src/programs/mdrun/md.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2011,2012,2013,2014,2015,2016, 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 #include "gmxpre.h"
  38
  39 #include "config.h"
  40
  41 #include <math.h>
  42 #include <stdio.h>
  43 #include <stdlib.h>
  44
  45 #include "thread_mpi/threads.h"
  46
  47 #include "gromacs/domdec/domdec.h"
  48 #include "gromacs/domdec/domdec_network.h"
  49 #include "gromacs/ewald/pme-load-balancing.h"
  50 #include "gromacs/ewald/pme.h"
  51 #include "gromacs/fileio/filenm.h"
  52 #include "gromacs/fileio/mdoutf.h"
  53 #include "gromacs/fileio/trajectory_writing.h"
  54 #include "gromacs/fileio/trx.h"
  55 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
  56 #include "gromacs/imd/imd.h"
  57 #include "gromacs/legacyheaders/constr.h"
  58 #include "gromacs/legacyheaders/ebin.h"
  59 #include "gromacs/legacyheaders/force.h"
  60 #include "gromacs/legacyheaders/md_logging.h"
  61 #include "gromacs/legacyheaders/md_support.h"
  62 #include "gromacs/legacyheaders/mdatoms.h"
  63 #include "gromacs/legacyheaders/mdebin.h"
  64 #include "gromacs/legacyheaders/mdrun.h"
  65 #include "gromacs/legacyheaders/network.h"
  66 #include "gromacs/legacyheaders/nrnb.h"
  67 #include "gromacs/legacyheaders/ns.h"
  68 #include "gromacs/legacyheaders/shellfc.h"
  69 #include "gromacs/legacyheaders/sighandler.h"
  70 #include "gromacs/legacyheaders/sim_util.h"
  71 #include "gromacs/legacyheaders/tgroup.h"
  72 #include "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
  73 #include "gromacs/legacyheaders/update.h"
  74 #include "gromacs/legacyheaders/vcm.h"
  75 #include "gromacs/legacyheaders/vsite.h"
  76 #include "gromacs/legacyheaders/types/commrec.h"
  77 #include "gromacs/legacyheaders/types/constr.h"
  78 #include "gromacs/legacyheaders/types/enums.h"
  79 #include "gromacs/legacyheaders/types/fcdata.h"
  80 #include "gromacs/legacyheaders/types/force_flags.h"
  81 #include "gromacs/legacyheaders/types/forcerec.h"
  82 #include "gromacs/legacyheaders/types/group.h"
  83 #include "gromacs/legacyheaders/types/inputrec.h"
  84 #include "gromacs/legacyheaders/types/interaction_const.h"
  85 #include "gromacs/legacyheaders/types/mdatom.h"
  86 #include "gromacs/legacyheaders/types/membedt.h"
  87 #include "gromacs/legacyheaders/types/nrnb.h"
  88 #include "gromacs/legacyheaders/types/oenv.h"
  89 #include "gromacs/legacyheaders/types/shellfc.h"
  90 #include "gromacs/legacyheaders/types/state.h"
  91 #include "gromacs/listed-forces/manage-threading.h"
  92 #include "gromacs/math/utilities.h"
  93 #include "gromacs/math/vec.h"
  94 #include "gromacs/math/vectypes.h"
  95 #include "gromacs/mdlib/compute_io.h"
  96 #include "gromacs/mdlib/mdrun_signalling.h"
  97 #include "gromacs/mdlib/nb_verlet.h"
  98 #include "gromacs/mdlib/nbnxn_gpu_data_mgmt.h"
  99 #include "gromacs/pbcutil/mshift.h"
 100 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
 101 #include "gromacs/pulling/pull.h"
 102 #include "gromacs/swap/swapcoords.h"
 103 #include "gromacs/timing/wallcycle.h"
 104 #include "gromacs/timing/walltime_accounting.h"
 105 #include "gromacs/topology/atoms.h"
 106 #include "gromacs/topology/idef.h"
 107 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
 108 #include "gromacs/topology/topology.h"
 109 #include "gromacs/utility/basedefinitions.h"
 110 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
 111 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
 112 #include "gromacs/utility/real.h"
 113 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
 114
 115 #include "deform.h"
 116 #include "membed.h"
 117 #include "repl_ex.h"
 118
 119 #ifdef GMX_FAHCORE
 120 #include "corewrap.h"
 121 #endif
 122
 123 static void reset_all_counters(FILE *fplog, t_commrec *cr,
 124                                gmx_int64_t step,
 125                                gmx_int64_t *step_rel, t_inputrec *ir,
 126                                gmx_wallcycle_t wcycle, t_nrnb *nrnb,
 127                                gmx_walltime_accounting_t walltime_accounting,
 128                                struct nonbonded_verlet_t *nbv)
 129 {
 130     char sbuf[STEPSTRSIZE];
 131
 132     /* Reset all the counters related to performance over the run */
 133     md_print_warn(cr, fplog, "step %s: resetting all time and cycle counters\n",
 134                   gmx_step_str(step, sbuf));
 135
 136     if (use_GPU(nbv))
 137     {
 138         nbnxn_gpu_reset_timings(nbv);
 139     }
 140
 141     wallcycle_stop(wcycle, ewcRUN);
 142     wallcycle_reset_all(wcycle);
 143     if (DOMAINDECOMP(cr))
 144     {
 145         reset_dd_statistics_counters(cr->dd);
 146     }
 147     init_nrnb(nrnb);
 148     ir->init_step += *step_rel;
 149     ir->nsteps    -= *step_rel;
 150     *step_rel      = 0;
 151     wallcycle_start(wcycle, ewcRUN);
 152     walltime_accounting_start(walltime_accounting);
 153     print_date_and_time(fplog, cr->nodeid, "Restarted time", gmx_gettime());
 154 }
 155
 156 double do_md(FILE *fplog, t_commrec *cr, int nfile, const t_filenm fnm[],
 157              const output_env_t oenv, gmx_bool bVerbose, gmx_bool bCompact,
 158              int nstglobalcomm,
 159              gmx_vsite_t *vsite, gmx_constr_t constr,
 160              int stepout, t_inputrec *ir,
 161              gmx_mtop_t *top_global,
 162              t_fcdata *fcd,
 163              t_state *state_global,
 164              t_mdatoms *mdatoms,
 165              t_nrnb *nrnb, gmx_wallcycle_t wcycle,
 166              gmx_edsam_t ed, t_forcerec *fr,
 167              int repl_ex_nst, int repl_ex_nex, int repl_ex_seed, gmx_membed_t membed,
 168              real cpt_period, real max_hours,
 169              int imdport,
 170              unsigned long Flags,
 171              gmx_walltime_accounting_t walltime_accounting)
 172 {
 173     gmx_mdoutf_t    outf = NULL;
 174     gmx_int64_t     step, step_rel;
 175     double          elapsed_time;
 176     double          t, t0, lam0[efptNR];
 177     gmx_bool        bGStatEveryStep, bGStat, bCalcVir, bCalcEnerStep, bCalcEner;
 178     gmx_bool        bNS, bNStList, bSimAnn, bStopCM, bRerunMD, bNotLastFrame = FALSE,
 179                     bFirstStep, bStateFromCP, bStateFromTPX, bInitStep, bLastStep,
 180                     bBornRadii, bStartingFromCpt;
 181     gmx_bool          bDoDHDL = FALSE, bDoFEP = FALSE, bDoExpanded = FALSE;
 182     gmx_bool          do_ene, do_log, do_verbose, bRerunWarnNoV = TRUE,
 183                       bForceUpdate = FALSE, bCPT;
 184     gmx_bool          bMasterState;
 185     int               force_flags, cglo_flags;
 186     tensor            force_vir, shake_vir, total_vir, tmp_vir, pres;
 187     int               i, m;
 188     t_trxstatus      *status;
 189     rvec              mu_tot;
 190     t_vcm            *vcm;
 191     matrix            pcoupl_mu, M;
 192     t_trxframe        rerun_fr;
 193     gmx_repl_ex_t     repl_ex = NULL;
 194     int               nchkpt  = 1;
 195     gmx_localtop_t   *top;
 196     t_mdebin         *mdebin   = NULL;
 197     t_state          *state    = NULL;
 198     rvec             *f_global = NULL;
 199     gmx_enerdata_t   *enerd;
 200     rvec             *f = NULL;
 201     gmx_global_stat_t gstat;
 202     gmx_update_t      upd   = NULL;
 203     t_graph          *graph = NULL;
 204     gmx_signalling_t  gs;
 205     gmx_groups_t     *groups;
 206     gmx_ekindata_t   *ekind;
 207     gmx_shellfc_t     shellfc;
 208     int               count, nconverged = 0;
 209     double            tcount                 = 0;
 210     gmx_bool          bConverged             = TRUE, bSumEkinhOld, bDoReplEx, bExchanged, bNeedRepartition;
 211     gmx_bool          bResetCountersHalfMaxH = FALSE;
 212     gmx_bool          bVV, bTemp, bPres, bTrotter;
 213     gmx_bool          bUpdateDoLR;
 214     real              dvdl_constr;
 215     rvec             *cbuf        = NULL;
 216     int               cbuf_nalloc = 0;
 217     matrix            lastbox;
 218     int               lamnew  = 0;
 219     /* for FEP */
 220     int               nstfep = 0;
 221     double            cycles;
 222     real              saved_conserved_quantity = 0;
 223     real              last_ekin                = 0;
 224     t_extmass         MassQ;
 225     int             **trotter_seq;
 226     char              sbuf[STEPSTRSIZE], sbuf2[STEPSTRSIZE];
 227     int               handled_stop_condition = gmx_stop_cond_none; /* compare to get_stop_condition*/
 228     gmx_int64_t       multisim_nsteps        = -1;                 /* number of steps to do  before first multisim
 229                                                                           simulation stops. If equal to zero, don't
 230                                                                           communicate any more between multisims.*/
 231     /* PME load balancing data for GPU kernels */
 232     pme_load_balancing_t *pme_loadbal      = NULL;
 233     gmx_bool              bPMETune         = FALSE;
 234     gmx_bool              bPMETunePrinting = FALSE;
 235
 236     /* Interactive MD */
 237     gmx_bool          bIMDstep = FALSE;
 238
 239 #ifdef GMX_FAHCORE
 240     /* Temporary addition for FAHCORE checkpointing */
 241     int chkpt_ret;
 242 #endif
 243
 244     /* Check for special mdrun options */
 245     bRerunMD = (Flags & MD_RERUN);
 246     if (Flags & MD_RESETCOUNTERSHALFWAY)
 247     {
 248         if (ir->nsteps > 0)
 249         {
 250             /* Signal to reset the counters half the simulation steps. */
 251             wcycle_set_reset_counters(wcycle, ir->nsteps/2);
 252         }
 253         /* Signal to reset the counters halfway the simulation time. */
 254         bResetCountersHalfMaxH = (max_hours > 0);
 255     }
 256
 257     /* md-vv uses averaged full step velocities for T-control
 258        md-vv-avek uses averaged half step velocities for T-control (but full step ekin for P control)
 259        md uses averaged half step kinetic energies to determine temperature unless defined otherwise by GMX_EKIN_AVE_VEL; */
 260     bVV      = EI_VV(ir->eI);
 261     bTrotter = (bVV && (IR_NPT_TROTTER(ir) || IR_NPH_TROTTER(ir) || IR_NVT_TROTTER(ir)));
 262
 263     if (bRerunMD)
 264     {
 265         /* Since we don't know if the frames read are related in any way,
 266          * rebuild the neighborlist at every step.
