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, 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/cstringutil.h"
  87 #include "gromacs/utility/gmxassert.h"
  88 #include "gromacs/utility/gmxmpi.h"
  89 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  90
  91 #include "deform.h"
  92 #include "membed.h"
  93 #include "repl_ex.h"
  94 #include "resource-division.h"
  95
  96 #ifdef GMX_FAHCORE
  97 #include "corewrap.h"
  98 #endif
  99
 100 typedef struct {
 101     gmx_integrator_t *func;
 102 } gmx_intp_t;
 103
 104 /* The array should match the eI array in include/types/enums.h */
 105 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}};
 106
 107 gmx_int64_t         deform_init_init_step_tpx;
 108 matrix              deform_init_box_tpx;
 109 tMPI_Thread_mutex_t deform_init_box_mutex = TMPI_THREAD_MUTEX_INITIALIZER;
 110
 111
 112 #ifdef GMX_THREAD_MPI
 113 /* The minimum number of atoms per tMPI thread. With fewer atoms than this,
 114  * the number of threads will get lowered.
 115  */
 116 #define MIN_ATOMS_PER_MPI_THREAD    90
 117 #define MIN_ATOMS_PER_GPU           900
 118
 119 struct mdrunner_arglist
 120 {
 121     gmx_hw_opt_t    hw_opt;
 122     FILE           *fplog;
 123     t_commrec      *cr;
 124     int             nfile;
 125     const t_filenm *fnm;
 126     output_env_t    oenv;
 127     gmx_bool        bVerbose;
 128     gmx_bool        bCompact;
 129     int             nstglobalcomm;
 130     ivec            ddxyz;
 131     int             dd_node_order;
 132     real            rdd;
 133     real            rconstr;
 134     const char     *dddlb_opt;
 135     real            dlb_scale;
 136     const char     *ddcsx;
 137     const char     *ddcsy;
 138     const char     *ddcsz;
 139     const char     *nbpu_opt;
 140     int             nstlist_cmdline;
 141     gmx_int64_t     nsteps_cmdline;
 142     int             nstepout;
 143     int             resetstep;
 144     int             nmultisim;
 145     int             repl_ex_nst;
 146     int             repl_ex_nex;
 147     int             repl_ex_seed;
 148     real            pforce;
 149     real            cpt_period;
 150     real            max_hours;
 151     int             imdport;
 152     unsigned long   Flags;
 153 };
 154
 155
 156 /* The function used for spawning threads. Extracts the mdrunner()
 157    arguments from its one argument and calls mdrunner(), after making
 158    a commrec. */
 159 static void mdrunner_start_fn(void *arg)
 160 {
 161     struct mdrunner_arglist *mda = (struct mdrunner_arglist*)arg;
 162     struct mdrunner_arglist  mc  = *mda; /* copy the arg list to make sure
 163                                             that it's thread-local. This doesn't
 164                                             copy pointed-to items, of course,
 165                                             but those are all const. */
 166     t_commrec *cr;                       /* we need a local version of this */
 167     FILE      *fplog = NULL;
 168     t_filenm  *fnm;
 169
 170     fnm = dup_tfn(mc.nfile, mc.fnm);
 171
 172     cr = reinitialize_commrec_for_this_thread(mc.cr);
 173
 174     if (MASTER(cr))
 175     {
 176         fplog = mc.fplog;
 177     }
 178
 179     mdrunner(&mc.hw_opt, fplog, cr, mc.nfile, fnm, mc.oenv,
 180              mc.bVerbose, mc.bCompact, mc.nstglobalcomm,
 181              mc.ddxyz, mc.dd_node_order, mc.rdd,
 182              mc.rconstr, mc.dddlb_opt, mc.dlb_scale,
 183              mc.ddcsx, mc.ddcsy, mc.ddcsz,
 184              mc.nbpu_opt, mc.nstlist_cmdline,
 185              mc.nsteps_cmdline, mc.nstepout, mc.resetstep,
 186              mc.nmultisim, mc.repl_ex_nst, mc.repl_ex_nex, mc.repl_ex_seed, mc.pforce,
 187              mc.cpt_period, mc.max_hours, mc.imdport, mc.Flags);
 188 }
 189
 190 /* called by mdrunner() to start a specific number of threads (including
 191    the main thread) for thread-parallel runs. This in turn calls mdrunner()
 192    for each thread.
