src/programs/mdrun/runner.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
  38 #include "gmxpre.h"
  39
  40 #include "config.h"
  41
  42 #include <assert.h>
  43 #include <signal.h>
  44 #include <stdlib.h>
  45 #include <string.h>
  46
  47 #include <algorithm>
  48
  49 #include "gromacs/domdec/domdec.h"
  50 #include "gromacs/essentialdynamics/edsam.h"
  51 #include "gromacs/ewald/pme.h"
  52 #include "gromacs/fileio/tpxio.h"
  53 #include "gromacs/gmxlib/gpu_utils/gpu_utils.h"
  54 #include "gromacs/legacyheaders/checkpoint.h"
  55 #include "gromacs/legacyheaders/constr.h"
  56 #include "gromacs/legacyheaders/copyrite.h"
  57 #include "gromacs/legacyheaders/disre.h"
  58 #include "gromacs/legacyheaders/force.h"
  59 #include "gromacs/legacyheaders/gmx_detect_hardware.h"
  60 #include "gromacs/legacyheaders/gmx_omp_nthreads.h"
  61 #include "gromacs/legacyheaders/gmx_thread_affinity.h"
  62 #include "gromacs/legacyheaders/inputrec.h"
  63 #include "gromacs/legacyheaders/main.h"
  64 #include "gromacs/legacyheaders/md_logging.h"
  65 #include "gromacs/legacyheaders/md_support.h"
  66 #include "gromacs/legacyheaders/mdatoms.h"
  67 #include "gromacs/legacyheaders/mdrun.h"
  68 #include "gromacs/legacyheaders/names.h"
  69 #include "gromacs/legacyheaders/network.h"
  70 #include "gromacs/legacyheaders/oenv.h"
  71 #include "gromacs/legacyheaders/orires.h"
  72 #include "gromacs/legacyheaders/qmmm.h"
  73 #include "gromacs/legacyheaders/sighandler.h"
  74 #include "gromacs/legacyheaders/txtdump.h"
  75 #include "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
  76 #include "gromacs/math/calculate-ewald-splitting-coefficient.h"
  77 #include "gromacs/math/vec.h"
  78 #include "gromacs/mdlib/calc_verletbuf.h"
  79 #include "gromacs/mdlib/nbnxn_search.h"
  80 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  81 #include "gromacs/pulling/pull.h"
  82 #include "gromacs/pulling/pull_rotation.h"
  83 #include "gromacs/swap/swapcoords.h"
  84 #include "gromacs/timing/wallcycle.h"
  85 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
  86 #include "gromacs/utility/gmxassert.h"
  87 #include "gromacs/utility/gmxmpi.h"
  88 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  89
  90 #include "deform.h"
  91 #include "membed.h"
  92 #include "repl_ex.h"
  93 #include "resource-division.h"
  94
  95 #ifdef GMX_FAHCORE
  96 #include "corewrap.h"
  97 #endif
  98
  99 typedef struct {
 100     gmx_integrator_t *func;
 101 } gmx_intp_t;
 102
 103 /* The array should match the eI array in include/types/enums.h */
 104 const gmx_intp_t    integrator[eiNR] = { {do_md}, {do_steep}, {do_cg}, {do_md}, {do_md}, {do_nm}, {do_lbfgs}, {do_tpi}, {do_tpi}, {do_md}, {do_md}, {do_md}};
 105
 106 gmx_int64_t         deform_init_init_step_tpx;
 107 matrix              deform_init_box_tpx;
 108 tMPI_Thread_mutex_t deform_init_box_mutex = TMPI_THREAD_MUTEX_INITIALIZER;
 109
 110
 111 #ifdef GMX_THREAD_MPI
 112 /* The minimum number of atoms per tMPI thread. With fewer atoms than this,
 113  * the number of threads will get lowered.
 114  */
 115 #define MIN_ATOMS_PER_MPI_THREAD    90
 116 #define MIN_ATOMS_PER_GPU           900
 117
 118 struct mdrunner_arglist
 119 {
 120     gmx_hw_opt_t    hw_opt;
 121     FILE           *fplog;
 122     t_commrec      *cr;
 123     int             nfile;
 124     const t_filenm *fnm;
 125     output_env_t    oenv;
 126     gmx_bool        bVerbose;
 127     gmx_bool        bCompact;
 128     int             nstglobalcomm;
 129     ivec            ddxyz;
 130     int             dd_node_order;
 131     real            rdd;
 132     real            rconstr;
 133     const char     *dddlb_opt;
 134     real            dlb_scale;
 135     const char     *ddcsx;
 136     const char     *ddcsy;
 137     const char     *ddcsz;
 138     const char     *nbpu_opt;
 139     int             nstlist_cmdline;
 140     gmx_int64_t     nsteps_cmdline;
 141     int             nstepout;
 142     int             resetstep;
 143     int             nmultisim;
 144     int             repl_ex_nst;
 145     int             repl_ex_nex;
 146     int             repl_ex_seed;
 147     real            pforce;
 148     real            cpt_period;
 149     real            max_hours;
 150     int             imdport;
 151     unsigned long   Flags;
 152 };
 153
 154
 155 /* The function used for spawning threads. Extracts the mdrunner()
 156    arguments from its one argument and calls mdrunner(), after making
 157    a commrec. */
 158 static void mdrunner_start_fn(void *arg)
 159 {
 160     struct mdrunner_arglist *mda = (struct mdrunner_arglist*)arg;
 161     struct mdrunner_arglist  mc  = *mda; /* copy the arg list to make sure
 162                                             that it's thread-local. This doesn't
 163                                             copy pointed-to items, of course,
 164                                             but those are all const. */
 165     t_commrec *cr;                       /* we need a local version of this */
 166     FILE      *fplog = NULL;
 167     t_filenm  *fnm;
 168
 169     fnm = dup_tfn(mc.nfile, mc.fnm);
 170
 171     cr = reinitialize_commrec_for_this_thread(mc.cr);
 172
 173     if (MASTER(cr))
 174     {
 175         fplog = mc.fplog;
 176     }
 177
 178     mdrunner(&mc.hw_opt, fplog, cr, mc.nfile, fnm, mc.oenv,
 179              mc.bVerbose, mc.bCompact, mc.nstglobalcomm,
 180              mc.ddxyz, mc.dd_node_order, mc.rdd,
 181              mc.rconstr, mc.dddlb_opt, mc.dlb_scale,
 182              mc.ddcsx, mc.ddcsy, mc.ddcsz,
 183              mc.nbpu_opt, mc.nstlist_cmdline,
 184              mc.nsteps_cmdline, mc.nstepout, mc.resetstep,
 185              mc.nmultisim, mc.repl_ex_nst, mc.repl_ex_nex, mc.repl_ex_seed, mc.pforce,
 186              mc.cpt_period, mc.max_hours, mc.imdport, mc.Flags);
 187 }
 188
 189 /* called by mdrunner() to start a specific number of threads (including
 190    the main thread) for thread-parallel runs. This in turn calls mdrunner()
 191    for each thread.