 267          */
 268         ir->nstlist       = 1;
 269         ir->nstcalcenergy = 1;
 270         nstglobalcomm     = 1;
 271     }
 272
 273     check_ir_old_tpx_versions(cr, fplog, ir, top_global);
 274
 275     nstglobalcomm   = check_nstglobalcomm(fplog, cr, nstglobalcomm, ir);
 276     bGStatEveryStep = (nstglobalcomm == 1);
 277
 278     if (bRerunMD)
 279     {
 280         ir->nstxout_compressed = 0;
 281     }
 282     groups = &top_global->groups;
 283
 284     /* Initial values */
 285     init_md(fplog, cr, ir, oenv, &t, &t0, state_global->lambda,
 286             &(state_global->fep_state), lam0,
 287             nrnb, top_global, &upd,
 288             nfile, fnm, &outf, &mdebin,
 289             force_vir, shake_vir, mu_tot, &bSimAnn, &vcm, Flags, wcycle);
 290
 291     clear_mat(total_vir);
 292     clear_mat(pres);
 293     /* Energy terms and groups */
 294     snew(enerd, 1);
 295     init_enerdata(top_global->groups.grps[egcENER].nr, ir->fepvals->n_lambda,
 296                   enerd);
 297     if (DOMAINDECOMP(cr))
 298     {
 299         f = NULL;
 300     }
 301     else
 302     {
 303         snew(f, top_global->natoms);
 304     }
 305
 306     /* Kinetic energy data */
 307     snew(ekind, 1);
 308     init_ekindata(fplog, top_global, &(ir->opts), ekind);
 309     /* Copy the cos acceleration to the groups struct */
 310     ekind->cosacc.cos_accel = ir->cos_accel;
 311
 312     gstat = global_stat_init(ir);
 313     debug_gmx();
 314
 315     /* Check for polarizable models and flexible constraints */
 316     shellfc = init_shell_flexcon(fplog,
 317                                  top_global, n_flexible_constraints(constr),
 318                                  (ir->bContinuation ||
 319                                   (DOMAINDECOMP(cr) && !MASTER(cr))) ?
 320                                  NULL : state_global->x);
 321     if (shellfc && ir->nstcalcenergy != 1)
 322     {
 323         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);
 324     }
 325     if (shellfc && DOMAINDECOMP(cr))
 326     {
 327         gmx_fatal(FARGS, "Shell particles are not implemented with domain decomposition, use a single rank");
 328     }
 329     if (shellfc && ir->eI == eiNM)
 330     {
 331         /* Currently shells don't work with Normal Modes */
 332         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");
 333     }
 334
 335     if (vsite && ir->eI == eiNM)
 336     {
 337         /* Currently virtual sites don't work with Normal Modes */
 338         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");
 339     }
 340
 341     if (DEFORM(*ir))
 342     {
 343         tMPI_Thread_mutex_lock(&deform_init_box_mutex);
 344         set_deform_reference_box(upd,
 345                                  deform_init_init_step_tpx,
 346                                  deform_init_box_tpx);
 347         tMPI_Thread_mutex_unlock(&deform_init_box_mutex);
 348     }
 349
 350     {
 351         double io = compute_io(ir, top_global->natoms, groups, mdebin->ebin->nener, 1);
 352         if ((io > 2000) && MASTER(cr))
 353         {
 354             fprintf(stderr,
 355                     "\nWARNING: This run will generate roughly %.0f Mb of data\n\n",
 356                     io);
 357         }
 358     }
 359
 360     if (DOMAINDECOMP(cr))
 361     {
 362         top = dd_init_local_top(top_global);
 363
 364         snew(state, 1);
 365         dd_init_local_state(cr->dd, state_global, state);
 366
 367         if (DDMASTER(cr->dd) && ir->nstfout)
 368         {
 369             snew(f_global, state_global->natoms);
 370         }
 371     }
 372     else
 373     {
 374         top = gmx_mtop_generate_local_top(top_global, ir);
 375
 376         state    = serial_init_local_state(state_global);
 377         f_global = f;
 378
 379         atoms2md(top_global, ir, 0, NULL, top_global->natoms, mdatoms);
 380
 381         if (vsite)
 382         {
 383             set_vsite_top(vsite, top, mdatoms, cr);
 384         }
 385
 386         if (ir->ePBC != epbcNONE && !fr->bMolPBC)
 387         {
 388             graph = mk_graph(fplog, &(top->idef), 0, top_global->natoms, FALSE, FALSE);
 389         }
 390
 391         if (shellfc)
 392         {
 393             make_local_shells(cr, mdatoms, shellfc);
 394         }
 395
 396         setup_bonded_threading(fr, &top->idef);
 397     }
 398
 399     /* Set up interactive MD (IMD) */
 400     init_IMD(ir, cr, top_global, fplog, ir->nstcalcenergy, state_global->x,
 401              nfile, fnm, oenv, imdport, Flags);
 402
 403     if (DOMAINDECOMP(cr))
 404     {
 405         /* Distribute the charge groups over the nodes from the master node */
 406         dd_partition_system(fplog, ir->init_step, cr, TRUE, 1,
 407                             state_global, top_global, ir,
 408                             state, &f, mdatoms, top, fr,
 409                             vsite, shellfc, constr,
 410                             nrnb, NULL, FALSE);
 411
 412     }
 413
 414     update_mdatoms(mdatoms, state->lambda[efptMASS]);
 415
 416     if (opt2bSet("-cpi", nfile, fnm))
 417     {
 418         bStateFromCP = gmx_fexist_master(opt2fn_master("-cpi", nfile, fnm, cr), cr);
 419     }
 420     else
 421     {
 422         bStateFromCP = FALSE;
 423     }
 424
 425     if (ir->bExpanded)
 426     {
 427         init_expanded_ensemble(bStateFromCP, ir, &state->dfhist);
 428     }
 429
 430     if (MASTER(cr))
 431     {
 432         if (bStateFromCP)
 433         {
 434             /* Update mdebin with energy history if appending to output files */
 435             if (Flags & MD_APPENDFILES)
 436             {
 437                 restore_energyhistory_from_state(mdebin, &state_global->enerhist);
 438             }
 439             else
 440             {
 441                 /* We might have read an energy history from checkpoint,
 442                  * free the allocated memory and reset the counts.
 443                  */
 444                 done_energyhistory(&state_global->enerhist);
 445                 init_energyhistory(&state_global->enerhist);
 446             }
 447         }
 448         /* Set the initial energy history in state by updating once */
 449         update_energyhistory(&state_global->enerhist, mdebin);
 450     }
 451
 452     /* Initialize constraints */
 453     if (constr && !DOMAINDECOMP(cr))
 454     {
 455         set_constraints(constr, top, ir, mdatoms, cr);
 456     }
 457
 458     if (repl_ex_nst > 0 && MASTER(cr))
 459     {
 460         repl_ex = init_replica_exchange(fplog, cr->ms, state_global, ir,
 461                                         repl_ex_nst, repl_ex_nex, repl_ex_seed);
 462     }
 463
 464     /* PME tuning is only supported with PME for Coulomb. Is is not supported
 465      * with only LJ PME, or for reruns.