 193    All options besides nthreads are the same as for mdrunner(). */
 194 static t_commrec *mdrunner_start_threads(gmx_hw_opt_t *hw_opt,
 195                                          FILE *fplog, t_commrec *cr, int nfile,
 196                                          const t_filenm fnm[], const output_env_t oenv, gmx_bool bVerbose,
 197                                          gmx_bool bCompact, int nstglobalcomm,
 198                                          ivec ddxyz, int dd_node_order, real rdd, real rconstr,
 199                                          const char *dddlb_opt, real dlb_scale,
 200                                          const char *ddcsx, const char *ddcsy, const char *ddcsz,
 201                                          const char *nbpu_opt, int nstlist_cmdline,
 202                                          gmx_int64_t nsteps_cmdline,
 203                                          int nstepout, int resetstep,
 204                                          int nmultisim, int repl_ex_nst, int repl_ex_nex, int repl_ex_seed,
 205                                          real pforce, real cpt_period, real max_hours,
 206                                          unsigned long Flags)
 207 {
 208     int                      ret;
 209     struct mdrunner_arglist *mda;
 210     t_commrec               *crn; /* the new commrec */
 211     t_filenm                *fnmn;
 212
 213     /* first check whether we even need to start tMPI */
 214     if (hw_opt->nthreads_tmpi < 2)
 215     {
 216         return cr;
 217     }
 218
 219     /* a few small, one-time, almost unavoidable memory leaks: */
 220     snew(mda, 1);
 221     fnmn = dup_tfn(nfile, fnm);
 222
 223     /* fill the data structure to pass as void pointer to thread start fn */
 224     /* hw_opt contains pointers, which should all be NULL at this stage */
 225     mda->hw_opt          = *hw_opt;
 226     mda->fplog           = fplog;
 227     mda->cr              = cr;
 228     mda->nfile           = nfile;
 229     mda->fnm             = fnmn;
 230     mda->oenv            = oenv;
 231     mda->bVerbose        = bVerbose;
 232     mda->bCompact        = bCompact;
 233     mda->nstglobalcomm   = nstglobalcomm;
 234     mda->ddxyz[XX]       = ddxyz[XX];
 235     mda->ddxyz[YY]       = ddxyz[YY];
 236     mda->ddxyz[ZZ]       = ddxyz[ZZ];
 237     mda->dd_node_order   = dd_node_order;
 238     mda->rdd             = rdd;
 239     mda->rconstr         = rconstr;
 240     mda->dddlb_opt       = dddlb_opt;
 241     mda->dlb_scale       = dlb_scale;
 242     mda->ddcsx           = ddcsx;
 243     mda->ddcsy           = ddcsy;
 244     mda->ddcsz           = ddcsz;
 245     mda->nbpu_opt        = nbpu_opt;
 246     mda->nstlist_cmdline = nstlist_cmdline;
 247     mda->nsteps_cmdline  = nsteps_cmdline;
 248     mda->nstepout        = nstepout;
 249     mda->resetstep       = resetstep;
 250     mda->nmultisim       = nmultisim;
 251     mda->repl_ex_nst     = repl_ex_nst;
 252     mda->repl_ex_nex     = repl_ex_nex;
 253     mda->repl_ex_seed    = repl_ex_seed;
 254     mda->pforce          = pforce;
 255     mda->cpt_period      = cpt_period;
 256     mda->max_hours       = max_hours;
 257     mda->Flags           = Flags;
 258
 259     /* now spawn new threads that start mdrunner_start_fn(), while
 260        the main thread returns, we set thread affinity later */
 261     ret = tMPI_Init_fn(TRUE, hw_opt->nthreads_tmpi, TMPI_AFFINITY_NONE,
 262                        mdrunner_start_fn, (void*)(mda) );
 263     if (ret != TMPI_SUCCESS)
 264     {
 265         return NULL;
 266     }
 267
 268     crn = reinitialize_commrec_for_this_thread(cr);
 269     return crn;
 270 }
 271
 272 #endif /* GMX_THREAD_MPI */
 273
 274
 275 /* We determine the extra cost of the non-bonded kernels compared to
 276  * a reference nstlist value of 10 (which is the default in grompp).
 277  */
 278 static const int    nbnxnReferenceNstlist = 10;
 279 /* The values to try when switching  */
 280 const int           nstlist_try[] = { 20, 25, 40 };
 281 #define NNSTL  sizeof(nstlist_try)/sizeof(nstlist_try[0])
 282 /* Increase nstlist until the non-bonded cost increases more than listfac_ok,
 283  * but never more than listfac_max.
 284  * A standard (protein+)water system at 300K with PME ewald_rtol=1e-5
 285  * needs 1.28 at rcoulomb=0.9 and 1.24 at rcoulomb=1.0 to get to nstlist=40.
 286  * Note that both CPU and GPU factors are conservative. Performance should
 287  * not go down due to this tuning, except with a relatively slow GPU.
 288  * On the other hand, at medium/high parallelization or with fast GPUs
 289  * nstlist will not be increased enough to reach optimal performance.
 290  */
 291 /* CPU: pair-search is about a factor 1.5 slower than the non-bonded kernel */
 292 static const float  nbnxn_cpu_listfac_ok    = 1.05;
 293 static const float  nbnxn_cpu_listfac_max   = 1.09;
 294 /* GPU: pair-search is a factor 1.5-3 slower than the non-bonded kernel */
 295 static const float  nbnxn_gpu_listfac_ok    = 1.20;
 296 static const float  nbnxn_gpu_listfac_max   = 1.30;
 297
 298 /* Try to increase nstlist when using the Verlet cut-off scheme */
 299 static void increase_nstlist(FILE *fp, t_commrec *cr,
 300                              t_inputrec *ir, int nstlist_cmdline,
 301                              const gmx_mtop_t *mtop, matrix box,
 302                              gmx_bool bGPU)
 303 {
 304     float                  listfac_ok, listfac_max;
 305     int                    nstlist_orig, nstlist_prev;
 306     verletbuf_list_setup_t ls;
 307     real                   rlistWithReferenceNstlist, rlist_inc, rlist_ok, rlist_max;
 308     real                   rlist_new, rlist_prev;
 309     size_t                 nstlist_ind = 0;
 310     t_state                state_tmp;
 311     gmx_bool               bBox, bDD, bCont;
 312     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";
 313     const char            *nve_err  = "Can not increase nstlist because an NVE ensemble is used";
 314     const char            *vbd_err  = "Can not increase nstlist because verlet-buffer-tolerance is not set or used";
 315     const char            *box_err  = "Can not increase nstlist because the box is too small";
 316     const char            *dd_err   = "Can not increase nstlist because of domain decomposition limitations";
 317     char                   buf[STRLEN];
 318     const float            oneThird = 1.0f / 3.0f;
 319
 320     if (nstlist_cmdline <= 0)
 321     {
 322         if (ir->nstlist == 1)
 323         {
 324             /* The user probably set nstlist=1 for a reason,
 325              * don't mess with the settings.
