Move parse_common_args() into commandline/pargs.*
[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, 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 "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 "pull.h"
58 #include "xvgr.h"
59 #include "physics.h"
60 #include "names.h"
61 #include "force.h"
62 #include "disre.h"
63 #include "orires.h"
64 #include "pme.h"
65 #include "mdatoms.h"
66 #include "repl_ex.h"
67 #include "qmmm.h"
68 #include "domdec.h"
69 #include "domdec_network.h"
70 #include "partdec.h"
71 #include "topsort.h"
72 #include "coulomb.h"
73 #include "constr.h"
74 #include "shellfc.h"
75 #include "compute_io.h"
76 #include "mvdata.h"
77 #include "checkpoint.h"
78 #include "mtop_util.h"
79 #include "sighandler.h"
80 #include "txtdump.h"
81 #include "string2.h"
82 #include "pme_loadbal.h"
83 #include "bondf.h"
84 #include "membed.h"
85 #include "types/nlistheuristics.h"
86 #include "types/iteratedconstraints.h"
87 #include "nbnxn_cuda_data_mgmt.h"
88
89 #include "gromacs/utility/gmxmpi.h"
90 #include "gromacs/fileio/confio.h"
91 #include "gromacs/fileio/trajectory_writing.h"
92 #include "gromacs/fileio/trnio.h"
93 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
94 #include "gromacs/fileio/xtcio.h"
95 #include "gromacs/timing/wallcycle.h"
96 #include "gromacs/timing/walltime_accounting.h"
97
98 #ifdef GMX_FAHCORE
99 #include "corewrap.h"
100 #endif
101
102 static void reset_all_counters(FILE *fplog, t_commrec *cr,
103                                gmx_large_int_t step,
104                                gmx_large_int_t *step_rel, t_inputrec *ir,
105                                gmx_wallcycle_t wcycle, t_nrnb *nrnb,
106                                gmx_walltime_accounting_t walltime_accounting,
107                                nbnxn_cuda_ptr_t cu_nbv)
108 {
109     char sbuf[STEPSTRSIZE];
110
111     /* Reset all the counters related to performance over the run */
112     md_print_warn(cr, fplog, "step %s: resetting all time and cycle counters\n",
113                   gmx_step_str(step, sbuf));
114
115     if (cu_nbv)
116     {
117         nbnxn_cuda_reset_timings(cu_nbv);
118     }
119
120     wallcycle_stop(wcycle, ewcRUN);
121     wallcycle_reset_all(wcycle);
122     if (DOMAINDECOMP(cr))
123     {
124         reset_dd_statistics_counters(cr->dd);
125     }
126     init_nrnb(nrnb);
127     ir->init_step += *step_rel;
128     ir->nsteps    -= *step_rel;
129     *step_rel      = 0;
130     wallcycle_start(wcycle, ewcRUN);
131     walltime_accounting_start(walltime_accounting);
132     print_date_and_time(fplog, cr->nodeid, "Restarted time", walltime_accounting);
133 }
134
135 double do_md(FILE *fplog, t_commrec *cr, int nfile, const t_filenm fnm[],
136              const output_env_t oenv, gmx_bool bVerbose, gmx_bool bCompact,
137              int nstglobalcomm,
138              gmx_vsite_t *vsite, gmx_constr_t constr,
139              int stepout, t_inputrec *ir,
140              gmx_mtop_t *top_global,
141              t_fcdata *fcd,
142              t_state *state_global,
143              t_mdatoms *mdatoms,
144              t_nrnb *nrnb, gmx_wallcycle_t wcycle,
145              gmx_edsam_t ed, t_forcerec *fr,
146              int repl_ex_nst, int repl_ex_nex, int repl_ex_seed, gmx_membed_t membed,
147              real cpt_period, real max_hours,
148              const char gmx_unused *deviceOptions,
149              unsigned long Flags,
150              gmx_walltime_accounting_t walltime_accounting)
151 {
152     gmx_mdoutf_t   *outf;
153     gmx_large_int_t step, step_rel;
154     double          elapsed_time;
155     double          t, t0, lam0[efptNR];
156     gmx_bool        bGStatEveryStep, bGStat, bCalcVir, bCalcEner;
157     gmx_bool        bNS, bNStList, bSimAnn, bStopCM, bRerunMD, bNotLastFrame = FALSE,
158                     bFirstStep, bStateFromCP, bStateFromTPX, bInitStep, bLastStep,
159                     bBornRadii, bStartingFromCpt;
160     gmx_bool          bDoDHDL = FALSE, bDoFEP = FALSE, bDoExpanded = FALSE;
161     gmx_bool          do_ene, do_log, do_verbose, bRerunWarnNoV = TRUE,
162                       bForceUpdate = FALSE, bCPT;
163     gmx_bool          bMasterState;
164     int               force_flags, cglo_flags;
165     tensor            force_vir, shake_vir, total_vir, tmp_vir, pres;
166     int               i, m;
167     t_trxstatus      *status;
168     rvec              mu_tot;
169     t_vcm            *vcm;
170     t_state          *bufstate = NULL;
171     matrix           *scale_tot, pcoupl_mu, M, ebox;
172     gmx_nlheur_t      nlh;
173     t_trxframe        rerun_fr;
174     gmx_repl_ex_t     repl_ex = NULL;
175     int               nchkpt  = 1;
176     gmx_localtop_t   *top;
177     t_mdebin         *mdebin   = NULL;
178     t_state          *state    = NULL;
179     rvec             *f_global = NULL;
180     gmx_enerdata_t   *enerd;
181     rvec             *f = NULL;
182     gmx_global_stat_t gstat;
183     gmx_update_t      upd   = NULL;
184     t_graph          *graph = NULL;
185     globsig_t         gs;
186     gmx_rng_t         mcrng = NULL;
187     gmx_groups_t     *groups;
188     gmx_ekindata_t   *ekind, *ekind_save;
189     gmx_shellfc_t     shellfc;
190     int               count, nconverged = 0;
191     real              timestep   = 0;
192     double            tcount     = 0;
193     gmx_bool          bConverged = TRUE, bOK, bSumEkinhOld, bExchanged;
194     gmx_bool          bAppend;
195     gmx_bool          bResetCountersHalfMaxH = FALSE;
196     gmx_bool          bVV, bIterativeCase, bFirstIterate, bTemp, bPres, bTrotter;
197     gmx_bool          bUpdateDoLR;
198     real              dvdl_constr;
199     int               a0, a1;
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_large_int_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 #ifdef GMX_FAHCORE
225     /* Temporary addition for FAHCORE checkpointing */
226     int chkpt_ret;
227 #endif
228
229     /* Check for special mdrun options */
230     bRerunMD = (Flags & MD_RERUN);
231     bAppend  = (Flags & MD_APPENDFILES);
232     if (Flags & MD_RESETCOUNTERSHALFWAY)
233     {
234         if (ir->nsteps > 0)
235         {
236             /* Signal to reset the counters half the simulation steps. */
237             wcycle_set_reset_counters(wcycle, ir->nsteps/2);
238         }
239         /* Signal to reset the counters halfway the simulation time. */
240         bResetCountersHalfMaxH = (max_hours > 0);
241     }
242
243     /* md-vv uses averaged full step velocities for T-control
244        md-vv-avek uses averaged half step velocities for T-control (but full step ekin for P control)
245        md uses averaged half step kinetic energies to determine temperature unless defined otherwise by GMX_EKIN_AVE_VEL; */
246     bVV = EI_VV(ir->eI);
247     if (bVV) /* to store the initial velocities while computing virial */
248     {
249         snew(cbuf, top_global->natoms);
250     }
251     /* all the iteratative cases - only if there are constraints */
252     bIterativeCase = ((IR_NPH_TROTTER(ir) || IR_NPT_TROTTER(ir)) && (constr) && (!bRerunMD));
253     gmx_iterate_init(&iterate, FALSE); /* The default value of iterate->bIterationActive is set to
254                                           false in this step.  The correct value, true or false,
255                                           is set at each step, as it depends on the frequency of temperature
256                                           and pressure control.*/
257     bTrotter = (bVV && (IR_NPT_TROTTER(ir) || IR_NPH_TROTTER(ir) || IR_NVT_TROTTER(ir)));
258
259     if (bRerunMD)
260     {
261         /* Since we don't know if the frames read are related in any way,
262          * rebuild the neighborlist at every step.
263          */
264         ir->nstlist       = 1;
265         ir->nstcalcenergy = 1;
266         nstglobalcomm     = 1;
267     }
268
269     check_ir_old_tpx_versions(cr, fplog, ir, top_global);
270
271     nstglobalcomm   = check_nstglobalcomm(fplog, cr, nstglobalcomm, ir);
272     bGStatEveryStep = (nstglobalcomm == 1);
273
274     if (!bGStatEveryStep && ir->nstlist == -1 && fplog != NULL)
275     {
276         fprintf(fplog,
277                 "To reduce the energy communication with nstlist = -1\n"
278                 "the neighbor list validity should not be checked at every step,\n"
279                 "this means that exact integration is not guaranteed.\n"
280                 "The neighbor list validity is checked after:\n"
281                 "  <n.list life time> - 2*std.dev.(n.list life time)  steps.\n"
282                 "In most cases this will result in exact integration.\n"
283                 "This reduces the energy communication by a factor of 2 to 3.\n"
284                 "If you want less energy communication, set nstlist > 3.\n\n");
285     }
286
287     if (bRerunMD)
288     {
289         ir->nstxtcout = 0;
290     }
291     groups = &top_global->groups;
292
293     /* Initial values */
294     init_md(fplog, cr, ir, oenv, &t, &t0, state_global->lambda,
295             &(state_global->fep_state), lam0,
296             nrnb, top_global, &upd,
297             nfile, fnm, &outf, &mdebin,
298             force_vir, shake_vir, mu_tot, &bSimAnn, &vcm, Flags);
299
300     clear_mat(total_vir);
301     clear_mat(pres);
302     /* Energy terms and groups */
303     snew(enerd, 1);
304     init_enerdata(top_global->groups.grps[egcENER].nr, ir->fepvals->n_lambda,
305                   enerd);
306     if (DOMAINDECOMP(cr))
307     {
308         f = NULL;
309     }
310     else
311     {
312         snew(f, top_global->natoms);
313     }
314
315     /* Kinetic energy data */
316     snew(ekind, 1);
317     init_ekindata(fplog, top_global, &(ir->opts), ekind);
318     /* needed for iteration of constraints */
319     snew(ekind_save, 1);
320     init_ekindata(fplog, top_global, &(ir->opts), ekind_save);
321     /* Copy the cos acceleration to the groups struct */
322     ekind->cosacc.cos_accel = ir->cos_accel;
323
324     gstat = global_stat_init(ir);
325     debug_gmx();
326
327     /* Check for polarizable models and flexible constraints */
328     shellfc = init_shell_flexcon(fplog,
329                                  top_global, n_flexible_constraints(constr),
330                                  (ir->bContinuation ||
331                                   (DOMAINDECOMP(cr) && !MASTER(cr))) ?
