Remove mdrun -ionize feature
[alexxy/gromacs.git] / src / programs / mdrun / mdrun.cpp
1 /*  -*- mode: c; tab-width: 4; indent-tabs-mode: nil; c-basic-offset: 4; c-file-style: "stroustrup"; -*-
2  *
3  *
4  *                This source code is part of
5  *
6  *                 G   R   O   M   A   C   S
7  *
8  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
9  *
10  *                        VERSION 3.2.0
11  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
12  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
13  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
14  * check out http://www.gromacs.org for more information.
15
16  * This program is free software; you can redistribute it and/or
17  * modify it under the terms of the GNU General Public License
18  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
19  * of the License, or (at your option) any later version.
20  *
21  * If you want to redistribute modifications, please consider that
22  * scientific software is very special. Version control is crucial -
23  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
24  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
25  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
26  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
27  *
28  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
29  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
30  *
31  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
32  *
33  * And Hey:
34  * Gallium Rubidium Oxygen Manganese Argon Carbon Silicon
35  */
36 #include "mdrun_main.h"
37
38 #ifdef HAVE_CONFIG_H
39 #include "config.h"
40 #endif
41
42 #include <stdio.h>
43
44 #include "gromacs/legacyheaders/checkpoint.h"
45 #include "gromacs/legacyheaders/copyrite.h"
46 #include "gromacs/legacyheaders/filenm.h"
47 #include "gromacs/legacyheaders/gmx_fatal.h"
48 #include "gromacs/legacyheaders/macros.h"
49 #include "gromacs/legacyheaders/main.h"
50 #include "gromacs/legacyheaders/mdrun.h"
51 #include "gromacs/legacyheaders/network.h"
52 #include "gromacs/legacyheaders/readinp.h"
53 #include "gromacs/legacyheaders/statutil.h"
54 #include "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
55
56 int gmx_mdrun(int argc, char *argv[])
57 {
58     const char   *desc[] = {
59         "The [TT]mdrun[tt] program is the main computational chemistry engine",
60         "within GROMACS. Obviously, it performs Molecular Dynamics simulations,",
61         "but it can also perform Stochastic Dynamics, Energy Minimization,",
62         "test particle insertion or (re)calculation of energies.",
63         "Normal mode analysis is another option. In this case [TT]mdrun[tt]",
64         "builds a Hessian matrix from single conformation.",
65         "For usual Normal Modes-like calculations, make sure that",
66         "the structure provided is properly energy-minimized.",
67         "The generated matrix can be diagonalized by [TT]g_nmeig[tt].[PAR]",
68         "The [TT]mdrun[tt] program reads the run input file ([TT]-s[tt])",
69         "and distributes the topology over nodes if needed.",
70         "[TT]mdrun[tt] produces at least four output files.",
71         "A single log file ([TT]-g[tt]) is written, unless the option",
72         "[TT]-seppot[tt] is used, in which case each node writes a log file.",
73         "The trajectory file ([TT]-o[tt]), contains coordinates, velocities and",
74         "optionally forces.",
75         "The structure file ([TT]-c[tt]) contains the coordinates and",
76         "velocities of the last step.",
77         "The energy file ([TT]-e[tt]) contains energies, the temperature,",
78         "pressure, etc, a lot of these things are also printed in the log file.",
79         "Optionally coordinates can be written to a compressed trajectory file",
80         "([TT]-x[tt]).[PAR]",
81         "The option [TT]-dhdl[tt] is only used when free energy calculation is",
82         "turned on.[PAR]",
83         "A simulation can be run in parallel using two different parallelization",
84         "schemes: MPI parallelization and/or OpenMP thread parallelization.",
85         "The MPI parallelization uses multiple processes when [TT]mdrun[tt] is",
86         "compiled with a normal MPI library or threads when [TT]mdrun[tt] is",
87         "compiled with the GROMACS built-in thread-MPI library. OpenMP threads",
88         "are supported when mdrun is compiled with OpenMP. Full OpenMP support",
89         "is only available with the Verlet cut-off scheme, with the (older)",
90         "group scheme only PME-only processes can use OpenMP parallelization.",
91         "In all cases [TT]mdrun[tt] will by default try to use all the available",
92         "hardware resources. With a normal MPI library only the options",
93         "[TT]-ntomp[tt] (with the Verlet cut-off scheme) and [TT]-ntomp_pme[tt],",
94         "for PME-only processes, can be used to control the number of threads.",
95         "With thread-MPI there are additional options [TT]-nt[tt], which sets",
96         "the total number of threads, and [TT]-ntmpi[tt], which sets the number",
97         "of thread-MPI threads.",
98         "Note that using combined MPI+OpenMP parallelization is almost always",
99         "slower than single parallelization, except at the scaling limit, where",
100         "especially OpenMP parallelization of PME reduces the communication cost.",
101         "OpenMP-only parallelization is much faster than MPI-only parallelization",
102         "on a single CPU(-die). Since we currently don't have proper hardware",
103         "topology detection, [TT]mdrun[tt] compiled with thread-MPI will only",
104         "automatically use OpenMP-only parallelization when you use up to 4",
105         "threads, up to 12 threads with Intel Nehalem/Westmere, or up to 16",
106         "threads with Intel Sandy Bridge or newer CPUs. Otherwise MPI-only",
107         "parallelization is used (except with GPUs, see below).",
108         "[PAR]",
109         "To quickly test the performance of the new Verlet cut-off scheme",