 326              */
 327             return;
 328         }
 329
 330         if (fp != NULL && bGPU && ir->nstlist < nstlist_try[0])
 331         {
 332             fprintf(fp, nstl_gpu, ir->nstlist);
 333         }
 334         nstlist_ind = 0;
 335         while (nstlist_ind < NNSTL && ir->nstlist >= nstlist_try[nstlist_ind])
 336         {
 337             nstlist_ind++;
 338         }
 339         if (nstlist_ind == NNSTL)
 340         {
 341             /* There are no larger nstlist value to try */
 342             return;
 343         }
 344     }
 345
 346     if (EI_MD(ir->eI) && ir->etc == etcNO)
 347     {
 348         if (MASTER(cr))
 349         {
 350             fprintf(stderr, "%s\n", nve_err);
 351         }
 352         if (fp != NULL)
 353         {
 354             fprintf(fp, "%s\n", nve_err);
 355         }
 356
 357         return;
 358     }
 359
 360     if (ir->verletbuf_tol == 0 && bGPU)
 361     {
 362         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");
 363     }
 364
 365     if (ir->verletbuf_tol < 0)
 366     {
 367         if (MASTER(cr))
 368         {
 369             fprintf(stderr, "%s\n", vbd_err);
 370         }
 371         if (fp != NULL)
 372         {
 373             fprintf(fp, "%s\n", vbd_err);
 374         }
 375
 376         return;
 377     }
 378
 379     if (bGPU)
 380     {
 381         listfac_ok  = nbnxn_gpu_listfac_ok;
 382         listfac_max = nbnxn_gpu_listfac_max;
 383     }
 384     else
 385     {
 386         listfac_ok  = nbnxn_cpu_listfac_ok;
 387         listfac_max = nbnxn_cpu_listfac_max;
 388     }
 389
 390     nstlist_orig = ir->nstlist;
 391     if (nstlist_cmdline > 0)
 392     {
 393         if (fp)
 394         {
 395             sprintf(buf, "Getting nstlist=%d from command line option",
 396                     nstlist_cmdline);
 397         }
 398         ir->nstlist = nstlist_cmdline;
 399     }
 400
 401     verletbuf_get_list_setup(TRUE, bGPU, &ls);
 402
 403     /* Allow rlist to make the list a given factor larger than the list
 404      * would be with the reference value for nstlist (10).
 405      */
 406     nstlist_prev = ir->nstlist;
 407     ir->nstlist  = nbnxnReferenceNstlist;
 408     calc_verlet_buffer_size(mtop, det(box), ir, -1, &ls, NULL,
 409                             &rlistWithReferenceNstlist);
 410     ir->nstlist  = nstlist_prev;
 411
 412     /* Determine the pair list size increase due to zero interactions */
 413     rlist_inc = nbnxn_get_rlist_effective_inc(ls.cluster_size_j,
 414                                               mtop->natoms/det(box));
 415     rlist_ok  = (rlistWithReferenceNstlist + rlist_inc)*pow(listfac_ok, oneThird) - rlist_inc;
 416     rlist_max = (rlistWithReferenceNstlist + rlist_inc)*pow(listfac_max, oneThird) - rlist_inc;
 417     if (debug)
 418     {
 419         fprintf(debug, "nstlist tuning: rlist_inc %.3f rlist_ok %.3f rlist_max %.3f\n",
 420                 rlist_inc, rlist_ok, rlist_max);
 421     }
 422
 423     nstlist_prev = nstlist_orig;
 424     rlist_prev   = ir->rlist;
 425     do
 426     {
 427         if (nstlist_cmdline <= 0)
 428         {
 429             ir->nstlist = nstlist_try[nstlist_ind];
 430         }
 431
 432         /* Set the pair-list buffer size in ir */
 433         calc_verlet_buffer_size(mtop, det(box), ir, -1, &ls, NULL, &rlist_new);
 434
 435         /* Does rlist fit in the box? */
 436         bBox = (sqr(rlist_new) < max_cutoff2(ir->ePBC, box));
 437         bDD  = TRUE;
 438         if (bBox && DOMAINDECOMP(cr))
 439         {
 440             /* Check if rlist fits in the domain decomposition */
 441             if (inputrec2nboundeddim(ir) < DIM)
 442             {
 443                 gmx_incons("Changing nstlist with domain decomposition and unbounded dimensions is not implemented yet");
 444             }
 445             copy_mat(box, state_tmp.box);
 446             bDD = change_dd_cutoff(cr, &state_tmp, ir, rlist_new);
 447         }
 448
 449         if (debug)
 450         {
 451             fprintf(debug, "nstlist %d rlist %.3f bBox %d bDD %d\n",
 452                     ir->nstlist, rlist_new, bBox, bDD);
 453         }
 454
 455         bCont = FALSE;
 456
 457         if (nstlist_cmdline <= 0)
 458         {
 459             if (bBox && bDD && rlist_new <= rlist_max)
 460             {
 461                 /* Increase nstlist */
 462                 nstlist_prev = ir->nstlist;
 463                 rlist_prev   = rlist_new;
 464                 bCont        = (nstlist_ind+1 < NNSTL && rlist_new < rlist_ok);
 465             }
 466             else
 467             {
 468                 /* Stick with the previous nstlist */
 469                 ir->nstlist = nstlist_prev;
 470                 rlist_new   = rlist_prev;
 471                 bBox        = TRUE;
 472                 bDD         = TRUE;
 473             }
 474         }
 475
 476         nstlist_ind++;
 477     }
 478     while (bCont);
 479
 480     if (!bBox || !bDD)
 481     {
 482         gmx_warning(!bBox ? box_err : dd_err);
 483         if (fp != NULL)
 484         {
 485             fprintf(fp, "\n%s\n", bBox ? box_err : dd_err);
 486         }
 487         ir->nstlist = nstlist_orig;
 488     }
 489     else if (ir->nstlist != nstlist_orig || rlist_new != ir->rlist)
 490     {
 491         sprintf(buf, "Changing nstlist from %d to %d, rlist from %g to %g",
 492                 nstlist_orig, ir->nstlist,
 493                 ir->rlist, rlist_new);
 494         if (MASTER(cr))
 495         {
 496             fprintf(stderr, "%s\n\n", buf);
 497         }
 498         if (fp != NULL)
 499         {
 500             fprintf(fp, "%s\n\n", buf);
 501         }
 502         ir->rlist     = rlist_new;
 503         ir->rlistlong = rlist_new;
 504     }
 505 }
 506
 507 static void prepare_verlet_scheme(FILE                           *fplog,
 508                                   t_commrec                      *cr,
 509                                   t_inputrec                     *ir,
 510                                   int                             nstlist_cmdline,
 511                                   const gmx_mtop_t               *mtop,
 512                                   matrix                          box,
 513                                   gmx_bool                        bUseGPU)
 514 {
 515     /* For NVE simulations, we will retain the initial list buffer */
 516     if (ir->verletbuf_tol > 0 && !(EI_MD(ir->eI) && ir->etc == etcNO))
 517     {
 518         /* Update the Verlet buffer size for the current run setup */
 519         verletbuf_list_setup_t ls;
 520         real                   rlist_new;
 521
 522         /* Here we assume SIMD-enabled kernels are being used. But as currently
 523          * calc_verlet_buffer_size gives the same results for 4x8 and 4x4
 524          * and 4x2 gives a larger buffer than 4x4, this is ok.