332                                  NULL : state_global->x);
333
334     if (DEFORM(*ir))
335     {
336         tMPI_Thread_mutex_lock(&deform_init_box_mutex);
337         set_deform_reference_box(upd,
338                                  deform_init_init_step_tpx,
339                                  deform_init_box_tpx);
340         tMPI_Thread_mutex_unlock(&deform_init_box_mutex);
341     }
342
343     {
344         double io = compute_io(ir, top_global->natoms, groups, mdebin->ebin->nener, 1);
345         if ((io > 2000) && MASTER(cr))
346         {
347             fprintf(stderr,
348                     "\nWARNING: This run will generate roughly %.0f Mb of data\n\n",
349                     io);
350         }
351     }
352
353     if (DOMAINDECOMP(cr))
354     {
355         top = dd_init_local_top(top_global);
356
357         snew(state, 1);
358         dd_init_local_state(cr->dd, state_global, state);
359
360         if (DDMASTER(cr->dd) && ir->nstfout)
361         {
362             snew(f_global, state_global->natoms);
363         }
364     }
365     else
366     {
367         if (PAR(cr))
368         {
369             /* Initialize the particle decomposition and split the topology */
370             top = split_system(fplog, top_global, ir, cr);
371
372             pd_cg_range(cr, &fr->cg0, &fr->hcg);
373             pd_at_range(cr, &a0, &a1);
374         }
375         else
376         {
377             top = gmx_mtop_generate_local_top(top_global, ir);
378
379             a0 = 0;
380             a1 = top_global->natoms;
381         }
382
383         forcerec_set_excl_load(fr, top, cr);
384
385         state    = partdec_init_local_state(cr, state_global);
386         f_global = f;
387
388         atoms2md(top_global, ir, 0, NULL, a0, a1-a0, mdatoms);
389
390         if (vsite)
391         {
392             set_vsite_top(vsite, top, mdatoms, cr);
393         }
394
395         if (ir->ePBC != epbcNONE && !fr->bMolPBC)
396         {
397             graph = mk_graph(fplog, &(top->idef), 0, top_global->natoms, FALSE, FALSE);
398         }
399
400         if (shellfc)
401         {
402             make_local_shells(cr, mdatoms, shellfc);
403         }
404
405         setup_bonded_threading(fr, &top->idef);
406
407         if (ir->pull && PAR(cr))
408         {
409             dd_make_local_pull_groups(NULL, ir->pull, mdatoms);
410         }
411     }
412
413     if (DOMAINDECOMP(cr))
414     {
415         /* Distribute the charge groups over the nodes from the master node */
416         dd_partition_system(fplog, ir->init_step, cr, TRUE, 1,
417                             state_global, top_global, ir,
418                             state, &f, mdatoms, top, fr,
419                             vsite, shellfc, constr,
420                             nrnb, wcycle, FALSE);
421
422     }
423
424     update_mdatoms(mdatoms, state->lambda[efptMASS]);
425
426     if (opt2bSet("-cpi", nfile, fnm))
427     {
428         bStateFromCP = gmx_fexist_master(opt2fn_master("-cpi", nfile, fnm, cr), cr);
429     }
430     else
431     {
432         bStateFromCP = FALSE;
433     }
434
435     if (ir->bExpanded)
436     {
437         init_expanded_ensemble(bStateFromCP, ir, &mcrng, &state->dfhist);
438     }
439
440     if (MASTER(cr))
441     {
442         if (bStateFromCP)
443         {
444             /* Update mdebin with energy history if appending to output files */
445             if (Flags & MD_APPENDFILES)
446             {
447                 restore_energyhistory_from_state(mdebin, &state_global->enerhist);
448             }
449             else
450             {
451                 /* We might have read an energy history from checkpoint,
452                  * free the allocated memory and reset the counts.
453                  */
454                 done_energyhistory(&state_global->enerhist);
455                 init_energyhistory(&state_global->enerhist);
456             }
457         }
458         /* Set the initial energy history in state by updating once */
459         update_energyhistory(&state_global->enerhist, mdebin);
460     }
461
462     if ((state->flags & (1<<estLD_RNG)) && (Flags & MD_READ_RNG))
463     {
464         /* Set the random state if we read a checkpoint file */
465         set_stochd_state(upd, state);
466     }
467
468     if (state->flags & (1<<estMC_RNG))
469     {
470         set_mc_state(mcrng, state);
471     }
472
473     /* Initialize constraints */
474     if (constr)
475     {
476         if (!DOMAINDECOMP(cr))
477         {
478             set_constraints(constr, top, ir, mdatoms, cr);
479         }
480     }
481
482     if (repl_ex_nst > 0)
483     {
484         /* We need to be sure replica exchange can only occur
485          * when the energies are current */
486         check_nst_param(fplog, cr, "nstcalcenergy", ir->nstcalcenergy,
487                         "repl_ex_nst", &repl_ex_nst);
488         /* This check needs to happen before inter-simulation
489          * signals are initialized, too */
490     }
491     if (repl_ex_nst > 0 && MASTER(cr))
492     {
493         repl_ex = init_replica_exchange(fplog, cr->ms, state_global, ir,
494                                         repl_ex_nst, repl_ex_nex, repl_ex_seed);
495     }
496
497     /* PME tuning is only supported with GPUs or PME nodes and not with rerun or LJ-PME.
498      * With perturbed charges with soft-core we should not change the cut-off.
499      */
500     if ((Flags & MD_TUNEPME) &&
501         EEL_PME(fr->eeltype) &&
502         ( (fr->cutoff_scheme == ecutsVERLET && fr->nbv->bUseGPU) || !(cr->duty & DUTY_PME)) &&
503         !(ir->efep != efepNO && mdatoms->nChargePerturbed > 0 && ir->fepvals->bScCoul) &&
504         !bRerunMD && !EVDW_PME(fr->vdwtype))
505     {
506         pme_loadbal_init(&pme_loadbal, ir, state->box, fr->ic, fr->pmedata);
507         cycles_pmes = 0;
508         if (cr->duty & DUTY_PME)
509         {
510             /* Start tuning right away, as we can't measure the load */
511             bPMETuneRunning = TRUE;
512         }
513         else
514         {
515             /* Separate PME nodes, we can measure the PP/PME load balance */
516             bPMETuneTry = TRUE;
517         }
518     }
519
520     if (!ir->bContinuation && !bRerunMD)
521     {
522         if (mdatoms->cFREEZE && (state->flags & (1<<estV)))
523         {
524             /* Set the velocities of frozen particles to zero */
525             for (i = mdatoms->start; i < mdatoms->start+mdatoms->homenr; i++)
526             {
527                 for (m = 0; m < DIM; m++)
528                 {
529                     if (ir->opts.nFreeze[mdatoms->cFREEZE[i]][m])
530                     {
531                         state->v[i][m] = 0;
532                     }
533                 }
534             }
535         }
536
537         if (constr)
538         {
539             /* Constrain the initial coordinates and velocities */
540             do_constrain_first(fplog, constr, ir, mdatoms, state,
541                                cr, nrnb, fr, top);
542         }
543         if (vsite)
544         {
545             /* Construct the virtual sites for the initial configuration */
546             construct_vsites(vsite, state->x, ir->delta_t, NULL,
547                              top->idef.iparams, top->idef.il,
548                              fr->ePBC, fr->bMolPBC, graph, cr, state->box);
549         }
550     }
551
552     debug_gmx();
553
554     /* set free energy calculation frequency as the minimum
555        greatest common denominator of nstdhdl, nstexpanded, and repl_ex_nst*/
556     nstfep = ir->fepvals->nstdhdl;
557     if (ir->bExpanded)
558     {
559         nstfep = gmx_greatest_common_divisor(ir->fepvals->nstdhdl, nstfep);
560     }
561     if (repl_ex_nst > 0)
562     {
563         nstfep = gmx_greatest_common_divisor(repl_ex_nst, nstfep);
564     }
565
566     /* I'm assuming we need global communication the first time! MRS */
567     cglo_flags = (CGLO_TEMPERATURE | CGLO_GSTAT
568                   | ((ir->comm_mode != ecmNO) ? CGLO_STOPCM : 0)
569                   | (bVV ? CGLO_PRESSURE : 0)
570                   | (bVV ? CGLO_CONSTRAINT : 0)
571                   | (bRerunMD ? CGLO_RERUNMD : 0)
572                   | ((Flags & MD_READ_EKIN) ? CGLO_READEKIN : 0));
573
574     bSumEkinhOld = FALSE;
575     compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
576                     NULL, enerd, force_vir, shake_vir, total_vir, pres, mu_tot,
577                     constr, NULL, FALSE, state->box,
578                     top_global, &bSumEkinhOld, cglo_flags);
579     if (ir->eI == eiVVAK)
580     {
581         /* a second call to get the half step temperature initialized as well */
582         /* we do the same call as above, but turn the pressure off -- internally to
583            compute_globals, this is recognized as a velocity verlet half-step
584            kinetic energy calculation.  This minimized excess variables, but
585            perhaps loses some logic?*/
586
587         compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
588                         NULL, enerd, force_vir, shake_vir, total_vir, pres, mu_tot,
589                         constr, NULL, FALSE, state->box,
590                         top_global, &bSumEkinhOld,
591                         cglo_flags &~(CGLO_STOPCM | CGLO_PRESSURE));
592     }
593
594     /* Calculate the initial half step temperature, and save the ekinh_old */
595     if (!(Flags & MD_STARTFROMCPT))
596     {
597         for (i = 0; (i < ir->opts.ngtc); i++)
598         {
599             copy_mat(ekind->tcstat[i].ekinh, ekind->tcstat[i].ekinh_old);
600         }
601     }
602     if (ir->eI != eiVV)
603     {
604         enerd->term[F_TEMP] *= 2; /* result of averages being done over previous and current step,