 192    All options besides nthreads are the same as for mdrunner(). */
 193 static t_commrec *mdrunner_start_threads(gmx_hw_opt_t *hw_opt,
 194                                          FILE *fplog, t_commrec *cr, int nfile,
 195                                          const t_filenm fnm[], const output_env_t oenv, gmx_bool bVerbose,
 196                                          gmx_bool bCompact, int nstglobalcomm,
 197                                          ivec ddxyz, int dd_node_order, real rdd, real rconstr,
 198                                          const char *dddlb_opt, real dlb_scale,
 199                                          const char *ddcsx, const char *ddcsy, const char *ddcsz,
 200                                          const char *nbpu_opt, int nstlist_cmdline,
 201                                          gmx_int64_t nsteps_cmdline,
 202                                          int nstepout, int resetstep,
 203                                          int nmultisim, int repl_ex_nst, int repl_ex_nex, int repl_ex_seed,
 204                                          real pforce, real cpt_period, real max_hours,
 205                                          unsigned long Flags)
 206 {
 207     int                      ret;
 208     struct mdrunner_arglist *mda;
 209     t_commrec               *crn; /* the new commrec */
 210     t_filenm                *fnmn;
 211
 212     /* first check whether we even need to start tMPI */
 213     if (hw_opt->nthreads_tmpi < 2)
 214     {
 215         return cr;
 216     }
 217
 218     /* a few small, one-time, almost unavoidable memory leaks: */
 219     snew(mda, 1);
 220     fnmn = dup_tfn(nfile, fnm);
 221
 222     /* fill the data structure to pass as void pointer to thread start fn */
 223     /* hw_opt contains pointers, which should all be NULL at this stage */
 224     mda->hw_opt          = *hw_opt;
 225     mda->fplog           = fplog;
 226     mda->cr              = cr;
 227     mda->nfile           = nfile;
 228     mda->fnm             = fnmn;
 229     mda->oenv            = oenv;
 230     mda->bVerbose        = bVerbose;
 231     mda->bCompact        = bCompact;
 232     mda->nstglobalcomm   = nstglobalcomm;
 233     mda->ddxyz[XX]       = ddxyz[XX];
 234     mda->ddxyz[YY]       = ddxyz[YY];
 235     mda->ddxyz[ZZ]       = ddxyz[ZZ];
 236     mda->dd_node_order   = dd_node_order;
 237     mda->rdd             = rdd;
 238     mda->rconstr         = rconstr;
 239     mda->dddlb_opt       = dddlb_opt;
 240     mda->dlb_scale       = dlb_scale;
 241     mda->ddcsx           = ddcsx;
 242     mda->ddcsy           = ddcsy;
 243     mda->ddcsz           = ddcsz;
 244     mda->nbpu_opt        = nbpu_opt;
 245     mda->nstlist_cmdline = nstlist_cmdline;
 246     mda->nsteps_cmdline  = nsteps_cmdline;
 247     mda->nstepout        = nstepout;
 248     mda->resetstep       = resetstep;
 249     mda->nmultisim       = nmultisim;
 250     mda->repl_ex_nst     = repl_ex_nst;
 251     mda->repl_ex_nex     = repl_ex_nex;
 252     mda->repl_ex_seed    = repl_ex_seed;
 253     mda->pforce          = pforce;
 254     mda->cpt_period      = cpt_period;
 255     mda->max_hours       = max_hours;
 256     mda->Flags           = Flags;
 257
 258     /* now spawn new threads that start mdrunner_start_fn(), while
 259        the main thread returns, we set thread affinity later */
 260     ret = tMPI_Init_fn(TRUE, hw_opt->nthreads_tmpi, TMPI_AFFINITY_NONE,
 261                        mdrunner_start_fn, (void*)(mda) );
 262     if (ret != TMPI_SUCCESS)
 263     {
 264         return NULL;
 265     }
 266
 267     crn = reinitialize_commrec_for_this_thread(cr);
 268     return crn;
 269 }
 270
 271 #endif /* GMX_THREAD_MPI */
 272
 273
 274 /* We determine the extra cost of the non-bonded kernels compared to
 275  * a reference nstlist value of 10 (which is the default in grompp).
 276  */
 277 static const int    nbnxnReferenceNstlist = 10;
 278 /* The values to try when switching  */
 279 const int           nstlist_try[] = { 20, 25, 40 };
 280 #define NNSTL  sizeof(nstlist_try)/sizeof(nstlist_try[0])
 281 /* Increase nstlist until the non-bonded cost increases more than listfac_ok,
 282  * but never more than listfac_max.
 283  * A standard (protein+)water system at 300K with PME ewald_rtol=1e-5
 284  * needs 1.28 at rcoulomb=0.9 and 1.24 at rcoulomb=1.0 to get to nstlist=40.
 285  * Note that both CPU and GPU factors are conservative. Performance should
 286  * not go down due to this tuning, except with a relatively slow GPU.
 287  * On the other hand, at medium/high parallelization or with fast GPUs
 288  * nstlist will not be increased enough to reach optimal performance.
 289  */
 290 /* CPU: pair-search is about a factor 1.5 slower than the non-bonded kernel */
 291 static const float  nbnxn_cpu_listfac_ok    = 1.05;
 292 static const float  nbnxn_cpu_listfac_max   = 1.09;
 293 /* GPU: pair-search is a factor 1.5-3 slower than the non-bonded kernel */
 294 static const float  nbnxn_gpu_listfac_ok    = 1.20;
 295 static const float  nbnxn_gpu_listfac_max   = 1.30;
 296
 297 /* Try to increase nstlist when using the Verlet cut-off scheme */
 298 static void increase_nstlist(FILE *fp, t_commrec *cr,
 299                              t_inputrec *ir, int nstlist_cmdline,
 300                              const gmx_mtop_t *mtop, matrix box,
 301                              gmx_bool bGPU)
 302 {
 303     float                  listfac_ok, listfac_max;
 304     int                    nstlist_orig, nstlist_prev;
 305     verletbuf_list_setup_t ls;
 306     real                   rlistWithReferenceNstlist, rlist_inc, rlist_ok, rlist_max;
 307     real                   rlist_new, rlist_prev;
 308     size_t                 nstlist_ind = 0;
 309     t_state                state_tmp;
 310     gmx_bool               bBox, bDD, bCont;
 311     const char            *nstl_gpu = "\nFor optimal performance with a GPU nstlist (now %d) should be larger.\nThe optimum depends on your CPU and GPU resources.\nYou might want to try several nstlist values.\n";
 312     const char            *nve_err  = "Can not increase nstlist because an NVE ensemble is used";
 313     const char            *vbd_err  = "Can not increase nstlist because verlet-buffer-tolerance is not set or used";
 314     const char            *box_err  = "Can not increase nstlist because the box is too small";
 315     const char            *dd_err   = "Can not increase nstlist because of domain decomposition limitations";
 316     char                   buf[STRLEN];
 317     const float            oneThird = 1.0f / 3.0f;
 318
 319     if (nstlist_cmdline <= 0)
 320     {
 321         if (ir->nstlist == 1)
 322         {
 323             /* The user probably set nstlist=1 for a reason,
 324              * don't mess with the settings.
