checkpoint.h"
76 #include "mtop_util.h"
77 #include "sighandler.h"
78 #include "txtdump.h"
79 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
80 #include "pme_loadbal.h"
81 #include "bondf.h"
82 #include "membed.h"
83 #include "types/nlistheuristics.h"
84 #include "types/iteratedconstraints.h"
85 #include "nbnxn_cuda_data_mgmt.h"
86
87 #include "gromacs/utility/gmxmpi.h"
88 #include "gromacs/fileio/confio.h"
89 #include "gromacs/fileio/trajectory_writing.h"
90 #include "gromacs/fileio/trnio.h"
91 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
92 #include "gromacs/fileio/xtcio.h"
93 #include "gromacs/timing/wallcycle.h"
94 #include "gromacs/timing/walltime_accounting.h"
95 #include "gromacs/pulling/pull.h"
96 #include "gromacs/swap/swapcoords.h"
97 #include "gromacs/imd/imd.h"
98
99 #ifdef GMX_FAHCORE
100 #include "corewrap.h"
101 #endif
102
103 static void reset_all_counters(FILE *fplog, t_commrec *cr,
104                                gmx_int64_t step,
105                                gmx_int64_t *step_rel, t_inputrec *ir,
106                                gmx_wallcycle_t wcycle, t_nrnb *nrnb,
107                                gmx_walltime_accounting_t walltime_accounting,
108                                nbnxn_cuda_ptr_t cu_nbv)
109 {
110     char sbuf[STEPSTRSIZE];
111
112     /* Reset all the counters related to performance over the run */
113     md_print_warn(cr, fplog, "step %s: resetting all time and cycle counters\n",
114                   gmx_step_str(step, sbuf));
115
116     if (cu_nbv)
117     {
118         nbnxn_cuda_reset_timings(cu_nbv);
119     }
120
121     wallcycle_stop(wcycle, ewcRUN);
122     wallcycle_reset_all(wcycle);
123     if (DOMAINDECOMP(cr))
124     {
125         reset_dd_statistics_counters(cr->dd);
126     }
127     init_nrnb(nrnb);
128     ir->init_step += *step_rel;
129     ir->nsteps    -= *step_rel;
130     *step_rel      = 0;
131     wallcycle_start(wcycle, ewcRUN);
132     walltime_accounting_start(walltime_accounting);
133     print_date_and_time(fplog, cr->nodeid, "Restarted time", gmx_gettime());
134 }
135
136 double do_md(FILE *fplog, t_commrec *cr, int nfile, const t_filenm fnm[],
137              const output_env_t oenv, gmx_bool bVerbose, gmx_bool bCompact,
138              int nstglobalcomm,
139              gmx_vsite_t *vsite, gmx_constr_t constr,
140              int stepout, t_inputrec *ir,
141              gmx_mtop_t *top_global,
142              t_fcdata *fcd,
143              t_state *state_global,
144              t_mdatoms *mdatoms,
145              t_nrnb *nrnb, gmx_wallcycle_t wcycle,
146              gmx_edsam_t ed, t_forcerec *fr,
147              int repl_ex_nst, int repl_ex_nex, int repl_ex_seed, gmx_membed_t membed,
148              real cpt_period, real max_hours,
149              const char gmx_unused *deviceOptions,
150              int imdport,
151              unsigned long Flags,
152              gmx_walltime_accounting_t walltime_accounting)
153 {
154     gmx_mdoutf_t    outf = NULL;
155     gmx_int64_t     step, step_rel;
156     double          elapsed_time;
157     double          t, t0, lam0[efptNR];
158     gmx_bool        bGStatEveryStep, bGStat, bCalcVir, bCalcEner;
159     gmx_bool        bNS, bNStList, bSimAnn, bStopCM, bRerunMD, bNotLastFrame = FALSE,
160                     bFirstStep, bStateFromCP, bStateFromTPX, bInitStep, bLastStep,
161                     bBornRadii, bStartingFromCpt;
162     gmx_bool          bDoDHDL = FALSE, bDoFEP = FALSE, bDoExpanded = FALSE;
163     gmx_bool          do_ene, do_log, do_verbose, bRerunWarnNoV = TRUE,
164                       bForceUpdate = FALSE, bCPT;
165     gmx_bool          bMasterState;
166     int               force_flags, cglo_flags;
167     tensor            force_vir, shake_vir, total_vir, tmp_vir, pres;
168     int               i, m;
169     t_trxstatus      *status;
170     rvec              mu_tot;
171     t_vcm            *vcm;
172     t_state          *bufstate = NULL;
173     matrix           *scale_tot, pcoupl_mu, M, ebox;
174     gmx_nlheur_t      nlh;
175     t_trxframe        rerun_fr;
176     gmx_repl_ex_t     repl_ex = NULL;
177     int               nchkpt  = 1;
178     gmx_localtop_t   *top;
179     t_mdebin         *mdebin   = NULL;
180     t_state          *state    = NULL;
181     rvec             *f_global = NULL;
182     gmx_enerdata_t   *enerd;
183     rvec             *f = NULL;
184     gmx_global_stat_t gstat;
185     gmx_update_t      upd   = NULL;
186     t_graph          *graph = NULL;
187     globsig_t         gs;
188     gmx_groups_t     *groups;
189     gmx_ekindata_t   *ekind, *ekind_save;
190     gmx_shellfc_t     shellfc;
191     int               count, nconverged = 0;
192     real              timestep   = 0;
193     double            tcount     = 0;
194     gmx_bool          bConverged = TRUE, bOK, bSumEkinhOld, bDoReplEx, bExchanged, bNeedRepartition;
195     gmx_bool          bAppend;
196     gmx_bool          bResetCountersHalfMaxH = FALSE;
197     gmx_bool          bVV, bIterativeCase, bFirstIterate, bTemp, bPres, bTrotter;
198     gmx_bool          bUpdateDoLR;
199     real              dvdl_constr;
200     rvec             *cbuf = NULL;
201     matrix            lastbox;
202     real              veta_save, scalevir, tracevir;
203     real              vetanew = 0;
204     int               lamnew  = 0;
205     /* for FEP */
206     int               nstfep;
207     double            cycles;
208     real              saved_conserved_quantity = 0;
209     real              last_ekin                = 0;
210     int               iter_i;
211     t_extmass         MassQ;
212     int             **trotter_seq;
213     char              sbuf[STEPSTRSIZE], sbuf2[STEPSTRSIZE];
214     int               handled_stop_condition = gmx_stop_cond_none; /* compare to get_stop_condition*/
215     gmx_iterate_t     iterate;
216     gmx_int64_t       multisim_nsteps = -1;                        /* number of steps to do  before first multisim
217                                                                           simulation stops. If equal to zero, don't
218                                                                           communicate any more between multisims.*/
219     /* PME load balancing data for GPU kernels */
220     pme_load_balancing_t pme_loadbal = NULL;
221     double               cycles_pmes;
222     gmx_bool             bPMETuneTry = FALSE, bPMETuneRunning = FALSE;
223
224     /* Interactive MD */
225     gmx_bool          bIMDstep = FALSE;
226
227 #ifdef GMX_FAHCORE
228     /* Temporary addition for FAHCORE checkpointing */
229     int chkpt_ret;
230 #endif
231
232     /* Check for special mdrun options */
233     bRerunMD = (Flags & MD_RERUN);
234     bAppend  = (Flags & MD_APPENDFILES);
235     if (Flags & MD_RESETCOUNTERSHALFWAY)
236     {
237         if (ir->nsteps > 0)
238         {
239             /* Signal to reset the counters half the simulation steps. */
240             wcycle_set_reset_counters(wcycle, ir->nsteps/2);
241         }
242         /* Signal to reset the counters halfway the simulation time. */
243         bResetCountersHalfMaxH = (max_hours > 0);
244     }
245
246     /* md-vv uses averaged full step velocities for T-control
247        md-vv-avek uses averaged half step velocities for T-control (but full step ekin for P control)
248        md uses averaged half step kinetic energies to determine temperature unless defined otherwise by GMX_EKIN_AVE_VEL; */
249     bVV = EI_VV(ir->eI);
250     if (bVV) /* to store the initial velocities while computing virial */
251     {
252         snew(cbuf, top_global->natoms);
253     }
254     /* all the iteratative cases - only if there are constraints */
255     bIterativeCase = ((IR_NPH_TROTTER(ir) || IR_NPT_TROTTER(ir)) && (constr) && (!bRerunMD));
256     gmx_iterate_init(&iterate, FALSE); /* The default value of iterate->bIterationActive is set to
257                                           false in this step.  The correct value, true or false,
258                                           is set at each step, as it depends on the frequency of temperature
259                                           and pressure control.*/
260     bTrotter = (bVV && (IR_NPT_TROTTER(ir) || IR_NPH_TROTTER(ir) || IR_NVT_TROTTER(ir)));
261
262     if (bRerunMD)
263     {
264         /* Since we don't know if the frames read are related in any way,
265          * rebuild the neighborlist at every step.