605                                      and there is no previous step */
606     }
607
608     /* if using an iterative algorithm, we need to create a working directory for the state. */
609     if (bIterativeCase)
610     {
611         bufstate = init_bufstate(state);
612     }
613
614     /* need to make an initiation call to get the Trotter variables set, as well as other constants for non-trotter
615        temperature control */
616     trotter_seq = init_npt_vars(ir, state, &MassQ, bTrotter);
617
618     if (MASTER(cr))
619     {
620         if (constr && !ir->bContinuation && ir->eConstrAlg == econtLINCS)
621         {
622             fprintf(fplog,
623                     "RMS relative constraint deviation after constraining: %.2e\n",
624                     constr_rmsd(constr, FALSE));
625         }
626         if (EI_STATE_VELOCITY(ir->eI))
627         {
628             fprintf(fplog, "Initial temperature: %g K\n", enerd->term[F_TEMP]);
629         }
630         if (bRerunMD)
631         {
632             fprintf(stderr, "starting md rerun '%s', reading coordinates from"
633                     " input trajectory '%s'\n\n",
634                     *(top_global->name), opt2fn("-rerun", nfile, fnm));
635             if (bVerbose)
636             {
637                 fprintf(stderr, "Calculated time to finish depends on nsteps from "
638                         "run input file,\nwhich may not correspond to the time "
639                         "needed to process input trajectory.\n\n");
640             }
641         }
642         else
643         {
644             char tbuf[20];
645             fprintf(stderr, "starting mdrun '%s'\n",
646                     *(top_global->name));
647             if (ir->nsteps >= 0)
648             {
649                 sprintf(tbuf, "%8.1f", (ir->init_step+ir->nsteps)*ir->delta_t);
650             }
651             else
652             {
653                 sprintf(tbuf, "%s", "infinite");
654             }
655             if (ir->init_step > 0)
656             {
657                 fprintf(stderr, "%s steps, %s ps (continuing from step %s, %8.1f ps).\n",
658                         gmx_step_str(ir->init_step+ir->nsteps, sbuf), tbuf,
659                         gmx_step_str(ir->init_step, sbuf2),
660                         ir->init_step*ir->delta_t);
661             }
662             else
663             {
664                 fprintf(stderr, "%s steps, %s ps.\n",
665                         gmx_step_str(ir->nsteps, sbuf), tbuf);
666             }
667         }
668         fprintf(fplog, "\n");
669     }
670
671     /* Set and write start time */
672     walltime_accounting_start(walltime_accounting);
673     print_date_and_time(fplog, cr->nodeid, "Started mdrun", walltime_accounting);
674     wallcycle_start(wcycle, ewcRUN);
675     if (fplog)
676     {
677         fprintf(fplog, "\n");
678     }
679
680     /* safest point to do file checkpointing is here.  More general point would be immediately before integrator call */
681 #ifdef GMX_FAHCORE
682     chkpt_ret = fcCheckPointParallel( cr->nodeid,
683                                       NULL, 0);
684     if (chkpt_ret == 0)
685     {
686         gmx_fatal( 3, __FILE__, __LINE__, "Checkpoint error on step %d\n", 0 );
687     }
688 #endif
689
690     debug_gmx();
691     /***********************************************************
692      *
693      *             Loop over MD steps
694      *
695      ************************************************************/
696
697     /* if rerunMD then read coordinates and velocities from input trajectory */
698     if (bRerunMD)
699     {
700         if (getenv("GMX_FORCE_UPDATE"))
701         {
702             bForceUpdate = TRUE;
703         }
704
705         rerun_fr.natoms = 0;
706         if (MASTER(cr))
707         {
708             bNotLastFrame = read_first_frame(oenv, &status,
709                                              opt2fn("-rerun", nfile, fnm),
710                                              &rerun_fr, TRX_NEED_X | TRX_READ_V);
711             if (rerun_fr.natoms != top_global->natoms)
712             {
713                 gmx_fatal(FARGS,
714                           "Number of atoms in trajectory (%d) does not match the "
715                           "run input file (%d)\n",
716                           rerun_fr.natoms, top_global->natoms);
717             }
718             if (ir->ePBC != epbcNONE)
719             {
720                 if (!rerun_fr.bBox)
721                 {
722                     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);
723                 }
724                 if (max_cutoff2(ir->ePBC, rerun_fr.box) < sqr(fr->rlistlong))
725                 {
726                     gmx_fatal(FARGS, "Rerun trajectory frame step %d time %f has too small box dimensions", rerun_fr.step, rerun_fr.time);
727                 }
728             }
729         }
730
731         if (PAR(cr))
732         {
733             rerun_parallel_comm(cr, &rerun_fr, &bNotLastFrame);
734         }
735
736         if (ir->ePBC != epbcNONE)
737         {
738             /* Set the shift vectors.
739              * Necessary here when have a static box different from the tpr box.
740              */
741             calc_shifts(rerun_fr.box, fr->shift_vec);
742         }
743     }
744
745     /* loop over MD steps or if rerunMD to end of input trajectory */
746     bFirstStep = TRUE;
747     /* Skip the first Nose-Hoover integration when we get the state from tpx */
748     bStateFromTPX    = !bStateFromCP;
749     bInitStep        = bFirstStep && (bStateFromTPX || bVV);
750     bStartingFromCpt = (Flags & MD_STARTFROMCPT) && bInitStep;
751     bLastStep        = FALSE;
752     bSumEkinhOld     = FALSE;
753     bExchanged       = FALSE;
754
755     init_global_signals(&gs, cr, ir, repl_ex_nst);
756
757     step     = ir->init_step;
758     step_rel = 0;
759
760     if (ir->nstlist == -1)
761     {
762         init_nlistheuristics(&nlh, bGStatEveryStep, step);
763     }
764
765     if (MULTISIM(cr) && (repl_ex_nst <= 0 ))
766     {
767         /* check how many steps are left in other sims */
768         multisim_nsteps = get_multisim_nsteps(cr, ir->nsteps);
769     }
770
771
772     /* and stop now if we should */
773     bLastStep = (bRerunMD || (ir->nsteps >= 0 && step_rel > ir->nsteps) ||
774                  ((multisim_nsteps >= 0) && (step_rel >= multisim_nsteps )));
775     while (!bLastStep || (bRerunMD && bNotLastFrame))
776     {
777
778         wallcycle_start(wcycle, ewcSTEP);
779
780         if (bRerunMD)
781         {
782             if (rerun_fr.bStep)
783             {
784                 step     = rerun_fr.step;
785                 step_rel = step - ir->init_step;
786             }
787             if (rerun_fr.bTime)
788             {
789                 t = rerun_fr.time;
790             }
791             else
792             {
793                 t = step;
794             }
795         }
796         else
797         {
798             bLastStep = (step_rel == ir->nsteps);
799             t         = t0 + step*ir->delta_t;
800         }
801
802         if (ir->efep != efepNO || ir->bSimTemp)
803         {
804             /* find and set the current lambdas.  If rerunning, we either read in a state, or a lambda value,
805                requiring different logic. */
806
807             set_current_lambdas(step, ir->fepvals, bRerunMD, &rerun_fr, state_global, state, lam0);
808             bDoDHDL      = do_per_step(step, ir->fepvals->nstdhdl);
809             bDoFEP       = (do_per_step(step, nstfep) && (ir->efep != efepNO));
810             bDoExpanded  = (do_per_step(step, ir->expandedvals->nstexpanded)
811                             && (ir->bExpanded) && (step > 0) && (!bStartingFromCpt));
812         }
813
814         if (bSimAnn)
815         {
816             update_annealing_target_temp(&(ir->opts), t);
817         }
818
819         if (bRerunMD)
820         {
821             if (!(DOMAINDECOMP(cr) && !MASTER(cr)))
822             {
823                 for (i = 0; i < state_global->natoms; i++)
824                 {
825                     copy_rvec(rerun_fr.x[i], state_global->x[i]);
826                 }
827                 if (rerun_fr.bV)
828                 {
829                     for (i = 0; i < state_global->natoms; i++)
830                     {
831                         copy_rvec(rerun_fr.v[i], state_global->v[i]);
832                     }
833                 }
834                 else
835                 {
836                     for (i = 0; i < state_global->natoms; i++)
837                     {
838                         clear_rvec(state_global->v[i]);
839                     }
840                     if (bRerunWarnNoV)
841                     {
842                         fprintf(stderr, "\nWARNING: Some frames do not contain velocities.\n"
843                                 "         Ekin, temperature and pressure are incorrect,\n"
844                                 "         the virial will be incorrect when constraints are present.\n"
845                                 "\n");
846                         bRerunWarnNoV = FALSE;
847                     }
848                 }
849             }
850             copy_mat(rerun_fr.box, state_global->box);
851             copy_mat(state_global->box, state->box);
852
853             if (vsite && (Flags & MD_RERUN_VSITE))
854             {
855                 if (DOMAINDECOMP(cr))
856                 {
857                     gmx_fatal(FARGS, "Vsite recalculation with -rerun is not implemented for domain decomposition, use particle decomposition");
858                 }
859                 if (graph)
860                 {
861                     /* Following is necessary because the graph may get out of sync