 525          */
 526         verletbuf_get_list_setup(TRUE, bUseGPU, &ls);
 527
 528         calc_verlet_buffer_size(mtop, det(box), ir, -1, &ls, NULL, &rlist_new);
 529
 530         if (rlist_new != ir->rlist)
 531         {
 532             if (fplog != NULL)
 533             {
 534                 fprintf(fplog, "\nChanging rlist from %g to %g for non-bonded %dx%d atom kernels\n\n",
 535                         ir->rlist, rlist_new,
 536                         ls.cluster_size_i, ls.cluster_size_j);
 537             }
 538             ir->rlist     = rlist_new;
 539             ir->rlistlong = rlist_new;
 540         }
 541     }
 542
 543     if (nstlist_cmdline > 0 && (!EI_DYNAMICS(ir->eI) || ir->verletbuf_tol <= 0))
 544     {
 545         gmx_fatal(FARGS, "Can not set nstlist without %s",
 546                   !EI_DYNAMICS(ir->eI) ? "dynamics" : "verlet-buffer-tolerance");
 547     }
 548
 549     if (EI_DYNAMICS(ir->eI))
 550     {
 551         /* Set or try nstlist values */
 552         increase_nstlist(fplog, cr, ir, nstlist_cmdline, mtop, box, bUseGPU);
 553     }
 554 }
 555
 556 /* Override the value in inputrec with value passed on the command line (if any) */
 557 static void override_nsteps_cmdline(FILE            *fplog,
 558                                     gmx_int64_t      nsteps_cmdline,
 559                                     t_inputrec      *ir,
 560                                     const t_commrec *cr)
 561 {
 562     assert(ir);
 563     assert(cr);
 564
 565     /* override with anything else than the default -2 */
 566     if (nsteps_cmdline > -2)
 567     {
 568         char sbuf_steps[STEPSTRSIZE];
 569         char sbuf_msg[STRLEN];
 570
 571         ir->nsteps = nsteps_cmdline;
 572         if (EI_DYNAMICS(ir->eI) && nsteps_cmdline != -1)
 573         {
 574             sprintf(sbuf_msg, "Overriding nsteps with value passed on the command line: %s steps, %.3g ps",
 575                     gmx_step_str(nsteps_cmdline, sbuf_steps),
 576                     fabs(nsteps_cmdline*ir->delta_t));
 577         }
 578         else
 579         {
 580             sprintf(sbuf_msg, "Overriding nsteps with value passed on the command line: %s steps",
 581                     gmx_step_str(nsteps_cmdline, sbuf_steps));
 582         }
 583
 584         md_print_warn(cr, fplog, "%s\n", sbuf_msg);
 585     }
 586     else if (nsteps_cmdline < -2)
 587     {
 588         gmx_fatal(FARGS, "Invalid nsteps value passed on the command line: %d",
 589                   nsteps_cmdline);
 590     }
 591     /* Do nothing if nsteps_cmdline == -2 */
 592 }
 593
 594 int mdrunner(gmx_hw_opt_t *hw_opt,
 595              FILE *fplog, t_commrec *cr, int nfile,
 596              const t_filenm fnm[], const output_env_t oenv, gmx_bool bVerbose,
 597              gmx_bool bCompact, int nstglobalcomm,
 598              ivec ddxyz, int dd_node_order, real rdd, real rconstr,
 599              const char *dddlb_opt, real dlb_scale,
 600              const char *ddcsx, const char *ddcsy, const char *ddcsz,
 601              const char *nbpu_opt, int nstlist_cmdline,
 602              gmx_int64_t nsteps_cmdline, int nstepout, int resetstep,
 603              int gmx_unused nmultisim, int repl_ex_nst, int repl_ex_nex,
 604              int repl_ex_seed, real pforce, real cpt_period, real max_hours,
 605              int imdport, unsigned long Flags)
 606 {
 607     gmx_bool                  bForceUseGPU, bTryUseGPU, bRerunMD, bCantUseGPU;
 608     t_inputrec               *inputrec;
 609     t_state                  *state = NULL;
 610     matrix                    box;
 611     gmx_ddbox_t               ddbox = {0};
 612     int                       npme_major, npme_minor;
 613     t_nrnb                   *nrnb;
 614     gmx_mtop_t               *mtop          = NULL;
 615     t_mdatoms                *mdatoms       = NULL;
 616     t_forcerec               *fr            = NULL;
 617     t_fcdata                 *fcd           = NULL;
 618     real                      ewaldcoeff_q  = 0;
 619     real                      ewaldcoeff_lj = 0;
 620     struct gmx_pme_t        **pmedata       = NULL;
 621     gmx_vsite_t              *vsite         = NULL;
 622     gmx_constr_t              constr;
 623     int                       nChargePerturbed = -1, nTypePerturbed = 0, status;
 624     gmx_wallcycle_t           wcycle;
 625     gmx_bool                  bReadEkin;
 626     gmx_walltime_accounting_t walltime_accounting = NULL;
 627     int                       rc;
 628     gmx_int64_t               reset_counters;
 629     gmx_edsam_t               ed           = NULL;
 630     int                       nthreads_pme = 1;
 631     int                       nthreads_pp  = 1;
 632     gmx_membed_t              membed       = NULL;
 633     gmx_hw_info_t            *hwinfo       = NULL;
 634     /* The master rank decides early on bUseGPU and broadcasts this later */
 635     gmx_bool                  bUseGPU      = FALSE;
 636
 637     /* CAUTION: threads may be started later on in this function, so
 638        cr doesn't reflect the final parallel state right now */
 639     snew(inputrec, 1);
 640     snew(mtop, 1);
 641
 642     if (Flags & MD_APPENDFILES)
 643     {
 644         fplog = NULL;
 645     }
 646
 647     bRerunMD     = (Flags & MD_RERUN);
 648     bForceUseGPU = (strncmp(nbpu_opt, "gpu", 3) == 0);
 649     bTryUseGPU   = (strncmp(nbpu_opt, "auto", 4) == 0) || bForceUseGPU;
 650     /* Rerun execution time is dominated by I/O and pair search, so
 651      * GPUs are not very useful, plus they do not support more than
 652      * one energy group. Don't select them when they can't be used,
 653      * unless the user requested it, then fatal_error is called later.