 325              */
 326             return;
 327         }
 328
 329         if (fp != NULL && bGPU && ir->nstlist < nstlist_try[0])
 330         {
 331             fprintf(fp, nstl_gpu, ir->nstlist);
 332         }
 333         nstlist_ind = 0;
 334         while (nstlist_ind < NNSTL && ir->nstlist >= nstlist_try[nstlist_ind])
 335         {
 336             nstlist_ind++;
 337         }
 338         if (nstlist_ind == NNSTL)
 339         {
 340             /* There are no larger nstlist value to try */
 341             return;
 342         }
 343     }
 344
 345     if (EI_MD(ir->eI) && ir->etc == etcNO)
 346     {
 347         if (MASTER(cr))
 348         {
 349             fprintf(stderr, "%s\n", nve_err);
 350         }
 351         if (fp != NULL)
 352         {
 353             fprintf(fp, "%s\n", nve_err);
 354         }
 355
 356         return;
 357     }
 358
 359     if (ir->verletbuf_tol == 0 && bGPU)
 360     {
 361         gmx_fatal(FARGS, "You are using an old tpr file with a GPU, please generate a new tpr file with an up to date version of grompp");
 362     }
 363
 364     if (ir->verletbuf_tol < 0)
 365     {
 366         if (MASTER(cr))
 367         {
 368             fprintf(stderr, "%s\n", vbd_err);
 369         }
 370         if (fp != NULL)
 371         {
 372             fprintf(fp, "%s\n", vbd_err);
 373         }
 374
 375         return;
 376     }
 377
 378     if (bGPU)
 379     {
 380         listfac_ok  = nbnxn_gpu_listfac_ok;
 381         listfac_max = nbnxn_gpu_listfac_max;
 382     }
 383     else
 384     {
 385         listfac_ok  = nbnxn_cpu_listfac_ok;
 386         listfac_max = nbnxn_cpu_listfac_max;
 387     }
 388
 389     nstlist_orig = ir->nstlist;
 390     if (nstlist_cmdline > 0)
 391     {
 392         if (fp)
 393         {
 394             sprintf(buf, "Getting nstlist=%d from command line option",
 395                     nstlist_cmdline);
 396         }
 397         ir->nstlist = nstlist_cmdline;
 398     }
 399
 400     verletbuf_get_list_setup(TRUE, bGPU, &ls);
 401
 402     /* Allow rlist to make the list a given factor larger than the list
 403      * would be with the reference value for nstlist (10).
 404      */
 405     nstlist_prev = ir->nstlist;
 406     ir->nstlist  = nbnxnReferenceNstlist;
 407     calc_verlet_buffer_size(mtop, det(box), ir, -1, &ls, NULL,
 408                             &rlistWithReferenceNstlist);
 409     ir->nstlist  = nstlist_prev;
 410
 411     /* Determine the pair list size increase due to zero interactions */
 412     rlist_inc = nbnxn_get_rlist_effective_inc(ls.cluster_size_j,
 413                                               mtop->natoms/det(box));
 414     rlist_ok  = (rlistWithReferenceNstlist + rlist_inc)*pow(listfac_ok, oneThird) - rlist_inc;
 415     rlist_max = (rlistWithReferenceNstlist + rlist_inc)*pow(listfac_max, oneThird) - rlist_inc;
 416     if (debug)
 417     {
 418         fprintf(debug, "nstlist tuning: rlist_inc %.3f rlist_ok %.3f rlist_max %.3f\n",
 419                 rlist_inc, rlist_ok, rlist_max);
 420     }
 421
 422     nstlist_prev = nstlist_orig;
 423     rlist_prev   = ir->rlist;
 424     do
 425     {
 426         if (nstlist_cmdline <= 0)
 427         {
 428             ir->nstlist = nstlist_try[nstlist_ind];
 429         }
 430
 431         /* Set the pair-list buffer size in ir */
 432         calc_verlet_buffer_size(mtop, det(box), ir, -1, &ls, NULL, &rlist_new);
 433
 434         /* Does rlist fit in the box? */
 435         bBox = (sqr(rlist_new) < max_cutoff2(ir->ePBC, box));
 436         bDD  = TRUE;
 437         if (bBox && DOMAINDECOMP(cr))
 438         {
 439             /* Check if rlist fits in the domain decomposition */
 440             if (inputrec2nboundeddim(ir) < DIM)
 441             {
 442                 gmx_incons("Changing nstlist with domain decomposition and unbounded dimensions is not implemented yet");
 443             }
 444             copy_mat(box, state_tmp.box);
 445             bDD = change_dd_cutoff(cr, &state_tmp, ir, rlist_new);
 446         }
 447
 448         if (debug)
 449         {
 450             fprintf(debug, "nstlist %d rlist %.3f bBox %d bDD %d\n",
 451                     ir->nstlist, rlist_new, bBox, bDD);
 452         }
 453
 454         bCont = FALSE;
 455
 456         if (nstlist_cmdline <= 0)
 457         {
 458             if (bBox && bDD && rlist_new <= rlist_max)
 459             {
 460                 /* Increase nstlist */
 461                 nstlist_prev = ir->nstlist;
 462                 rlist_prev   = rlist_new;
 463                 bCont        = (nstlist_ind+1 < NNSTL && rlist_new < rlist_ok);
 464             }
 465             else
 466             {
 467                 /* Stick with the previous nstlist */
 468                 ir->nstlist = nstlist_prev;
 469                 rlist_new   = rlist_prev;
 470                 bBox        = TRUE;
 471                 bDD         = TRUE;
 472             }
 473         }
 474
 475         nstlist_ind++;
 476     }
 477     while (bCont);
 478
 479     if (!bBox || !bDD)
 480     {
 481         gmx_warning(!bBox ? box_err : dd_err);
 482         if (fp != NULL)
 483         {
 484             fprintf(fp, "\n%s\n", bBox ? box_err : dd_err);
 485         }
 486         ir->nstlist = nstlist_orig;
 487     }
 488     else if (ir->nstlist != nstlist_orig || rlist_new != ir->rlist)
 489     {
 490         sprintf(buf, "Changing nstlist from %d to %d, rlist from %g to %g",
 491                 nstlist_orig, ir->nstlist,
 492                 ir->rlist, rlist_new);
 493         if (MASTER(cr))
 494         {
 495             fprintf(stderr, "%s\n\n", buf);
 496         }
 497         if (fp != NULL)
 498         {
 499             fprintf(fp, "%s\n\n", buf);
 500         }
 501         ir->rlist     = rlist_new;
 502         ir->rlistlong = rlist_new;
 503     }
 504 }
 505
 506 static void prepare_verlet_scheme(FILE                           *fplog,
 507                                   t_commrec                      *cr,
 508                                   t_inputrec                     *ir,
 509                                   int                             nstlist_cmdline,
 510                                   const gmx_mtop_t               *mtop,
 511                                   matrix                          box,
 512                                   gmx_bool                        bUseGPU)
 513 {
 514     /* For NVE simulations, we will retain the initial list buffer */
 515     if (EI_DYNAMICS(ir->eI) &&
 516         ir->verletbuf_tol > 0 &&
 517         !(EI_MD(ir->eI) && ir->etc == etcNO))
 518     {
 519         /* Update the Verlet buffer size for the current run setup */
 520         verletbuf_list_setup_t ls;
 521         real                   rlist_new;
 522
 523         /* Here we assume SIMD-enabled kernels are being used. But as currently
 524          * calc_verlet_buffer_size gives the same results for 4x8 and 4x4
 525          * and 4x2 gives a larger buffer than 4x4, this is ok.