110         "with old [TT].tpr[tt] files, either on CPUs or CPUs+GPUs, you can use",
111         "the [TT]-testverlet[tt] option. This should not be used for production,",
112         "since it can slightly modify potentials and it will remove charge groups",
113         "making analysis difficult, as the [TT].tpr[tt] file will still contain",
114         "charge groups. For production simulations it is highly recommended",
115         "to specify [TT]cutoff-scheme = Verlet[tt] in the [TT].mdp[tt] file.",
116         "[PAR]",
117         "With GPUs (only supported with the Verlet cut-off scheme), the number",
118         "of GPUs should match the number of MPI processes or MPI threads,",
119         "excluding PME-only processes/threads. With thread-MPI the number",
120         "of MPI threads will automatically be set to the number of GPUs detected.",
121         "When you want to use a subset of the available GPUs, you can use",
122         "the [TT]-gpu_id[tt] option, where GPU id's are passed as a string,",
123         "e.g. 02 for using GPUs 0 and 2. When you want different GPU id's",
124         "on different nodes of a compute cluster, use the GMX_GPU_ID environment",
125         "variable instead. The format for GMX_GPU_ID is identical to ",
126         "[TT]-gpu_id[tt], but an environment variable can have different values",
127         "on different nodes of a cluster.",
128         "[PAR]",
129         "When using PME with separate PME nodes or with a GPU, the two major",
130         "compute tasks, the non-bonded force calculation and the PME calculation",
131         "run on different compute resources. If this load is not balanced,",
132         "some of the resources will be idle part of time. With the Verlet",
133         "cut-off scheme this load is automatically balanced when the PME load",
134         "is too high (but not when it is too low). This is done by scaling",
135         "the Coulomb cut-off and PME grid spacing by the same amount. In the first",
136         "few hundred steps different settings are tried and the fastest is chosen",
137         "for the rest of the simulation. This does not affect the accuracy of",
138         "the results, but it does affect the decomposition of the Coulomb energy",
139         "into particle and mesh contributions. The auto-tuning can be turned off",
140         "with the option [TT]-notunepme[tt].",
141         "[PAR]",
142         "[TT]mdrun[tt] pins (sets affinity of) threads to specific cores,",
143         "when all (logical) cores on a compute node are used by [TT]mdrun[tt],",
144         "even when no multi-threading is used,",
145         "as this usually results in significantly better performance.",
146         "If the queuing systems or the OpenMP library pinned threads, we honor",
147         "this and don't pin again, even though the layout may be sub-optimal.",
148         "If you want to have [TT]mdrun[tt] override an already set thread affinity",
149         "or pin threads when using less cores, use [TT]-pin on[tt].",
150         "With SMT (simultaneous multithreading), e.g. Intel Hyper-Threading,",
151         "there are multiple logical cores per physical core.",
152         "The option [TT]-pinstride[tt] sets the stride in logical cores for",
153         "pinning consecutive threads. Without SMT, 1 is usually the best choice.",
154         "With Intel Hyper-Threading 2 is best when using half or less of the",
155         "logical cores, 1 otherwise. The default value of 0 do exactly that:",
156         "it minimizes the threads per logical core, to optimize performance.",
157         "If you want to run multiple mdrun jobs on the same physical node,"
158         "you should set [TT]-pinstride[tt] to 1 when using all logical cores.",
159         "When running multiple mdrun (or other) simulations on the same physical",
160         "node, some simulations need to start pinning from a non-zero core",
161         "to avoid overloading cores; with [TT]-pinoffset[tt] you can specify",
162         "the offset in logical cores for pinning.",
163         "[PAR]",
164         "When [TT]mdrun[tt] is started using MPI with more than 1 process",
165         "or with thread-MPI with more than 1 thread, MPI parallelization is used.",
166         "By default domain decomposition is used, unless the [TT]-pd[tt]",
167         "option is set, which selects particle decomposition.",
168         "[PAR]",
169         "With domain decomposition, the spatial decomposition can be set",
170         "with option [TT]-dd[tt]. By default [TT]mdrun[tt] selects a good decomposition.",
171         "The user only needs to change this when the system is very inhomogeneous.",
172         "Dynamic load balancing is set with the option [TT]-dlb[tt],",
173         "which can give a significant performance improvement,",
174         "especially for inhomogeneous systems. The only disadvantage of",
175         "dynamic load balancing is that runs are no longer binary reproducible,",
176         "but in most cases this is not important.",
177         "By default the dynamic load balancing is automatically turned on",
178         "when the measured performance loss due to load imbalance is 5% or more.",
179         "At low parallelization these are the only important options",
180         "for domain decomposition.",
181         "At high parallelization the options in the next two sections",
182         "could be important for increasing the performace.",
183         "[PAR]",
184         "When PME is used with domain decomposition, separate nodes can",
185         "be assigned to do only the PME mesh calculation;",
186         "this is computationally more efficient starting at about 12 nodes.",
187         "The number of PME nodes is set with option [TT]-npme[tt],",
188         "this can not be more than half of the nodes.",
189         "By default [TT]mdrun[tt] makes a guess for the number of PME",
190         "nodes when the number of nodes is larger than 11 or performance wise",
191         "not compatible with the PME grid x dimension.",