 654      *
 655      * TODO it would be nice to notify the user that if this check
 656      * causes GPUs not to be used that this is what is happening, and
 657      * why, but that will be easier to do after some future
 658      * cleanup. */
 659     bCantUseGPU = bRerunMD && (inputrec->opts.ngener > 1);
 660     bTryUseGPU  = bTryUseGPU && !(bCantUseGPU && !bForceUseGPU);
 661
 662     /* Detect hardware, gather information. This is an operation that is
 663      * global for this process (MPI rank). */
 664     hwinfo = gmx_detect_hardware(fplog, cr, bTryUseGPU);
 665
 666     gmx_print_detected_hardware(fplog, cr, hwinfo);
 667
 668     if (fplog != NULL)
 669     {
 670         /* Print references after all software/hardware printing */
 671         please_cite(fplog, "Pall2015");
 672         please_cite(fplog, "Pronk2013");
 673         please_cite(fplog, "Hess2008b");
 674         please_cite(fplog, "Spoel2005a");
 675         please_cite(fplog, "Lindahl2001a");
 676         please_cite(fplog, "Berendsen95a");
 677     }
 678
 679     snew(state, 1);
 680     if (SIMMASTER(cr))
 681     {
 682         /* Read (nearly) all data required for the simulation */
 683         read_tpx_state(ftp2fn(efTPR, nfile, fnm), inputrec, state, NULL, mtop);
 684
 685         if (inputrec->cutoff_scheme == ecutsVERLET)
 686         {
 687             /* Here the master rank decides if all ranks will use GPUs */
 688             bUseGPU = (hwinfo->gpu_info.n_dev_compatible > 0 ||
 689                        getenv("GMX_EMULATE_GPU") != NULL);
 690
 691             /* TODO add GPU kernels for this and replace this check by:
 692              * (bUseGPU && (ir->vdwtype == evdwPME &&
 693              *               ir->ljpme_combination_rule == eljpmeLB))
 694              * update the message text and the content of nbnxn_acceleration_supported.
 695              */
 696             if (bUseGPU &&
 697                 !nbnxn_acceleration_supported(fplog, cr, inputrec, bUseGPU))
 698             {
 699                 /* Fallback message printed by nbnxn_acceleration_supported */
 700                 if (bForceUseGPU)
 701                 {
 702                     gmx_fatal(FARGS, "GPU acceleration requested, but not supported with the given input settings");
 703                 }
 704                 bUseGPU = FALSE;
 705             }
 706
 707             prepare_verlet_scheme(fplog, cr,
 708                                   inputrec, nstlist_cmdline, mtop, state->box,
 709                                   bUseGPU);
 710         }
 711         else
 712         {
 713             if (nstlist_cmdline > 0)
 714             {
 715                 gmx_fatal(FARGS, "Can not set nstlist with the group cut-off scheme");
 716             }
 717
 718             if (hwinfo->gpu_info.n_dev_compatible > 0)
 719             {
 720                 md_print_warn(cr, fplog,
 721                               "NOTE: GPU(s) found, but the current simulation can not use GPUs\n"
 722                               "      To use a GPU, set the mdp option: cutoff-scheme = Verlet\n");
 723             }
 724
 725             if (bForceUseGPU)
 726             {
 727                 gmx_fatal(FARGS, "GPU requested, but can't be used without cutoff-scheme=Verlet");
 728             }
 729
 730 #ifdef GMX_TARGET_BGQ
 731             md_print_warn(cr, fplog,
 732                           "NOTE: There is no SIMD implementation of the group scheme kernels on\n"
 733                           "      BlueGene/Q. You will observe better performance from using the\n"
 734                           "      Verlet cut-off scheme.\n");
 735 #endif
 736         }
 737
 738         if (inputrec->eI == eiSD2)
 739         {
 740             md_print_warn(cr, fplog, "The stochastic dynamics integrator %s is deprecated, since\n"
 741                           "it is slower than integrator %s and is slightly less accurate\n"
 742                           "with constraints. Use the %s integrator.",
 743                           ei_names[inputrec->eI], ei_names[eiSD1], ei_names[eiSD1]);
 744         }
 745     }
 746
 747     /* Check and update the hardware options for internal consistency */
 748     check_and_update_hw_opt_1(hw_opt, SIMMASTER(cr));
 749
 750     /* Early check for externally set process affinity. */
 751     gmx_check_thread_affinity_set(fplog, cr,
 752                                   hw_opt, hwinfo->nthreads_hw_avail, FALSE);
 753     if (SIMMASTER(cr))
 754     {
 755
 756 #ifdef GMX_THREAD_MPI
 757         if (cr->npmenodes > 0 && hw_opt->nthreads_tmpi <= 0)
 758         {
 759             gmx_fatal(FARGS, "You need to explicitly specify the number of MPI threads (-ntmpi) when using separate PME ranks");
 760         }
 761 #endif
 762
 763         if (hw_opt->nthreads_omp_pme != hw_opt->nthreads_omp &&
 764             cr->npmenodes <= 0)
 765         {
 766             gmx_fatal(FARGS, "You need to explicitly specify the number of PME ranks (-npme) when using different number of OpenMP threads for PP and PME ranks");
 767         }
 768     }
 769
 770 #ifdef GMX_THREAD_MPI
 771     if (SIMMASTER(cr))
 772     {
 773         /* Since the master knows the cut-off scheme, update hw_opt for this.