 466      */
 467     bPMETune = ((Flags & MD_TUNEPME) && EEL_PME(fr->eeltype) && !bRerunMD &&
 468                 !(Flags & MD_REPRODUCIBLE));
 469     if (bPMETune)
 470     {
 471         pme_loadbal_init(&pme_loadbal, cr, fplog, ir, state->box,
 472                          fr->ic, fr->pmedata, use_GPU(fr->nbv),
 473                          &bPMETunePrinting);
 474     }
 475
 476     if (!ir->bContinuation && !bRerunMD)
 477     {
 478         if (mdatoms->cFREEZE && (state->flags & (1<<estV)))
 479         {
 480             /* Set the velocities of frozen particles to zero */
 481             for (i = 0; i < mdatoms->homenr; i++)
 482             {
 483                 for (m = 0; m < DIM; m++)
 484                 {
 485                     if (ir->opts.nFreeze[mdatoms->cFREEZE[i]][m])
 486                     {
 487                         state->v[i][m] = 0;
 488                     }
 489                 }
 490             }
 491         }
 492
 493         if (constr)
 494         {
 495             /* Constrain the initial coordinates and velocities */
 496             do_constrain_first(fplog, constr, ir, mdatoms, state,
 497                                cr, nrnb, fr, top);
 498         }
 499         if (vsite)
 500         {
 501             /* Construct the virtual sites for the initial configuration */
 502             construct_vsites(vsite, state->x, ir->delta_t, NULL,
 503                              top->idef.iparams, top->idef.il,
 504                              fr->ePBC, fr->bMolPBC, cr, state->box);
 505         }
 506     }
 507
 508     debug_gmx();
 509
 510     if (IR_TWINRANGE(*ir) && repl_ex_nst % ir->nstcalclr != 0)
 511     {
 512         /* We should exchange at nstcalclr steps to get correct integration */
 513         gmx_fatal(FARGS, "The replica exchange period (%d) is not divisible by nstcalclr (%d)", repl_ex_nst, ir->nstcalclr);
 514     }
 515
 516     if (ir->efep != efepNO)
 517     {
 518         /* Set free energy calculation frequency as the greatest common
 519          * denominator of nstdhdl and repl_ex_nst.
 520          * Check for nstcalclr with twin-range, since we need the long-range
 521          * contribution to the free-energy at the correct (nstcalclr) steps.
 522          */
 523         nstfep = ir->fepvals->nstdhdl;
 524         if (ir->bExpanded)
 525         {
 526             if (IR_TWINRANGE(*ir) &&
 527                 ir->expandedvals->nstexpanded % ir->nstcalclr != 0)
 528             {
 529                 gmx_fatal(FARGS, "nstexpanded should be divisible by nstcalclr");
 530             }
 531             nstfep = gmx_greatest_common_divisor(ir->expandedvals->nstexpanded, nstfep);
 532         }
 533         if (repl_ex_nst > 0)
 534         {
 535             nstfep = gmx_greatest_common_divisor(repl_ex_nst, nstfep);
 536         }
 537         /* We checked divisibility of repl_ex_nst and nstcalclr above */
 538         if (IR_TWINRANGE(*ir) && nstfep % ir->nstcalclr != 0)
 539         {
 540             gmx_incons("nstfep not divisible by nstcalclr");
 541         }
 542     }
 543
 544     /* Be REALLY careful about what flags you set here. You CANNOT assume
 545      * this is the first step, since we might be restarting from a checkpoint,
 546      * and in that case we should not do any modifications to the state.
 547      */
 548     bStopCM = (ir->comm_mode != ecmNO && !ir->bContinuation);
 549
 550     cglo_flags = (CGLO_TEMPERATURE | CGLO_GSTAT
 551                   | (bStopCM ? 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     /* need to make an initiation call to get the Trotter variables set, as well as other constants for non-trotter
 592        temperature control */
 593     trotter_seq = init_npt_vars(ir, state, &MassQ, bTrotter);
 594
 595     if (MASTER(cr))
 596     {
 597         if (constr && !ir->bContinuation && ir->eConstrAlg == econtLINCS)
 598         {
 599             fprintf(fplog,
 600                     "RMS relative constraint deviation after constraining: %.2e\n",
 601                     constr_rmsd(constr, FALSE));
 602         }
 603         if (EI_STATE_VELOCITY(ir->eI))
 604         {
 605             fprintf(fplog, "Initial temperature: %g K\n", enerd->term[F_TEMP]);
 606         }
 607         if (bRerunMD)
 608         {
 609             fprintf(stderr, "starting md rerun '%s', reading coordinates from"
 610                     " input trajectory '%s'\n\n",
 611                     *(top_global->name), opt2fn("-rerun", nfile, fnm));
 612             if (bVerbose)
 613             {
 614                 fprintf(stderr, "Calculated time to finish depends on nsteps from "
 615                         "run input file,\nwhich may not correspond to the time "
 616                         "needed to process input trajectory.\n\n");
 617             }
 618         }
 619         else
 620         {
 621             char tbuf[20];
 622             fprintf(stderr, "starting mdrun '%s'\n",
 623                     *(top_global->name));
 624             if (ir->nsteps >= 0)
 625             {
 626                 sprintf(tbuf, "%8.1f", (ir->init_step+ir->nsteps)*ir->delta_t);
 627             }
 628             else
 629             {
 630                 sprintf(tbuf, "%s", "infinite");
 631             }
 632             if (ir->init_step > 0)
 633             {
 634                 fprintf(stderr, "%s steps, %s ps (continuing from step %s, %8.1f ps).\n",
 635                         gmx_step_str(ir->init_step+ir->nsteps, sbuf), tbuf,
 636                         gmx_step_str(ir->init_step, sbuf2),
 637                         ir->init_step*ir->delta_t);
 638             }
 639             else
 640             {
 641                 fprintf(stderr, "%s steps, %s ps.\n",
 642                         gmx_step_str(ir->nsteps, sbuf), tbuf);
 643             }
 644         }
 645         fprintf(fplog, "\n");
 646     }
 647
 648     walltime_accounting_start(walltime_accounting);
 649     wallcycle_start(wcycle, ewcRUN);
 650     print_start(fplog, cr, walltime_accounting, "mdrun");
 651
 652     /* safest point to do file checkpointing is here.  More general point would be immediately before integrator call */
 653 #ifdef GMX_FAHCORE
 654     chkpt_ret = fcCheckPointParallel( cr->nodeid,
 655                                       NULL, 0);
 656     if (chkpt_ret == 0)
 657     {
 658         gmx_fatal( 3, __FILE__, __LINE__, "Checkpoint error on step %d\n", 0 );
 659     }
 660 #endif
 661
 662     debug_gmx();
 663     /***********************************************************
 664      *
 665      *             Loop over MD steps
 666      *
 667      ************************************************************/
 668
 669     /* if rerunMD then read coordinates and velocities from input trajectory */
 670     if (bRerunMD)
 671     {
 672         if (getenv("GMX_FORCE_UPDATE"))
 673         {
 674             bForceUpdate = TRUE;
 675         }
 676
 677         rerun_fr.natoms = 0;
 678         if (MASTER(cr))
 679         {
 680             bNotLastFrame = read_first_frame(oenv, &status,
 681                                              opt2fn("-rerun", nfile, fnm),
 682                                              &rerun_fr, TRX_NEED_X | TRX_READ_V);
 683             if (rerun_fr.natoms != top_global->natoms)
 684             {
 685                 gmx_fatal(FARGS,
 686                           "Number of atoms in trajectory (%d) does not match the "
 687                           "run input file (%d)\n",
 688                           rerun_fr.natoms, top_global->natoms);
 689             }
 690             if (ir->ePBC != epbcNONE)
 691             {
 692                 if (!rerun_fr.bBox)
 693                 {
 694                     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);
 695                 }
 696                 if (max_cutoff2(ir->ePBC, rerun_fr.box) < sqr(fr->rlistlong))
 697                 {
 698                     gmx_fatal(FARGS, "Rerun trajectory frame step %d time %f has too small box dimensions", rerun_fr.step, rerun_fr.time);
 699                 }
 700             }
 701         }
 702
 703         if (PAR(cr))
 704         {
 705             rerun_parallel_comm(cr, &rerun_fr, &bNotLastFrame);
 706         }
 707
 708         if (ir->ePBC != epbcNONE)
 709         {
 710             /* Set the shift vectors.
 711              * Necessary here when have a static box different from the tpr box.