192         "But the user should optimize npme. Performance statistics on this issue",
193         "are written at the end of the log file.",
194         "For good load balancing at high parallelization, the PME grid x and y",
195         "dimensions should be divisible by the number of PME nodes",
196         "(the simulation will run correctly also when this is not the case).",
197         "[PAR]",
198         "This section lists all options that affect the domain decomposition.",
199         "[PAR]",
200         "Option [TT]-rdd[tt] can be used to set the required maximum distance",
201         "for inter charge-group bonded interactions.",
202         "Communication for two-body bonded interactions below the non-bonded",
203         "cut-off distance always comes for free with the non-bonded communication.",
204         "Atoms beyond the non-bonded cut-off are only communicated when they have",
205         "missing bonded interactions; this means that the extra cost is minor",
206         "and nearly indepedent of the value of [TT]-rdd[tt].",
207         "With dynamic load balancing option [TT]-rdd[tt] also sets",
208         "the lower limit for the domain decomposition cell sizes.",
209         "By default [TT]-rdd[tt] is determined by [TT]mdrun[tt] based on",
210         "the initial coordinates. The chosen value will be a balance",
211         "between interaction range and communication cost.",
212         "[PAR]",
213         "When inter charge-group bonded interactions are beyond",
214         "the bonded cut-off distance, [TT]mdrun[tt] terminates with an error message.",
215         "For pair interactions and tabulated bonds",
216         "that do not generate exclusions, this check can be turned off",
217         "with the option [TT]-noddcheck[tt].",
218         "[PAR]",
219         "When constraints are present, option [TT]-rcon[tt] influences",
220         "the cell size limit as well.",
221         "Atoms connected by NC constraints, where NC is the LINCS order plus 1,",
222         "should not be beyond the smallest cell size. A error message is",
223         "generated when this happens and the user should change the decomposition",
224         "or decrease the LINCS order and increase the number of LINCS iterations.",
225         "By default [TT]mdrun[tt] estimates the minimum cell size required for P-LINCS",
226         "in a conservative fashion. For high parallelization it can be useful",
227         "to set the distance required for P-LINCS with the option [TT]-rcon[tt].",
228         "[PAR]",
229         "The [TT]-dds[tt] option sets the minimum allowed x, y and/or z scaling",
230         "of the cells with dynamic load balancing. [TT]mdrun[tt] will ensure that",
231         "the cells can scale down by at least this factor. This option is used",
232         "for the automated spatial decomposition (when not using [TT]-dd[tt])",
233         "as well as for determining the number of grid pulses, which in turn",
234         "sets the minimum allowed cell size. Under certain circumstances",
235         "the value of [TT]-dds[tt] might need to be adjusted to account for",
236         "high or low spatial inhomogeneity of the system.",
237         "[PAR]",
238         "The option [TT]-gcom[tt] can be used to only do global communication",
239         "every n steps.",
240         "This can improve performance for highly parallel simulations",
241         "where this global communication step becomes the bottleneck.",
242         "For a global thermostat and/or barostat the temperature",
243         "and/or pressure will also only be updated every [TT]-gcom[tt] steps.",
244         "By default it is set to the minimum of nstcalcenergy and nstlist.[PAR]",
245         "With [TT]-rerun[tt] an input trajectory can be given for which ",
246         "forces and energies will be (re)calculated. Neighbor searching will be",
247         "performed for every frame, unless [TT]nstlist[tt] is zero",
248         "(see the [TT].mdp[tt] file).[PAR]",
249         "ED (essential dynamics) sampling and/or additional flooding potentials",
250         "are switched on by using the [TT]-ei[tt] flag followed by an [TT].edi[tt]",
251         "file. The [TT].edi[tt] file can be produced with the [TT]make_edi[tt] tool",
252         "or by using options in the essdyn menu of the WHAT IF program.",
253         "[TT]mdrun[tt] produces a [TT].xvg[tt] output file that",
254         "contains projections of positions, velocities and forces onto selected",
255         "eigenvectors.[PAR]",
256         "When user-defined potential functions have been selected in the",
257         "[TT].mdp[tt] file the [TT]-table[tt] option is used to pass [TT]mdrun[tt]",
258         "a formatted table with potential functions. The file is read from",
259         "either the current directory or from the [TT]GMXLIB[tt] directory.",
260         "A number of pre-formatted tables are presented in the [TT]GMXLIB[tt] dir,",
261         "for 6-8, 6-9, 6-10, 6-11, 6-12 Lennard-Jones potentials with",
262         "normal Coulomb.",
263         "When pair interactions are present, a separate table for pair interaction",
264         "functions is read using the [TT]-tablep[tt] option.[PAR]",
265         "When tabulated bonded functions are present in the topology,",
266         "interaction functions are read using the [TT]-tableb[tt] option.",
267         "For each different tabulated interaction type the table file name is",
268         "modified in a different way: before the file extension an underscore is",
269         "appended, then a 'b' for bonds, an 'a' for angles or a 'd' for dihedrals",
270         "and finally the table number of the interaction type.[PAR]",
271         "The options [TT]-px[tt] and [TT]-pf[tt] are used for writing pull COM",
272         "coordinates and forces when pulling is selected",
273         "in the [TT].mdp[tt] file.[PAR]",
274         "With [TT]-multi[tt] or [TT]-multidir[tt], multiple systems can be ",
275         "simulated in parallel.",
276         "As many input files/directories are required as the number of systems. ",