 774          * This is done later for normal MPI and also once more with tMPI
 775          * for all tMPI ranks.
 776          */
 777         check_and_update_hw_opt_2(hw_opt, inputrec->cutoff_scheme);
 778
 779         /* NOW the threads will be started: */
 780         hw_opt->nthreads_tmpi = get_nthreads_mpi(hwinfo,
 781                                                  hw_opt,
 782                                                  inputrec, mtop,
 783                                                  cr, fplog);
 784         if (hw_opt->nthreads_tot > 0 && hw_opt->nthreads_omp <= 0)
 785         {
 786             hw_opt->nthreads_omp = hw_opt->nthreads_tot/hw_opt->nthreads_tmpi;
 787         }
 788
 789         if (hw_opt->nthreads_tmpi > 1)
 790         {
 791             t_commrec *cr_old       = cr;
 792             /* now start the threads. */
 793             cr = mdrunner_start_threads(hw_opt, fplog, cr_old, nfile, fnm,
 794                                         oenv, bVerbose, bCompact, nstglobalcomm,
 795                                         ddxyz, dd_node_order, rdd, rconstr,
 796                                         dddlb_opt, dlb_scale, ddcsx, ddcsy, ddcsz,
 797                                         nbpu_opt, nstlist_cmdline,
 798                                         nsteps_cmdline, nstepout, resetstep, nmultisim,
 799                                         repl_ex_nst, repl_ex_nex, repl_ex_seed, pforce,
 800                                         cpt_period, max_hours,
 801                                         Flags);
 802             /* the main thread continues here with a new cr. We don't deallocate
 803                the old cr because other threads may still be reading it. */
 804             if (cr == NULL)
 805             {
 806                 gmx_comm("Failed to spawn threads");
 807             }
 808         }
 809     }
 810 #endif
 811     /* END OF CAUTION: cr is now reliable */
 812
 813     /* g_membed initialisation *
 814      * Because we change the mtop, init_membed is called before the init_parallel *
 815      * (in case we ever want to make it run in parallel) */
 816     if (opt2bSet("-membed", nfile, fnm))
 817     {
 818         if (MASTER(cr))
 819         {
 820             fprintf(stderr, "Initializing membed");
 821         }
 822         membed = init_membed(fplog, nfile, fnm, mtop, inputrec, state, cr, &cpt_period);
 823     }
 824
 825     if (PAR(cr))
 826     {
 827         /* now broadcast everything to the non-master nodes/threads: */
 828         init_parallel(cr, inputrec, mtop);
 829
 830         /* The master rank decided on the use of GPUs,
 831          * broadcast this information to all ranks.
 832          */
 833         gmx_bcast_sim(sizeof(bUseGPU), &bUseGPU, cr);
 834     }
 835
 836     if (fplog != NULL)
 837     {
 838         pr_inputrec(fplog, 0, "Input Parameters", inputrec, FALSE);
 839         fprintf(fplog, "\n");
 840     }
 841
 842     /* now make sure the state is initialized and propagated */
 843     set_state_entries(state, inputrec);
 844
 845     /* A parallel command line option consistency check that we can
 846        only do after any threads have started. */
 847     if (!PAR(cr) &&
 848         (ddxyz[XX] > 1 || ddxyz[YY] > 1 || ddxyz[ZZ] > 1 || cr->npmenodes > 0))
 849     {
 850         gmx_fatal(FARGS,
 851                   "The -dd or -npme option request a parallel simulation, "
 852 #ifndef GMX_MPI
 853                   "but %s was compiled without threads or MPI enabled"
 854 #else
 855 #ifdef GMX_THREAD_MPI
 856                   "but the number of threads (option -nt) is 1"
 857 #else
 858                   "but %s was not started through mpirun/mpiexec or only one rank was requested through mpirun/mpiexec"
 859 #endif
 860 #endif
 861                   , output_env_get_program_display_name(oenv)
 862                   );
 863     }
 864
 865     if (bRerunMD &&
 866         (EI_ENERGY_MINIMIZATION(inputrec->eI) || eiNM == inputrec->eI))
 867     {
 868         gmx_fatal(FARGS, "The .mdp file specified an energy mininization or normal mode algorithm, and these are not compatible with mdrun -rerun");
 869     }
 870
 871     if (can_use_allvsall(inputrec, TRUE, cr, fplog) && DOMAINDECOMP(cr))
 872     {
 873         gmx_fatal(FARGS, "All-vs-all loops do not work with domain decomposition, use a single MPI rank");
 874     }
 875
 876     if (!(EEL_PME(inputrec->coulombtype) || EVDW_PME(inputrec->vdwtype)))
 877     {
 878         if (cr->npmenodes > 0)
 879         {
 880             gmx_fatal_collective(FARGS, cr, NULL,
 881                                  "PME-only ranks are requested, but the system does not use PME for electrostatics or LJ");
 882         }
 883
 884         cr->npmenodes = 0;
 885     }
 886
 887     if (bUseGPU && cr->npmenodes < 0)
 888     {
 889         /* With GPUs we don't automatically use PME-only ranks. PME ranks can
 890          * improve performance with many threads per GPU, since our OpenMP
 891          * scaling is bad, but it's difficult to automate the setup.