 526          */
 527         verletbuf_get_list_setup(TRUE, bUseGPU, &ls);
 528
 529         calc_verlet_buffer_size(mtop, det(box), ir, -1, &ls, NULL, &rlist_new);
 530
 531         if (rlist_new != ir->rlist)
 532         {
 533             if (fplog != NULL)
 534             {
 535                 fprintf(fplog, "\nChanging rlist from %g to %g for non-bonded %dx%d atom kernels\n\n",
 536                         ir->rlist, rlist_new,
 537                         ls.cluster_size_i, ls.cluster_size_j);
 538             }
 539             ir->rlist     = rlist_new;
 540             ir->rlistlong = rlist_new;
 541         }
 542     }
 543
 544     if (nstlist_cmdline > 0 && (!EI_DYNAMICS(ir->eI) || ir->verletbuf_tol <= 0))
 545     {
 546         gmx_fatal(FARGS, "Can not set nstlist without %s",
 547                   !EI_DYNAMICS(ir->eI) ? "dynamics" : "verlet-buffer-tolerance");
 548     }
 549
 550     if (EI_DYNAMICS(ir->eI))
 551     {
 552         /* Set or try nstlist values */
 553         increase_nstlist(fplog, cr, ir, nstlist_cmdline, mtop, box, bUseGPU);
 554     }
 555 }
 556
 557 /* Override the value in inputrec with value passed on the command line (if any) */
 558 static void override_nsteps_cmdline(FILE            *fplog,
 559                                     gmx_int64_t      nsteps_cmdline,
 560                                     t_inputrec      *ir,
 561                                     const t_commrec *cr)
 562 {
 563     assert(ir);
 564     assert(cr);
 565
 566     /* override with anything else than the default -2 */
 567     if (nsteps_cmdline > -2)
 568     {
 569         char sbuf_steps[STEPSTRSIZE];
 570         char sbuf_msg[STRLEN];
 571
 572         ir->nsteps = nsteps_cmdline;
 573         if (EI_DYNAMICS(ir->eI) && nsteps_cmdline != -1)
 574         {
 575             sprintf(sbuf_msg, "Overriding nsteps with value passed on the command line: %s steps, %.3g ps",
 576                     gmx_step_str(nsteps_cmdline, sbuf_steps),
 577                     fabs(nsteps_cmdline*ir->delta_t));
 578         }
 579         else
 580         {
 581             sprintf(sbuf_msg, "Overriding nsteps with value passed on the command line: %s steps",
 582                     gmx_step_str(nsteps_cmdline, sbuf_steps));
 583         }
 584
 585         md_print_warn(cr, fplog, "%s\n", sbuf_msg);
 586     }
 587     else if (nsteps_cmdline < -2)
 588     {
 589         gmx_fatal(FARGS, "Invalid nsteps value passed on the command line: %d",
 590                   nsteps_cmdline);
 591     }
 592     /* Do nothing if nsteps_cmdline == -2 */
 593 }
 594
 595 int mdrunner(gmx_hw_opt_t *hw_opt,
 596              FILE *fplog, t_commrec *cr, int nfile,
 597              const t_filenm fnm[], const output_env_t oenv, gmx_bool bVerbose,
 598              gmx_bool bCompact, int nstglobalcomm,
 599              ivec ddxyz, int dd_node_order, real rdd, real rconstr,
 600              const char *dddlb_opt, real dlb_scale,
 601              const char *ddcsx, const char *ddcsy, const char *ddcsz,
 602              const char *nbpu_opt, int nstlist_cmdline,
 603              gmx_int64_t nsteps_cmdline, int nstepout, int resetstep,
 604              int gmx_unused nmultisim, int repl_ex_nst, int repl_ex_nex,
 605              int repl_ex_seed, real pforce, real cpt_period, real max_hours,
 606              int imdport, unsigned long Flags)
 607 {
 608     gmx_bool                  bForceUseGPU, bTryUseGPU, bRerunMD;
 609     t_inputrec               *inputrec;
 610     t_state                  *state = NULL;
 611     matrix                    box;
 612     gmx_ddbox_t               ddbox = {0};
 613     int                       npme_major, npme_minor;
 614     t_nrnb                   *nrnb;
 615     gmx_mtop_t               *mtop          = NULL;
 616     t_mdatoms                *mdatoms       = NULL;
 617     t_forcerec               *fr            = NULL;
 618     t_fcdata                 *fcd           = NULL;
 619     real                      ewaldcoeff_q  = 0;
 620     real                      ewaldcoeff_lj = 0;
 621     struct gmx_pme_t        **pmedata       = NULL;
 622     gmx_vsite_t              *vsite         = NULL;
 623     gmx_constr_t              constr;
 624     int                       nChargePerturbed = -1, nTypePerturbed = 0, status;
 625     gmx_wallcycle_t           wcycle;
 626     gmx_bool                  bReadEkin;
 627     gmx_walltime_accounting_t walltime_accounting = NULL;
 628     int                       rc;
 629     gmx_int64_t               reset_counters;
 630     gmx_edsam_t               ed           = NULL;
 631     int                       nthreads_pme = 1;
 632     int                       nthreads_pp  = 1;
 633     gmx_membed_t              membed       = NULL;
 634     gmx_hw_info_t            *hwinfo       = NULL;
 635     /* The master rank decides early on bUseGPU and broadcasts this later */
 636     gmx_bool                  bUseGPU      = FALSE;
 637
 638     /* CAUTION: threads may be started later on in this function, so
 639        cr doesn't reflect the final parallel state right now */
 640     snew(inputrec, 1);
 641     snew(mtop, 1);
 642
 643     if (Flags & MD_APPENDFILES)
 644     {
 645         fplog = NULL;
 646     }
 647
 648     bRerunMD     = (Flags & MD_RERUN);
 649     bForceUseGPU = (strncmp(nbpu_opt, "gpu", 3) == 0);
 650     bTryUseGPU   = (strncmp(nbpu_opt, "auto", 4) == 0) || bForceUseGPU;
 651
 652     /* Detect hardware, gather information. This is an operation that is
 653      * global for this process (MPI rank). */
 654     hwinfo = gmx_detect_hardware(fplog, cr, bTryUseGPU);
 655
 656     gmx_print_detected_hardware(fplog, cr, hwinfo);
 657
 658     if (fplog != NULL)
 659     {
 660         /* Print references after all software/hardware printing */
 661         please_cite(fplog, "Abraham2015");
 662         please_cite(fplog, "Pall2015");
 663         please_cite(fplog, "Pronk2013");
 664         please_cite(fplog, "Hess2008b");
 665         please_cite(fplog, "Spoel2005a");
 666         please_cite(fplog, "Lindahl2001a");
 667         please_cite(fplog, "Berendsen95a");
 668     }
 669
 670     snew(state, 1);
 671     if (SIMMASTER(cr))
 672     {
 673         /* Read (nearly) all data required for the simulation */
 674         read_tpx_state(ftp2fn(efTPR, nfile, fnm), inputrec, state, NULL, mtop);
 675
 676         if (inputrec->cutoff_scheme == ecutsVERLET)
 677         {
 678             /* Here the master rank decides if all ranks will use GPUs */
 679             bUseGPU = (hwinfo->gpu_info.n_dev_compatible > 0 ||
 680                        getenv("GMX_EMULATE_GPU") != NULL);
 681
 682             /* TODO add GPU kernels for this and replace this check by:
 683              * (bUseGPU && (ir->vdwtype == evdwPME &&
 684              *               ir->ljpme_combination_rule == eljpmeLB))
 685              * update the message text and the content of nbnxn_acceleration_supported.