277         "The [TT]-multidir[tt] option takes a list of directories (one for each ",
278         "system) and runs in each of them, using the input/output file names, ",
279         "such as specified by e.g. the [TT]-s[tt] option, relative to these ",
280         "directories.",
281         "With [TT]-multi[tt], the system number is appended to the run input ",
282         "and each output filename, for instance [TT]topol.tpr[tt] becomes",
283         "[TT]topol0.tpr[tt], [TT]topol1.tpr[tt] etc.",
284         "The number of nodes per system is the total number of nodes",
285         "divided by the number of systems.",
286         "One use of this option is for NMR refinement: when distance",
287         "or orientation restraints are present these can be ensemble averaged",
288         "over all the systems.[PAR]",
289         "With [TT]-replex[tt] replica exchange is attempted every given number",
290         "of steps. The number of replicas is set with the [TT]-multi[tt] or ",
291         "[TT]-multidir[tt] option, described above.",
292         "All run input files should use a different coupling temperature,",
293         "the order of the files is not important. The random seed is set with",
294         "[TT]-reseed[tt]. The velocities are scaled and neighbor searching",
295         "is performed after every exchange.[PAR]",
296         "Finally some experimental algorithms can be tested when the",
297         "appropriate options have been given. Currently under",
298         "investigation are: polarizability.",
299         "[PAR]",
300         "The option [TT]-membed[tt] does what used to be g_membed, i.e. embed",
301         "a protein into a membrane. The data file should contain the options",
302         "that where passed to g_membed before. The [TT]-mn[tt] and [TT]-mp[tt]",
303         "both apply to this as well.",
304         "[PAR]",
305         "The option [TT]-pforce[tt] is useful when you suspect a simulation",
306         "crashes due to too large forces. With this option coordinates and",
307         "forces of atoms with a force larger than a certain value will",
308         "be printed to stderr.",
309         "[PAR]",
310         "Checkpoints containing the complete state of the system are written",
311         "at regular intervals (option [TT]-cpt[tt]) to the file [TT]-cpo[tt],",
312         "unless option [TT]-cpt[tt] is set to -1.",
313         "The previous checkpoint is backed up to [TT]state_prev.cpt[tt] to",
314         "make sure that a recent state of the system is always available,",
315         "even when the simulation is terminated while writing a checkpoint.",
316         "With [TT]-cpnum[tt] all checkpoint files are kept and appended",
317         "with the step number.",
318         "A simulation can be continued by reading the full state from file",
319         "with option [TT]-cpi[tt]. This option is intelligent in the way that",
320         "if no checkpoint file is found, Gromacs just assumes a normal run and",
321         "starts from the first step of the [TT].tpr[tt] file. By default the output",
322         "will be appending to the existing output files. The checkpoint file",
323         "contains checksums of all output files, such that you will never",
324         "loose data when some output files are modified, corrupt or removed.",
325         "There are three scenarios with [TT]-cpi[tt]:[PAR]",
326         "[TT]*[tt] no files with matching names are present: new output files are written[PAR]",
327         "[TT]*[tt] all files are present with names and checksums matching those stored",
328         "in the checkpoint file: files are appended[PAR]",
329         "[TT]*[tt] otherwise no files are modified and a fatal error is generated[PAR]",
330         "With [TT]-noappend[tt] new output files are opened and the simulation",
331         "part number is added to all output file names.",
332         "Note that in all cases the checkpoint file itself is not renamed",
333         "and will be overwritten, unless its name does not match",
334         "the [TT]-cpo[tt] option.",
335         "[PAR]",
336         "With checkpointing the output is appended to previously written",
337         "output files, unless [TT]-noappend[tt] is used or none of the previous",
338         "output files are present (except for the checkpoint file).",
339         "The integrity of the files to be appended is verified using checksums",
340         "which are stored in the checkpoint file. This ensures that output can",
341         "not be mixed up or corrupted due to file appending. When only some",
342         "of the previous output files are present, a fatal error is generated",
343         "and no old output files are modified and no new output files are opened.",
344         "The result with appending will be the same as from a single run.",
345         "The contents will be binary identical, unless you use a different number",
346         "of nodes or dynamic load balancing or the FFT library uses optimizations",
347         "through timing.",
348         "[PAR]",
349         "With option [TT]-maxh[tt] a simulation is terminated and a checkpoint",
350         "file is written at the first neighbor search step where the run time",
351         "exceeds [TT]-maxh[tt]*0.99 hours.",
352         "[PAR]",
353         "When [TT]mdrun[tt] receives a TERM signal, it will set nsteps to the current",
354         "step plus one. When [TT]mdrun[tt] receives an INT signal (e.g. when ctrl+C is",
355         "pressed), it will stop after the next neighbor search step ",
356         "(with nstlist=0 at the next step).",
357         "In both cases all the usual output will be written to file.",
358         "When running with MPI, a signal to one of the [TT]mdrun[tt] processes",
359         "is sufficient, this signal should not be sent to mpirun or",
360         "the [TT]mdrun[tt] process that is the parent of the others.",
361         "[PAR]",
362         "When [TT]mdrun[tt] is started with MPI, it does not run niced by default."