862                      * with the coordinates if we only have every N'th coordinate set
863                      */
864                     mk_mshift(fplog, graph, fr->ePBC, state->box, state->x);
865                     shift_self(graph, state->box, state->x);
866                 }
867                 construct_vsites(vsite, state->x, ir->delta_t, state->v,
868                                  top->idef.iparams, top->idef.il,
869                                  fr->ePBC, fr->bMolPBC, graph, cr, state->box);
870                 if (graph)
871                 {
872                     unshift_self(graph, state->box, state->x);
873                 }
874             }
875         }
876
877         /* Stop Center of Mass motion */
878         bStopCM = (ir->comm_mode != ecmNO && do_per_step(step, ir->nstcomm));
879
880         if (bRerunMD)
881         {
882             /* for rerun MD always do Neighbour Searching */
883             bNS      = (bFirstStep || ir->nstlist != 0);
884             bNStList = bNS;
885         }
886         else
887         {
888             /* Determine whether or not to do Neighbour Searching and LR */
889             bNStList = (ir->nstlist > 0  && step % ir->nstlist == 0);
890
891             bNS = (bFirstStep || bExchanged || bNStList || bDoFEP ||
892                    (ir->nstlist == -1 && nlh.nabnsb > 0));
893
894             if (bNS && ir->nstlist == -1)
895             {
896                 set_nlistheuristics(&nlh, bFirstStep || bExchanged || bDoFEP, step);
897             }
898         }
899
900         /* check whether we should stop because another simulation has
901            stopped. */
902         if (MULTISIM(cr))
903         {
904             if ( (multisim_nsteps >= 0) &&  (step_rel >= multisim_nsteps)  &&
905                  (multisim_nsteps != ir->nsteps) )
906             {
907                 if (bNS)
908                 {
909                     if (MASTER(cr))
910                     {
911                         fprintf(stderr,
912                                 "Stopping simulation %d because another one has finished\n",
913                                 cr->ms->sim);
914                     }
915                     bLastStep         = TRUE;
916                     gs.sig[eglsCHKPT] = 1;
917                 }
918             }
919         }
920
921         /* < 0 means stop at next step, > 0 means stop at next NS step */
922         if ( (gs.set[eglsSTOPCOND] < 0) ||
923              ( (gs.set[eglsSTOPCOND] > 0) && (bNStList || ir->nstlist == 0) ) )
924         {
925             bLastStep = TRUE;
926         }
927
928         /* Determine whether or not to update the Born radii if doing GB */
929         bBornRadii = bFirstStep;
930         if (ir->implicit_solvent && (step % ir->nstgbradii == 0))
931         {
932             bBornRadii = TRUE;
933         }
934
935         do_log     = do_per_step(step, ir->nstlog) || bFirstStep || bLastStep;
936         do_verbose = bVerbose &&
937             (step % stepout == 0 || bFirstStep || bLastStep);
938
939         if (bNS && !(bFirstStep && ir->bContinuation && !bRerunMD))
940         {
941             if (bRerunMD)
942             {
943                 bMasterState = TRUE;
944             }
945             else
946             {
947                 bMasterState = FALSE;
948                 /* Correct the new box if it is too skewed */
949                 if (DYNAMIC_BOX(*ir))
950                 {
951                     if (correct_box(fplog, step, state->box, graph))
952                     {
953                         bMasterState = TRUE;
954                     }
955                 }
956                 if (DOMAINDECOMP(cr) && bMasterState)
957                 {
958                     dd_collect_state(cr->dd, state, state_global);
959                 }
960             }
961
962             if (DOMAINDECOMP(cr))
963             {
964                 /* Repartition the domain decomposition */
965                 wallcycle_start(wcycle, ewcDOMDEC);
966                 dd_partition_system(fplog, step, cr,
967                                     bMasterState, nstglobalcomm,
968                                     state_global, top_global, ir,
969                                     state, &f, mdatoms, top, fr,
970                                     vsite, shellfc, constr,
971                                     nrnb, wcycle,
972                                     do_verbose && !bPMETuneRunning);
973                 wallcycle_stop(wcycle, ewcDOMDEC);
974                 /* If using an iterative integrator, reallocate space to match the decomposition */
975             }
976         }
977
978         if (MASTER(cr) && do_log)
979         {
980             print_ebin_header(fplog, step, t, state->lambda[efptFEP]); /* can we improve the information printed here? */
981         }
982
983         if (ir->efep != efepNO)
984         {
985             update_mdatoms(mdatoms, state->lambda[efptMASS]);
986         }
987
988         if ((bRerunMD && rerun_fr.bV) || bExchanged)
989         {
990
991             /* We need the kinetic energy at minus the half step for determining
992              * the full step kinetic energy and possibly for T-coupling.*/
993             /* This may not be quite working correctly yet . . . . */
994             compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
995                             wcycle, enerd, NULL, NULL, NULL, NULL, mu_tot,
996                             constr, NULL, FALSE, state->box,
997                             top_global, &bSumEkinhOld,
998                             CGLO_RERUNMD | CGLO_GSTAT | CGLO_TEMPERATURE);
999         }
1000         clear_mat(force_vir);
1001
1002         /* We write a checkpoint at this MD step when:
1003          * either at an NS step when we signalled through gs,
1004          * or at the last step (but not when we do not want confout),
1005          * but never at the first step or with rerun.
1006          */
1007         bCPT = (((gs.set[eglsCHKPT] && (bNS || ir->nstlist == 0)) ||
1008                  (bLastStep && (Flags & MD_CONFOUT))) &&
1009                 step > ir->init_step && !bRerunMD);
1010         if (bCPT)
1011         {
1012             gs.set[eglsCHKPT] = 0;
1013         }
1014
1015         /* Determine the energy and pressure:
1016          * at nstcalcenergy steps and at energy output steps (set below).
1017          */
1018         if (EI_VV(ir->eI) && (!bInitStep))
1019         {
1020             /* for vv, the first half of the integration actually corresponds
1021                to the previous step.  bCalcEner is only required to be evaluated on the 'next' step,
1022                but the virial needs to be calculated on both the current step and the 'next' step. Future
1023                reorganization may be able to get rid of one of the bCalcVir=TRUE steps. */
1024
1025             bCalcEner = do_per_step(step-1, ir->nstcalcenergy);
1026             bCalcVir  = bCalcEner ||
1027                 (ir->epc != epcNO && (do_per_step(step, ir->nstpcouple) || do_per_step(step-1, ir->nstpcouple)));
1028         }
1029         else
1030         {
1031             bCalcEner = do_per_step(step, ir->nstcalcenergy);
1032             bCalcVir  = bCalcEner ||
1033                 (ir->epc != epcNO && do_per_step(step, ir->nstpcouple));
1034         }
1035
1036         /* Do we need global communication ? */
1037         bGStat = (bCalcVir || bCalcEner || bStopCM ||
1038                   do_per_step(step, nstglobalcomm) || (bVV && IR_NVT_TROTTER(ir) && do_per_step(step-1, nstglobalcomm)) ||
1039                   (ir->nstlist == -1 && !bRerunMD && step >= nlh.step_nscheck));
1040
1041         do_ene = (do_per_step(step, ir->nstenergy) || bLastStep);
1042
1043         if (do_ene || do_log)
1044         {
1045             bCalcVir  = TRUE;
1046             bCalcEner = TRUE;
1047             bGStat    = TRUE;
1048         }
1049
1050         /* these CGLO_ options remain the same throughout the iteration */
1051         cglo_flags = ((bRerunMD ? CGLO_RERUNMD : 0) |
1052                       (bGStat ? CGLO_GSTAT : 0)
1053                       );
1054
1055         force_flags = (GMX_FORCE_STATECHANGED |
1056                        ((DYNAMIC_BOX(*ir) || bRerunMD) ? GMX_FORCE_DYNAMICBOX : 0) |
1057                        GMX_FORCE_ALLFORCES |
1058                        GMX_FORCE_SEPLRF |
1059                        (bCalcVir ? GMX_FORCE_VIRIAL : 0) |
1060                        (bCalcEner ? GMX_FORCE_ENERGY : 0) |
1061                        (bDoFEP ? GMX_FORCE_DHDL : 0)
1062                        );
1063
1064         if (fr->bTwinRange)
1065         {
1066             if (do_per_step(step, ir->nstcalclr))
1067             {
1068                 force_flags |= GMX_FORCE_DO_LR;
1069             }
1070         }
1071
1072         if (shellfc)
1073         {
1074             /* Now is the time to relax the shells */
1075             count = relax_shell_flexcon(fplog, cr, bVerbose, step,
1076                                         ir, bNS, force_flags,
1077                                         top,
1078                                         constr, enerd, fcd,
1079                                         state, f, force_vir, mdatoms,
1080                                         nrnb, wcycle, graph, groups,
1081                                         shellfc, fr, bBornRadii, t, mu_tot,
1082                                         &bConverged, vsite,
1083                                         outf->fp_field);
1084             tcount += count;
1085
1086             if (bConverged)
1087             {
1088                 nconverged++;
1089             }
1090         }
1091         else
1092         {
1093             /* The coordinates (x) are shifted (to get whole molecules)
1094              * in do_force.