266          */
267         ir->nstlist       = 1;
268         ir->nstcalcenergy = 1;
269         nstglobalcomm     = 1;
270     }
271
272     check_ir_old_tpx_versions(cr, fplog, ir, top_global);
273
274     nstglobalcomm   = check_nstglobalcomm(fplog, cr, nstglobalcomm, ir);
275     bGStatEveryStep = (nstglobalcomm == 1);
276
277     if (!bGStatEveryStep && ir->nstlist == -1 && fplog != NULL)
278     {
279         fprintf(fplog,
280                 "To reduce the energy communication with nstlist = -1\n"
281                 "the neighbor list validity should not be checked at every step,\n"
282                 "this means that exact integration is not guaranteed.\n"
283                 "The neighbor list validity is checked after:\n"
284                 "  <n.list life time> - 2*std.dev.(n.list life time)  steps.\n"
285                 "In most cases this will result in exact integration.\n"
286                 "This reduces the energy communication by a factor of 2 to 3.\n"
287                 "If you want less energy communication, set nstlist > 3.\n\n");
288     }
289
290     if (bRerunMD)
291     {
292         ir->nstxout_compressed = 0;
293     }
294     groups = &top_global->groups;
295
296     /* Initial values */
297     init_md(fplog, cr, ir, oenv, &t, &t0, state_global->lambda,
298             &(state_global->fep_state), lam0,
299             nrnb, top_global, &upd,
300             nfile, fnm, &outf, &mdebin,
301             force_vir, shake_vir, mu_tot, &bSimAnn, &vcm, Flags);
302
303     clear_mat(total_vir);
304     clear_mat(pres);
305     /* Energy terms and groups */
306     snew(enerd, 1);
307     init_enerdata(top_global->groups.grps[egcENER].nr, ir->fepvals->n_lambda,
308                   enerd);
309     if (DOMAINDECOMP(cr))
310     {
311         f = NULL;
312     }
313     else
314     {
315         snew(f, top_global->natoms);
316     }
317
318     /* Kinetic energy data */
319     snew(ekind, 1);
320     init_ekindata(fplog, top_global, &(ir->opts), ekind);
321     /* needed for iteration of constraints */
322     snew(ekind_save, 1);
323     init_ekindata(fplog, top_global, &(ir->opts), ekind_save);
324     /* Copy the cos acceleration to the groups struct */
325     ekind->cosacc.cos_accel = ir->cos_accel;
326
327     gstat = global_stat_init(ir);
328     debug_gmx();
329
330     /* Check for polarizable models and flexible constraints */
331     shellfc = init_shell_flexcon(fplog,
332                                  top_global, n_flexible_constraints(constr),
333                                  (ir->bContinuation ||
334                                   (DOMAINDECOMP(cr) && !MASTER(cr))) ?
335                                  NULL : state_global->x);
336     if (shellfc && ir->nstcalcenergy != 1)
337     {
338         gmx_fatal(FARGS, "You have nstcalcenergy set to a value (%d) that is different from 1.\nThis is not supported in combinations with shell particles.\nPlease make a new tpr file.", ir->nstcalcenergy);
339     }
340     if (shellfc && DOMAINDECOMP(cr))
341     {
342         gmx_fatal(FARGS, "Shell particles are not implemented with domain decomposition, use a single rank");
343     }
344     if (shellfc && ir->eI == eiNM)
345     {
346         /* Currently shells don't work with Normal Modes */
347         gmx_fatal(FARGS, "Normal Mode analysis is not supported with shells.\nIf you'd like to help with adding support, we have an open discussion at http://redmine.gromacs.org/issues/879\n");
348     }
349
350     if (vsite && ir->eI == eiNM)
351     {
352         /* Currently virtual sites don't work with Normal Modes */
353         gmx_fatal(FARGS, "Normal Mode analysis is not supported with virtual sites.\nIf you'd like to help with adding support, we have an open discussion at http://redmine.gromacs.org/issues/879\n");
354     }
355
356     if (DEFORM(*ir))
357     {
358         tMPI_Thread_mutex_lock(&deform_init_box_mutex);
359         set_deform_reference_box(upd,
360                                  deform_init_init_step_tpx,
361                                  deform_init_box_tpx);
362         tMPI_Thread_mutex_unlock(&deform_init_box_mutex);
363     }
364
365     {
366         double io = compute_io(ir, top_global->natoms, groups, mdebin->ebin->nener, 1);
367         if ((io > 2000) && MASTER(cr))
368         {
369             fprintf(stderr,
370                     "\nWARNING: This run will generate roughly %.0f Mb of data\n\n",
371                     io);
372         }
373     }
374
375     if (DOMAINDECOMP(cr))
376     {
377         top = dd_init_local_top(top_global);
378
379         snew(state, 1);
380         dd_init_local_state(cr->dd, state_global, state);
381
382         if (DDMASTER(cr->dd) && ir->nstfout)
383         {
384             snew(f_global, state_global->natoms);
385         }
386     }
387     else
388     {
389         top = gmx_mtop_generate_local_top(top_global, ir);
390
391         forcerec_set_excl_load(fr, top);
392
393         state    = serial_init_local_state(state_global);
394         f_global = f;
395
396         atoms2md(top_global, ir, 0, NULL, top_global->natoms, mdatoms);
397
398         if (vsite)
399         {
400             set_vsite_top(vsite, top, mdatoms, cr);
401         }
402
403         if (ir->ePBC != epbcNONE && !fr->bMolPBC)
404         {
405             graph = mk_graph(fplog, &(top->idef), 0, top_global->natoms, FALSE, FALSE);
406         }
407
408         if (shellfc)
409         {
410             make_local_shells(cr, mdatoms, shellfc);
411         }
412
413         setup_bonded_threading(fr, &top->idef);
414     }
415
416     /* Set up interactive MD (IMD) */
417     init_IMD(ir, cr, top_global, fplog, ir->nstcalcenergy, state_global->x,
418              nfile, fnm, oenv, imdport, Flags);
419
420     if (DOMAINDECOMP(cr))
421     {
422         /* Distribute the charge groups over the nodes from the master node */
423         dd_partition_system(fplog, ir->init_step, cr, TRUE, 1,
424                             state_global, top_global, ir,
425                             state, &f, mdatoms, top, fr,
426                             vsite, shellfc, constr,
427                             nrnb, wcycle, FALSE);
428
429     }
430
431     update_mdatoms(mdatoms, state->lambda[efptMASS]);
432
433     if (opt2bSet("-cpi", nfile, fnm))
434     {
435         bStateFromCP = gmx_fexist_master(opt2fn_master("-cpi", nfile, fnm, cr), cr);
436     }
437     else
438     {
439         bStateFromCP = FALSE;
440     }
441
442     if (ir->bExpanded)
443     {
444         init_expanded_ensemble(bStateFromCP, ir, &state->dfhist);
445     }
446
447     if (MASTER(cr))
448     {
449         if (bStateFromCP)
450         {
451             /* Update mdebin with energy history if appending to output files */
452             if (Flags & MD_APPENDFILES)
453             {
454                 restore_energyhistory_from_state(mdebin, &state_global->enerhist);
455             }
456             else
457             {
458                 /* We might have read an energy history from checkpoint,
459                  * free the allocated memory and reset the counts.
460                  */
461                 done_energyhistory(&state_global->enerhist);
462                 init_energyhistory(&state_global->enerhist);
463             }
464         }
465         /* Set the initial energy history in state by updating once */
466         update_energyhistory(&state_global->enerhist, mdebin);
467     }
468
469     /* Initialize constraints */
470     if (constr && !DOMAINDECOMP(cr))
471     {
472         set_constraints(constr, top, ir, mdatoms, cr);
473     }
474
475     if (repl_ex_nst > 0 && MASTER(cr))
476     {
477         repl_ex = init_replica_exchange(fplog, cr->ms, state_global, ir,
478                                         repl_ex_nst, repl_ex_nex, repl_ex_seed);
479     }
480
481     /* PME tuning is only supported with GPUs or PME nodes and not with rerun.
482      * PME tuning is not supported with PME only for LJ and not for Coulomb.
483      */
484     if ((Flags & MD_TUNEPME) &&
485         EEL_PME(fr->eeltype) &&
486         ( (fr->cutoff_scheme == ecutsVERLET && fr->nbv->bUseGPU) || !(cr->duty & DUTY_PME)) &&
487         !bRerunMD)
488     {
489         pme_loadbal_init(&pme_loadbal, ir, state->box, fr->ic, fr->pmedata);
490         cycles_pmes = 0;
491         if (cr->duty & DUTY_PME)
492         {
493             /* Start tuning right away, as we can't measure the load */
494             bPMETuneRunning = TRUE;
495         }
496         else
497         {
498             /* Separate PME nodes, we can measure the PP/PME load balance */
499             bPMETuneTry = TRUE;
500         }
501     }
502
503     if (!ir->bContinuation && !bRerunMD)
504     {
505         if (mdatoms->cFREEZE && (state->flags & (1<<estV)))
506         {
507             /* Set the velocities of frozen particles to zero */
508             for (i = 0; i < mdatoms->homenr; i++)
509             {
510                 for (m = 0; m < DIM; m++)
511                 {
512                     if (ir->opts.nFreeze[mdatoms->cFREEZE[i]][m])
513                     {
514                         state->v[i][m] = 0;
515                     }
516                 }
517             }
518         }
519
520         if (constr)
521         {
522             /* Constrain the initial coordinates and velocities */
523             do_constrain_first(fplog, constr, ir, mdatoms, state,
524                                cr, nrnb, fr, top);
525         }
526         if (vsite)
527         {
528             /* Construct the virtual sites for the initial configuration */
529             construct_vsites(vsite, state->x, ir->delta_t, NULL,
530                              top->idef.iparams, top->idef.il,
531                              fr->ePBC, fr->bMolPBC, cr, state->box);
532         }
533     }
534
535     debug_gmx();
536
537     /* set free energy calculation frequency as the minimum
538        greatest common denominator of nstdhdl, nstexpanded, and repl_ex_nst*/
539     nstfep = ir->fepvals->nstdhdl;
540     if (ir->bExpanded)
541     {
542         nstfep = gmx_greatest_common_divisor(ir->fepvals->nstdhdl, nstfep);
543     }
544     if (repl_ex_nst > 0)
545     {
546         nstfep = gmx_greatest_common_divisor(repl_ex_nst, nstfep);
547     }
548
549     /* I'm assuming we need global communication the first time! MRS */
550     cglo_flags = (CGLO_TEMPERATURE | CGLO_GSTAT
551                   | ((ir->comm_mode != ecmNO) ? CGLO_STOPCM : 0)
552                   | (bVV ? CGLO_PRESSURE : 0)
553                   | (bVV ? CGLO_CONSTRAINT : 0)
554                   | (bRerunMD ? CGLO_RERUNMD : 0)
555                   | ((Flags & MD_READ_EKIN) ? CGLO_READEKIN : 0));
556
557     bSumEkinhOld = FALSE;
558     compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
559                     NULL, enerd, force_vir, shake_vir, total_vir, pres, mu_tot,
560                     constr, NULL, FALSE, state->box,
561                     top_global, &bSumEkinhOld, cglo_flags);
562     if (ir->eI == eiVVAK)