363     };
364     t_commrec    *cr;
365     t_filenm      fnm[] = {
366         { efTPX, NULL,      NULL,       ffREAD },
367         { efTRN, "-o",      NULL,       ffWRITE },
368         { efXTC, "-x",      NULL,       ffOPTWR },
369         { efCPT, "-cpi",    NULL,       ffOPTRD },
370         { efCPT, "-cpo",    NULL,       ffOPTWR },
371         { efSTO, "-c",      "confout",  ffWRITE },
372         { efEDR, "-e",      "ener",     ffWRITE },
373         { efLOG, "-g",      "md",       ffWRITE },
374         { efXVG, "-dhdl",   "dhdl",     ffOPTWR },
375         { efXVG, "-field",  "field",    ffOPTWR },
376         { efXVG, "-table",  "table",    ffOPTRD },
377         { efXVG, "-tabletf", "tabletf",    ffOPTRD },
378         { efXVG, "-tablep", "tablep",   ffOPTRD },
379         { efXVG, "-tableb", "table",    ffOPTRD },
380         { efTRX, "-rerun",  "rerun",    ffOPTRD },
381         { efXVG, "-tpi",    "tpi",      ffOPTWR },
382         { efXVG, "-tpid",   "tpidist",  ffOPTWR },
383         { efEDI, "-ei",     "sam",      ffOPTRD },
384         { efXVG, "-eo",     "edsam",    ffOPTWR },
385         { efXVG, "-devout", "deviatie", ffOPTWR },
386         { efXVG, "-runav",  "runaver",  ffOPTWR },
387         { efXVG, "-px",     "pullx",    ffOPTWR },
388         { efXVG, "-pf",     "pullf",    ffOPTWR },
389         { efXVG, "-ro",     "rotation", ffOPTWR },
390         { efLOG, "-ra",     "rotangles", ffOPTWR },
391         { efLOG, "-rs",     "rotslabs", ffOPTWR },
392         { efLOG, "-rt",     "rottorque", ffOPTWR },
393         { efMTX, "-mtx",    "nm",       ffOPTWR },
394         { efNDX, "-dn",     "dipole",   ffOPTWR },
395         { efRND, "-multidir", NULL,      ffOPTRDMULT},
396         { efDAT, "-membed", "membed",   ffOPTRD },
397         { efTOP, "-mp",     "membed",   ffOPTRD },
398         { efNDX, "-mn",     "membed",   ffOPTRD }
399     };
400 #define NFILE asize(fnm)
401
402     /* Command line options ! */
403     gmx_bool        bPartDec      = FALSE;
404     gmx_bool        bDDBondCheck  = TRUE;
405     gmx_bool        bDDBondComm   = TRUE;
406     gmx_bool        bTunePME      = TRUE;
407     gmx_bool        bTestVerlet   = FALSE;
408     gmx_bool        bVerbose      = FALSE;
409     gmx_bool        bCompact      = TRUE;
410     gmx_bool        bSepPot       = FALSE;
411     gmx_bool        bRerunVSite   = FALSE;
412     gmx_bool        bConfout      = TRUE;
413     gmx_bool        bReproducible = FALSE;
414
415     int             npme          = -1;
416     int             nmultisim     = 0;
417     int             nstglobalcomm = -1;
418     int             repl_ex_nst   = 0;
419     int             repl_ex_seed  = -1;
420     int             repl_ex_nex   = 0;
421     int             nstepout      = 100;
422     int             resetstep     = -1;
423     gmx_large_int_t nsteps        = -2; /* the value -2 means that the mdp option will be used */
424
425     rvec            realddxyz          = {0, 0, 0};
426     const char     *ddno_opt[ddnoNR+1] =
427     { NULL, "interleave", "pp_pme", "cartesian", NULL };
428     const char     *dddlb_opt[] =
429     { NULL, "auto", "no", "yes", NULL };
430     const char     *thread_aff_opt[threadaffNR+1] =
431     { NULL, "auto", "on", "off", NULL };
432     const char     *nbpu_opt[] =
433     { NULL, "auto", "cpu", "gpu", "gpu_cpu", NULL };
434     real            rdd                   = 0.0, rconstr = 0.0, dlb_scale = 0.8, pforce = -1;
435     char           *ddcsx                 = NULL, *ddcsy = NULL, *ddcsz = NULL;
436     real            cpt_period            = 15.0, max_hours = -1;
437     gmx_bool        bAppendFiles          = TRUE;
438     gmx_bool        bKeepAndNumCPT        = FALSE;
439     gmx_bool        bResetCountersHalfWay = FALSE;
440     output_env_t    oenv                  = NULL;
441     const char     *deviceOptions         = "";
442
443     gmx_hw_opt_t    hw_opt = {0, 0, 0, 0, threadaffSEL, 0, 0, NULL};
444
445     t_pargs         pa[] = {
446
447         { "-pd",      FALSE, etBOOL, {&bPartDec},
448           "Use particle decompostion" },
449         { "-dd",      FALSE, etRVEC, {&realddxyz},
450           "Domain decomposition grid, 0 is optimize" },
451         { "-ddorder", FALSE, etENUM, {ddno_opt},