1095              * This is parallellized as well, and does communication too.
1096              * Check comments in sim_util.c
1097              */
1098             do_force(fplog, cr, ir, step, nrnb, wcycle, top, groups,
1099                      state->box, state->x, &state->hist,
1100                      f, force_vir, mdatoms, enerd, fcd,
1101                      state->lambda, graph,
1102                      fr, vsite, mu_tot, t, outf->fp_field, ed, bBornRadii,
1103                      (bNS ? GMX_FORCE_NS : 0) | force_flags);
1104         }
1105
1106         if (bVV && !bStartingFromCpt && !bRerunMD)
1107         /*  ############### START FIRST UPDATE HALF-STEP FOR VV METHODS############### */
1108         {
1109             if (ir->eI == eiVV && bInitStep)
1110             {
1111                 /* if using velocity verlet with full time step Ekin,
1112                  * take the first half step only to compute the
1113                  * virial for the first step. From there,
1114                  * revert back to the initial coordinates
1115                  * so that the input is actually the initial step.
1116                  */
1117                 copy_rvecn(state->v, cbuf, 0, state->natoms); /* should make this better for parallelizing? */
1118             }
1119             else
1120             {
1121                 /* this is for NHC in the Ekin(t+dt/2) version of vv */
1122                 trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ1);
1123             }
1124
1125             /* If we are using twin-range interactions where the long-range component
1126              * is only evaluated every nstcalclr>1 steps, we should do a special update
1127              * step to combine the long-range forces on these steps.
1128              * For nstcalclr=1 this is not done, since the forces would have been added
1129              * directly to the short-range forces already.
1130              */
1131             bUpdateDoLR = (fr->bTwinRange && do_per_step(step, ir->nstcalclr));
1132
1133             update_coords(fplog, step, ir, mdatoms, state, fr->bMolPBC,
1134                           f, bUpdateDoLR, fr->f_twin, fcd,
1135                           ekind, M, upd, bInitStep, etrtVELOCITY1,
1136                           cr, nrnb, constr, &top->idef);
1137
1138             if (bIterativeCase && do_per_step(step-1, ir->nstpcouple) && !bInitStep)
1139             {
1140                 gmx_iterate_init(&iterate, TRUE);
1141             }
1142             /* for iterations, we save these vectors, as we will be self-consistently iterating
1143                the calculations */
1144
1145             /*#### UPDATE EXTENDED VARIABLES IN TROTTER FORMULATION */
1146
1147             /* save the state */
1148             if (iterate.bIterationActive)
1149             {
1150                 copy_coupling_state(state, bufstate, ekind, ekind_save, &(ir->opts));
1151             }
1152
1153             bFirstIterate = TRUE;
1154             while (bFirstIterate || iterate.bIterationActive)
1155             {
1156                 if (iterate.bIterationActive)
1157                 {
1158                     copy_coupling_state(bufstate, state, ekind_save, ekind, &(ir->opts));
1159                     if (bFirstIterate && bTrotter)
1160                     {
1161                         /* The first time through, we need a decent first estimate
1162                            of veta(t+dt) to compute the constraints.  Do
1163                            this by computing the box volume part of the
1164                            trotter integration at this time. Nothing else
1165                            should be changed by this routine here.  If
1166                            !(first time), we start with the previous value
1167                            of veta.  */
1168
1169                         veta_save = state->veta;
1170                         trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ0);
1171                         vetanew     = state->veta;
1172                         state->veta = veta_save;
1173                     }
1174                 }
1175
1176                 bOK = TRUE;
1177                 if (!bRerunMD || rerun_fr.bV || bForceUpdate)     /* Why is rerun_fr.bV here?  Unclear. */
1178                 {
1179                     update_constraints(fplog, step, NULL, ir, ekind, mdatoms,
1180                                        state, fr->bMolPBC, graph, f,
1181                                        &top->idef, shake_vir,
1182                                        cr, nrnb, wcycle, upd, constr,
1183                                        TRUE, bCalcVir, vetanew);
1184
1185                     if (!bOK)
1186                     {
1187                         gmx_fatal(FARGS, "Constraint error: Shake, Lincs or Settle could not solve the constrains");
1188                     }
1189
1190                 }
1191                 else if (graph)
1192                 {
1193                     /* Need to unshift here if a do_force has been
1194                        called in the previous step */
1195                     unshift_self(graph, state->box, state->x);
1196                 }
1197
1198                 /* if VV, compute the pressure and constraints */
1199                 /* For VV2, we strictly only need this if using pressure
1200                  * control, but we really would like to have accurate pressures
1201                  * printed out.
1202                  * Think about ways around this in the future?
1203                  * For now, keep this choice in comments.
1204                  */
1205                 /*bPres = (ir->eI==eiVV || IR_NPT_TROTTER(ir)); */
1206                 /*bTemp = ((ir->eI==eiVV &&(!bInitStep)) || (ir->eI==eiVVAK && IR_NPT_TROTTER(ir)));*/
1207                 bPres = TRUE;
1208                 bTemp = ((ir->eI == eiVV && (!bInitStep)) || (ir->eI == eiVVAK));
1209                 if (bCalcEner && ir->eI == eiVVAK)  /*MRS:  7/9/2010 -- this still doesn't fix it?*/
1210                 {
1211                     bSumEkinhOld = TRUE;
1212                 }
1213                 /* for vv, the first half of the integration actually corresponds to the previous step.
1214                    So we need information from the last step in the first half of the integration */
1215                 if (bGStat || do_per_step(step-1, nstglobalcomm))
1216                 {
1217                     compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
1218                                     wcycle, enerd, force_vir, shake_vir, total_vir, pres, mu_tot,
1219                                     constr, NULL, FALSE, state->box,
1220                                     top_global, &bSumEkinhOld,
1221                                     cglo_flags
1222                                     | CGLO_ENERGY
1223                                     | (bTemp ? CGLO_TEMPERATURE : 0)
1224                                     | (bPres ? CGLO_PRESSURE : 0)
1225                                     | (bPres ? CGLO_CONSTRAINT : 0)
1226                                     | ((iterate.bIterationActive) ? CGLO_ITERATE : 0)
1227                                     | (bFirstIterate ? CGLO_FIRSTITERATE : 0)
1228                                     | CGLO_SCALEEKIN
1229                                     );
1230                     /* explanation of above:
1231                        a) We compute Ekin at the full time step
1232                        if 1) we are using the AveVel Ekin, and it's not the
1233                        initial step, or 2) if we are using AveEkin, but need the full
1234                        time step kinetic energy for the pressure (always true now, since we want accurate statistics).
1235                        b) If we are using EkinAveEkin for the kinetic energy for the temperature control, we still feed in
1236                        EkinAveVel because it's needed for the pressure */
1237                 }
1238                 /* temperature scaling and pressure scaling to produce the extended variables at t+dt */
1239                 if (!bInitStep)
1240                 {
1241                     if (bTrotter)
1242                     {
1243                         m_add(force_vir, shake_vir, total_vir); /* we need the un-dispersion corrected total vir here */
1244                         trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ2);
1245                     }
1246                     else
1247                     {
1248                         if (bExchanged)
1249                         {
1250
1251                             /* We need the kinetic energy at minus the half step for determining
1252                              * the full step kinetic energy and possibly for T-coupling.*/
1253                             /* This may not be quite working correctly yet . . . . */
1254                             compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
1255                                             wcycle, enerd, NULL, NULL, NULL, NULL, mu_tot,
1256                                             constr, NULL, FALSE, state->box,
1257                                             top_global, &bSumEkinhOld,
1258                                             CGLO_RERUNMD | CGLO_GSTAT | CGLO_TEMPERATURE);
1259                         }
1260                     }
1261                 }
1262
1263                 if (iterate.bIterationActive &&
1264                     done_iterating(cr, fplog, step, &iterate, bFirstIterate,
1265                                    state->veta, &vetanew))
1266                 {
1267                     break;
1268                 }
1269                 bFirstIterate = FALSE;
1270             }
1271
1272             if (bTrotter && !bInitStep)
1273             {
1274                 copy_mat(shake_vir, state->svir_prev);
1275                 copy_mat(force_vir, state->fvir_prev);
1276                 if (IR_NVT_TROTTER(ir) && ir->eI == eiVV)
1277                 {
1278                     /* update temperature and kinetic energy now that step is over - this is the v(t+dt) point */
1279                     enerd->term[F_TEMP] = sum_ekin(&(ir->opts), ekind, NULL, (ir->eI == eiVV), FALSE);
1280                     enerd->term[F_EKIN] = trace(ekind->ekin);
1281                 }
1282             }
1283             /* if it's the initial step, we performed this first step just to get the constraint virial */
1284             if (bInitStep && ir->eI == eiVV)
1285             {
1286                 copy_rvecn(cbuf, state->v, 0, state->natoms);
1287             }
1288         }
1289
1290         /* MRS -- now done iterating -- compute the conserved quantity */
1291         if (bVV)
1292         {
1293             saved_conserved_quantity = compute_conserved_from_auxiliary(ir, state, &MassQ);
1294             if (ir->eI == eiVV)
1295             {
1296                 last_ekin = enerd->term[F_EKIN];
1297             }
1298             if ((ir->eDispCorr != edispcEnerPres) && (ir->eDispCorr != edispcAllEnerPres))
1299             {
1300                 saved_conserved_quantity -= enerd->term[F_DISPCORR];
1301             }
1302             /* sum up the foreign energy and dhdl terms for vv.  currently done every step so that dhdl is correct in the .edr */
1303             if (!bRerunMD)
1304             {
1305                 sum_dhdl(enerd, state->lambda, ir->fepvals);
1306             }
1307         }
1308
1309         /* ########  END FIRST UPDATE STEP  ############## */
1310         /* ########  If doing VV, we now have v(dt) ###### */
1311         if (bDoExpanded)
1312         {
1313             /* perform extended ensemble sampling in lambda - we don't
1314                actually move to the new state before outputting
1315                statistics, but if performing simulated tempering, we
1316                do update the velocities and the tau_t. */
1317
1318             lamnew = ExpandedEnsembleDynamics(fplog, ir, enerd, state, &MassQ, state->fep_state, &state->dfhist, step, mcrng, state->v, mdatoms);
1319             /* history is maintained in state->dfhist, but state_global is what is sent to trajectory and log output */
1320             copy_df_history(&state_global->dfhist, &state->dfhist);
1321         }
1322
1323         /* Now we have the energies and forces corresponding to the
1324          * coordinates at time t. We must output all of this before
1325          * the update.