563     {
564         /* a second call to get the half step temperature initialized as well */
565         /* we do the same call as above, but turn the pressure off -- internally to
566            compute_globals, this is recognized as a velocity verlet half-step
567            kinetic energy calculation.  This minimized excess variables, but
568            perhaps loses some logic?*/
569
570         compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
571                         NULL, enerd, force_vir, shake_vir, total_vir, pres, mu_tot,
572                         constr, NULL, FALSE, state->box,
573                         top_global, &bSumEkinhOld,
574                         cglo_flags &~(CGLO_STOPCM | CGLO_PRESSURE));
575     }
576
577     /* Calculate the initial half step temperature, and save the ekinh_old */
578     if (!(Flags & MD_STARTFROMCPT))
579     {
580         for (i = 0; (i < ir->opts.ngtc); i++)
581         {
582             copy_mat(ekind->tcstat[i].ekinh, ekind->tcstat[i].ekinh_old);
583         }
584     }
585     if (ir->eI != eiVV)
586     {
587         enerd->term[F_TEMP] *= 2; /* result of averages being done over previous and current step,
588                                      and there is no previous step */
589     }
590
591     /* if using an iterative algorithm, we need to create a working directory for the state. */
592     if (bIterativeCase)
593     {
594         bufstate = init_bufstate(state);
595     }
596
597     /* need to make an initiation call to get the Trotter variables set, as well as other constants for non-trotter
598        temperature control */
599     trotter_seq = init_npt_vars(ir, state, &MassQ, bTrotter);
600
601     if (MASTER(cr))
602     {
603         if (constr && !ir->bContinuation && ir->eConstrAlg == econtLINCS)
604         {
605             fprintf(fplog,
606                     "RMS relative constraint deviation after constraining: %.2e\n",
607                     constr_rmsd(constr, FALSE));
608         }
609         if (EI_STATE_VELOCITY(ir->eI))
610         {
611             fprintf(fplog, "Initial temperature: %g K\n", enerd->term[F_TEMP]);
612         }
613         if (bRerunMD)
614         {
615             fprintf(stderr, "starting md rerun '%s', reading coordinates from"
616                     " input trajectory '%s'\n\n",
617                     *(top_global->name), opt2fn("-rerun", nfile, fnm));
618             if (bVerbose)
619             {
620                 fprintf(stderr, "Calculated time to finish depends on nsteps from "
621                         "run input file,\nwhich may not correspond to the time "
622                         "needed to process input trajectory.\n\n");
623             }
624         }
625         else
626         {
627             char tbuf[20];
628             fprintf(stderr, "starting mdrun '%s'\n",
629                     *(top_global->name));
630             if (ir->nsteps >= 0)
631             {
632                 sprintf(tbuf, "%8.1f", (ir->init_step+ir->nsteps)*ir->delta_t);
633             }
634             else
635             {
636                 sprintf(tbuf, "%s", "infinite");
637             }
638             if (ir->init_step > 0)
639             {
640                 fprintf(stderr, "%s steps, %s ps (continuing from step %s, %8.1f ps).\n",
641                         gmx_step_str(ir->init_step+ir->nsteps, sbuf), tbuf,
642                         gmx_step_str(ir->init_step, sbuf2),
643                         ir->init_step*ir->delta_t);
644             }
645             else
646             {
647                 fprintf(stderr, "%s steps, %s ps.\n",
648                         gmx_step_str(ir->nsteps, sbuf), tbuf);
649             }
650         }
651         fprintf(fplog, "\n");
652     }
653
654     walltime_accounting_start(walltime_accounting);
655     wallcycle_start(wcycle, ewcRUN);
656     print_start(fplog, cr, walltime_accounting, "mdrun");
657
658     /* safest point to do file checkpointing is here.  More general point would be immediately before integrator call */
659 #ifdef GMX_FAHCORE
660     chkpt_ret = fcCheckPointParallel( cr->nodeid,
661                                       NULL, 0);
662     if (chkpt_ret == 0)
663     {
664         gmx_fatal( 3, __FILE__, __LINE__, "Checkpoint error on step %d\n", 0 );
665     }
666 #endif
667
668     debug_gmx();
669     /***********************************************************
670      *
671      *             Loop over MD steps
672      *
673      ************************************************************/
674
675     /* if rerunMD then read coordinates and velocities from input trajectory */
676     if (bRerunMD)
677     {
678         if (getenv("GMX_FORCE_UPDATE"))
679         {
680             bForceUpdate = TRUE;
681         }
682
683         rerun_fr.natoms = 0;
684         if (MASTER(cr))
685         {
686             bNotLastFrame = read_first_frame(oenv, &status,
687                                              opt2fn("-rerun", nfile, fnm),
688                                              &rerun_fr, TRX_NEED_X | TRX_READ_V);
689             if (rerun_fr.natoms != top_global->natoms)
690             {
691                 gmx_fatal(FARGS,
692                           "Number of atoms in trajectory (%d) does not match the "
693                           "run input file (%d)\n",
694                           rerun_fr.natoms, top_global->natoms);
695             }
696             if (ir->ePBC != epbcNONE)
697             {
698                 if (!rerun_fr.bBox)
699                 {
700                     gmx_fatal(FARGS, "Rerun trajectory frame step %d time %f does not contain a box, while pbc is used", rerun_fr.step, rerun_fr.time);
701                 }
702                 if (max_cutoff2(ir->ePBC, rerun_fr.box) < sqr(fr->rlistlong))
703                 {
704                     gmx_fatal(FARGS, "Rerun trajectory frame step %d time %f has too small box dimensions", rerun_fr.step, rerun_fr.time);
705                 }
706             }
707         }
708
709         if (PAR(cr))
710         {
711             rerun_parallel_comm(cr, &rerun_fr, &bNotLastFrame);
712         }
713
714         if (ir->ePBC != epbcNONE)
715         {
716             /* Set the shift vectors.
717              * Necessary here when have a static box different from the tpr box.
718              */
719             calc_shifts(rerun_fr.box, fr->shift_vec);
720         }
721     }
722
723     /* loop over MD steps or if rerunMD to end of input trajectory */
724     bFirstStep = TRUE;
725     /* Skip the first Nose-Hoover integration when we get the state from tpx */
726     bStateFromTPX    = !bStateFromCP;
727     bInitStep        = bFirstStep && (bStateFromTPX || bVV);
728     bStartingFromCpt = (Flags & MD_STARTFROMCPT) && bInitStep;
729     bLastStep        = FALSE;
730     bSumEkinhOld     = FALSE;
731     bDoReplEx        = FALSE;
732     bExchanged       = FALSE;
733     bNeedRepartition = FALSE;
734
735     init_global_signals(&gs, cr, ir, repl_ex_nst);
736
737     step     = ir->init_step;
738     step_rel = 0;
739
740     if (ir->nstlist == -1)
741     {
742         init_nlistheuristics(&nlh, bGStatEveryStep, step);
743     }
744
745     if (MULTISIM(cr) && (repl_ex_nst <= 0 ))
746     {
747         /* check how many steps are left in other sims */
748         multisim_nsteps = get_multisim_nsteps(cr, ir->nsteps);
749     }
750
751
752     /* and stop now if we should */
753     bLastStep = (bRerunMD || (ir->nsteps >= 0 && step_rel > ir->nsteps) ||
754                  ((multisim_nsteps >= 0) && (step_rel >= multisim_nsteps )));
755     while (!bLastStep || (bRerunMD && bNotLastFrame))
756     {
757
758         wallcycle_start(wcycle, ewcSTEP);
759
760         if (bRerunMD)
761         {
762             if (rerun_fr.bStep)
763             {
764                 step     = rerun_fr.step;
765                 step_rel = step - ir->init_step;
766             }
767             if (rerun_fr.bTime)
768             {
769                 t = rerun_fr.time;
770             }
771             else
772             {
773                 t = step;
774             }
775         }
776         else
777         {
778             bLastStep = (step_rel == ir->nsteps);
779             t         = t0 + step*ir->delta_t;
780         }
781
782         if (ir->efep != efepNO || ir->bSimTemp)
783         {
784             /* find and set the current lambdas.  If rerunning, we either read in a state, or a lambda value,
785                requiring different logic. */
786
787             set_current_lambdas(step, ir->fepvals, bRerunMD, &rerun_fr, state_global, state, lam0);
788             bDoDHDL      = do_per_step(step, ir->fepvals->nstdhdl);
789             bDoFEP       = (do_per_step(step, nstfep) && (ir->efep != efepNO));
790             bDoExpanded  = (do_per_step(step, ir->expandedvals->nstexpanded)
791                             && (ir->bExpanded) && (step > 0) && (!bStartingFromCpt));
792         }
793
794         bDoReplEx = ((repl_ex_nst > 0) && (step > 0) && !bLastStep &&
795                      do_per_step(step, repl_ex_nst));
796
797         if (bSimAnn)
798         {
799             update_annealing_target_temp(&(ir->opts), t);
800         }
801
802         if (bRerunMD)
803         {
804             if (!DOMAINDECOMP(cr) || MASTER(cr))
805             {
806                 for (i = 0; i < state_global->natoms; i++)
807                 {
808                     copy_rvec(rerun_fr.x[i], state_global->x[i]);
809                 }
810                 if (rerun_fr.bV)
811                 {
812                     for (i = 0; i < state_global->natoms; i++)
813                     {
814                         copy_rvec(rerun_fr.v[i], state_global->v[i]);
815                     }
816                 }
817                 else
818                 {
819                     for (i = 0; i < state_global->natoms; i++)
820                     {
821                         clear_rvec(state_global->v[i]);
822                     }
823                     if (bRerunWarnNoV)
824                     {
825                         fprintf(stderr, "\nWARNING: Some frames do not contain velocities.\n"
826                                 "         Ekin, temperature and pressure are incorrect,\n"
827                                 "         the virial will be incorrect when constraints are present.\n"
828                                 "\n");
829                         bRerunWarnNoV = FALSE;
830                     }
831                 }
832             }
833             copy_mat(rerun_fr.box, state_global->box);
834             copy_mat(state_global->box, state->box);
835
836             if (vsite && (Flags & MD_RERUN_VSITE))
837             {
838                 if (DOMAINDECOMP(cr))
839                 {
840                     gmx_fatal(FARGS, "Vsite recalculation with -rerun is not implemented with domain decomposition, use a single rank");
841                 }
842                 if (graph)
843                 {
844                     /* Following is necessary because the graph may get out of sync