452           "DD node order" },
453         { "-npme",    FALSE, etINT, {&npme},
454           "Number of separate nodes to be used for PME, -1 is guess" },
455         { "-nt",      FALSE, etINT, {&hw_opt.nthreads_tot},
456           "Total number of threads to start (0 is guess)" },
457         { "-ntmpi",   FALSE, etINT, {&hw_opt.nthreads_tmpi},
458           "Number of thread-MPI threads to start (0 is guess)" },
459         { "-ntomp",   FALSE, etINT, {&hw_opt.nthreads_omp},
460           "Number of OpenMP threads per MPI process/thread to start (0 is guess)" },
461         { "-ntomp_pme", FALSE, etINT, {&hw_opt.nthreads_omp_pme},
462           "Number of OpenMP threads per MPI process/thread to start (0 is -ntomp)" },
463         { "-pin",     FALSE, etENUM, {thread_aff_opt},
464           "Fix threads (or processes) to specific cores" },
465         { "-pinoffset", FALSE, etINT, {&hw_opt.core_pinning_offset},
466           "The starting logical core number for pinning to cores; used to avoid pinning threads from different mdrun instances to the same core" },
467         { "-pinstride", FALSE, etINT, {&hw_opt.core_pinning_stride},
468           "Pinning distance in logical cores for threads, use 0 to minimize the number of threads per physical core" },
469         { "-gpu_id",  FALSE, etSTR, {&hw_opt.gpu_id},
470           "List of GPU id's to use" },
471         { "-ddcheck", FALSE, etBOOL, {&bDDBondCheck},
472           "Check for all bonded interactions with DD" },
473         { "-ddbondcomm", FALSE, etBOOL, {&bDDBondComm},
474           "HIDDENUse special bonded atom communication when [TT]-rdd[tt] > cut-off" },
475         { "-rdd",     FALSE, etREAL, {&rdd},
476           "The maximum distance for bonded interactions with DD (nm), 0 is determine from initial coordinates" },
477         { "-rcon",    FALSE, etREAL, {&rconstr},
478           "Maximum distance for P-LINCS (nm), 0 is estimate" },
479         { "-dlb",     FALSE, etENUM, {dddlb_opt},
480           "Dynamic load balancing (with DD)" },
481         { "-dds",     FALSE, etREAL, {&dlb_scale},
482           "Minimum allowed dlb scaling of the DD cell size" },
483         { "-ddcsx",   FALSE, etSTR, {&ddcsx},
484           "HIDDENThe DD cell sizes in x" },
485         { "-ddcsy",   FALSE, etSTR, {&ddcsy},
486           "HIDDENThe DD cell sizes in y" },
487         { "-ddcsz",   FALSE, etSTR, {&ddcsz},
488           "HIDDENThe DD cell sizes in z" },
489         { "-gcom",    FALSE, etINT, {&nstglobalcomm},
490           "Global communication frequency" },
491         { "-nb",      FALSE, etENUM, {&nbpu_opt},
492           "Calculate non-bonded interactions on" },
493         { "-tunepme", FALSE, etBOOL, {&bTunePME},
494           "Optimize PME load between PP/PME nodes or GPU/CPU" },
495         { "-testverlet", FALSE, etBOOL, {&bTestVerlet},
496           "Test the Verlet non-bonded scheme" },
497         { "-v",       FALSE, etBOOL, {&bVerbose},
498           "Be loud and noisy" },
499         { "-compact", FALSE, etBOOL, {&bCompact},
500           "Write a compact log file" },
501         { "-seppot",  FALSE, etBOOL, {&bSepPot},
502           "Write separate V and dVdl terms for each interaction type and node to the log file(s)" },
503         { "-pforce",  FALSE, etREAL, {&pforce},
504           "Print all forces larger than this (kJ/mol nm)" },
505         { "-reprod",  FALSE, etBOOL, {&bReproducible},
506           "Try to avoid optimizations that affect binary reproducibility" },
507         { "-cpt",     FALSE, etREAL, {&cpt_period},
508           "Checkpoint interval (minutes)" },
509         { "-cpnum",   FALSE, etBOOL, {&bKeepAndNumCPT},
510           "Keep and number checkpoint files" },
511         { "-append",  FALSE, etBOOL, {&bAppendFiles},
512           "Append to previous output files when continuing from checkpoint instead of adding the simulation part number to all file names" },
513         { "-nsteps",  FALSE, etGMX_LARGE_INT, {&nsteps},
514           "Run this number of steps, overrides .mdp file option" },
515         { "-maxh",   FALSE, etREAL, {&max_hours},
516           "Terminate after 0.99 times this time (hours)" },
517         { "-multi",   FALSE, etINT, {&nmultisim},