 686              */
 687             if (bUseGPU &&
 688                 !nbnxn_gpu_acceleration_supported(fplog, cr, inputrec, bRerunMD))
 689             {
 690                 /* Fallback message printed by nbnxn_acceleration_supported */
 691                 if (bForceUseGPU)
 692                 {
 693                     gmx_fatal(FARGS, "GPU acceleration requested, but not supported with the given input settings");
 694                 }
 695                 bUseGPU = FALSE;
 696             }
 697
 698             prepare_verlet_scheme(fplog, cr,
 699                                   inputrec, nstlist_cmdline, mtop, state->box,
 700                                   bUseGPU);
 701         }
 702         else
 703         {
 704             if (nstlist_cmdline > 0)
 705             {
 706                 gmx_fatal(FARGS, "Can not set nstlist with the group cut-off scheme");
 707             }
 708
 709             if (hwinfo->gpu_info.n_dev_compatible > 0)
 710             {
 711                 md_print_warn(cr, fplog,
 712                               "NOTE: GPU(s) found, but the current simulation can not use GPUs\n"
 713                               "      To use a GPU, set the mdp option: cutoff-scheme = Verlet\n");
 714             }
 715
 716             if (bForceUseGPU)
 717             {
 718                 gmx_fatal(FARGS, "GPU requested, but can't be used without cutoff-scheme=Verlet");
 719             }
 720
 721 #ifdef GMX_TARGET_BGQ
 722             md_print_warn(cr, fplog,
 723                           "NOTE: There is no SIMD implementation of the group scheme kernels on\n"
 724                           "      BlueGene/Q. You will observe better performance from using the\n"
 725                           "      Verlet cut-off scheme.\n");
 726 #endif
 727         }
 728
 729         if (inputrec->eI == eiSD2)
 730         {
 731             md_print_warn(cr, fplog, "The stochastic dynamics integrator %s is deprecated, since\n"
 732                           "it is slower than integrator %s and is slightly less accurate\n"
 733                           "with constraints. Use the %s integrator.",
 734                           ei_names[inputrec->eI], ei_names[eiSD1], ei_names[eiSD1]);
 735         }
 736     }
 737
 738     /* Check and update the hardware options for internal consistency */
 739     check_and_update_hw_opt_1(hw_opt, cr);
 740
 741     /* Early check for externally set process affinity. */
 742     gmx_check_thread_affinity_set(fplog, cr,
 743                                   hw_opt, hwinfo->nthreads_hw_avail, FALSE);
 744
 745 #ifdef GMX_THREAD_MPI
 746     if (SIMMASTER(cr))
 747     {
 748         if (cr->npmenodes > 0 && hw_opt->nthreads_tmpi <= 0)
 749         {
 750             gmx_fatal(FARGS, "You need to explicitly specify the number of MPI threads (-ntmpi) when using separate PME ranks");
 751         }
 752
 753         /* Since the master knows the cut-off scheme, update hw_opt for this.
 754          * This is done later for normal MPI and also once more with tMPI
 755          * for all tMPI ranks.
 756          */
 757         check_and_update_hw_opt_2(hw_opt, inputrec->cutoff_scheme);
 758
 759         /* NOW the threads will be started: */
 760         hw_opt->nthreads_tmpi = get_nthreads_mpi(hwinfo,
 761                                                  hw_opt,
 762                                                  inputrec, mtop,
 763                                                  cr, fplog, bUseGPU);
 764
 765         if (hw_opt->nthreads_tmpi > 1)
 766         {
 767             t_commrec *cr_old       = cr;
 768             /* now start the threads. */
 769             cr = mdrunner_start_threads(hw_opt, fplog, cr_old, nfile, fnm,
 770                                         oenv, bVerbose, bCompact, nstglobalcomm,
 771                                         ddxyz, dd_node_order, rdd, rconstr,
 772                                         dddlb_opt, dlb_scale, ddcsx, ddcsy, ddcsz,
 773                                         nbpu_opt, nstlist_cmdline,
 774                                         nsteps_cmdline, nstepout, resetstep, nmultisim,
 775                                         repl_ex_nst, repl_ex_nex, repl_ex_seed, pforce,
 776                                         cpt_period, max_hours,
 777                                         Flags);
 778             /* the main thread continues here with a new cr. We don't deallocate
 779                the old cr because other threads may still be reading it. */
 780             if (cr == NULL)
 781             {
 782                 gmx_comm("Failed to spawn threads");
 783             }
 784         }
 785     }
 786 #endif
 787     /* END OF CAUTION: cr is now reliable */
 788
 789     /* g_membed initialisation *
 790      * Because we change the mtop, init_membed is called before the init_parallel *
 791      * (in case we ever want to make it run in parallel) */
 792     if (opt2bSet("-membed", nfile, fnm))
 793     {
 794         if (MASTER(cr))
 795         {
 796             fprintf(stderr, "Initializing membed");
 797         }
 798         membed = init_membed(fplog, nfile, fnm, mtop, inputrec, state, cr, &cpt_period);
 799     }
 800
 801     if (PAR(cr))
 802     {
 803         /* now broadcast everything to the non-master nodes/threads: */
 804         init_parallel(cr, inputrec, mtop);
 805
 806         /* The master rank decided on the use of GPUs,
 807          * broadcast this information to all ranks.