845                      * with the coordinates if we only have every N'th coordinate set
846                      */
847                     mk_mshift(fplog, graph, fr->ePBC, state->box, state->x);
848                     shift_self(graph, state->box, state->x);
849                 }
850                 construct_vsites(vsite, state->x, ir->delta_t, state->v,
851                                  top->idef.iparams, top->idef.il,
852                                  fr->ePBC, fr->bMolPBC, cr, state->box);
853                 if (graph)
854                 {
855                     unshift_self(graph, state->box, state->x);
856                 }
857             }
858         }
859
860         /* Stop Center of Mass motion */
861         bStopCM = (ir->comm_mode != ecmNO && do_per_step(step, ir->nstcomm));
862
863         if (bRerunMD)
864         {
865             /* for rerun MD always do Neighbour Searching */
866             bNS      = (bFirstStep || ir->nstlist != 0);
867             bNStList = bNS;
868         }
869         else
870         {
871             /* Determine whether or not to do Neighbour Searching and LR */
872             bNStList = (ir->nstlist > 0  && step % ir->nstlist == 0);
873
874             bNS = (bFirstStep || bExchanged || bNeedRepartition || bNStList || bDoFEP ||
875                    (ir->nstlist == -1 && nlh.nabnsb > 0));
876
877             if (bNS && ir->nstlist == -1)
878             {
879                 set_nlistheuristics(&nlh, bFirstStep || bExchanged || bNeedRepartition || bDoFEP, step);
880             }
881         }
882
883         /* check whether we should stop because another simulation has
884            stopped. */
885         if (MULTISIM(cr))
886         {
887             if ( (multisim_nsteps >= 0) &&  (step_rel >= multisim_nsteps)  &&
888                  (multisim_nsteps != ir->nsteps) )
889             {
890                 if (bNS)
891                 {
892                     if (MASTER(cr))
893                     {
894                         fprintf(stderr,
895                                 "Stopping simulation %d because another one has finished\n",
896                                 cr->ms->sim);
897                     }
898                     bLastStep         = TRUE;
899                     gs.sig[eglsCHKPT] = 1;
900                 }
901             }
902         }
903
904         /* < 0 means stop at next step, > 0 means stop at next NS step */
905         if ( (gs.set[eglsSTOPCOND] < 0) ||
906              ( (gs.set[eglsSTOPCOND] > 0) && (bNStList || ir->nstlist == 0) ) )
907         {
908             bLastStep = TRUE;
909         }
910
911         /* Determine whether or not to update the Born radii if doing GB */
912         bBornRadii = bFirstStep;
913         if (ir->implicit_solvent && (step % ir->nstgbradii == 0))
914         {
915             bBornRadii = TRUE;
916         }
917
918         do_log     = do_per_step(step, ir->nstlog) || bFirstStep || bLastStep;
919         do_verbose = bVerbose &&
920             (step % stepout == 0 || bFirstStep || bLastStep);
921
922         if (bNS && !(bFirstStep && ir->bContinuation && !bRerunMD))
923         {
924             if (bRerunMD)
925             {
926                 bMasterState = TRUE;
927             }
928             else
929             {
930                 bMasterState = FALSE;
931                 /* Correct the new box if it is too skewed */
932                 if (DYNAMIC_BOX(*ir))
933                 {
934                     if (correct_box(fplog, step, state->box, graph))
935                     {
936                         bMasterState = TRUE;
937                     }
938                 }
939                 if (DOMAINDECOMP(cr) && bMasterState)
940                 {
941                     dd_collect_state(cr->dd, state, state_global);
942                 }
943             }
944
945             if (DOMAINDECOMP(cr))
946             {
947                 /* Repartition the domain decomposition */
948                 wallcycle_start(wcycle, ewcDOMDEC);
949                 dd_partition_system(fplog, step, cr,
950                                     bMasterState, nstglobalcomm,
951                                     state_global, top_global, ir,
952                                     state, &f, mdatoms, top, fr,
953                                     vsite, shellfc, constr,
954                                     nrnb, wcycle,
955                                     do_verbose && !bPMETuneRunning);
956                 wallcycle_stop(wcycle, ewcDOMDEC);
957                 /* If using an iterative integrator, reallocate space to match the decomposition */
958             }
959         }
960
961         if (MASTER(cr) && do_log)
962         {
963             print_ebin_header(fplog, step, t, state->lambda[efptFEP]); /* can we improve the information printed here? */
964         }
965
966         if (ir->efep != efepNO)
967         {
968             update_mdatoms(mdatoms, state->lambda[efptMASS]);
969         }
970
971         if ((bRerunMD && rerun_fr.bV) || bExchanged)
972         {
973
974             /* We need the kinetic energy at minus the half step for determining
975              * the full step kinetic energy and possibly for T-coupling.*/
976             /* This may not be quite working correctly yet . . . . */
977             compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
978                             wcycle, enerd, NULL, NULL, NULL, NULL, mu_tot,
979                             constr, NULL, FALSE, state->box,
980                             top_global, &bSumEkinhOld,
981                             CGLO_RERUNMD | CGLO_GSTAT | CGLO_TEMPERATURE);
982         }
983         clear_mat(force_vir);
984
985         /* We write a checkpoint at this MD step when:
986          * either at an NS step when we signalled through gs,
987          * or at the last step (but not when we do not want confout),
988          * but never at the first step or with rerun.
989          */
990         bCPT = (((gs.set[eglsCHKPT] && (bNS || ir->nstlist == 0)) ||
991                  (bLastStep && (Flags & MD_CONFOUT))) &&
992                 step > ir->init_step && !bRerunMD);
993         if (bCPT)
994         {
995             gs.set[eglsCHKPT] = 0;
996         }
997
998         /* Determine the energy and pressure:
999          * at nstcalcenergy steps and at energy output steps (set below).
1000          */
1001         if (EI_VV(ir->eI) && (!bInitStep))
1002         {
1003             /* for vv, the first half of the integration actually corresponds
1004                to the previous step.  bCalcEner is only required to be evaluated on the 'next' step,
1005                but the virial needs to be calculated on both the current step and the 'next' step. Future
1006                reorganization may be able to get rid of one of the bCalcVir=TRUE steps. */
1007
1008             bCalcEner = do_per_step(step-1, ir->nstcalcenergy);
1009             bCalcVir  = bCalcEner ||
1010                 (ir->epc != epcNO && (do_per_step(step, ir->nstpcouple) || do_per_step(step-1, ir->nstpcouple)));
1011         }
1012         else
1013         {
1014             bCalcEner = do_per_step(step, ir->nstcalcenergy);
1015             bCalcVir  = bCalcEner ||
1016                 (ir->epc != epcNO && do_per_step(step, ir->nstpcouple));
1017         }
1018
1019         /* Do we need global communication ? */
1020         bGStat = (bCalcVir || bCalcEner || bStopCM ||
1021                   do_per_step(step, nstglobalcomm) || (bVV && IR_NVT_TROTTER(ir) && do_per_step(step-1, nstglobalcomm)) ||
1022                   (ir->nstlist == -1 && !bRerunMD && step >= nlh.step_nscheck));
1023
1024         do_ene = (do_per_step(step, ir->nstenergy) || bLastStep);
1025
1026         if (do_ene || do_log || bDoReplEx)
1027         {
1028             bCalcVir  = TRUE;
1029             bCalcEner = TRUE;
1030             bGStat    = TRUE;
1031         }
1032
1033         /* these CGLO_ options remain the same throughout the iteration */
1034         cglo_flags = ((bRerunMD ? CGLO_RERUNMD : 0) |
1035                       (bGStat ? CGLO_GSTAT : 0)
1036                       );
1037
1038         force_flags = (GMX_FORCE_STATECHANGED |
1039                        ((DYNAMIC_BOX(*ir) || bRerunMD) ? GMX_FORCE_DYNAMICBOX : 0) |
1040                        GMX_FORCE_ALLFORCES |
1041                        GMX_FORCE_SEPLRF |
1042                        (bCalcVir ? GMX_FORCE_VIRIAL : 0) |
1043                        (bCalcEner ? GMX_FORCE_ENERGY : 0) |
1044                        (bDoFEP ? GMX_FORCE_DHDL : 0)
1045                        );
1046
1047         if (fr->bTwinRange)
1048         {
1049             if (do_per_step(step, ir->nstcalclr))
1050             {
1051                 force_flags |= GMX_FORCE_DO_LR;
1052             }
1053         }
1054
1055         if (shellfc)
1056         {
1057             /* Now is the time to relax the shells */
1058             count = relax_shell_flexcon(fplog, cr, bVerbose, step,
1059                                         ir, bNS, force_flags,
1060                                         top,
1061                                         constr, enerd, fcd,
1062                                         state, f, force_vir, mdatoms,
1063                                         nrnb, wcycle, graph, groups,
1064                                         shellfc, fr, bBornRadii, t, mu_tot,
1065                                         &bConverged, vsite,
1066                                         mdoutf_get_fp_field(outf));
1067             tcount += count;
1068
1069             if (bConverged)
1070             {
1071                 nconverged++;
1072             }
1073         }
1074         else
1075         {
1076             /* The coordinates (x) are shifted (to get whole molecules)
1077              * in do_force.
1078              * This is parallellized as well, and does communication too.
1079              * Check comments in sim_util.c
1080              */
1081             do_force(fplog, cr, ir, step, nrnb, wcycle, top, groups,
1082                      state->box, state->x, &state->hist,
1083                      f, force_vir, mdatoms, enerd, fcd,
1084                      state->lambda, graph,
1085                      fr, vsite, mu_tot, t, mdoutf_get_fp_field(outf), ed, bBornRadii,
1086                      (bNS ? GMX_FORCE_NS : 0) | force_flags);
1087         }
1088
1089         if (bVV && !bStartingFromCpt && !bRerunMD)
1090         /*  ############### START FIRST UPDATE HALF-STEP FOR VV METHODS############### */
1091         {
1092             if (ir->eI == eiVV && bInitStep)
1093             {
1094                 /* if using velocity verlet with full time step Ekin,
1095                  * take the first half step only to compute the
1096                  * virial for the first step. From there,
1097                  * revert back to the initial coordinates
1098                  * so that the input is actually the initial step.