 712              */
 713             calc_shifts(rerun_fr.box, fr->shift_vec);
 714         }
 715     }
 716
 717     /* loop over MD steps or if rerunMD to end of input trajectory */
 718     bFirstStep = TRUE;
 719     /* Skip the first Nose-Hoover integration when we get the state from tpx */
 720     bStateFromTPX    = !bStateFromCP;
 721     bInitStep        = bFirstStep && (bStateFromTPX || bVV);
 722     bStartingFromCpt = (Flags & MD_STARTFROMCPT) && bInitStep;
 723     bSumEkinhOld     = FALSE;
 724     bExchanged       = FALSE;
 725     bNeedRepartition = FALSE;
 726
 727     init_global_signals(&gs, cr, ir, repl_ex_nst);
 728
 729     step     = ir->init_step;
 730     step_rel = 0;
 731
 732     if (MULTISIM(cr) && (repl_ex_nst <= 0 ))
 733     {
 734         /* check how many steps are left in other sims */
 735         multisim_nsteps = get_multisim_nsteps(cr, ir->nsteps);
 736     }
 737     if (MULTISIM(cr) && max_hours > 0)
 738     {
 739         gmx_fatal(FARGS, "The combination of mdrun -maxh and mdrun -multi is not supported. Please use the nsteps .mdp field.");
 740     }
 741
 742     /* and stop now if we should */
 743     bLastStep = (bRerunMD || (ir->nsteps >= 0 && step_rel > ir->nsteps) ||
 744                  ((multisim_nsteps >= 0) && (step_rel >= multisim_nsteps )));
 745     while (!bLastStep || (bRerunMD && bNotLastFrame))
 746     {
 747
 748         /* Determine if this is a neighbor search step */
 749         bNStList = (ir->nstlist > 0  && step % ir->nstlist == 0);
 750
 751         if (bPMETune && bNStList)
 752         {
 753             /* PME grid + cut-off optimization with GPUs or PME nodes */
 754             pme_loadbal_do(pme_loadbal, cr,
 755                            (bVerbose && MASTER(cr)) ? stderr : NULL,
 756                            fplog,
 757                            ir, fr, state, wcycle,
 758                            step, step_rel,
 759                            &bPMETunePrinting);
 760         }
 761
 762         wallcycle_start(wcycle, ewcSTEP);
 763
 764         if (bRerunMD)
 765         {
 766             if (rerun_fr.bStep)
 767             {
 768                 step     = rerun_fr.step;
 769                 step_rel = step - ir->init_step;
 770             }
 771             if (rerun_fr.bTime)
 772             {
 773                 t = rerun_fr.time;
 774             }
 775             else
 776             {
 777                 t = step;
 778             }
 779         }
 780         else
 781         {
 782             bLastStep = (step_rel == ir->nsteps);
 783             t         = t0 + step*ir->delta_t;
 784         }
 785
 786         if (ir->efep != efepNO || ir->bSimTemp)
 787         {
 788             /* find and set the current lambdas.  If rerunning, we either read in a state, or a lambda value,
 789                requiring different logic. */
 790
 791             set_current_lambdas(step, ir->fepvals, bRerunMD, &rerun_fr, state_global, state, lam0);
 792             bDoDHDL      = do_per_step(step, ir->fepvals->nstdhdl);
 793             bDoFEP       = ((ir->efep != efepNO) && do_per_step(step, nstfep));
 794             bDoExpanded  = (do_per_step(step, ir->expandedvals->nstexpanded)
 795                             && (ir->bExpanded) && (step > 0) && (!bStartingFromCpt));
 796         }
 797
 798         bDoReplEx = ((repl_ex_nst > 0) && (step > 0) && !bLastStep &&
 799                      do_per_step(step, repl_ex_nst));
 800
 801         if (bSimAnn)
 802         {
 803             update_annealing_target_temp(&(ir->opts), t);
 804         }
 805
 806         if (bRerunMD)
 807         {
 808             if (!DOMAINDECOMP(cr) || MASTER(cr))
 809             {
 810                 for (i = 0; i < state_global->natoms; i++)
 811                 {
 812                     copy_rvec(rerun_fr.x[i], state_global->x[i]);
 813                 }
 814                 if (rerun_fr.bV)
 815                 {
 816                     for (i = 0; i < state_global->natoms; i++)
 817                     {
 818                         copy_rvec(rerun_fr.v[i], state_global->v[i]);
 819                     }
 820                 }
 821                 else
 822                 {
 823                     for (i = 0; i < state_global->natoms; i++)
 824                     {
 825                         clear_rvec(state_global->v[i]);
 826                     }
 827                     if (bRerunWarnNoV)
 828                     {
 829                         fprintf(stderr, "\nWARNING: Some frames do not contain velocities.\n"
 830                                 "         Ekin, temperature and pressure are incorrect,\n"
 831                                 "         the virial will be incorrect when constraints are present.\n"
 832                                 "\n");
 833                         bRerunWarnNoV = FALSE;
 834                     }
 835                 }
 836             }
 837             copy_mat(rerun_fr.box, state_global->box);
 838             copy_mat(state_global->box, state->box);
 839
 840             if (vsite && (Flags & MD_RERUN_VSITE))
 841             {
 842                 if (DOMAINDECOMP(cr))
 843                 {
 844                     gmx_fatal(FARGS, "Vsite recalculation with -rerun is not implemented with domain decomposition, use a single rank");
 845                 }
 846                 if (graph)
 847                 {
 848                     /* Following is necessary because the graph may get out of sync
 849                      * with the coordinates if we only have every N'th coordinate set
 850                      */
 851                     mk_mshift(fplog, graph, fr->ePBC, state->box, state->x);
 852                     shift_self(graph, state->box, state->x);
 853                 }
 854                 construct_vsites(vsite, state->x, ir->delta_t, state->v,
 855                                  top->idef.iparams, top->idef.il,
 856                                  fr->ePBC, fr->bMolPBC, cr, state->box);
 857                 if (graph)
 858                 {
 859                     unshift_self(graph, state->box, state->x);
 860                 }
 861             }
 862         }
 863
 864         /* Stop Center of Mass motion */
 865         bStopCM = (ir->comm_mode != ecmNO && do_per_step(step, ir->nstcomm));
 866
 867         if (bRerunMD)
 868         {
 869             /* for rerun MD always do Neighbour Searching */
 870             bNS      = (bFirstStep || ir->nstlist != 0);
 871             bNStList = bNS;
 872         }
 873         else
 874         {
 875             /* Determine whether or not to do Neighbour Searching and LR */
 876             bNS = (bFirstStep || bNStList || bExchanged || bNeedRepartition);
 877         }
 878
 879         /* check whether we should stop because another simulation has
 880            stopped. */
 881         if (MULTISIM(cr))
 882         {
 883             if ( (multisim_nsteps >= 0) &&  (step_rel >= multisim_nsteps)  &&
 884                  (multisim_nsteps != ir->nsteps) )
 885             {
 886                 if (bNS)
 887                 {
 888                     if (MASTER(cr))
 889                     {
 890                         fprintf(stderr,
 891                                 "Stopping simulation %d because another one has finished\n",
 892                                 cr->ms->sim);
 893                     }
 894                     bLastStep         = TRUE;
 895                     gs.sig[eglsCHKPT] = 1;
 896                 }
 897             }
 898         }
 899
 900         /* < 0 means stop at next step, > 0 means stop at next NS step */
 901         if ( (gs.set[eglsSTOPCOND] < 0) ||
 902              ( (gs.set[eglsSTOPCOND] > 0) && (bNStList || ir->nstlist == 0) ) )
 903         {
 904             bLastStep = TRUE;
 905         }
 906
 907         /* Determine whether or not to update the Born radii if doing GB */
 908         bBornRadii = bFirstStep;
 909         if (ir->implicit_solvent && (step % ir->nstgbradii == 0))
 910         {
 911             bBornRadii = TRUE;
 912         }
 913
 914         /* do_log triggers energy and virial calculation. Because this leads
 915          * to different code paths, forces can be different. Thus for exact
 916          * continuation we should avoid extra log output.
 917          * Note that the || bLastStep can result in non-exact continuation
 918          * beyond the last step. But we don't consider that to be an issue.
 919          */
 920         do_log     = do_per_step(step, ir->nstlog) || (bFirstStep && !bStateFromCP) || bLastStep;
 921         do_verbose = bVerbose &&
 922             (step % stepout == 0 || bFirstStep || bLastStep);
 923
 924         if (bNS && !(bFirstStep && ir->bContinuation && !bRerunMD))
 925         {
 926             if (bRerunMD)
 927             {
 928                 bMasterState = TRUE;
 929             }
 930             else
 931             {
 932                 bMasterState = FALSE;
 933                 /* Correct the new box if it is too skewed */
 934                 if (DYNAMIC_BOX(*ir))
 935                 {
 936                     if (correct_box(fplog, step, state->box, graph))
 937                     {
 938                         bMasterState = TRUE;
 939                     }
 940                 }
 941                 if (DOMAINDECOMP(cr) && bMasterState)
 942                 {
 943                     dd_collect_state(cr->dd, state, state_global);
 944                 }
 945             }
 946
 947             if (DOMAINDECOMP(cr))
 948             {
 949                 /* Repartition the domain decomposition */
 950                 dd_partition_system(fplog, step, cr,
 951                                     bMasterState, nstglobalcomm,
 952                                     state_global, top_global, ir,
 953                                     state, &f, mdatoms, top, fr,
 954                                     vsite, shellfc, constr,
 955                                     nrnb, wcycle,
 956                                     do_verbose && !bPMETunePrinting);
 957             }
 958         }
 959
 960         if (MASTER(cr) && do_log)
 961         {
 962             print_ebin_header(fplog, step, t, state->lambda[efptFEP]); /* can we improve the information printed here? */
 963         }
 964
 965         if (ir->efep != efepNO)
 966         {
 967             update_mdatoms(mdatoms, state->lambda[efptMASS]);
 968         }
 969
 970         if ((bRerunMD && rerun_fr.bV) || bExchanged)
 971         {
 972
 973             /* We need the kinetic energy at minus the half step for determining
 974              * the full step kinetic energy and possibly for T-coupling.*/
 975             /* This may not be quite working correctly yet . . . . */
 976             compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
 977                             wcycle, enerd, NULL, NULL, NULL, NULL, mu_tot,
 978                             constr, NULL, FALSE, state->box,
 979                             top_global, &bSumEkinhOld,
 980                             CGLO_RERUNMD | CGLO_GSTAT | CGLO_TEMPERATURE);
 981         }
 982         clear_mat(force_vir);
 983
 984         /* We write a checkpoint at this MD step when:
 985          * either at an NS step when we signalled through gs,
 986          * or at the last step (but not when we do not want confout),
 987          * but never at the first step or with rerun.