 808          */
 809         gmx_bcast_sim(sizeof(bUseGPU), &bUseGPU, cr);
 810     }
 811
 812     if (fplog != NULL)
 813     {
 814         pr_inputrec(fplog, 0, "Input Parameters", inputrec, FALSE);
 815         fprintf(fplog, "\n");
 816     }
 817
 818     /* now make sure the state is initialized and propagated */
 819     set_state_entries(state, inputrec);
 820
 821     /* A parallel command line option consistency check that we can
 822        only do after any threads have started. */
 823     if (!PAR(cr) &&
 824         (ddxyz[XX] > 1 || ddxyz[YY] > 1 || ddxyz[ZZ] > 1 || cr->npmenodes > 0))
 825     {
 826         gmx_fatal(FARGS,
 827                   "The -dd or -npme option request a parallel simulation, "
 828 #ifndef GMX_MPI
 829                   "but %s was compiled without threads or MPI enabled"
 830 #else
 831 #ifdef GMX_THREAD_MPI
 832                   "but the number of MPI-threads (option -ntmpi) is not set or is 1"
 833 #else
 834                   "but %s was not started through mpirun/mpiexec or only one rank was requested through mpirun/mpiexec"
 835 #endif
 836 #endif
 837                   , output_env_get_program_display_name(oenv)
 838                   );
 839     }
 840
 841     if (bRerunMD &&
 842         (EI_ENERGY_MINIMIZATION(inputrec->eI) || eiNM == inputrec->eI))
 843     {
 844         gmx_fatal(FARGS, "The .mdp file specified an energy mininization or normal mode algorithm, and these are not compatible with mdrun -rerun");
 845     }
 846
 847     if (can_use_allvsall(inputrec, TRUE, cr, fplog) && DOMAINDECOMP(cr))
 848     {
 849         gmx_fatal(FARGS, "All-vs-all loops do not work with domain decomposition, use a single MPI rank");
 850     }
 851
 852     if (!(EEL_PME(inputrec->coulombtype) || EVDW_PME(inputrec->vdwtype)))
 853     {
 854         if (cr->npmenodes > 0)
 855         {
 856             gmx_fatal_collective(FARGS, cr, NULL,
 857                                  "PME-only ranks are requested, but the system does not use PME for electrostatics or LJ");
 858         }
 859
 860         cr->npmenodes = 0;
 861     }
 862
 863     if (bUseGPU && cr->npmenodes < 0)
 864     {
 865         /* With GPUs we don't automatically use PME-only ranks. PME ranks can
 866          * improve performance with many threads per GPU, since our OpenMP
 867          * scaling is bad, but it's difficult to automate the setup.
 868          */
 869         cr->npmenodes = 0;
 870     }
 871
 872 #ifdef GMX_FAHCORE
 873     if (MASTER(cr))
 874     {
 875         fcRegisterSteps(inputrec->nsteps, inputrec->init_step);
 876     }
 877 #endif
 878
 879     /* NMR restraints must be initialized before load_checkpoint,
 880      * since with time averaging the history is added to t_state.
 881      * For proper consistency check we therefore need to extend
 882      * t_state here.
 883      * So the PME-only nodes (if present) will also initialize
 884      * the distance restraints.
 885      */
 886     snew(fcd, 1);
 887
 888     /* This needs to be called before read_checkpoint to extend the state */
 889     init_disres(fplog, mtop, inputrec, cr, fcd, state, repl_ex_nst > 0);
 890
 891     init_orires(fplog, mtop, state->x, inputrec, cr, &(fcd->orires),
 892                 state);
 893
 894     if (DEFORM(*inputrec))
 895     {
 896         /* Store the deform reference box before reading the checkpoint */
 897         if (SIMMASTER(cr))
 898         {
 899             copy_mat(state->box, box);
 900         }
 901         if (PAR(cr))
 902         {
 903             gmx_bcast(sizeof(box), box, cr);
 904         }
 905         /* Because we do not have the update struct available yet
 906          * in which the reference values should be stored,
 907          * we store them temporarily in static variables.
 908          * This should be thread safe, since they are only written once
 909          * and with identical values.
 910          */
 911         tMPI_Thread_mutex_lock(&deform_init_box_mutex);
 912         deform_init_init_step_tpx = inputrec->init_step;
 913         copy_mat(box, deform_init_box_tpx);
 914         tMPI_Thread_mutex_unlock(&deform_init_box_mutex);
 915     }
 916
 917     if (opt2bSet("-cpi", nfile, fnm))
 918     {
 919         /* Check if checkpoint file exists before doing continuation.
 920          * This way we can use identical input options for the first and subsequent runs...
 921          */
 922         if (gmx_fexist_master(opt2fn_master("-cpi", nfile, fnm, cr), cr) )
 923         {
 924             load_checkpoint(opt2fn_master("-cpi", nfile, fnm, cr), &fplog,
 925                             cr, ddxyz,
 926                             inputrec, state, &bReadEkin,
 927                             (Flags & MD_APPENDFILES),
 928                             (Flags & MD_APPENDFILESSET));
 929
 930             if (bReadEkin)
 931             {
 932                 Flags |= MD_READ_EKIN;
 933             }
 934         }
 935     }
 936
 937     if (MASTER(cr) && (Flags & MD_APPENDFILES))
 938     {
 939         gmx_log_open(ftp2fn(efLOG, nfile, fnm), cr,
 940                      Flags, &fplog);
 941     }
 942
 943     /* override nsteps with value from cmdline */
 944     override_nsteps_cmdline(fplog, nsteps_cmdline, inputrec, cr);
 945
 946     if (SIMMASTER(cr))
 947     {
 948         copy_mat(state->box, box);
 949     }
 950
 951     if (PAR(cr))
 952     {
 953         gmx_bcast(sizeof(box), box, cr);
 954     }
 955
 956     /* Essential dynamics */
 957     if (opt2bSet("-ei", nfile, fnm))
 958     {
 959         /* Open input and output files, allocate space for ED data structure */
 960         ed = ed_open(mtop->natoms, &state->edsamstate, nfile, fnm, Flags, oenv, cr);
 961     }
 962
 963     if (PAR(cr) && !(EI_TPI(inputrec->eI) ||
 964                      inputrec->eI == eiNM))
 965     {
 966         cr->dd = init_domain_decomposition(fplog, cr, Flags, ddxyz, rdd, rconstr,
 967                                            dddlb_opt, dlb_scale,
 968                                            ddcsx, ddcsy, ddcsz,
 969                                            mtop, inputrec,
 970                                            box, state->x,
 971                                            &ddbox, &npme_major, &npme_minor);
 972
 973         make_dd_communicators(fplog, cr, dd_node_order);
 974
 975         /* Set overallocation to avoid frequent reallocation of arrays */
 976         set_over_alloc_dd(TRUE);
 977     }
 978     else
 979     {
 980         /* PME, if used, is done on all nodes with 1D decomposition */
 981         cr->npmenodes = 0;
 982         cr->duty      = (DUTY_PP | DUTY_PME);
 983         npme_major    = 1;
 984         npme_minor    = 1;
 985
 986         if (inputrec->ePBC == epbcSCREW)
 987         {
 988             gmx_fatal(FARGS,
 989                       "pbc=%s is only implemented with domain decomposition",
 990                       epbc_names[inputrec->ePBC]);
 991         }
 992     }
 993
 994     if (PAR(cr))
 995     {
 996         /* After possible communicator splitting in make_dd_communicators.
 997          * we can set up the intra/inter node communication.