1326          */
1327         do_trajectory_writing(fplog, cr, nfile, fnm, step, step_rel, t,
1328                               ir, state, state_global, top_global, fr, upd,
1329                               outf, mdebin, ekind, f, f_global,
1330                               wcycle, mcrng, &nchkpt,
1331                               bCPT, bRerunMD, bLastStep, (Flags & MD_CONFOUT),
1332                               bSumEkinhOld);
1333
1334         /* kludge -- virial is lost with restart for NPT control. Must restart */
1335         if (bStartingFromCpt && bVV)
1336         {
1337             copy_mat(state->svir_prev, shake_vir);
1338             copy_mat(state->fvir_prev, force_vir);
1339         }
1340
1341         elapsed_time = walltime_accounting_get_current_elapsed_time(walltime_accounting);
1342
1343         /* Check whether everything is still allright */
1344         if (((int)gmx_get_stop_condition() > handled_stop_condition)
1345 #ifdef GMX_THREAD_MPI
1346             && MASTER(cr)
1347 #endif
1348             )
1349         {
1350             /* this is just make gs.sig compatible with the hack
1351                of sending signals around by MPI_Reduce with together with
1352                other floats */
1353             if (gmx_get_stop_condition() == gmx_stop_cond_next_ns)
1354             {
1355                 gs.sig[eglsSTOPCOND] = 1;
1356             }
1357             if (gmx_get_stop_condition() == gmx_stop_cond_next)
1358             {
1359                 gs.sig[eglsSTOPCOND] = -1;
1360             }
1361             /* < 0 means stop at next step, > 0 means stop at next NS step */
1362             if (fplog)
1363             {
1364                 fprintf(fplog,
1365                         "\n\nReceived the %s signal, stopping at the next %sstep\n\n",
1366                         gmx_get_signal_name(),
1367                         gs.sig[eglsSTOPCOND] == 1 ? "NS " : "");
1368                 fflush(fplog);
1369             }
1370             fprintf(stderr,
1371                     "\n\nReceived the %s signal, stopping at the next %sstep\n\n",
1372                     gmx_get_signal_name(),
1373                     gs.sig[eglsSTOPCOND] == 1 ? "NS " : "");
1374             fflush(stderr);
1375             handled_stop_condition = (int)gmx_get_stop_condition();
1376         }
1377         else if (MASTER(cr) && (bNS || ir->nstlist <= 0) &&
1378                  (max_hours > 0 && elapsed_time > max_hours*60.0*60.0*0.99) &&
1379                  gs.sig[eglsSTOPCOND] == 0 && gs.set[eglsSTOPCOND] == 0)
1380         {
1381             /* Signal to terminate the run */
1382             gs.sig[eglsSTOPCOND] = 1;
1383             if (fplog)
1384             {
1385                 fprintf(fplog, "\nStep %s: Run time exceeded %.3f hours, will terminate the run\n", gmx_step_str(step, sbuf), max_hours*0.99);
1386             }
1387             fprintf(stderr, "\nStep %s: Run time exceeded %.3f hours, will terminate the run\n", gmx_step_str(step, sbuf), max_hours*0.99);
1388         }
1389
1390         if (bResetCountersHalfMaxH && MASTER(cr) &&
1391             elapsed_time > max_hours*60.0*60.0*0.495)
1392         {
1393             gs.sig[eglsRESETCOUNTERS] = 1;
1394         }
1395
1396         if (ir->nstlist == -1 && !bRerunMD)
1397         {
1398             /* When bGStatEveryStep=FALSE, global_stat is only called
1399              * when we check the atom displacements, not at NS steps.
1400              * This means that also the bonded interaction count check is not
1401              * performed immediately after NS. Therefore a few MD steps could
1402              * be performed with missing interactions.
1403              * But wrong energies are never written to file,
1404              * since energies are only written after global_stat
1405              * has been called.
1406              */
1407             if (step >= nlh.step_nscheck)
1408             {
1409                 nlh.nabnsb = natoms_beyond_ns_buffer(ir, fr, &top->cgs,
1410                                                      nlh.scale_tot, state->x);
1411             }
1412             else
1413             {
1414                 /* This is not necessarily true,
1415                  * but step_nscheck is determined quite conservatively.
1416                  */
1417                 nlh.nabnsb = 0;
1418             }
1419         }
1420
1421         /* In parallel we only have to check for checkpointing in steps
1422          * where we do global communication,
1423          *  otherwise the other nodes don't know.
1424          */
1425         if (MASTER(cr) && ((bGStat || !PAR(cr)) &&
1426                            cpt_period >= 0 &&
1427                            (cpt_period == 0 ||
1428                             elapsed_time >= nchkpt*cpt_period*60.0)) &&
1429             gs.set[eglsCHKPT] == 0)
1430         {
1431             gs.sig[eglsCHKPT] = 1;
1432         }
1433
1434         /* at the start of step, randomize or scale the velocities (trotter done elsewhere) */
1435         if (EI_VV(ir->eI))
1436         {
1437             if (!bInitStep)
1438             {
1439                 update_tcouple(step, ir, state, ekind, upd, &MassQ, mdatoms);
1440             }
1441             if (ETC_ANDERSEN(ir->etc)) /* keep this outside of update_tcouple because of the extra info required to pass */
1442             {
1443                 gmx_bool bIfRandomize;
1444                 bIfRandomize = update_randomize_velocities(ir, step, mdatoms, state, upd, &top->idef, constr);
1445                 /* if we have constraints, we have to remove the kinetic energy parallel to the bonds */
1446                 if (constr && bIfRandomize)
1447                 {
1448                     update_constraints(fplog, step, NULL, ir, ekind, mdatoms,
1449                                        state, fr->bMolPBC, graph, f,
1450                                        &top->idef, tmp_vir,
1451                                        cr, nrnb, wcycle, upd, constr,
1452                                        TRUE, bCalcVir, vetanew);
1453                 }
1454             }
1455         }
1456
1457         if (bIterativeCase && do_per_step(step, ir->nstpcouple))
1458         {
1459             gmx_iterate_init(&iterate, TRUE);
1460             /* for iterations, we save these vectors, as we will be redoing the calculations */
1461             copy_coupling_state(state, bufstate, ekind, ekind_save, &(ir->opts));
1462         }
1463
1464         bFirstIterate = TRUE;
1465         while (bFirstIterate || iterate.bIterationActive)
1466         {
1467             /* We now restore these vectors to redo the calculation with improved extended variables */
1468             if (iterate.bIterationActive)
1469             {
1470                 copy_coupling_state(bufstate, state, ekind_save, ekind, &(ir->opts));
1471             }
1472
1473             /* We make the decision to break or not -after- the calculation of Ekin and Pressure,
1474                so scroll down for that logic */
1475
1476             /* #########   START SECOND UPDATE STEP ################# */
1477             /* Box is changed in update() when we do pressure coupling,
1478              * but we should still use the old box for energy corrections and when
1479              * writing it to the energy file, so it matches the trajectory files for
1480              * the same timestep above. Make a copy in a separate array.
1481              */
1482             copy_mat(state->box, lastbox);
1483
1484             bOK         = TRUE;
1485             dvdl_constr = 0;
1486
1487             if (!(bRerunMD && !rerun_fr.bV && !bForceUpdate))
1488             {
1489                 wallcycle_start(wcycle, ewcUPDATE);
1490                 /* UPDATE PRESSURE VARIABLES IN TROTTER FORMULATION WITH CONSTRAINTS */
1491                 if (bTrotter)
1492                 {
1493                     if (iterate.bIterationActive)
1494                     {
1495                         if (bFirstIterate)
1496                         {
1497                             scalevir = 1;
1498                         }
1499                         else
1500                         {
1501                             /* we use a new value of scalevir to converge the iterations faster */
1502                             scalevir = tracevir/trace(shake_vir);
1503                         }
1504                         msmul(shake_vir, scalevir, shake_vir);
1505                         m_add(force_vir, shake_vir, total_vir);
1506                         clear_mat(shake_vir);
1507                     }
1508                     trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ3);
1509                     /* We can only do Berendsen coupling after we have summed
1510                      * the kinetic energy or virial. Since the happens
1511                      * in global_state after update, we should only do it at
1512                      * step % nstlist = 1 with bGStatEveryStep=FALSE.
1513                      */
1514                 }
1515                 else
1516                 {
1517                     update_tcouple(step, ir, state, ekind, upd, &MassQ, mdatoms);
1518                     update_pcouple(fplog, step, ir, state, pcoupl_mu, M, bInitStep);
1519                 }
1520
1521                 if (bVV)
1522                 {
1523                     bUpdateDoLR = (fr->bTwinRange && do_per_step(step, ir->nstcalclr));
1524
1525                     /* velocity half-step update */
1526                     update_coords(fplog, step, ir, mdatoms, state, fr->bMolPBC, f,
1527                                   bUpdateDoLR, fr->f_twin, fcd,
1528                                   ekind, M, upd, FALSE, etrtVELOCITY2,
1529                                   cr, nrnb, constr, &top->idef);
1530                 }
1531
1532                 /* Above, initialize just copies ekinh into ekin,
1533                  * it doesn't copy position (for VV),
1534                  * and entire integrator for MD.