 988          */
 989         bCPT = (((gs.set[eglsCHKPT] && (bNS || ir->nstlist == 0)) ||
 990                  (bLastStep && (Flags & MD_CONFOUT))) &&
 991                 step > ir->init_step && !bRerunMD);
 992         if (bCPT)
 993         {
 994             gs.set[eglsCHKPT] = 0;
 995         }
 996
 997         /* Determine the energy and pressure:
 998          * at nstcalcenergy steps and at energy output steps (set below).
 999          */
1000         if (EI_VV(ir->eI) && (!bInitStep))
1001         {
1002             /* for vv, the first half of the integration actually corresponds
1003                to the previous step.  bCalcEner is only required to be evaluated on the 'next' step,
1004                but the virial needs to be calculated on both the current step and the 'next' step. Future
1005                reorganization may be able to get rid of one of the bCalcVir=TRUE steps. */
1006
1007             /* TODO: This is probably not what we want, we will write to energy file one step after nstcalcenergy steps. */
1008             bCalcEnerStep = do_per_step(step - 1, ir->nstcalcenergy);
1009             bCalcVir      = bCalcEnerStep ||
1010                 (ir->epc != epcNO && (do_per_step(step, ir->nstpcouple) || do_per_step(step-1, ir->nstpcouple)));
1011         }
1012         else
1013         {
1014             bCalcEnerStep = do_per_step(step, ir->nstcalcenergy);
1015             bCalcVir      = bCalcEnerStep ||
1016                 (ir->epc != epcNO && do_per_step(step, ir->nstpcouple));
1017         }
1018         bCalcEner = bCalcEnerStep;
1019
1020         do_ene = (do_per_step(step, ir->nstenergy) || bLastStep);
1021
1022         if (do_ene || do_log || bDoReplEx)
1023         {
1024             bCalcVir  = TRUE;
1025             bCalcEner = TRUE;
1026         }
1027
1028         /* Do we need global communication ? */
1029         bGStat = (bCalcVir || bCalcEner || bStopCM ||
1030                   do_per_step(step, nstglobalcomm) ||
1031                   (bVV && IR_NVT_TROTTER(ir) && do_per_step(step-1, nstglobalcomm)));
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             rvec *vbuf = NULL;
1093
1094             wallcycle_start(wcycle, ewcUPDATE);
1095             if (ir->eI == eiVV && bInitStep)
1096             {
1097                 /* if using velocity verlet with full time step Ekin,
1098                  * take the first half step only to compute the
1099                  * virial for the first step. From there,
1100                  * revert back to the initial coordinates
1101                  * so that the input is actually the initial step.
1102                  */
1103                 snew(vbuf, state->natoms);
1104                 copy_rvecn(state->v, vbuf, 0, state->natoms); /* should make this better for parallelizing? */
1105             }
1106             else
1107             {
1108                 /* this is for NHC in the Ekin(t+dt/2) version of vv */
1109                 trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ1);
1110             }
1111
1112             /* If we are using twin-range interactions where the long-range component
1113              * is only evaluated every nstcalclr>1 steps, we should do a special update
1114              * step to combine the long-range forces on these steps.
1115              * For nstcalclr=1 this is not done, since the forces would have been added
1116              * directly to the short-range forces already.
1117              *
1118              * TODO Remove various aspects of VV+twin-range in master
1119              * branch, because VV integrators did not ever support
1120              * twin-range multiple time stepping with constraints.
1121              */
1122             bUpdateDoLR = (fr->bTwinRange && do_per_step(step, ir->nstcalclr));
1123
1124             update_coords(fplog, step, ir, mdatoms, state, fr->bMolPBC,
1125                           f, bUpdateDoLR, fr->f_twin, bCalcVir ? &fr->vir_twin_constr : NULL, fcd,
1126                           ekind, M, upd, bInitStep, etrtVELOCITY1,
1127                           cr, nrnb, constr, &top->idef);
1128
1129             if (!bRerunMD || rerun_fr.bV || bForceUpdate)         /* Why is rerun_fr.bV here?  Unclear. */
1130             {
1131                 wallcycle_stop(wcycle, ewcUPDATE);
1132                 update_constraints(fplog, step, NULL, ir, mdatoms,
1133                                    state, fr->bMolPBC, graph, f,
1134                                    &top->idef, shake_vir,
1135                                    cr, nrnb, wcycle, upd, constr,
1136                                    TRUE, bCalcVir);
1137                 wallcycle_start(wcycle, ewcUPDATE);
1138                 if (bCalcVir && bUpdateDoLR && ir->nstcalclr > 1)
1139                 {
1140                     /* Correct the virial for multiple time stepping */
1141                     m_sub(shake_vir, fr->vir_twin_constr, shake_vir);
1142                 }
1143             }
1144             else if (graph)
1145             {
1146                 /* Need to unshift here if a do_force has been
1147                    called in the previous step */
1148                 unshift_self(graph, state->box, state->x);
1149             }
1150             /* if VV, compute the pressure and constraints */
1151             /* For VV2, we strictly only need this if using pressure
1152              * control, but we really would like to have accurate pressures
1153              * printed out.
1154              * Think about ways around this in the future?
1155              * For now, keep this choice in comments.
1156              */
1157             /*bPres = (ir->eI==eiVV || IR_NPT_TROTTER(ir)); */
1158             /*bTemp = ((ir->eI==eiVV &&(!bInitStep)) || (ir->eI==eiVVAK && IR_NPT_TROTTER(ir)));*/
1159             bPres = TRUE;
1160             bTemp = ((ir->eI == eiVV && (!bInitStep)) || (ir->eI == eiVVAK));
1161             if (bCalcEner && ir->eI == eiVVAK)
1162             {
1163                 bSumEkinhOld = TRUE;
1164             }
1165             /* for vv, the first half of the integration actually corresponds to the previous step.
1166                So we need information from the last step in the first half of the integration */
1167             if (bGStat || do_per_step(step-1, nstglobalcomm))
1168             {
1169                 wallcycle_stop(wcycle, ewcUPDATE);
1170                 compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
1171                                 wcycle, enerd, force_vir, shake_vir, total_vir, pres, mu_tot,
1172                                 constr, NULL, FALSE, state->box,
1173                                 top_global, &bSumEkinhOld,
1174                                 cglo_flags
1175                                 | CGLO_ENERGY
1176                                 | (bTemp ? CGLO_TEMPERATURE : 0)
1177                                 | (bPres ? CGLO_PRESSURE : 0)
1178                                 | (bPres ? CGLO_CONSTRAINT : 0)
1179                                 | (bStopCM ? CGLO_STOPCM : 0)
1180                                 | CGLO_SCALEEKIN
1181                                 );
1182                 /* explanation of above:
1183                    a) We compute Ekin at the full time step
1184                    if 1) we are using the AveVel Ekin, and it's not the
1185                    initial step, or 2) if we are using AveEkin, but need the full
1186                    time step kinetic energy for the pressure (always true now, since we want accurate statistics).