 998          */
 999         gmx_setup_nodecomm(fplog, cr);
1000     }
1001
1002     /* Initialize per-physical-node MPI process/thread ID and counters. */
1003     gmx_init_intranode_counters(cr);
1004 #ifdef GMX_MPI
1005     if (MULTISIM(cr))
1006     {
1007         md_print_info(cr, fplog,
1008                       "This is simulation %d out of %d running as a composite GROMACS\n"
1009                       "multi-simulation job. Setup for this simulation:\n\n",
1010                       cr->ms->sim, cr->ms->nsim);
1011     }
1012     md_print_info(cr, fplog, "Using %d MPI %s\n",
1013                   cr->nnodes,
1014 #ifdef GMX_THREAD_MPI
1015                   cr->nnodes == 1 ? "thread" : "threads"
1016 #else
1017                   cr->nnodes == 1 ? "process" : "processes"
1018 #endif
1019                   );
1020     fflush(stderr);
1021 #endif
1022
1023     /* Check and update hw_opt for the cut-off scheme */
1024     check_and_update_hw_opt_2(hw_opt, inputrec->cutoff_scheme);
1025
1026     /* Check and update hw_opt for the number of MPI ranks */
1027     check_and_update_hw_opt_3(hw_opt);
1028
1029     gmx_omp_nthreads_init(fplog, cr,
1030                           hwinfo->nthreads_hw_avail,
1031                           hw_opt->nthreads_omp,
1032                           hw_opt->nthreads_omp_pme,
1033                           (cr->duty & DUTY_PP) == 0,
1034                           inputrec->cutoff_scheme == ecutsVERLET);
1035
1036 #ifndef NDEBUG
1037     if (integrator[inputrec->eI].func != do_tpi &&
1038         inputrec->cutoff_scheme == ecutsVERLET)
1039     {
1040         gmx_feenableexcept();
1041     }
1042 #endif
1043
1044     if (bUseGPU)
1045     {
1046         /* Select GPU id's to use */
1047         gmx_select_gpu_ids(fplog, cr, &hwinfo->gpu_info, bForceUseGPU,
1048                            &hw_opt->gpu_opt);
1049     }
1050     else
1051     {
1052         /* Ignore (potentially) manually selected GPUs */
1053         hw_opt->gpu_opt.n_dev_use = 0;
1054     }
1055
1056     /* check consistency across ranks of things like SIMD
1057      * support and number of GPUs selected */
1058     gmx_check_hw_runconf_consistency(fplog, hwinfo, cr, hw_opt, bUseGPU);
1059
1060     /* Now that we know the setup is consistent, check for efficiency */
1061     check_resource_division_efficiency(hwinfo, hw_opt, Flags & MD_NTOMPSET,
1062                                        cr, fplog);
1063
1064     if (DOMAINDECOMP(cr))
1065     {
1066         /* When we share GPUs over ranks, we need to know this for the DLB */
1067         dd_setup_dlb_resource_sharing(cr, hwinfo, hw_opt);
1068     }
1069
1070     /* getting number of PP/PME threads
1071        PME: env variable should be read only on one node to make sure it is
1072        identical everywhere;
1073      */
1074     /* TODO nthreads_pp is only used for pinning threads.
1075      * This is a temporary solution until we have a hw topology library.
1076      */
1077     nthreads_pp  = gmx_omp_nthreads_get(emntNonbonded);
1078     nthreads_pme = gmx_omp_nthreads_get(emntPME);
1079
1080     wcycle = wallcycle_init(fplog, resetstep, cr, nthreads_pp, nthreads_pme);
1081
1082     if (PAR(cr))
1083     {
1084         /* Master synchronizes its value of reset_counters with all nodes
1085          * including PME only nodes */
1086         reset_counters = wcycle_get_reset_counters(wcycle);
1087         gmx_bcast_sim(sizeof(reset_counters), &reset_counters, cr);
1088         wcycle_set_reset_counters(wcycle, reset_counters);
1089     }
1090
1091     snew(nrnb, 1);
1092     if (cr->duty & DUTY_PP)
1093     {
1094         bcast_state(cr, state);
1095
1096         /* Initiate forcerecord */
1097         fr          = mk_forcerec();
1098         fr->hwinfo  = hwinfo;
1099         fr->gpu_opt = &hw_opt->gpu_opt;
1100         init_forcerec(fplog, oenv, fr, fcd, inputrec, mtop, cr, box,
1101                       opt2fn("-table", nfile, fnm),
1102                       opt2fn("-tabletf", nfile, fnm),
1103                       opt2fn("-tablep", nfile, fnm),
1104                       getFilenm("-tableb", nfile, fnm),
1105                       nbpu_opt,
1106                       FALSE,
1107                       pforce);
1108
1109         /* version for PCA_NOT_READ_NODE (see md.c) */
1110         /*init_forcerec(fplog,fr,fcd,inputrec,mtop,cr,box,FALSE,
1111            "nofile","nofile","nofile","nofile",FALSE,pforce);
1112          */
1113
1114         /* Initialize QM-MM */
1115         if (fr->bQMMM)
1116         {
1117             init_QMMMrec(cr, mtop, inputrec, fr);
1118         }
1119
1120         /* Initialize the mdatoms structure.
1121          * mdatoms is not filled with atom data,
1122          * as this can not be done now with domain decomposition.
1123          */
1124         mdatoms = init_mdatoms(fplog, mtop, inputrec->efep != efepNO);
1125
1126         /* Initialize the virtual site communication */
1127         vsite = init_vsite(mtop, cr, FALSE);
1128
1129         calc_shifts(box, fr->shift_vec);
1130
1131         /* With periodic molecules the charge groups should be whole at start up
1132          * and the virtual sites should not be far from their proper positions.
1133          */
1134         if (!inputrec->bContinuation && MASTER(cr) &&
1135             !(inputrec->ePBC != epbcNONE && inputrec->bPeriodicMols))
1136         {
1137             /* Make molecules whole at start of run */
1138             if (fr->ePBC != epbcNONE)
1139             {
1140                 do_pbc_first_mtop(fplog, inputrec->ePBC, box, mtop, state->x);
1141             }
1142             if (vsite)
1143             {
1144                 /* Correct initial vsite positions are required
1145                  * for the initial distribution in the domain decomposition
1146                  * and for the initial shell prediction.
1147                  */
1148                 construct_vsites_mtop(vsite, mtop, state->x);
1149             }
1150         }
1151
1152         if (EEL_PME(fr->eeltype) || EVDW_PME(fr->vdwtype))
1153         {
1154             ewaldcoeff_q  = fr->ewaldcoeff_q;
1155             ewaldcoeff_lj = fr->ewaldcoeff_lj;
1156             pmedata       = &fr->pmedata;
1157         }
1158         else
1159         {
1160             pmedata = NULL;
1161         }
1162     }
1163     else
1164     {
1165         /* This is a PME only node */
1166
1167         /* We don't need the state */
1168         done_state(state);
1169
1170         ewaldcoeff_q  = calc_ewaldcoeff_q(inputrec->rcoulomb, inputrec->ewald_rtol);
1171         ewaldcoeff_lj = calc_ewaldcoeff_lj(inputrec->rvdw, inputrec->ewald_rtol_lj);
1172         snew(pmedata, 1);
1173     }
1174
1175     if (hw_opt->thread_affinity != threadaffOFF)
1176     {
1177         /* Before setting affinity, check whether the affinity has changed
1178          * - which indicates that probably the OpenMP library has changed it
1179          * since we first checked).