518           "Do multiple simulations in parallel" },
519         { "-replex",  FALSE, etINT, {&repl_ex_nst},
520           "Attempt replica exchange periodically with this period (steps)" },
521         { "-nex",  FALSE, etINT, {&repl_ex_nex},
522           "Number of random exchanges to carry out each exchange interval (N^3 is one suggestion).  -nex zero or not specified gives neighbor replica exchange." },
523         { "-reseed",  FALSE, etINT, {&repl_ex_seed},
524           "Seed for replica exchange, -1 is generate a seed" },
525         { "-rerunvsite", FALSE, etBOOL, {&bRerunVSite},
526           "HIDDENRecalculate virtual site coordinates with [TT]-rerun[tt]" },
527         { "-confout", FALSE, etBOOL, {&bConfout},
528           "HIDDENWrite the last configuration with [TT]-c[tt] and force checkpointing at the last step" },
529         { "-stepout", FALSE, etINT, {&nstepout},
530           "HIDDENFrequency of writing the remaining runtime" },
531         { "-resetstep", FALSE, etINT, {&resetstep},
532           "HIDDENReset cycle counters after these many time steps" },
533         { "-resethway", FALSE, etBOOL, {&bResetCountersHalfWay},
534           "HIDDENReset the cycle counters after half the number of steps or halfway [TT]-maxh[tt]" }
535     };
536     unsigned long   Flags, PCA_Flags;
537     ivec            ddxyz;
538     int             dd_node_order;
539     gmx_bool        bAddPart;
540     FILE           *fplog, *fpmulti;
541     int             sim_part, sim_part_fn;
542     const char     *part_suffix = ".part";
543     char            suffix[STRLEN];
544     int             rc;
545     char          **multidir = NULL;
546
547
548     cr = init_par();
549
550     PCA_Flags = (PCA_CAN_SET_DEFFNM | (MASTER(cr) ? 0 : PCA_QUIET));
551
552     /* Comment this in to do fexist calls only on master
553      * works not with rerun or tables at the moment
554      * also comment out the version of init_forcerec in md.c
555      * with NULL instead of opt2fn
556      */
557     /*
558        if (!MASTER(cr))
559        {
560        PCA_Flags |= PCA_NOT_READ_NODE;
561        }
562      */
563
564     if (!parse_common_args(&argc, argv, PCA_Flags, NFILE, fnm, asize(pa), pa,
565                            asize(desc), desc, 0, NULL, &oenv))
566     {
567         return 0;
568     }
569
570
571     /* we set these early because they might be used in init_multisystem()
572        Note that there is the potential for npme>nnodes until the number of
573        threads is set later on, if there's thread parallelization. That shouldn't
574        lead to problems. */
575     dd_node_order = nenum(ddno_opt);
576     cr->npmenodes = npme;
577
578     hw_opt.thread_affinity = nenum(thread_aff_opt);
579
580     /* now check the -multi and -multidir option */
581     if (opt2bSet("-multidir", NFILE, fnm))
582     {
583         if (nmultisim > 0)
584         {
585             gmx_fatal(FARGS, "mdrun -multi and -multidir options are mutually exclusive.");
586         }
587         nmultisim = opt2fns(&multidir, "-multidir", NFILE, fnm);
588     }
589
590
591     if (repl_ex_nst != 0 && nmultisim < 2)
592     {
593         gmx_fatal(FARGS, "Need at least two replicas for replica exchange (option -multi)");
594     }
595
596     if (repl_ex_nex < 0)
597     {
598         gmx_fatal(FARGS, "Replica exchange number of exchanges needs to be positive");
599     }
600
601     if (nmultisim > 1)
602     {
603 #ifndef GMX_THREAD_MPI
604         gmx_bool bParFn = (multidir == NULL);
605         init_multisystem(cr, nmultisim, multidir, NFILE, fnm, bParFn);
606 #else
607         gmx_fatal(FARGS, "mdrun -multi is not supported with the thread library.Please compile GROMACS with MPI support");
608 #endif
609     }
610
611     bAddPart = !bAppendFiles;
612
613     /* Check if there is ANY checkpoint file available */
614     sim_part    = 1;
615     sim_part_fn = sim_part;
616     if (opt2bSet("-cpi", NFILE, fnm))
617     {
618         if (bSepPot && bAppendFiles)
619         {
620             gmx_fatal(FARGS, "Output file appending is not supported with -seppot");
621         }
622
623         bAppendFiles =
624             read_checkpoint_simulation_part(opt2fn_master("-cpi", NFILE,
625                                                           fnm, cr),