1099                  */
1100                 copy_rvecn(state->v, cbuf, 0, state->natoms); /* should make this better for parallelizing? */
1101             }
1102             else
1103             {
1104                 /* this is for NHC in the Ekin(t+dt/2) version of vv */
1105                 trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ1);
1106             }
1107
1108             /* If we are using twin-range interactions where the long-range component
1109              * is only evaluated every nstcalclr>1 steps, we should do a special update
1110              * step to combine the long-range forces on these steps.
1111              * For nstcalclr=1 this is not done, since the forces would have been added
1112              * directly to the short-range forces already.
1113              *
1114              * TODO Remove various aspects of VV+twin-range in master
1115              * branch, because VV integrators did not ever support
1116              * twin-range multiple time stepping with constraints.
1117              */
1118             bUpdateDoLR = (fr->bTwinRange && do_per_step(step, ir->nstcalclr));
1119
1120             update_coords(fplog, step, ir, mdatoms, state, fr->bMolPBC,
1121                           f, bUpdateDoLR, fr->f_twin, bCalcVir ? &fr->vir_twin_constr : NULL, fcd,
1122                           ekind, M, upd, bInitStep, etrtVELOCITY1,
1123                           cr, nrnb, constr, &top->idef);
1124
1125             if (bIterativeCase && do_per_step(step-1, ir->nstpcouple) && !bInitStep)
1126             {
1127                 gmx_iterate_init(&iterate, TRUE);
1128             }
1129             /* for iterations, we save these vectors, as we will be self-consistently iterating
1130                the calculations */
1131
1132             /*#### UPDATE EXTENDED VARIABLES IN TROTTER FORMULATION */
1133
1134             /* save the state */
1135             if (iterate.bIterationActive)
1136             {
1137                 copy_coupling_state(state, bufstate, ekind, ekind_save, &(ir->opts));
1138             }
1139
1140             bFirstIterate = TRUE;
1141             while (bFirstIterate || iterate.bIterationActive)
1142             {
1143                 if (iterate.bIterationActive)
1144                 {
1145                     copy_coupling_state(bufstate, state, ekind_save, ekind, &(ir->opts));
1146                     if (bFirstIterate && bTrotter)
1147                     {
1148                         /* The first time through, we need a decent first estimate
1149                            of veta(t+dt) to compute the constraints.  Do
1150                            this by computing the box volume part of the
1151                            trotter integration at this time. Nothing else
1152                            should be changed by this routine here.  If
1153                            !(first time), we start with the previous value
1154                            of veta.  */
1155
1156                         veta_save = state->veta;
1157                         trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ0);
1158                         vetanew     = state->veta;
1159                         state->veta = veta_save;
1160                     }
1161                 }
1162
1163                 bOK = TRUE;
1164                 if (!bRerunMD || rerun_fr.bV || bForceUpdate)     /* Why is rerun_fr.bV here?  Unclear. */
1165                 {
1166                     update_constraints(fplog, step, NULL, ir, ekind, mdatoms,
1167                                        state, fr->bMolPBC, graph, f,
1168                                        &top->idef, shake_vir,
1169                                        cr, nrnb, wcycle, upd, constr,
1170                                        TRUE, bCalcVir, vetanew);
1171
1172                     if (bCalcVir && bUpdateDoLR && ir->nstcalclr > 1)
1173                     {
1174                         /* Correct the virial for multiple time stepping */
1175                         m_sub(shake_vir, fr->vir_twin_constr, shake_vir);
1176                     }
1177
1178                     if (!bOK)
1179                     {
1180                         gmx_fatal(FARGS, "Constraint error: Shake, Lincs or Settle could not solve the constrains");
1181                     }
1182
1183                 }
1184                 else if (graph)
1185                 {
1186                     /* Need to unshift here if a do_force has been
1187                        called in the previous step */
1188                     unshift_self(graph, state->box, state->x);
1189                 }
1190
1191                 /* if VV, compute the pressure and constraints */
1192                 /* For VV2, we strictly only need this if using pressure
1193                  * control, but we really would like to have accurate pressures
1194                  * printed out.
1195                  * Think about ways around this in the future?
1196                  * For now, keep this choice in comments.
1197                  */
1198                 /*bPres = (ir->eI==eiVV || IR_NPT_TROTTER(ir)); */
1199                 /*bTemp = ((ir->eI==eiVV &&(!bInitStep)) || (ir->eI==eiVVAK && IR_NPT_TROTTER(ir)));*/
1200                 bPres = TRUE;
1201                 bTemp = ((ir->eI == eiVV && (!bInitStep)) || (ir->eI == eiVVAK));
1202                 if (bCalcEner && ir->eI == eiVVAK)  /*MRS:  7/9/2010 -- this still doesn't fix it?*/
1203                 {
1204                     bSumEkinhOld = TRUE;
1205                 }
1206                 /* for vv, the first half of the integration actually corresponds to the previous step.
1207                    So we need information from the last step in the first half of the integration */
1208                 if (bGStat || do_per_step(step-1, nstglobalcomm))
1209                 {
1210                     compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
1211                                     wcycle, enerd, force_vir, shake_vir, total_vir, pres, mu_tot,
1212                                     constr, NULL, FALSE, state->box,
1213                                     top_global, &bSumEkinhOld,
1214                                     cglo_flags
1215                                     | CGLO_ENERGY
1216                                     | (bTemp ? CGLO_TEMPERATURE : 0)
1217                                     | (bPres ? CGLO_PRESSURE : 0)
1218                                     | (bPres ? CGLO_CONSTRAINT : 0)
1219                                     | ((iterate.bIterationActive) ? CGLO_ITERATE : 0)
1220                                     | (bFirstIterate ? CGLO_FIRSTITERATE : 0)
1221                                     | CGLO_SCALEEKIN
1222                                     );
1223                     /* explanation of above:
1224                        a) We compute Ekin at the full time step
1225                        if 1) we are using the AveVel Ekin, and it's not the
1226                        initial step, or 2) if we are using AveEkin, but need the full
1227                        time step kinetic energy for the pressure (always true now, since we want accurate statistics).
1228                        b) If we are using EkinAveEkin for the kinetic energy for the temperature control, we still feed in
1229                        EkinAveVel because it's needed for the pressure */
1230                 }
1231                 /* temperature scaling and pressure scaling to produce the extended variables at t+dt */
1232                 if (!bInitStep)
1233                 {
1234                     if (bTrotter)
1235                     {
1236                         m_add(force_vir, shake_vir, total_vir); /* we need the un-dispersion corrected total vir here */
1237                         trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ2);
1238                     }
1239                     else
1240                     {
1241                         if (bExchanged)
1242                         {
1243
1244                             /* We need the kinetic energy at minus the half step for determining
1245                              * the full step kinetic energy and possibly for T-coupling.*/
1246                             /* This may not be quite working correctly yet . . . . */
1247                             compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
1248                                             wcycle, enerd, NULL, NULL, NULL, NULL, mu_tot,
1249                                             constr, NULL, FALSE, state->box,
1250                                             top_global, &bSumEkinhOld,
1251                                             CGLO_RERUNMD | CGLO_GSTAT | CGLO_TEMPERATURE);
1252                         }
1253                     }
1254                 }
1255
1256                 if (iterate.bIterationActive &&
1257                     done_iterating(cr, fplog, step, &iterate, bFirstIterate,
1258                                    state->veta, &vetanew))
1259                 {
1260                     break;
1261                 }
1262                 bFirstIterate = FALSE;
1263             }
1264
1265             if (bTrotter && !bInitStep)
1266             {
1267                 copy_mat(shake_vir, state->svir_prev);
1268                 copy_mat(force_vir, state->fvir_prev);
1269                 if (IR_NVT_TROTTER(ir) && ir->eI == eiVV)
1270                 {
1271                     /* update temperature and kinetic energy now that step is over - this is the v(t+dt) point */
1272                     enerd->term[F_TEMP] = sum_ekin(&(ir->opts), ekind, NULL, (ir->eI == eiVV), FALSE);
1273                     enerd->term[F_EKIN] = trace(ekind->ekin);
1274                 }
1275             }
1276             /* if it's the initial step, we performed this first step just to get the constraint virial */
1277             if (bInitStep && ir->eI == eiVV)
1278             {
1279                 copy_rvecn(cbuf, state->v, 0, state->natoms);
1280             }
1281         }
1282
1283         /* MRS -- now done iterating -- compute the conserved quantity */
1284         if (bVV)
1285         {
1286             saved_conserved_quantity = compute_conserved_from_auxiliary(ir, state, &MassQ);
1287             if (ir->eI == eiVV)
1288             {
1289                 last_ekin = enerd->term[F_EKIN];
1290             }
1291             if ((ir->eDispCorr != edispcEnerPres) && (ir->eDispCorr != edispcAllEnerPres))
1292             {
1293                 saved_conserved_quantity -= enerd->term[F_DISPCORR];
1294             }
1295             /* sum up the foreign energy and dhdl terms for vv.  currently done every step so that dhdl is correct in the .edr */
1296             if (!bRerunMD)
1297             {
1298                 sum_dhdl(enerd, state->lambda, ir->fepvals);
1299             }
1300         }
1301
1302         /* ########  END FIRST UPDATE STEP  ############## */
1303         /* ########  If doing VV, we now have v(dt) ###### */
1304         if (bDoExpanded)
1305         {
1306             /* perform extended ensemble sampling in lambda - we don't
1307                actually move to the new state before outputting
1308                statistics, but if performing simulated tempering, we
1309                do update the velocities and the tau_t. */
1310
1311             lamnew = ExpandedEnsembleDynamics(fplog, ir, enerd, state, &MassQ, state->fep_state, &state->dfhist, step, state->v, mdatoms);
1312             /* history is maintained in state->dfhist, but state_global is what is sent to trajectory and log output */
1313             copy_df_history(&state_global->dfhist, &state->dfhist);
1314         }
1315
1316         /* Now we have the energies and forces corresponding to the
1317          * coordinates at time t. We must output all of this before
1318          * the update.