 892          */
 893         cr->npmenodes = 0;
 894     }
 895
 896 #ifdef GMX_FAHCORE
 897     if (MASTER(cr))
 898     {
 899         fcRegisterSteps(inputrec->nsteps, inputrec->init_step);
 900     }
 901 #endif
 902
 903     /* NMR restraints must be initialized before load_checkpoint,
 904      * since with time averaging the history is added to t_state.
 905      * For proper consistency check we therefore need to extend
 906      * t_state here.
 907      * So the PME-only nodes (if present) will also initialize
 908      * the distance restraints.
 909      */
 910     snew(fcd, 1);
 911
 912     /* This needs to be called before read_checkpoint to extend the state */
 913     init_disres(fplog, mtop, inputrec, cr, fcd, state, repl_ex_nst > 0);
 914
 915     init_orires(fplog, mtop, state->x, inputrec, cr, &(fcd->orires),
 916                 state);
 917
 918     if (DEFORM(*inputrec))
 919     {
 920         /* Store the deform reference box before reading the checkpoint */
 921         if (SIMMASTER(cr))
 922         {
 923             copy_mat(state->box, box);
 924         }
 925         if (PAR(cr))
 926         {
 927             gmx_bcast(sizeof(box), box, cr);
 928         }
 929         /* Because we do not have the update struct available yet
 930          * in which the reference values should be stored,
 931          * we store them temporarily in static variables.
 932          * This should be thread safe, since they are only written once
 933          * and with identical values.
 934          */
 935         tMPI_Thread_mutex_lock(&deform_init_box_mutex);
 936         deform_init_init_step_tpx = inputrec->init_step;
 937         copy_mat(box, deform_init_box_tpx);
 938         tMPI_Thread_mutex_unlock(&deform_init_box_mutex);
 939     }
 940
 941     if (opt2bSet("-cpi", nfile, fnm))
 942     {
 943         /* Check if checkpoint file exists before doing continuation.
 944          * This way we can use identical input options for the first and subsequent runs...
 945          */
 946         if (gmx_fexist_master(opt2fn_master("-cpi", nfile, fnm, cr), cr) )
 947         {
 948             load_checkpoint(opt2fn_master("-cpi", nfile, fnm, cr), &fplog,
 949                             cr, ddxyz,
 950                             inputrec, state, &bReadEkin,
 951                             (Flags & MD_APPENDFILES),
 952                             (Flags & MD_APPENDFILESSET));
 953
 954             if (bReadEkin)
 955             {
 956                 Flags |= MD_READ_EKIN;
 957             }
 958         }
 959     }
 960
 961     if (MASTER(cr) && (Flags & MD_APPENDFILES))
 962     {
 963         gmx_log_open(ftp2fn(efLOG, nfile, fnm), cr,
 964                      Flags, &fplog);
 965     }
 966
 967     /* override nsteps with value from cmdline */
 968     override_nsteps_cmdline(fplog, nsteps_cmdline, inputrec, cr);
 969
 970     if (SIMMASTER(cr))
 971     {
 972         copy_mat(state->box, box);
 973     }
 974
 975     if (PAR(cr))
 976     {
 977         gmx_bcast(sizeof(box), box, cr);
 978     }
 979
 980     /* Essential dynamics */
 981     if (opt2bSet("-ei", nfile, fnm))
 982     {
 983         /* Open input and output files, allocate space for ED data structure */
 984         ed = ed_open(mtop->natoms, &state->edsamstate, nfile, fnm, Flags, oenv, cr);
 985     }
 986
 987     if (PAR(cr) && !(EI_TPI(inputrec->eI) ||
 988                      inputrec->eI == eiNM))
 989     {
 990         cr->dd = init_domain_decomposition(fplog, cr, Flags, ddxyz, rdd, rconstr,
 991                                            dddlb_opt, dlb_scale,
 992                                            ddcsx, ddcsy, ddcsz,
 993                                            mtop, inputrec,
 994                                            box, state->x,
 995                                            &ddbox, &npme_major, &npme_minor);
 996
 997         make_dd_communicators(fplog, cr, dd_node_order);
 998
 999         /* Set overallocation to avoid frequent reallocation of arrays */
1000         set_over_alloc_dd(TRUE);
1001     }
1002     else
1003     {
1004         /* PME, if used, is done on all nodes with 1D decomposition */
1005         cr->npmenodes = 0;
1006         cr->duty      = (DUTY_PP | DUTY_PME);
1007         npme_major    = 1;
1008         npme_minor    = 1;
1009
1010         if (inputrec->ePBC == epbcSCREW)
1011         {
1012             gmx_fatal(FARGS,
1013                       "pbc=%s is only implemented with domain decomposition",
1014                       epbc_names[inputrec->ePBC]);
1015         }
1016     }
1017
1018     if (PAR(cr))
1019     {
1020         /* After possible communicator splitting in make_dd_communicators.
1021          * we can set up the intra/inter node communication.