626                                             &sim_part_fn, NULL, cr,
627                                             bAppendFiles, NFILE, fnm,
628                                             part_suffix, &bAddPart);
629         if (sim_part_fn == 0 && MULTIMASTER(cr))
630         {
631             fprintf(stdout, "No previous checkpoint file present, assuming this is a new run.\n");
632         }
633         else
634         {
635             sim_part = sim_part_fn + 1;
636         }
637
638         if (MULTISIM(cr) && MASTER(cr))
639         {
640             if (MULTIMASTER(cr))
641             {
642                 /* Log file is not yet available, so if there's a
643                  * problem we can only write to stderr. */
644                 fpmulti = stderr;
645             }
646             else
647             {
648                 fpmulti = NULL;
649             }
650             check_multi_int(fpmulti, cr->ms, sim_part, "simulation part", TRUE);
651         }
652     }
653     else
654     {
655         bAppendFiles = FALSE;
656     }
657
658     if (!bAppendFiles)
659     {
660         sim_part_fn = sim_part;
661     }
662
663     if (bAddPart)
664     {
665         /* Rename all output files (except checkpoint files) */
666         /* create new part name first (zero-filled) */
667         sprintf(suffix, "%s%04d", part_suffix, sim_part_fn);
668
669         add_suffix_to_output_names(fnm, NFILE, suffix);
670         if (MULTIMASTER(cr))
671         {
672             fprintf(stdout, "Checkpoint file is from part %d, new output files will be suffixed '%s'.\n", sim_part-1, suffix);
673         }
674     }
675
676     Flags = opt2bSet("-rerun", NFILE, fnm) ? MD_RERUN : 0;
677     Flags = Flags | (bSepPot       ? MD_SEPPOT       : 0);
678     Flags = Flags | (bPartDec      ? MD_PARTDEC      : 0);
679     Flags = Flags | (bDDBondCheck  ? MD_DDBONDCHECK  : 0);
680     Flags = Flags | (bDDBondComm   ? MD_DDBONDCOMM   : 0);
681     Flags = Flags | (bTunePME      ? MD_TUNEPME      : 0);
682     Flags = Flags | (bTestVerlet   ? MD_TESTVERLET   : 0);
683     Flags = Flags | (bConfout      ? MD_CONFOUT      : 0);
684     Flags = Flags | (bRerunVSite   ? MD_RERUN_VSITE  : 0);
685     Flags = Flags | (bReproducible ? MD_REPRODUCIBLE : 0);
686     Flags = Flags | (bAppendFiles  ? MD_APPENDFILES  : 0);
687     Flags = Flags | (opt2parg_bSet("-append", asize(pa), pa) ? MD_APPENDFILESSET : 0);
688     Flags = Flags | (bKeepAndNumCPT ? MD_KEEPANDNUMCPT : 0);
689     Flags = Flags | (sim_part > 1    ? MD_STARTFROMCPT : 0);
690     Flags = Flags | (bResetCountersHalfWay ? MD_RESETCOUNTERSHALFWAY : 0);
691
692
693     /* We postpone opening the log file if we are appending, so we can
694        first truncate the old log file and append to the correct position
695        there instead.  */
696     if ((MASTER(cr) || bSepPot) && !bAppendFiles)
697     {
698         gmx_log_open(ftp2fn(efLOG, NFILE, fnm), cr,
699                      !bSepPot, Flags & MD_APPENDFILES, &fplog);
700         please_cite(fplog, "Hess2008b");
701         please_cite(fplog, "Spoel2005a");
702         please_cite(fplog, "Lindahl2001a");
703         please_cite(fplog, "Berendsen95a");
704     }
705     else if (!MASTER(cr) && bSepPot)
706     {
707         gmx_log_open(ftp2fn(efLOG, NFILE, fnm), cr, !bSepPot, Flags, &fplog);
708     }
709     else
710     {
711         fplog = NULL;
712     }
713
714     ddxyz[XX] = (int)(realddxyz[XX] + 0.5);
715     ddxyz[YY] = (int)(realddxyz[YY] + 0.5);
716     ddxyz[ZZ] = (int)(realddxyz[ZZ] + 0.5);
717
718     rc = mdrunner(&hw_opt, fplog, cr, NFILE, fnm, oenv, bVerbose, bCompact,
719                   nstglobalcomm, ddxyz, dd_node_order, rdd, rconstr,
720                   dddlb_opt[0], dlb_scale, ddcsx, ddcsy, ddcsz,
721                   nbpu_opt[0],
722                   nsteps, nstepout, resetstep,
723                   nmultisim, repl_ex_nst, repl_ex_nex, repl_ex_seed,
724                   pforce, cpt_period, max_hours, deviceOptions, Flags);
725
726     /* Log file has to be closed in mdrunner if we are appending to it
727        (fplog not set here) */
728     if (MASTER(cr) && !bAppendFiles)
729     {
730         gmx_log_close(fplog);
731     }
732
733     return rc;
734 }