1319          */
1320         do_md_trajectory_writing(fplog, cr, nfile, fnm, step, step_rel, t,
1321                                  ir, state, state_global, top_global, fr,
1322                                  outf, mdebin, ekind, f, f_global,
1323                                  wcycle, &nchkpt,
1324                                  bCPT, bRerunMD, bLastStep, (Flags & MD_CONFOUT),
1325                                  bSumEkinhOld);
1326         /* Check if IMD step and do IMD communication, if bIMD is TRUE. */
1327         bIMDstep = do_IMD(ir->bIMD, step, cr, bNS, state->box, state->x, ir, t, wcycle);
1328
1329         /* kludge -- virial is lost with restart for NPT control. Must restart */
1330         if (bStartingFromCpt && bVV)
1331         {
1332             copy_mat(state->svir_prev, shake_vir);
1333             copy_mat(state->fvir_prev, force_vir);
1334         }
1335
1336         elapsed_time = walltime_accounting_get_current_elapsed_time(walltime_accounting);
1337
1338         /* Check whether everything is still allright */
1339         if (((int)gmx_get_stop_condition() > handled_stop_condition)
1340 #ifdef GMX_THREAD_MPI
1341             && MASTER(cr)
1342 #endif
1343             )
1344         {
1345             /* this is just make gs.sig compatible with the hack
1346                of sending signals around by MPI_Reduce with together with
1347                other floats */
1348             if (gmx_get_stop_condition() == gmx_stop_cond_next_ns)
1349             {
1350                 gs.sig[eglsSTOPCOND] = 1;
1351             }
1352             if (gmx_get_stop_condition() == gmx_stop_cond_next)
1353             {
1354                 gs.sig[eglsSTOPCOND] = -1;
1355             }
1356             /* < 0 means stop at next step, > 0 means stop at next NS step */
1357             if (fplog)
1358             {
1359                 fprintf(fplog,
1360                         "\n\nReceived the %s signal, stopping at the next %sstep\n\n",
1361                         gmx_get_signal_name(),
1362                         gs.sig[eglsSTOPCOND] == 1 ? "NS " : "");
1363                 fflush(fplog);
1364             }
1365             fprintf(stderr,
1366                     "\n\nReceived the %s signal, stopping at the next %sstep\n\n",
1367                     gmx_get_signal_name(),
1368                     gs.sig[eglsSTOPCOND] == 1 ? "NS " : "");
1369             fflush(stderr);
1370             handled_stop_condition = (int)gmx_get_stop_condition();
1371         }
1372         else if (MASTER(cr) && (bNS || ir->nstlist <= 0) &&
1373                  (max_hours > 0 && elapsed_time > max_hours*60.0*60.0*0.99) &&
1374                  gs.sig[eglsSTOPCOND] == 0 && gs.set[eglsSTOPCOND] == 0)
1375         {
1376             /* Signal to terminate the run */
1377             gs.sig[eglsSTOPCOND] = 1;
1378             if (fplog)
1379             {
1380                 fprintf(fplog, "\nStep %s: Run time exceeded %.3f hours, will terminate the run\n", gmx_step_str(step, sbuf), max_hours*0.99);
1381             }
1382             fprintf(stderr, "\nStep %s: Run time exceeded %.3f hours, will terminate the run\n", gmx_step_str(step, sbuf), max_hours*0.99);
1383         }
1384
1385         if (bResetCountersHalfMaxH && MASTER(cr) &&
1386             elapsed_time > max_hours*60.0*60.0*0.495)
1387         {
1388             gs.sig[eglsRESETCOUNTERS] = 1;
1389         }
1390
1391         if (ir->nstlist == -1 && !bRerunMD)
1392         {
1393             /* When bGStatEveryStep=FALSE, global_stat is only called
1394              * when we check the atom displacements, not at NS steps.
1395              * This means that also the bonded interaction count check is not
1396              * performed immediately after NS. Therefore a few MD steps could
1397              * be performed with missing interactions.
1398              * But wrong energies are never written to file,
1399              * since energies are only written after global_stat
1400              * has been called.
1401              */
1402             if (step >= nlh.step_nscheck)
1403             {
1404                 nlh.nabnsb = natoms_beyond_ns_buffer(ir, fr, &top->cgs,
1405                                                      nlh.scale_tot, state->x);
1406             }
1407             else
1408             {
1409                 /* This is not necessarily true,
1410                  * but step_nscheck is determined quite conservatively.
1411                  */
1412                 nlh.nabnsb = 0;
1413             }
1414         }
1415
1416         /* In parallel we only have to check for checkpointing in steps
1417          * where we do global communication,
1418          *  otherwise the other nodes don't know.
1419          */
1420         if (MASTER(cr) && ((bGStat || !PAR(cr)) &&
1421                            cpt_period >= 0 &&
1422                            (cpt_period == 0 ||
1423                             elapsed_time >= nchkpt*cpt_period*60.0)) &&
1424             gs.set[eglsCHKPT] == 0)
1425         {
1426             gs.sig[eglsCHKPT] = 1;
1427         }
1428
1429         /* at the start of step, randomize or scale the velocities (trotter done elsewhere) */
1430         if (EI_VV(ir->eI))
1431         {
1432             if (!bInitStep)
1433             {
1434                 update_tcouple(step, ir, state, ekind, &MassQ, mdatoms);
1435             }
1436             if (ETC_ANDERSEN(ir->etc)) /* keep this outside of update_tcouple because of the extra info required to pass */
1437             {
1438                 gmx_bool bIfRandomize;
1439                 bIfRandomize = update_randomize_velocities(ir, step, cr, mdatoms, state, upd, constr);
1440                 /* if we have constraints, we have to remove the kinetic energy parallel to the bonds */
1441                 if (constr && bIfRandomize)
1442                 {
1443                     update_constraints(fplog, step, NULL, ir, ekind, mdatoms,
1444                                        state, fr->bMolPBC, graph, f,
1445                                        &top->idef, tmp_vir,
1446                                        cr, nrnb, wcycle, upd, constr,
1447                                        TRUE, bCalcVir, vetanew);
1448                 }
1449             }
1450         }
1451
1452         if (bIterativeCase && do_per_step(step, ir->nstpcouple))
1453         {
1454             gmx_iterate_init(&iterate, TRUE);
1455             /* for iterations, we save these vectors, as we will be redoing the calculations */
1456             copy_coupling_state(state, bufstate, ekind, ekind_save, &(ir->opts));
1457         }
1458
1459         bFirstIterate = TRUE;
1460         while (bFirstIterate || iterate.bIterationActive)
1461         {
1462             /* We now restore these vectors to redo the calculation with improved extended variables */
1463             if (iterate.bIterationActive)
1464             {
1465                 copy_coupling_state(bufstate, state, ekind_save, ekind, &(ir->opts));
1466             }
1467
1468             /* We make the decision to break or not -after- the calculation of Ekin and Pressure,
1469                so scroll down for that logic */
1470
1471             /* #########   START SECOND UPDATE STEP ################# */
1472             /* Box is changed in update() when we do pressure coupling,
1473              * but we should still use the old box for energy corrections and when
1474              * writing it to the energy file, so it matches the trajectory files for
1475              * the same timestep above. Make a copy in a separate array.
1476              */
1477             copy_mat(state->box, lastbox);
1478
1479             bOK         = TRUE;
1480             dvdl_constr = 0;
1481
1482             if (!(bRerunMD && !rerun_fr.bV && !bForceUpdate))
1483             {
1484                 wallcycle_start(wcycle, ewcUPDATE);
1485                 /* UPDATE PRESSURE VARIABLES IN TROTTER FORMULATION WITH CONSTRAINTS */
1486                 if (bTrotter)
1487                 {
1488                     if (iterate.bIterationActive)
1489                     {
1490                         if (bFirstIterate)
1491                         {
1492                             scalevir = 1;
1493                         }
1494                         else
1495                         {
1496                             /* we use a new value of scalevir to converge the iterations faster */
1497                             scalevir = tracevir/trace(shake_vir);
1498                         }
1499                         msmul(shake_vir, scalevir, shake_vir);
1500                         m_add(force_vir, shake_vir, total_vir);
1501                         clear_mat(shake_vir);
1502                     }
1503                     trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ3);
1504                     /* We can only do Berendsen coupling after we have summed
1505                      * the kinetic energy or virial. Since the happens
1506                      * in global_state after update, we should only do it at
1507                      * step % nstlist = 1 with bGStatEveryStep=FALSE.
1508                      */
1509                 }
1510                 else
1511                 {
1512                     update_tcouple(step, ir, state, ekind, &MassQ, mdatoms);
1513                     update_pcouple(fplog, step, ir, state, pcoupl_mu, M, bInitStep);
1514                 }
1515
1516                 if (bVV)
1517                 {
1518                     bUpdateDoLR = (fr->bTwinRange && do_per_step(step, ir->nstcalclr));
1519
1520                     /* velocity half-step update */
1521                     update_coords(fplog, step, ir, mdatoms, state, fr->bMolPBC, f,
1522                                   bUpdateDoLR, fr->f_twin, bCalcVir ? &fr->vir_twin_constr : NULL, fcd,
1523                                   ekind, M, upd, FALSE, etrtVELOCITY2,
1524                                   cr, nrnb, constr, &top->idef);
1525                 }
1526
1527                 /* Above, initialize just copies ekinh into ekin,
1528                  * it doesn't copy position (for VV),
1529                  * and entire integrator for MD.