1187                    b) If we are using EkinAveEkin for the kinetic energy for the temperature control, we still feed in
1188                    EkinAveVel because it's needed for the pressure */
1189                 wallcycle_start(wcycle, ewcUPDATE);
1190             }
1191             /* temperature scaling and pressure scaling to produce the extended variables at t+dt */
1192             if (!bInitStep)
1193             {
1194                 if (bTrotter)
1195                 {
1196                     m_add(force_vir, shake_vir, total_vir);     /* we need the un-dispersion corrected total vir here */
1197                     trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ2);
1198                 }
1199                 else
1200                 {
1201                     if (bExchanged)
1202                     {
1203                         wallcycle_stop(wcycle, ewcUPDATE);
1204                         /* We need the kinetic energy at minus the half step for determining
1205                          * the full step kinetic energy and possibly for T-coupling.*/
1206                         /* This may not be quite working correctly yet . . . . */
1207                         compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
1208                                         wcycle, enerd, NULL, NULL, NULL, NULL, mu_tot,
1209                                         constr, NULL, FALSE, state->box,
1210                                         top_global, &bSumEkinhOld,
1211                                         CGLO_RERUNMD | CGLO_GSTAT | CGLO_TEMPERATURE);
1212                         wallcycle_start(wcycle, ewcUPDATE);
1213                     }
1214                 }
1215             }
1216             if (bTrotter && !bInitStep)
1217             {
1218                 copy_mat(shake_vir, state->svir_prev);
1219                 copy_mat(force_vir, state->fvir_prev);
1220                 if (IR_NVT_TROTTER(ir) && ir->eI == eiVV)
1221                 {
1222                     /* update temperature and kinetic energy now that step is over - this is the v(t+dt) point */
1223                     enerd->term[F_TEMP] = sum_ekin(&(ir->opts), ekind, NULL, (ir->eI == eiVV), FALSE);
1224                     enerd->term[F_EKIN] = trace(ekind->ekin);
1225                 }
1226             }
1227             /* if it's the initial step, we performed this first step just to get the constraint virial */
1228             if (ir->eI == eiVV && bInitStep)
1229             {
1230                 copy_rvecn(vbuf, state->v, 0, state->natoms);
1231                 sfree(vbuf);
1232             }
1233             wallcycle_stop(wcycle, ewcUPDATE);
1234         }
1235
1236         /* compute the conserved quantity */
1237         if (bVV)
1238         {
1239             saved_conserved_quantity = compute_conserved_from_auxiliary(ir, state, &MassQ);
1240             if (ir->eI == eiVV)
1241             {
1242                 last_ekin = enerd->term[F_EKIN];
1243             }
1244             if ((ir->eDispCorr != edispcEnerPres) && (ir->eDispCorr != edispcAllEnerPres))
1245             {
1246                 saved_conserved_quantity -= enerd->term[F_DISPCORR];
1247             }
1248             /* sum up the foreign energy and dhdl terms for vv.  currently done every step so that dhdl is correct in the .edr */
1249             if (ir->efep != efepNO && !bRerunMD)
1250             {
1251                 sum_dhdl(enerd, state->lambda, ir->fepvals);
1252             }
1253         }
1254
1255         /* ########  END FIRST UPDATE STEP  ############## */
1256         /* ########  If doing VV, we now have v(dt) ###### */
1257         if (bDoExpanded)
1258         {
1259             /* perform extended ensemble sampling in lambda - we don't
1260                actually move to the new state before outputting
1261                statistics, but if performing simulated tempering, we
1262                do update the velocities and the tau_t. */
1263
1264             lamnew = ExpandedEnsembleDynamics(fplog, ir, enerd, state, &MassQ, state->fep_state, &state->dfhist, step, state->v, mdatoms);
1265             /* history is maintained in state->dfhist, but state_global is what is sent to trajectory and log output */
1266             copy_df_history(&state_global->dfhist, &state->dfhist);
1267         }
1268
1269         /* Now we have the energies and forces corresponding to the
1270          * coordinates at time t. We must output all of this before
1271          * the update.
1272          */
1273         do_md_trajectory_writing(fplog, cr, nfile, fnm, step, step_rel, t,
1274                                  ir, state, state_global, top_global, fr,
1275                                  outf, mdebin, ekind, f, f_global,
1276                                  &nchkpt,
1277                                  bCPT, bRerunMD, bLastStep, (Flags & MD_CONFOUT),
1278                                  bSumEkinhOld);
1279         /* Check if IMD step and do IMD communication, if bIMD is TRUE. */
1280         bIMDstep = do_IMD(ir->bIMD, step, cr, bNS, state->box, state->x, ir, t, wcycle);
1281
1282         /* kludge -- virial is lost with restart for MTTK NPT control. Must reload (saved earlier). */
1283         if (bStartingFromCpt && bTrotter)
1284         {
1285             copy_mat(state->svir_prev, shake_vir);
1286             copy_mat(state->fvir_prev, force_vir);
1287         }
1288
1289         elapsed_time = walltime_accounting_get_current_elapsed_time(walltime_accounting);
1290
1291         /* Check whether everything is still allright */
1292         if (((int)gmx_get_stop_condition() > handled_stop_condition)
1293 #ifdef GMX_THREAD_MPI
1294             && MASTER(cr)
1295 #endif
1296             )
1297         {
1298             /* this is just make gs.sig compatible with the hack
1299                of sending signals around by MPI_Reduce with together with
1300                other floats */
1301             if (gmx_get_stop_condition() == gmx_stop_cond_next_ns)
1302             {
1303                 gs.sig[eglsSTOPCOND] = 1;
1304             }
1305             if (gmx_get_stop_condition() == gmx_stop_cond_next)
1306             {
1307                 gs.sig[eglsSTOPCOND] = -1;
1308             }
1309             /* < 0 means stop at next step, > 0 means stop at next NS step */
1310             if (fplog)
1311             {
1312                 fprintf(fplog,
1313                         "\n\nReceived the %s signal, stopping at the next %sstep\n\n",
1314                         gmx_get_signal_name(),
1315                         gs.sig[eglsSTOPCOND] == 1 ? "NS " : "");
1316                 fflush(fplog);
1317             }
1318             fprintf(stderr,
1319                     "\n\nReceived the %s signal, stopping at the next %sstep\n\n",
1320                     gmx_get_signal_name(),
1321                     gs.sig[eglsSTOPCOND] == 1 ? "NS " : "");
1322             fflush(stderr);
1323             handled_stop_condition = (int)gmx_get_stop_condition();
1324         }
1325         else if (MASTER(cr) && (bNS || ir->nstlist <= 0) &&
1326                  (max_hours > 0 && elapsed_time > max_hours*60.0*60.0*0.99) &&
1327                  gs.sig[eglsSTOPCOND] == 0 && gs.set[eglsSTOPCOND] == 0)
1328         {
1329             /* Signal to terminate the run */
1330             gs.sig[eglsSTOPCOND] = 1;
1331             if (fplog)
1332             {
1333                 fprintf(fplog, "\nStep %s: Run time exceeded %.3f hours, will terminate the run\n", gmx_step_str(step, sbuf), max_hours*0.99);
1334             }
1335             fprintf(stderr, "\nStep %s: Run time exceeded %.3f hours, will terminate the run\n", gmx_step_str(step, sbuf), max_hours*0.99);
1336         }
1337
1338         if (bResetCountersHalfMaxH && MASTER(cr) &&
1339             elapsed_time > max_hours*60.0*60.0*0.495)
1340         {
1341             /* Set flag that will communicate the signal to all ranks in the simulation */
1342             gs.sig[eglsRESETCOUNTERS] = 1;
1343         }
1344
1345         /* In parallel we only have to check for checkpointing in steps
1346          * where we do global communication,
1347          *  otherwise the other nodes don't know.
1348          */
1349         if (MASTER(cr) && ((bGStat || !PAR(cr)) &&
1350                            cpt_period >= 0 &&
1351                            (cpt_period == 0 ||
1352                             elapsed_time >= nchkpt*cpt_period*60.0)) &&
1353             gs.set[eglsCHKPT] == 0)
1354         {
1355             gs.sig[eglsCHKPT] = 1;
1356         }
1357
1358         /* at the start of step, randomize or scale the velocities ((if vv. Restriction of Andersen controlled
1359            in preprocessing */
1360
1361         if (ETC_ANDERSEN(ir->etc)) /* keep this outside of update_tcouple because of the extra info required to pass */
1362         {
1363             gmx_bool bIfRandomize;
1364             bIfRandomize = update_randomize_velocities(ir, step, cr, mdatoms, state, upd, constr);
1365             /* if we have constraints, we have to remove the kinetic energy parallel to the bonds */
1366             if (constr && bIfRandomize)
1367             {
1368                 update_constraints(fplog, step, NULL, ir, mdatoms,
1369                                    state, fr->bMolPBC, graph, f,
1370                                    &top->idef, tmp_vir,
1371                                    cr, nrnb, wcycle, upd, constr,
1372                                    TRUE, bCalcVir);
1373             }
1374         }
1375         /* #########   START SECOND UPDATE STEP ################# */
1376         /* Box is changed in update() when we do pressure coupling,
1377          * but we should still use the old box for energy corrections and when
1378          * writing it to the energy file, so it matches the trajectory files for
1379          * the same timestep above. Make a copy in a separate array.
1380          */
1381         copy_mat(state->box, lastbox);
1382
1383         dvdl_constr = 0;
1384
1385         if (!bRerunMD || rerun_fr.bV || bForceUpdate)
1386         {
1387             wallcycle_start(wcycle, ewcUPDATE);
1388             /* UPDATE PRESSURE VARIABLES IN TROTTER FORMULATION WITH CONSTRAINTS */
1389             if (bTrotter)
1390             {
1391                 trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ3);
1392                 /* We can only do Berendsen coupling after we have summed
1393                  * the kinetic energy or virial. Since the happens
1394                  * in global_state after update, we should only do it at
1395                  * step % nstlist = 1 with bGStatEveryStep=FALSE.
1396                  */
1397             }
1398             else
1399             {
1400                 update_tcouple(step, ir, state, ekind, &MassQ, mdatoms);
1401                 update_pcouple(fplog, step, ir, state, pcoupl_mu, M, bInitStep);
1402             }
1403
1404             if (bVV)
1405             {
1406                 bUpdateDoLR = (fr->bTwinRange && do_per_step(step, ir->nstcalclr));
1407
1408                 /* velocity half-step update */
1409                 update_coords(fplog, step, ir, mdatoms, state, fr->bMolPBC, f,
1410                               bUpdateDoLR, fr->f_twin, bCalcVir ? &fr->vir_twin_constr : NULL, fcd,
1411                               ekind, M, upd, FALSE, etrtVELOCITY2,
1412                               cr, nrnb, constr, &top->idef);
1413             }
1414
1415             /* Above, initialize just copies ekinh into ekin,
1416              * it doesn't copy position (for VV),
1417              * and entire integrator for MD.