1180          */
1181         gmx_check_thread_affinity_set(fplog, cr,
1182                                       hw_opt, hwinfo->nthreads_hw_avail, TRUE);
1183
1184         /* Set the CPU affinity */
1185         gmx_set_thread_affinity(fplog, cr, hw_opt, hwinfo);
1186     }
1187
1188     /* Initiate PME if necessary,
1189      * either on all nodes or on dedicated PME nodes only. */
1190     if (EEL_PME(inputrec->coulombtype) || EVDW_PME(inputrec->vdwtype))
1191     {
1192         if (mdatoms)
1193         {
1194             nChargePerturbed = mdatoms->nChargePerturbed;
1195             if (EVDW_PME(inputrec->vdwtype))
1196             {
1197                 nTypePerturbed   = mdatoms->nTypePerturbed;
1198             }
1199         }
1200         if (cr->npmenodes > 0)
1201         {
1202             /* The PME only nodes need to know nChargePerturbed(FEP on Q) and nTypePerturbed(FEP on LJ)*/
1203             gmx_bcast_sim(sizeof(nChargePerturbed), &nChargePerturbed, cr);
1204             gmx_bcast_sim(sizeof(nTypePerturbed), &nTypePerturbed, cr);
1205         }
1206
1207         if (cr->duty & DUTY_PME)
1208         {
1209             status = gmx_pme_init(pmedata, cr, npme_major, npme_minor, inputrec,
1210                                   mtop ? mtop->natoms : 0, nChargePerturbed, nTypePerturbed,
1211                                   (Flags & MD_REPRODUCIBLE), nthreads_pme);
1212             if (status != 0)
1213             {
1214                 gmx_fatal(FARGS, "Error %d initializing PME", status);
1215             }
1216         }
1217     }
1218
1219
1220     if (integrator[inputrec->eI].func == do_md)
1221     {
1222         /* Turn on signal handling on all nodes */
1223         /*
1224          * (A user signal from the PME nodes (if any)
1225          * is communicated to the PP nodes.
1226          */
1227         signal_handler_install();
1228     }
1229
1230     if (cr->duty & DUTY_PP)
1231     {
1232         /* Assumes uniform use of the number of OpenMP threads */
1233         walltime_accounting = walltime_accounting_init(gmx_omp_nthreads_get(emntDefault));
1234
1235         if (inputrec->bPull)
1236         {
1237             /* Initialize pull code */
1238             inputrec->pull_work =
1239                 init_pull(fplog, inputrec->pull, inputrec, nfile, fnm,
1240                           mtop, cr, oenv, inputrec->fepvals->init_lambda,
1241                           EI_DYNAMICS(inputrec->eI) && MASTER(cr), Flags);
1242         }
1243
1244         if (inputrec->bRot)
1245         {
1246             /* Initialize enforced rotation code */
1247             init_rot(fplog, inputrec, nfile, fnm, cr, state->x, box, mtop, oenv,
1248                      bVerbose, Flags);
1249         }
1250
1251         if (inputrec->eSwapCoords != eswapNO)
1252         {
1253             /* Initialize ion swapping code */
1254             init_swapcoords(fplog, bVerbose, inputrec, opt2fn_master("-swap", nfile, fnm, cr),
1255                             mtop, state->x, state->box, &state->swapstate, cr, oenv, Flags);
1256         }
1257
1258         constr = init_constraints(fplog, mtop, inputrec, ed, state, cr);
1259
1260         if (DOMAINDECOMP(cr))
1261         {
1262             GMX_RELEASE_ASSERT(fr, "fr was NULL while cr->duty was DUTY_PP");
1263             dd_init_bondeds(fplog, cr->dd, mtop, vsite, inputrec,
1264                             Flags & MD_DDBONDCHECK, fr->cginfo_mb);
1265
1266             set_dd_parameters(fplog, cr->dd, dlb_scale, inputrec, &ddbox);
1267
1268             setup_dd_grid(fplog, cr->dd);
1269         }
1270
1271         /* Now do whatever the user wants us to do (how flexible...) */
1272         integrator[inputrec->eI].func(fplog, cr, nfile, fnm,
1273                                       oenv, bVerbose, bCompact,
1274                                       nstglobalcomm,
1275                                       vsite, constr,
1276                                       nstepout, inputrec, mtop,
1277                                       fcd, state,
1278                                       mdatoms, nrnb, wcycle, ed, fr,
1279                                       repl_ex_nst, repl_ex_nex, repl_ex_seed,
1280                                       membed,
1281                                       cpt_period, max_hours,
1282                                       imdport,
1283                                       Flags,
1284                                       walltime_accounting);
1285
1286         if (inputrec->bPull)
1287         {
1288             finish_pull(inputrec->pull_work);
1289         }
1290
1291         if (inputrec->bRot)
1292         {
1293             finish_rot(inputrec->rot);
1294         }
1295
1296     }
1297     else
1298     {
1299         GMX_RELEASE_ASSERT(pmedata, "pmedata was NULL while cr->duty was not DUTY_PP");
1300         /* do PME only */
1301         walltime_accounting = walltime_accounting_init(gmx_omp_nthreads_get(emntPME));
1302         gmx_pmeonly(*pmedata, cr, nrnb, wcycle, walltime_accounting, ewaldcoeff_q, ewaldcoeff_lj, inputrec);
1303     }
1304
1305     wallcycle_stop(wcycle, ewcRUN);
1306
1307     /* Finish up, write some stuff
1308      * if rerunMD, don't write last frame again
1309      */
1310     finish_run(fplog, cr,
1311                inputrec, nrnb, wcycle, walltime_accounting,
1312                fr ? fr->nbv : NULL,
1313                EI_DYNAMICS(inputrec->eI) && !MULTISIM(cr));
1314
1315
1316     /* Free GPU memory and context */
1317     free_gpu_resources(fr, cr, &hwinfo->gpu_info, fr ? fr->gpu_opt : NULL);
1318
1319     if (opt2bSet("-membed", nfile, fnm))
1320     {
1321         sfree(membed);
1322     }
1323
1324     gmx_hardware_info_free(hwinfo);
1325
1326     /* Does what it says */
1327     print_date_and_time(fplog, cr->nodeid, "Finished mdrun", gmx_gettime());
1328     walltime_accounting_destroy(walltime_accounting);
1329
1330     /* Close logfile already here if we were appending to it */
1331     if (MASTER(cr) && (Flags & MD_APPENDFILES))
1332     {
1333         gmx_log_close(fplog);
1334     }
1335
1336     rc = (int)gmx_get_stop_condition();
1337
1338     done_ed(&ed);
1339
1340 #ifdef GMX_THREAD_MPI
1341     /* we need to join all threads. The sub-threads join when they
1342        exit this function, but the master thread needs to be told to
1343        wait for that. */
1344     if (PAR(cr) && MASTER(cr))
1345     {
1346         tMPI_Finalize();
1347     }
1348 #endif
1349
1350     return rc;
1351 }