1530                  */
1531
1532                 if (ir->eI == eiVVAK)
1533                 {
1534                     copy_rvecn(state->x, cbuf, 0, state->natoms);
1535                 }
1536                 bUpdateDoLR = (fr->bTwinRange && do_per_step(step, ir->nstcalclr));
1537
1538                 update_coords(fplog, step, ir, mdatoms, state, fr->bMolPBC, f,
1539                               bUpdateDoLR, fr->f_twin, bCalcVir ? &fr->vir_twin_constr : NULL, fcd,
1540                               ekind, M, upd, bInitStep, etrtPOSITION, cr, nrnb, constr, &top->idef);
1541                 wallcycle_stop(wcycle, ewcUPDATE);
1542
1543                 update_constraints(fplog, step, &dvdl_constr, ir, ekind, mdatoms, state,
1544                                    fr->bMolPBC, graph, f,
1545                                    &top->idef, shake_vir,
1546                                    cr, nrnb, wcycle, upd, constr,
1547                                    FALSE, bCalcVir, state->veta);
1548
1549                 if (bCalcVir && bUpdateDoLR && ir->nstcalclr > 1)
1550                 {
1551                     /* Correct the virial for multiple time stepping */
1552                     m_sub(shake_vir, fr->vir_twin_constr, shake_vir);
1553                 }
1554
1555                 if (ir->eI == eiVVAK)
1556                 {
1557                     /* erase F_EKIN and F_TEMP here? */
1558                     /* just compute the kinetic energy at the half step to perform a trotter step */
1559                     compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
1560                                     wcycle, enerd, force_vir, shake_vir, total_vir, pres, mu_tot,
1561                                     constr, NULL, FALSE, lastbox,
1562                                     top_global, &bSumEkinhOld,
1563                                     cglo_flags | CGLO_TEMPERATURE
1564                                     );
1565                     wallcycle_start(wcycle, ewcUPDATE);
1566                     trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ4);
1567                     /* now we know the scaling, we can compute the positions again again */
1568                     copy_rvecn(cbuf, state->x, 0, state->natoms);
1569
1570                     bUpdateDoLR = (fr->bTwinRange && do_per_step(step, ir->nstcalclr));
1571
1572                     update_coords(fplog, step, ir, mdatoms, state, fr->bMolPBC, f,
1573                                   bUpdateDoLR, fr->f_twin, bCalcVir ? &fr->vir_twin_constr : NULL, fcd,
1574                                   ekind, M, upd, bInitStep, etrtPOSITION, cr, nrnb, constr, &top->idef);
1575                     wallcycle_stop(wcycle, ewcUPDATE);
1576
1577                     /* do we need an extra constraint here? just need to copy out of state->v to upd->xp? */
1578                     /* are the small terms in the shake_vir here due
1579                      * to numerical errors, or are they important
1580                      * physically? I'm thinking they are just errors, but not completely sure.
1581                      * For now, will call without actually constraining, constr=NULL*/
1582                     update_constraints(fplog, step, NULL, ir, ekind, mdatoms,
1583                                        state, fr->bMolPBC, graph, f,
1584                                        &top->idef, tmp_vir,
1585                                        cr, nrnb, wcycle, upd, NULL,
1586                                        FALSE, bCalcVir,
1587                                        state->veta);
1588                 }
1589                 if (!bOK)
1590                 {
1591                     gmx_fatal(FARGS, "Constraint error: Shake, Lincs or Settle could not solve the constrains");
1592                 }
1593
1594                 if (fr->bSepDVDL && fplog && do_log)
1595                 {
1596                     gmx_print_sepdvdl(fplog, "Constraint dV/dl", 0.0, dvdl_constr);
1597                 }
1598                 if (bVV)
1599                 {
1600                     /* this factor or 2 correction is necessary
1601                        because half of the constraint force is removed
1602                        in the vv step, so we have to double it.  See
1603                        the Redmine issue #1255.  It is not yet clear
1604                        if the factor of 2 is exact, or just a very
1605                        good approximation, and this will be
1606                        investigated.  The next step is to see if this
1607                        can be done adding a dhdl contribution from the
1608                        rattle step, but this is somewhat more
1609                        complicated with the current code. Will be
1610                        investigated, hopefully for 4.6.3. However,
1611                        this current solution is much better than
1612                        having it completely wrong.
1613                      */
1614                     enerd->term[F_DVDL_CONSTR] += 2*dvdl_constr;
1615                 }
1616                 else
1617                 {
1618                     enerd->term[F_DVDL_CONSTR] += dvdl_constr;
1619                 }
1620             }
1621             else if (graph)
1622             {
1623                 /* Need to unshift here */
1624                 unshift_self(graph, state->box, state->x);
1625             }
1626
1627             if (vsite != NULL)
1628             {
1629                 wallcycle_start(wcycle, ewcVSITECONSTR);
1630                 if (graph != NULL)
1631                 {
1632                     shift_self(graph, state->box, state->x);
1633                 }
1634                 construct_vsites(vsite, state->x, ir->delta_t, state->v,
1635                                  top->idef.iparams, top->idef.il,
1636                                  fr->ePBC, fr->bMolPBC, cr, state->box);
1637
1638                 if (graph != NULL)
1639                 {
1640                     unshift_self(graph, state->box, state->x);
1641                 }
1642                 wallcycle_stop(wcycle, ewcVSITECONSTR);
1643             }
1644
1645             /* ############## IF NOT VV, Calculate globals HERE, also iterate constraints  ############ */
1646             /* With Leap-Frog we can skip compute_globals at
1647              * non-communication steps, but we need to calculate
1648              * the kinetic energy one step before communication.
1649              */
1650             if (bGStat || (!EI_VV(ir->eI) && do_per_step(step+1, nstglobalcomm)))
1651             {
1652                 if (ir->nstlist == -1 && bFirstIterate)
1653                 {
1654                     gs.sig[eglsNABNSB] = nlh.nabnsb;
1655                 }
1656                 compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
1657                                 wcycle, enerd, force_vir, shake_vir, total_vir, pres, mu_tot,
1658                                 constr,
1659                                 bFirstIterate ? &gs : NULL,
1660                                 (step_rel % gs.nstms == 0) &&
1661                                 (multisim_nsteps < 0 || (step_rel < multisim_nsteps)),
1662                                 lastbox,
1663                                 top_global, &bSumEkinhOld,
1664                                 cglo_flags
1665                                 | (!EI_VV(ir->eI) || bRerunMD ? CGLO_ENERGY : 0)
1666                                 | (!EI_VV(ir->eI) && bStopCM ? CGLO_STOPCM : 0)
1667                                 | (!EI_VV(ir->eI) ? CGLO_TEMPERATURE : 0)
1668                                 | (!EI_VV(ir->eI) || bRerunMD ? CGLO_PRESSURE : 0)
1669                                 | (iterate.bIterationActive ? CGLO_ITERATE : 0)
1670                                 | (bFirstIterate ? CGLO_FIRSTITERATE : 0)
1671                                 | CGLO_CONSTRAINT
1672                                 );
1673                 if (ir->nstlist == -1 && bFirstIterate)
1674                 {
1675                     nlh.nabnsb         = gs.set[eglsNABNSB];
1676                     gs.set[eglsNABNSB] = 0;
1677                 }
1678             }
1679             /* bIterate is set to keep it from eliminating the old ekin kinetic energy terms */
1680             /* #############  END CALC EKIN AND PRESSURE ################# */
1681
1682             /* Note: this is OK, but there are some numerical precision issues with using the convergence of
1683                the virial that should probably be addressed eventually. state->veta has better properies,
1684                but what we actually need entering the new cycle is the new shake_vir value. Ideally, we could
1685                generate the new shake_vir, but test the veta value for convergence.  This will take some thought. */
1686
1687             if (iterate.bIterationActive &&
1688                 done_iterating(cr, fplog, step, &iterate, bFirstIterate,
1689                                trace(shake_vir), &tracevir))
1690             {
1691                 break;
1692             }
1693             bFirstIterate = FALSE;
1694         }
1695
1696         if (!bVV || bRerunMD)
1697         {
1698             /* sum up the foreign energy and dhdl terms for md and sd. currently done every step so that dhdl is correct in the .edr */
1699             sum_dhdl(enerd, state->lambda, ir->fepvals);
1700         }
1701         update_box(fplog, step, ir, mdatoms, state, f,
1702                    ir->nstlist == -1 ? &nlh.scale_tot : NULL, pcoupl_mu, nrnb, upd);
1703
1704         /* ################# END UPDATE STEP 2 ################# */
1705         /* #### We now have r(t+dt) and v(t+dt/2)  ############# */
1706
1707         /* The coordinates (x) were unshifted in update */
1708         if (!bGStat)
1709         {
1710             /* We will not sum ekinh_old,
1711              * so signal that we still have to do it.
1712              */
1713             bSumEkinhOld = TRUE;
1714         }
1715
1716         /* #########  BEGIN PREPARING EDR OUTPUT  ###########  */
1717
1718         /* use the directly determined last velocity, not actually the averaged half steps */
1719         if (bTrotter && ir->eI == eiVV)
1720         {
1721             enerd->term[F_EKIN] = last_ekin;
1722         }
1723         enerd->term[F_ETOT] = enerd->term[F_EPOT] + enerd->term[F_EKIN];
1724
1725         if (bVV)
1726         {
1727             enerd->term[F_ECONSERVED] = enerd->term[F_ETOT] + saved_conserved_quantity;
1728         }
1729         else
1730         {
1731             enerd->term[F_ECONSERVED] = enerd->term[F_ETOT] + compute_conserved_from_auxiliary(ir, state, &MassQ);
1732         }
1733         /* #########  END PREPARING EDR OUTPUT  ###########  */
1734
1735         /* Output stuff */
1736         if (MASTER(cr))
1737         {
1738             gmx_bool do_dr, do_or;
1739
1740             if (fplog && do_log && bDoExpanded)
1741             {
1742                 /* only needed if doing expanded ensemble */
1743                 PrintFreeEnergyInfoToFile(fplog, ir->fepvals, ir->expandedvals, ir->bSimTemp ? ir->simtempvals : NULL,
1744                                           &state_global->dfhist, state->fep_state, ir->nstlog, step);
1745             }
1746             if (!(bStartingFromCpt && (EI_VV(ir->eI))))
1747             {
1748                 if (bCalcEner)
1749                 {
1750                     upd_mdebin(mdebin, bDoDHDL, TRUE,
1751                                t, mdatoms->tmass, enerd, state,
1752                                ir->fepvals, ir->expandedvals, lastbox,
1753                                shake_vir, force_vir, total_vir, pres,
1754                                ekind, mu_tot, constr);
1755                 }
1756                 else
1757                 {
1758                     upd_mdebin_step(mdebin);
1759                 }
1760
1761                 do_dr  = do_per_step(step, ir->nstdisreout);
1762                 do_or  = do_per_step(step, ir->nstorireout);
1763
1764                 print_ebin(mdoutf_get_fp_ene(outf), do_ene, do_dr, do_or, do_log ? fplog : NULL,
1765                            step, t,
1766                            eprNORMAL, bCompact, mdebin, fcd, groups, &(ir->opts));
1767             }
1768             if (ir->ePull != epullNO)
1769             {
1770                 pull_print_output(ir->pull, step, t);
1771             }
1772
1773             if (do_per_step(step, ir->nstlog))
1774             {
1775                 if (fflush(fplog) != 0)
1776                 {
1777                     gmx_fatal(FARGS, "Cannot flush logfile - maybe you are out of disk space?");
1778                 }
1779             }
1780         }
1781         if (bDoExpanded)
1782         {
1783             /* Have to do this part _after_ outputting the logfile and the edr file */
1784             /* Gets written into the state at the beginning of next loop*/
1785             state->fep_state = lamnew;
1786         }
1787         /* Print the remaining wall clock time for the run */
1788         if (MULTIMASTER(cr) && (do_verbose || gmx_got_usr_signal()) && !bPMETuneRunning)
1789         {
1790             if (shellfc)
1791             {
1792                 fprintf(stderr, "\n");
1793             }
1794             print_time(stderr, walltime_accounting, step, ir, cr);
1795         }
1796
1797         /* Ion/water position swapping.