1418              */
1419
1420             if (ir->eI == eiVVAK)
1421             {
1422                 /* We probably only need md->homenr, not state->natoms */
1423                 if (state->natoms > cbuf_nalloc)
1424                 {
1425                     cbuf_nalloc = state->natoms;
1426                     srenew(cbuf, cbuf_nalloc);
1427                 }
1428                 copy_rvecn(state->x, cbuf, 0, state->natoms);
1429             }
1430             bUpdateDoLR = (fr->bTwinRange && do_per_step(step, ir->nstcalclr));
1431
1432             update_coords(fplog, step, ir, mdatoms, state, fr->bMolPBC, f,
1433                           bUpdateDoLR, fr->f_twin, bCalcVir ? &fr->vir_twin_constr : NULL, fcd,
1434                           ekind, M, upd, bInitStep, etrtPOSITION, cr, nrnb, constr, &top->idef);
1435             wallcycle_stop(wcycle, ewcUPDATE);
1436
1437             update_constraints(fplog, step, &dvdl_constr, ir, mdatoms, state,
1438                                fr->bMolPBC, graph, f,
1439                                &top->idef, shake_vir,
1440                                cr, nrnb, wcycle, upd, constr,
1441                                FALSE, bCalcVir);
1442
1443             if (bCalcVir && bUpdateDoLR && ir->nstcalclr > 1)
1444             {
1445                 /* Correct the virial for multiple time stepping */
1446                 m_sub(shake_vir, fr->vir_twin_constr, shake_vir);
1447             }
1448
1449             if (ir->eI == eiVVAK)
1450             {
1451                 /* erase F_EKIN and F_TEMP here? */
1452                 /* just compute the kinetic energy at the half step to perform a trotter step */
1453                 compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
1454                                 wcycle, enerd, force_vir, shake_vir, total_vir, pres, mu_tot,
1455                                 constr, NULL, FALSE, lastbox,
1456                                 top_global, &bSumEkinhOld,
1457                                 cglo_flags | CGLO_TEMPERATURE
1458                                 );
1459                 wallcycle_start(wcycle, ewcUPDATE);
1460                 trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ4);
1461                 /* now we know the scaling, we can compute the positions again again */
1462                 copy_rvecn(cbuf, state->x, 0, state->natoms);
1463
1464                 bUpdateDoLR = (fr->bTwinRange && do_per_step(step, ir->nstcalclr));
1465
1466                 update_coords(fplog, step, ir, mdatoms, state, fr->bMolPBC, f,
1467                               bUpdateDoLR, fr->f_twin, bCalcVir ? &fr->vir_twin_constr : NULL, fcd,
1468                               ekind, M, upd, bInitStep, etrtPOSITION, cr, nrnb, constr, &top->idef);
1469                 wallcycle_stop(wcycle, ewcUPDATE);
1470
1471                 /* do we need an extra constraint here? just need to copy out of state->v to upd->xp? */
1472                 /* are the small terms in the shake_vir here due
1473                  * to numerical errors, or are they important
1474                  * physically? I'm thinking they are just errors, but not completely sure.
1475                  * For now, will call without actually constraining, constr=NULL*/
1476                 update_constraints(fplog, step, NULL, ir, mdatoms,
1477                                    state, fr->bMolPBC, graph, f,
1478                                    &top->idef, tmp_vir,
1479                                    cr, nrnb, wcycle, upd, NULL,
1480                                    FALSE, bCalcVir);
1481             }
1482             if (bVV)
1483             {
1484                 /* this factor or 2 correction is necessary
1485                    because half of the constraint force is removed
1486                    in the vv step, so we have to double it.  See
1487                    the Redmine issue #1255.  It is not yet clear
1488                    if the factor of 2 is exact, or just a very
1489                    good approximation, and this will be
1490                    investigated.  The next step is to see if this
1491                    can be done adding a dhdl contribution from the
1492                    rattle step, but this is somewhat more
1493                    complicated with the current code. Will be
1494                    investigated, hopefully for 4.6.3. However,
1495                    this current solution is much better than
1496                    having it completely wrong.
1497                  */
1498                 enerd->term[F_DVDL_CONSTR] += 2*dvdl_constr;
1499             }
1500             else
1501             {
1502                 enerd->term[F_DVDL_CONSTR] += dvdl_constr;
1503             }
1504         }
1505         else if (graph)
1506         {
1507             /* Need to unshift here */
1508             unshift_self(graph, state->box, state->x);
1509         }
1510
1511         if (vsite != NULL)
1512         {
1513             wallcycle_start(wcycle, ewcVSITECONSTR);
1514             if (graph != NULL)
1515             {
1516                 shift_self(graph, state->box, state->x);
1517             }
1518             construct_vsites(vsite, state->x, ir->delta_t, state->v,
1519                              top->idef.iparams, top->idef.il,
1520                              fr->ePBC, fr->bMolPBC, cr, state->box);
1521
1522             if (graph != NULL)
1523             {
1524                 unshift_self(graph, state->box, state->x);
1525             }
1526             wallcycle_stop(wcycle, ewcVSITECONSTR);
1527         }
1528
1529         /* ############## IF NOT VV, Calculate globals HERE  ############ */
1530         /* With Leap-Frog we can skip compute_globals at
1531          * non-communication steps, but we need to calculate
1532          * the kinetic energy one step before communication.
1533          */
1534         if (bGStat || (!EI_VV(ir->eI) && do_per_step(step+1, nstglobalcomm)))
1535         {
1536             compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
1537                             wcycle, enerd, force_vir, shake_vir, total_vir, pres, mu_tot,
1538                             constr, &gs,
1539                             (step_rel % gs.nstms == 0) &&
1540                             (multisim_nsteps < 0 || (step_rel < multisim_nsteps)),
1541                             lastbox,
1542                             top_global, &bSumEkinhOld,
1543                             cglo_flags
1544                             | (!EI_VV(ir->eI) || bRerunMD ? CGLO_ENERGY : 0)
1545                             | (!EI_VV(ir->eI) && bStopCM ? CGLO_STOPCM : 0)
1546                             | (!EI_VV(ir->eI) ? CGLO_TEMPERATURE : 0)
1547                             | (!EI_VV(ir->eI) || bRerunMD ? CGLO_PRESSURE : 0)
1548                             | CGLO_CONSTRAINT
1549                             );
1550         }
1551
1552         /* #############  END CALC EKIN AND PRESSURE ################# */
1553
1554         /* Note: this is OK, but there are some numerical precision issues with using the convergence of
1555            the virial that should probably be addressed eventually. state->veta has better properies,
1556            but what we actually need entering the new cycle is the new shake_vir value. Ideally, we could
1557            generate the new shake_vir, but test the veta value for convergence.  This will take some thought. */
1558
1559         if (ir->efep != efepNO && (!bVV || bRerunMD))
1560         {
1561             /* Sum up the foreign energy and dhdl terms for md and sd.
1562                Currently done every step so that dhdl is correct in the .edr */
1563             sum_dhdl(enerd, state->lambda, ir->fepvals);
1564         }
1565         update_box(fplog, step, ir, mdatoms, state, f,
1566                    pcoupl_mu, nrnb, upd);
1567
1568         /* ################# END UPDATE STEP 2 ################# */
1569         /* #### We now have r(t+dt) and v(t+dt/2)  ############# */
1570
1571         /* The coordinates (x) were unshifted in update */
1572         if (!bGStat)
1573         {
1574             /* We will not sum ekinh_old,
1575              * so signal that we still have to do it.