1535                  */
1536
1537                 if (ir->eI == eiVVAK)
1538                 {
1539                     copy_rvecn(state->x, cbuf, 0, state->natoms);
1540                 }
1541                 bUpdateDoLR = (fr->bTwinRange && do_per_step(step, ir->nstcalclr));
1542
1543                 update_coords(fplog, step, ir, mdatoms, state, fr->bMolPBC, f,
1544                               bUpdateDoLR, fr->f_twin, fcd,
1545                               ekind, M, upd, bInitStep, etrtPOSITION, cr, nrnb, constr, &top->idef);
1546                 wallcycle_stop(wcycle, ewcUPDATE);
1547
1548                 update_constraints(fplog, step, &dvdl_constr, ir, ekind, mdatoms, state,
1549                                    fr->bMolPBC, graph, f,
1550                                    &top->idef, shake_vir,
1551                                    cr, nrnb, wcycle, upd, constr,
1552                                    FALSE, bCalcVir, state->veta);
1553
1554                 if (ir->eI == eiVVAK)
1555                 {
1556                     /* erase F_EKIN and F_TEMP here? */
1557                     /* just compute the kinetic energy at the half step to perform a trotter step */
1558                     compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
1559                                     wcycle, enerd, force_vir, shake_vir, total_vir, pres, mu_tot,
1560                                     constr, NULL, FALSE, lastbox,
1561                                     top_global, &bSumEkinhOld,
1562                                     cglo_flags | CGLO_TEMPERATURE
1563                                     );
1564                     wallcycle_start(wcycle, ewcUPDATE);
1565                     trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ4);
1566                     /* now we know the scaling, we can compute the positions again again */
1567                     copy_rvecn(cbuf, state->x, 0, state->natoms);
1568
1569                     bUpdateDoLR = (fr->bTwinRange && do_per_step(step, ir->nstcalclr));
1570
1571                     update_coords(fplog, step, ir, mdatoms, state, fr->bMolPBC, f,
1572                                   bUpdateDoLR, fr->f_twin, fcd,
1573                                   ekind, M, upd, bInitStep, etrtPOSITION, cr, nrnb, constr, &top->idef);
1574                     wallcycle_stop(wcycle, ewcUPDATE);
1575
1576                     /* do we need an extra constraint here? just need to copy out of state->v to upd->xp? */
1577                     /* are the small terms in the shake_vir here due
1578                      * to numerical errors, or are they important
1579                      * physically? I'm thinking they are just errors, but not completely sure.
1580                      * For now, will call without actually constraining, constr=NULL*/
1581                     update_constraints(fplog, step, NULL, ir, ekind, mdatoms,
1582                                        state, fr->bMolPBC, graph, f,
1583                                        &top->idef, tmp_vir,
1584                                        cr, nrnb, wcycle, upd, NULL,
1585                                        FALSE, bCalcVir,
1586                                        state->veta);
1587                 }
1588                 if (!bOK)
1589                 {
1590                     gmx_fatal(FARGS, "Constraint error: Shake, Lincs or Settle could not solve the constrains");
1591                 }
1592
1593                 if (fr->bSepDVDL && fplog && do_log)
1594                 {
1595                     gmx_print_sepdvdl(fplog, "Constraint dV/dl", 0.0, dvdl_constr);
1596                 }
1597                 if (bVV)
1598                 {
1599                     /* this factor or 2 correction is necessary
1600                        because half of the constraint force is removed
1601                        in the vv step, so we have to double it.  See
1602                        the Redmine issue #1255.  It is not yet clear
1603                        if the factor of 2 is exact, or just a very
1604                        good approximation, and this will be
1605                        investigated.  The next step is to see if this
1606                        can be done adding a dhdl contribution from the
1607                        rattle step, but this is somewhat more
1608                        complicated with the current code. Will be
1609                        investigated, hopefully for 4.6.3. However,
1610                        this current solution is much better than
1611                        having it completely wrong.
1612                      */
1613                     enerd->term[F_DVDL_CONSTR] += 2*dvdl_constr;
1614                 }
1615                 else
1616                 {
1617                     enerd->term[F_DVDL_CONSTR] += dvdl_constr;
1618                 }
1619             }
1620             else if (graph)
1621             {
1622                 /* Need to unshift here */
1623                 unshift_self(graph, state->box, state->x);
1624             }
1625
1626             if (vsite != NULL)
1627             {
1628                 wallcycle_start(wcycle, ewcVSITECONSTR);
1629                 if (graph != NULL)
1630                 {
1631                     shift_self(graph, state->box, state->x);
1632                 }
1633                 construct_vsites(vsite, state->x, ir->delta_t, state->v,
1634                                  top->idef.iparams, top->idef.il,
1635                                  fr->ePBC, fr->bMolPBC, graph, cr, state->box);
1636
1637                 if (graph != NULL)
1638                 {
1639                     unshift_self(graph, state->box, state->x);
1640                 }
1641                 wallcycle_stop(wcycle, ewcVSITECONSTR);
1642             }
1643
1644             /* ############## IF NOT VV, Calculate globals HERE, also iterate constraints  ############ */
1645             /* With Leap-Frog we can skip compute_globals at
1646              * non-communication steps, but we need to calculate
1647              * the kinetic energy one step before communication.
1648              */
1649             if (bGStat || (!EI_VV(ir->eI) && do_per_step(step+1, nstglobalcomm)))
1650             {
1651                 if (ir->nstlist == -1 && bFirstIterate)
1652                 {
1653                     gs.sig[eglsNABNSB] = nlh.nabnsb;
1654                 }
1655                 compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
1656                                 wcycle, enerd, force_vir, shake_vir, total_vir, pres, mu_tot,
1657                                 constr,
1658                                 bFirstIterate ? &gs : NULL,
1659                                 (step_rel % gs.nstms == 0) &&
1660                                 (multisim_nsteps < 0 || (step_rel < multisim_nsteps)),
1661                                 lastbox,
1662                                 top_global, &bSumEkinhOld,
1663                                 cglo_flags
1664                                 | (!EI_VV(ir->eI) || bRerunMD ? CGLO_ENERGY : 0)
1665                                 | (!EI_VV(ir->eI) && bStopCM ? CGLO_STOPCM : 0)
1666                                 | (!EI_VV(ir->eI) ? CGLO_TEMPERATURE : 0)
1667                                 | (!EI_VV(ir->eI) || bRerunMD ? CGLO_PRESSURE : 0)
1668                                 | (iterate.bIterationActive ? CGLO_ITERATE : 0)
1669                                 | (bFirstIterate ? CGLO_FIRSTITERATE : 0)
1670                                 | CGLO_CONSTRAINT
1671                                 );
1672                 if (ir->nstlist == -1 && bFirstIterate)
1673                 {
1674                     nlh.nabnsb         = gs.set[eglsNABNSB];
1675                     gs.set[eglsNABNSB] = 0;
1676                 }
1677             }
1678             /* bIterate is set to keep it from eliminating the old ekin kinetic energy terms */
1679             /* #############  END CALC EKIN AND PRESSURE ################# */
1680
1681             /* Note: this is OK, but there are some numerical precision issues with using the convergence of
1682                the virial that should probably be addressed eventually. state->veta has better properies,
1683                but what we actually need entering the new cycle is the new shake_vir value. Ideally, we could
1684                generate the new shake_vir, but test the veta value for convergence.  This will take some thought. */
1685
1686             if (iterate.bIterationActive &&
1687                 done_iterating(cr, fplog, step, &iterate, bFirstIterate,
1688                                trace(shake_vir), &tracevir))
1689             {
1690                 break;
1691             }
1692             bFirstIterate = FALSE;
1693         }
1694
1695         if (!bVV || bRerunMD)
1696         {
1697             /* sum up the foreign energy and dhdl terms for md and sd. currently done every step so that dhdl is correct in the .edr */
1698             sum_dhdl(enerd, state->lambda, ir->fepvals);
1699         }
1700         update_box(fplog, step, ir, mdatoms, state, f,
1701                    ir->nstlist == -1 ? &nlh.scale_tot : NULL, pcoupl_mu, nrnb, upd);
1702
1703         /* ################# END UPDATE STEP 2 ################# */
1704         /* #### We now have r(t+dt) and v(t+dt/2)  ############# */
1705
1706         /* The coordinates (x) were unshifted in update */
1707         if (!bGStat)
1708         {
1709             /* We will not sum ekinh_old,
1710              * so signal that we still have to do it.