1798          * Not done in last step since trajectory writing happens before this call
1799          * in the MD loop and exchanges would be lost anyway. */
1800         bNeedRepartition = FALSE;
1801         if ((ir->eSwapCoords != eswapNO) && (step > 0) && !bLastStep &&
1802             do_per_step(step, ir->swap->nstswap))
1803         {
1804             bNeedRepartition = do_swapcoords(cr, step, t, ir, wcycle,
1805                                              bRerunMD ? rerun_fr.x   : state->x,
1806                                              bRerunMD ? rerun_fr.box : state->box,
1807                                              top_global, MASTER(cr) && bVerbose, bRerunMD);
1808
1809             if (bNeedRepartition && DOMAINDECOMP(cr))
1810             {
1811                 dd_collect_state(cr->dd, state, state_global);
1812             }
1813         }
1814
1815         /* Replica exchange */
1816         bExchanged = FALSE;
1817         if (bDoReplEx)
1818         {
1819             bExchanged = replica_exchange(fplog, cr, repl_ex,
1820                                           state_global, enerd,
1821                                           state, step, t);
1822         }
1823
1824         if ( (bExchanged || bNeedRepartition) && DOMAINDECOMP(cr) )
1825         {
1826             dd_partition_system(fplog, step, cr, TRUE, 1,
1827                                 state_global, top_global, ir,
1828                                 state, &f, mdatoms, top, fr,
1829                                 vsite, shellfc, constr,
1830                                 nrnb, wcycle, FALSE);
1831         }
1832
1833         bFirstStep       = FALSE;
1834         bInitStep        = FALSE;
1835         bStartingFromCpt = FALSE;
1836
1837         /* #######  SET VARIABLES FOR NEXT ITERATION IF THEY STILL NEED IT ###### */
1838         /* With all integrators, except VV, we need to retain the pressure
1839          * at the current step for coupling at the next step.
1840          */
1841         if ((state->flags & (1<<estPRES_PREV)) &&
1842             (bGStatEveryStep ||
1843              (ir->nstpcouple > 0 && step % ir->nstpcouple == 0)))
1844         {
1845             /* Store the pressure in t_state for pressure coupling
1846              * at the next MD step.
1847              */
1848             copy_mat(pres, state->pres_prev);
1849         }
1850
1851         /* #######  END SET VARIABLES FOR NEXT ITERATION ###### */
1852
1853         if ( (membed != NULL) && (!bLastStep) )
1854         {
1855             rescale_membed(step_rel, membed, state_global->x);
1856         }
1857
1858         if (bRerunMD)
1859         {
1860             if (MASTER(cr))
1861             {
1862                 /* read next frame from input trajectory */
1863                 bNotLastFrame = read_next_frame(oenv, status, &rerun_fr);
1864             }
1865
1866             if (PAR(cr))
1867             {
1868                 rerun_parallel_comm(cr, &rerun_fr, &bNotLastFrame);
1869             }
1870         }
1871
1872         if (!bRerunMD || !rerun_fr.bStep)
1873         {
1874             /* increase the MD step number */
1875             step++;
1876             step_rel++;
1877         }
1878
1879         cycles = wallcycle_stop(wcycle, ewcSTEP);
1880         if (DOMAINDECOMP(cr) && wcycle)
1881         {
1882             dd_cycles_add(cr->dd, cycles, ddCyclStep);
1883         }
1884
1885         if (bPMETuneRunning || bPMETuneTry)
1886         {
1887             /* PME grid + cut-off optimization with GPUs or PME nodes */
1888
1889             /* Count the total cycles over the last steps */
1890             cycles_pmes += cycles;
1891
1892             /* We can only switch cut-off at NS steps */
1893             if (step % ir->nstlist == 0)
1894             {
1895                 /* PME grid + cut-off optimization with GPUs or PME nodes */
1896                 if (bPMETuneTry)
1897                 {
1898                     if (DDMASTER(cr->dd))
1899                     {
1900                         /* PME node load is too high, start tuning */
1901                         bPMETuneRunning = (dd_pme_f_ratio(cr->dd) >= 1.05);
1902                     }
1903                     dd_bcast(cr->dd, sizeof(gmx_bool), &bPMETuneRunning);
1904
1905                     if (bPMETuneRunning || step_rel > ir->nstlist*50)
1906                     {
1907                         bPMETuneTry     = FALSE;
1908                     }
1909                 }
1910                 if (bPMETuneRunning)
1911                 {
1912                     /* init_step might not be a multiple of nstlist,
1913                      * but the first cycle is always skipped anyhow.
1914                      */
1915                     bPMETuneRunning =
1916                         pme_load_balance(pme_loadbal, cr,
1917                                          (bVerbose && MASTER(cr)) ? stderr : NULL,
1918                                          fplog,
1919                                          ir, state, cycles_pmes,
1920                                          fr->ic, fr->nbv, &fr->pmedata,
1921                                          step);
1922
1923                     /* Update constants in forcerec/inputrec to keep them in sync with fr->ic */
1924                     fr->ewaldcoeff_q  = fr->ic->ewaldcoeff_q;
1925                     fr->ewaldcoeff_lj = fr->ic->ewaldcoeff_lj;
1926                     fr->rlist         = fr->ic->rlist;
1927                     fr->rlistlong     = fr->ic->rlistlong;
1928                     fr->rcoulomb      = fr->ic->rcoulomb;
1929                     fr->rvdw          = fr->ic->rvdw;
1930
1931                     if (ir->eDispCorr != edispcNO)
1932                     {
1933                         calc_enervirdiff(NULL, ir->eDispCorr, fr);
1934                     }
1935                 }
1936                 cycles_pmes = 0;
1937             }
1938         }
1939
1940         if (step_rel == wcycle_get_reset_counters(wcycle) ||
1941             gs.set[eglsRESETCOUNTERS] != 0)
1942         {
1943             /* Reset all the counters related to performance over the run */
1944             reset_all_counters(fplog, cr, step, &step_rel, ir, wcycle, nrnb, walltime_accounting,
1945                                fr->nbv != NULL && fr->nbv->bUseGPU ? fr->nbv->cu_nbv : NULL);
1946             wcycle_set_reset_counters(wcycle, -1);
1947             if (!(cr->duty & DUTY_PME))
1948             {
1949                 /* Tell our PME node to reset its counters */
1950                 gmx_pme_send_resetcounters(cr, step);
1951             }
1952             /* Correct max_hours for the elapsed time */
1953             max_hours                -= elapsed_time/(60.0*60.0);
1954             bResetCountersHalfMaxH    = FALSE;
1955             gs.set[eglsRESETCOUNTERS] = 0;
1956         }
1957
1958         /* If bIMD is TRUE, the master updates the IMD energy record and sends positions to VMD client */
1959         IMD_prep_energies_send_positions(ir->bIMD && MASTER(cr), bIMDstep, ir->imd, enerd, step, bCalcEner, wcycle);
1960
1961     }
1962     /* End of main MD loop */
1963     debug_gmx();
1964
1965     /* Stop measuring walltime */
1966     walltime_accounting_end(walltime_accounting);
1967
1968     if (bRerunMD && MASTER(cr))
1969     {
1970         close_trj(status);
1971     }
1972
1973     if (!(cr->duty & DUTY_PME))
1974     {
1975         /* Tell the PME only node to finish */
1976         gmx_pme_send_finish(cr);
1977     }
1978
1979     if (MASTER(cr))
1980     {
1981         if (ir->nstcalcenergy > 0 && !bRerunMD)
1982         {
1983             print_ebin(mdoutf_get_fp_ene(outf), FALSE, FALSE, FALSE, fplog, step, t,
1984                        eprAVER, FALSE, mdebin, fcd, groups, &(ir->opts));
1985         }
1986     }
1987
1988     done_mdoutf(outf);
1989     debug_gmx();
1990
1991     if (ir->nstlist == -1 && nlh.nns > 0 && fplog)
1992     {
1993         fprintf(fplog, "Average neighborlist lifetime: %.1f steps, std.dev.: %.1f steps\n", nlh.s1/nlh.nns, sqrt(nlh.s2/nlh.nns - sqr(nlh.s1/nlh.nns)));
1994         fprintf(fplog, "Average number of atoms that crossed the half buffer length: %.1f\n\n", nlh.ab/nlh.nns);
1995     }
1996
1997     if (pme_loadbal != NULL)
1998     {
1999         pme_loadbal_done(pme_loadbal, cr, fplog,
2000                          fr->nbv != NULL && fr->nbv->bUseGPU);
2001     }
2002
2003     if (shellfc && fplog)
2004     {
2005         fprintf(fplog, "Fraction of iterations that converged:           %.2f %%\n",
2006                 (nconverged*100.0)/step_rel);
2007         fprintf(fplog, "Average number of force evaluations per MD step: %.2f\n\n",
2008                 tcount/step_rel);
2009     }
2010
2011     if (repl_ex_nst > 0 && MASTER(cr))
2012     {
2013         print_replica_exchange_statistics(fplog, repl_ex);
2014     }
2015
2016     /* IMD cleanup, if bIMD is TRUE. */
2017     IMD_finalize(ir->bIMD, ir->imd);
2018
2019     walltime_accounting_set_nsteps_done(walltime_accounting, step_rel);
2020
2021     return 0;
2022 }