1576              */
1577             bSumEkinhOld = TRUE;
1578         }
1579
1580         /* #########  BEGIN PREPARING EDR OUTPUT  ###########  */
1581
1582         /* use the directly determined last velocity, not actually the averaged half steps */
1583         if (bTrotter && ir->eI == eiVV)
1584         {
1585             enerd->term[F_EKIN] = last_ekin;
1586         }
1587         enerd->term[F_ETOT] = enerd->term[F_EPOT] + enerd->term[F_EKIN];
1588
1589         if (bVV)
1590         {
1591             enerd->term[F_ECONSERVED] = enerd->term[F_ETOT] + saved_conserved_quantity;
1592         }
1593         else
1594         {
1595             enerd->term[F_ECONSERVED] = enerd->term[F_ETOT] + compute_conserved_from_auxiliary(ir, state, &MassQ);
1596         }
1597         /* #########  END PREPARING EDR OUTPUT  ###########  */
1598
1599         /* Output stuff */
1600         if (MASTER(cr))
1601         {
1602             if (fplog && do_log && bDoExpanded)
1603             {
1604                 /* only needed if doing expanded ensemble */
1605                 PrintFreeEnergyInfoToFile(fplog, ir->fepvals, ir->expandedvals, ir->bSimTemp ? ir->simtempvals : NULL,
1606                                           &state_global->dfhist, state->fep_state, ir->nstlog, step);
1607             }
1608             if (bCalcEner)
1609             {
1610                 upd_mdebin(mdebin, bDoDHDL, bCalcEnerStep,
1611                            t, mdatoms->tmass, enerd, state,
1612                            ir->fepvals, ir->expandedvals, lastbox,
1613                            shake_vir, force_vir, total_vir, pres,
1614                            ekind, mu_tot, constr);
1615             }
1616             else
1617             {
1618                 upd_mdebin_step(mdebin);
1619             }
1620
1621             gmx_bool do_dr  = do_per_step(step, ir->nstdisreout);
1622             gmx_bool do_or  = do_per_step(step, ir->nstorireout);
1623
1624             print_ebin(mdoutf_get_fp_ene(outf), do_ene, do_dr, do_or, do_log ? fplog : NULL,
1625                        step, t,
1626                        eprNORMAL, bCompact, mdebin, fcd, groups, &(ir->opts));
1627
1628             if (ir->bPull)
1629             {
1630                 pull_print_output(ir->pull_work, step, t);
1631             }
1632
1633             if (do_per_step(step, ir->nstlog))
1634             {
1635                 if (fflush(fplog) != 0)
1636                 {
1637                     gmx_fatal(FARGS, "Cannot flush logfile - maybe you are out of disk space?");
1638                 }
1639             }
1640         }
1641         if (bDoExpanded)
1642         {
1643             /* Have to do this part _after_ outputting the logfile and the edr file */
1644             /* Gets written into the state at the beginning of next loop*/
1645             state->fep_state = lamnew;
1646         }
1647         /* Print the remaining wall clock time for the run */
1648         if (MULTIMASTER(cr) &&
1649             (do_verbose || gmx_got_usr_signal()) &&
1650             !bPMETunePrinting)
1651         {
1652             if (shellfc)
1653             {
1654                 fprintf(stderr, "\n");
1655             }
1656             print_time(stderr, walltime_accounting, step, ir, cr);
1657         }
1658
1659         /* Ion/water position swapping.
1660          * Not done in last step since trajectory writing happens before this call
1661          * in the MD loop and exchanges would be lost anyway. */
1662         bNeedRepartition = FALSE;
1663         if ((ir->eSwapCoords != eswapNO) && (step > 0) && !bLastStep &&
1664             do_per_step(step, ir->swap->nstswap))
1665         {
1666             bNeedRepartition = do_swapcoords(cr, step, t, ir, wcycle,
1667                                              bRerunMD ? rerun_fr.x   : state->x,
1668                                              bRerunMD ? rerun_fr.box : state->box,
1669                                              top_global, MASTER(cr) && bVerbose, bRerunMD);
1670
1671             if (bNeedRepartition && DOMAINDECOMP(cr))
1672             {
1673                 dd_collect_state(cr->dd, state, state_global);
1674             }
1675         }
1676
1677         /* Replica exchange */
1678         bExchanged = FALSE;
1679         if (bDoReplEx)
1680         {
1681             bExchanged = replica_exchange(fplog, cr, repl_ex,
1682                                           state_global, enerd,
1683                                           state, step, t);
1684         }
1685
1686         if ( (bExchanged || bNeedRepartition) && DOMAINDECOMP(cr) )
1687         {
1688             dd_partition_system(fplog, step, cr, TRUE, 1,
1689                                 state_global, top_global, ir,
1690                                 state, &f, mdatoms, top, fr,
1691                                 vsite, shellfc, constr,
1692                                 nrnb, wcycle, FALSE);
1693         }
1694
1695         bFirstStep       = FALSE;
1696         bInitStep        = FALSE;
1697         bStartingFromCpt = FALSE;
1698
1699         /* #######  SET VARIABLES FOR NEXT ITERATION IF THEY STILL NEED IT ###### */
1700         /* With all integrators, except VV, we need to retain the pressure
1701          * at the current step for coupling at the next step.
1702          */
1703         if ((state->flags & (1<<estPRES_PREV)) &&
1704             (bGStatEveryStep ||
1705              (ir->nstpcouple > 0 && step % ir->nstpcouple == 0)))
1706         {
1707             /* Store the pressure in t_state for pressure coupling
1708              * at the next MD step.
1709              */
1710             copy_mat(pres, state->pres_prev);
1711         }
1712
1713         /* #######  END SET VARIABLES FOR NEXT ITERATION ###### */
1714
1715         if ( (membed != NULL) && (!bLastStep) )
1716         {
1717             rescale_membed(step_rel, membed, state_global->x);
1718         }
1719
1720         if (bRerunMD)
1721         {
1722             if (MASTER(cr))
1723             {
1724                 /* read next frame from input trajectory */
1725                 bNotLastFrame = read_next_frame(oenv, status, &rerun_fr);
1726             }
1727
1728             if (PAR(cr))
1729             {
1730                 rerun_parallel_comm(cr, &rerun_fr, &bNotLastFrame);
1731             }
1732         }
1733
1734         cycles = wallcycle_stop(wcycle, ewcSTEP);
1735         if (DOMAINDECOMP(cr) && wcycle)
1736         {
1737             dd_cycles_add(cr->dd, cycles, ddCyclStep);
1738         }
1739
1740         if (!bRerunMD || !rerun_fr.bStep)
1741         {
1742             /* increase the MD step number */
1743             step++;
1744             step_rel++;
1745         }
1746
1747         /* TODO make a counter-reset module */
1748         /* If it is time to reset counters, set a flag that remains
1749            true until counters actually get reset */
1750         if (step_rel == wcycle_get_reset_counters(wcycle) ||
1751             gs.set[eglsRESETCOUNTERS] != 0)
1752         {
1753             if (pme_loadbal_is_active(pme_loadbal))
1754             {
1755                 /* Do not permit counter reset while PME load
1756                  * balancing is active. The only purpose for resetting
1757                  * counters is to measure reliable performance data,
1758                  * and that can't be done before balancing
1759                  * completes.
1760                  *
1761                  * TODO consider fixing this by delaying the reset
1762                  * until after load balancing completes,
1763                  * e.g. https://gerrit.gromacs.org/#/c/4964/2 */
1764                 gmx_fatal(FARGS, "PME tuning was still active when attempting to "
1765                           "reset mdrun counters at step %" GMX_PRId64 ". Try "
1766                           "resetting counters later in the run, e.g. with gmx "
1767                           "mdrun -resetstep.", step);
1768             }
1769             reset_all_counters(fplog, cr, step, &step_rel, ir, wcycle, nrnb, walltime_accounting,
1770                                use_GPU(fr->nbv) ? fr->nbv : NULL);
1771             wcycle_set_reset_counters(wcycle, -1);
1772             if (!(cr->duty & DUTY_PME))
1773             {
1774                 /* Tell our PME node to reset its counters */
1775                 gmx_pme_send_resetcounters(cr, step);
1776             }
1777             /* Correct max_hours for the elapsed time */
1778             max_hours                -= elapsed_time/(60.0*60.0);
1779             /* If mdrun -maxh -resethway was active, it can only trigger once */
1780             bResetCountersHalfMaxH    = FALSE; /* TODO move this to where gs.sig[eglsRESETCOUNTERS] is set */
1781             /* Reset can only happen once, so clear the triggering flag. */
1782             gs.set[eglsRESETCOUNTERS] = 0;
1783         }
1784
1785         /* If bIMD is TRUE, the master updates the IMD energy record and sends positions to VMD client */
1786         IMD_prep_energies_send_positions(ir->bIMD && MASTER(cr), bIMDstep, ir->imd, enerd, step, bCalcEner, wcycle);
1787
1788     }
1789     /* End of main MD loop */
1790     debug_gmx();
1791
1792     /* Closing TNG files can include compressing data. Therefore it is good to do that
1793      * before stopping the time measurements. */
1794     mdoutf_tng_close(outf);
1795
1796     /* Stop measuring walltime */
1797     walltime_accounting_end(walltime_accounting);
1798
1799     if (bRerunMD && MASTER(cr))
1800     {
1801         close_trj(status);
1802     }
1803
1804     if (!(cr->duty & DUTY_PME))
1805     {
1806         /* Tell the PME only node to finish */
1807         gmx_pme_send_finish(cr);
1808     }
1809
1810     if (MASTER(cr))
1811     {
1812         if (ir->nstcalcenergy > 0 && !bRerunMD)
1813         {
1814             print_ebin(mdoutf_get_fp_ene(outf), FALSE, FALSE, FALSE, fplog, step, t,
1815                        eprAVER, FALSE, mdebin, fcd, groups, &(ir->opts));
1816         }
1817     }
1818
1819     done_mdoutf(outf);
1820     debug_gmx();
1821
1822     if (bPMETune)
1823     {
1824         pme_loadbal_done(pme_loadbal, cr, fplog, use_GPU(fr->nbv));
1825     }
1826
1827     if (shellfc && fplog)
1828     {
1829         fprintf(fplog, "Fraction of iterations that converged:           %.2f %%\n",
1830                 (nconverged*100.0)/step_rel);
1831         fprintf(fplog, "Average number of force evaluations per MD step: %.2f\n\n",
1832                 tcount/step_rel);
1833     }
1834
1835     if (repl_ex_nst > 0 && MASTER(cr))
1836     {
1837         print_replica_exchange_statistics(fplog, repl_ex);
1838     }
1839
1840     /* IMD cleanup, if bIMD is TRUE. */
1841     IMD_finalize(ir->bIMD, ir->imd);
1842
1843     walltime_accounting_set_nsteps_done(walltime_accounting, step_rel);
1844
1845     return 0;
1846 }