1711              */
1712             bSumEkinhOld = TRUE;
1713         }
1714
1715         /* #########  BEGIN PREPARING EDR OUTPUT  ###########  */
1716
1717         /* use the directly determined last velocity, not actually the averaged half steps */
1718         if (bTrotter && ir->eI == eiVV)
1719         {
1720             enerd->term[F_EKIN] = last_ekin;
1721         }
1722         enerd->term[F_ETOT] = enerd->term[F_EPOT] + enerd->term[F_EKIN];
1723
1724         if (bVV)
1725         {
1726             enerd->term[F_ECONSERVED] = enerd->term[F_ETOT] + saved_conserved_quantity;
1727         }
1728         else
1729         {
1730             enerd->term[F_ECONSERVED] = enerd->term[F_ETOT] + compute_conserved_from_auxiliary(ir, state, &MassQ);
1731         }
1732         /* #########  END PREPARING EDR OUTPUT  ###########  */
1733
1734         /* Output stuff */
1735         if (MASTER(cr))
1736         {
1737             gmx_bool do_dr, do_or;
1738
1739             if (fplog && do_log && bDoExpanded)
1740             {
1741                 /* only needed if doing expanded ensemble */
1742                 PrintFreeEnergyInfoToFile(fplog, ir->fepvals, ir->expandedvals, ir->bSimTemp ? ir->simtempvals : NULL,
1743                                           &state_global->dfhist, state->fep_state, ir->nstlog, step);
1744             }
1745             if (!(bStartingFromCpt && (EI_VV(ir->eI))))
1746             {
1747                 if (bCalcEner)
1748                 {
1749                     upd_mdebin(mdebin, bDoDHDL, TRUE,
1750                                t, mdatoms->tmass, enerd, state,
1751                                ir->fepvals, ir->expandedvals, lastbox,
1752                                shake_vir, force_vir, total_vir, pres,
1753                                ekind, mu_tot, constr);
1754                 }
1755                 else
1756                 {
1757                     upd_mdebin_step(mdebin);
1758                 }
1759
1760                 do_dr  = do_per_step(step, ir->nstdisreout);
1761                 do_or  = do_per_step(step, ir->nstorireout);
1762
1763                 print_ebin(outf->fp_ene, do_ene, do_dr, do_or, do_log ? fplog : NULL,
1764                            step, t,
1765                            eprNORMAL, bCompact, mdebin, fcd, groups, &(ir->opts));
1766             }
1767             if (ir->ePull != epullNO)
1768             {
1769                 pull_print_output(ir->pull, step, t);
1770             }
1771
1772             if (do_per_step(step, ir->nstlog))
1773             {
1774                 if (fflush(fplog) != 0)
1775                 {
1776                     gmx_fatal(FARGS, "Cannot flush logfile - maybe you are out of disk space?");
1777                 }
1778             }
1779         }
1780         if (bDoExpanded)
1781         {
1782             /* Have to do this part _after_ outputting the logfile and the edr file */
1783             /* Gets written into the state at the beginning of next loop*/
1784             state->fep_state = lamnew;
1785         }
1786         /* Print the remaining wall clock time for the run */
1787         if (MULTIMASTER(cr) && (do_verbose || gmx_got_usr_signal()) && !bPMETuneRunning)
1788         {
1789             if (shellfc)
1790             {
1791                 fprintf(stderr, "\n");
1792             }
1793             print_time(stderr, walltime_accounting, step, ir, cr);
1794         }
1795
1796         /* Replica exchange */
1797         bExchanged = FALSE;
1798         if ((repl_ex_nst > 0) && (step > 0) && !bLastStep &&
1799             do_per_step(step, repl_ex_nst))
1800         {
1801             bExchanged = replica_exchange(fplog, cr, repl_ex,
1802                                           state_global, enerd,
1803                                           state, step, t);
1804
1805             if (bExchanged && DOMAINDECOMP(cr))
1806             {
1807                 dd_partition_system(fplog, step, cr, TRUE, 1,
1808                                     state_global, top_global, ir,
1809                                     state, &f, mdatoms, top, fr,
1810                                     vsite, shellfc, constr,
1811                                     nrnb, wcycle, FALSE);
1812             }
1813         }
1814
1815         bFirstStep       = FALSE;
1816         bInitStep        = FALSE;
1817         bStartingFromCpt = FALSE;
1818
1819         /* #######  SET VARIABLES FOR NEXT ITERATION IF THEY STILL NEED IT ###### */
1820         /* With all integrators, except VV, we need to retain the pressure
1821          * at the current step for coupling at the next step.
1822          */
1823         if ((state->flags & (1<<estPRES_PREV)) &&
1824             (bGStatEveryStep ||
1825              (ir->nstpcouple > 0 && step % ir->nstpcouple == 0)))
1826         {
1827             /* Store the pressure in t_state for pressure coupling
1828              * at the next MD step.
1829              */
1830             copy_mat(pres, state->pres_prev);
1831         }
1832
1833         /* #######  END SET VARIABLES FOR NEXT ITERATION ###### */
1834
1835         if ( (membed != NULL) && (!bLastStep) )
1836         {
1837             rescale_membed(step_rel, membed, state_global->x);
1838         }
1839
1840         if (bRerunMD)
1841         {
1842             if (MASTER(cr))
1843             {
1844                 /* read next frame from input trajectory */
1845                 bNotLastFrame = read_next_frame(oenv, status, &rerun_fr);
1846             }
1847
1848             if (PAR(cr))
1849             {
1850                 rerun_parallel_comm(cr, &rerun_fr, &bNotLastFrame);
1851             }
1852         }
1853
1854         if (!bRerunMD || !rerun_fr.bStep)
1855         {
1856             /* increase the MD step number */
1857             step++;
1858             step_rel++;
1859         }
1860
1861         cycles = wallcycle_stop(wcycle, ewcSTEP);
1862         if (DOMAINDECOMP(cr) && wcycle)
1863         {
1864             dd_cycles_add(cr->dd, cycles, ddCyclStep);
1865         }
1866
1867         if (bPMETuneRunning || bPMETuneTry)
1868         {
1869             /* PME grid + cut-off optimization with GPUs or PME nodes */
1870
1871             /* Count the total cycles over the last steps */
1872             cycles_pmes += cycles;
1873
1874             /* We can only switch cut-off at NS steps */
1875             if (step % ir->nstlist == 0)
1876             {
1877                 /* PME grid + cut-off optimization with GPUs or PME nodes */
1878                 if (bPMETuneTry)
1879                 {
1880                     if (DDMASTER(cr->dd))
1881                     {
1882                         /* PME node load is too high, start tuning */
1883                         bPMETuneRunning = (dd_pme_f_ratio(cr->dd) >= 1.05);
1884                     }
1885                     dd_bcast(cr->dd, sizeof(gmx_bool), &bPMETuneRunning);
1886
1887                     if (bPMETuneRunning || step_rel > ir->nstlist*50)
1888                     {
1889                         bPMETuneTry     = FALSE;
1890                     }
1891                 }
1892                 if (bPMETuneRunning)
1893                 {
1894                     /* init_step might not be a multiple of nstlist,
1895                      * but the first cycle is always skipped anyhow.
1896                      */
1897                     bPMETuneRunning =
1898                         pme_load_balance(pme_loadbal, cr,
1899                                          (bVerbose && MASTER(cr)) ? stderr : NULL,
1900                                          fplog,
1901                                          ir, state, cycles_pmes,
1902                                          fr->ic, fr->nbv, &fr->pmedata,
1903                                          step);
1904
1905                     /* Update constants in forcerec/inputrec to keep them in sync with fr->ic */
1906                     fr->ewaldcoeff_q = fr->ic->ewaldcoeff_q;
1907                     fr->rlist        = fr->ic->rlist;
1908                     fr->rlistlong    = fr->ic->rlistlong;
1909                     fr->rcoulomb     = fr->ic->rcoulomb;
1910                     fr->rvdw         = fr->ic->rvdw;
1911                 }
1912                 cycles_pmes = 0;
1913             }
1914         }
1915
1916         if (step_rel == wcycle_get_reset_counters(wcycle) ||
1917             gs.set[eglsRESETCOUNTERS] != 0)
1918         {
1919             /* Reset all the counters related to performance over the run */
1920             reset_all_counters(fplog, cr, step, &step_rel, ir, wcycle, nrnb, walltime_accounting,
1921                                fr->nbv != NULL && fr->nbv->bUseGPU ? fr->nbv->cu_nbv : NULL);
1922             wcycle_set_reset_counters(wcycle, -1);
1923             if (!(cr->duty & DUTY_PME))
1924             {
1925                 /* Tell our PME node to reset its counters */
1926                 gmx_pme_send_resetcounters(cr, step);
1927             }
1928             /* Correct max_hours for the elapsed time */
1929             max_hours                -= elapsed_time/(60.0*60.0);
1930             bResetCountersHalfMaxH    = FALSE;
1931             gs.set[eglsRESETCOUNTERS] = 0;
1932         }
1933
1934     }
1935     /* End of main MD loop */
1936     debug_gmx();
1937
1938     /* Stop measuring walltime */
1939     walltime_accounting_end(walltime_accounting);
1940
1941     if (bRerunMD && MASTER(cr))
1942     {
1943         close_trj(status);
1944     }
1945
1946     if (!(cr->duty & DUTY_PME))
1947     {
1948         /* Tell the PME only node to finish */
1949         gmx_pme_send_finish(cr);
1950     }
1951
1952     if (MASTER(cr))
1953     {
1954         if (ir->nstcalcenergy > 0 && !bRerunMD)
1955         {
1956             print_ebin(outf->fp_ene, FALSE, FALSE, FALSE, fplog, step, t,
1957                        eprAVER, FALSE, mdebin, fcd, groups, &(ir->opts));
1958         }
1959     }
1960
1961     done_mdoutf(outf);
1962
1963     debug_gmx();
1964
1965     if (ir->nstlist == -1 && nlh.nns > 0 && fplog)
1966     {
1967         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)));
1968         fprintf(fplog, "Average number of atoms that crossed the half buffer length: %.1f\n\n", nlh.ab/nlh.nns);
1969     }
1970
1971     if (pme_loadbal != NULL)
1972     {
1973         pme_loadbal_done(pme_loadbal, cr, fplog,
1974                          fr->nbv != NULL && fr->nbv->bUseGPU);
1975     }
1976
1977     if (shellfc && fplog)
1978     {
1979         fprintf(fplog, "Fraction of iterations that converged:           %.2f %%\n",
1980                 (nconverged*100.0)/step_rel);
1981         fprintf(fplog, "Average number of force evaluations per MD step: %.2f\n\n",
1982                 tcount/step_rel);
1983     }
1984
1985     if (repl_ex_nst > 0 && MASTER(cr))
1986     {
1987         print_replica_exchange_statistics(fplog, repl_ex);
1988     }
1989
1990     walltime_accounting_set_nsteps_done(walltime_accounting, step_rel);
1991
1992     return 0;
1993 }