1022          */
1023         gmx_setup_nodecomm(fplog, cr);
1024     }
1025
1026     /* Initialize per-physical-node MPI process/thread ID and counters. */
1027     gmx_init_intranode_counters(cr);
1028 #ifdef GMX_MPI
1029     if (MULTISIM(cr))
1030     {
1031         md_print_info(cr, fplog,
1032                       "This is simulation %d out of %d running as a composite GROMACS\n"
1033                       "multi-simulation job. Setup for this simulation:\n\n",
1034                       cr->ms->sim, cr->ms->nsim);
1035     }
1036     md_print_info(cr, fplog, "Using %d MPI %s\n",
1037                   cr->nnodes,
1038 #ifdef GMX_THREAD_MPI
1039                   cr->nnodes == 1 ? "thread" : "threads"
1040 #else
1041                   cr->nnodes == 1 ? "process" : "processes"
1042 #endif
1043                   );
1044     fflush(stderr);
1045 #endif
1046
1047     /* Check and update hw_opt for the cut-off scheme */
1048     check_and_update_hw_opt_2(hw_opt, inputrec->cutoff_scheme);
1049
1050     gmx_omp_nthreads_init(fplog, cr,
1051                           hwinfo->nthreads_hw_avail,
1052                           hw_opt->nthreads_omp,
1053                           hw_opt->nthreads_omp_pme,
1054                           (cr->duty & DUTY_PP) == 0,
1055                           inputrec->cutoff_scheme == ecutsVERLET);
1056
1057 #ifndef NDEBUG
1058     if (integrator[inputrec->eI].func != do_tpi &&
1059         inputrec->cutoff_scheme == ecutsVERLET)
1060     {
1061         gmx_feenableexcept();
1062     }
1063 #endif
1064
1065     if (bUseGPU)
1066     {
1067         /* Select GPU id's to use */
1068         gmx_select_gpu_ids(fplog, cr, &hwinfo->gpu_info, bForceUseGPU,
1069                            &hw_opt->gpu_opt);
1070     }
1071     else
1072     {
1073         /* Ignore (potentially) manually selected GPUs */
1074         hw_opt->gpu_opt.n_dev_use = 0;
1075     }
1076
1077     /* check consistency across ranks of things like SIMD
1078      * support and number of GPUs selected */
1079     gmx_check_hw_runconf_consistency(fplog, hwinfo, cr, hw_opt, bUseGPU);
1080
1081     /* Now that we know the setup is consistent, check for efficiency */
1082     check_resource_division_efficiency(hwinfo, hw_opt, Flags & MD_NTOMPSET,
1083                                        cr, fplog);
1084
1085     if (DOMAINDECOMP(cr))
1086     {
1087         /* When we share GPUs over ranks, we need to know this for the DLB */
1088         dd_setup_dlb_resource_sharing(cr, hwinfo, hw_opt);
1089     }
1090
1091     /* getting number of PP/PME threads
1092        PME: env variable should be read only on one node to make sure it is
1093        identical everywhere;
1094      */
1095     /* TODO nthreads_pp is only used for pinning threads.
1096      * This is a temporary solution until we have a hw topology library.
1097      */
1098     nthreads_pp  = gmx_omp_nthreads_get(emntNonbonded);
1099     nthreads_pme = gmx_omp_nthreads_get(emntPME);
1100
1101     wcycle = wallcycle_init(fplog, resetstep, cr, nthreads_pp, nthreads_pme);
1102
1103     if (PAR(cr))
1104     {
1105         /* Master synchronizes its value of reset_counters with all nodes
1106          * including PME only nodes */
1107         reset_counters = wcycle_get_reset_counters(wcycle);
1108         gmx_bcast_sim(sizeof(reset_counters), &reset_counters, cr);
1109         wcycle_set_reset_counters(wcycle, reset_counters);
1110     }
1111
1112     snew(nrnb, 1);
1113     if (cr->duty & DUTY_PP)
1114     {
1115         bcast_state(cr, state);
1116
1117         /* Initiate forcerecord */
1118         fr          = mk_forcerec();
1119         fr->hwinfo  = hwinfo;
1120         fr->gpu_opt = &hw_opt->gpu_opt;
1121         init_forcerec(fplog, oenv, fr, fcd, inputrec, mtop, cr, box,
1122                       opt2fn("-table", nfile, fnm),
1123                       opt2fn("-tabletf", nfile, fnm),
1124                       opt2fn("-tablep", nfile, fnm),
1125                       opt2fn("-tableb", nfile, fnm),
1126                       nbpu_opt,
1127                       FALSE,
1128                       pforce);
1129
1130         /* version for PCA_NOT_READ_NODE (see md.c) */
1131         /*init_forcerec(fplog,fr,fcd,inputrec,mtop,cr,box,FALSE,
1132            "nofile","nofile","nofile","nofile",FALSE,pforce);
1133          */
1134
1135         /* Initialize QM-MM */
1136         if (fr->bQMMM)
1137         {
1138             init_QMMMrec(cr, mtop, inputrec, fr);
1139         }
1140
1141         /* Initialize the mdatoms structure.
1142          * mdatoms is not filled with atom data,
1143          * as this can not be done now with domain decomposition.
1144          */
1145         mdatoms = init_mdatoms(fplog, mtop, inputrec->efep != efepNO);
1146
1147         /* Initialize the virtual site communication */
1148         vsite = init_vsite(mtop, cr, FALSE);
1149
1150         calc_shifts(box, fr->shift_vec);
1151
1152         /* With periodic molecules the charge groups should be whole at start up
1153          * and the virtual sites should not be far from their proper positions.
1154          */
1155         if (!inputrec->bContinuation && MASTER(cr) &&
1156             !(inputrec->ePBC != epbcNONE && inputrec->bPeriodicMols))
1157         {
1158             /* Make molecules whole at start of run */
1159             if (fr->ePBC != epbcNONE)
1160             {
1161                 do_pbc_first_mtop(fplog, inputrec->ePBC, box, mtop, state->x);
1162             }
1163             if (vsite)
1164             {
1165                 /* Correct initial vsite positions are required
1166                  * for the initial distribution in the domain decomposition
1167                  * and for the initial shell prediction.
1168                  */
1169                 construct_vsites_mtop(vsite, mtop, state->x);
1170             }
1171         }
1172
1173         if (EEL_PME(fr->eeltype) || EVDW_PME(fr->vdwtype))
1174         {
1175             ewaldcoeff_q  = fr->ewaldcoeff_q;
1176             ewaldcoeff_lj = fr->ewaldcoeff_lj;
1177             pmedata       = &fr->pmedata;
1178         }
1179         else
1180         {
1181             pmedata = NULL;
1182         }
1183     }
1184     else
1185     {
1186         /* This is a PME only node */
1187
1188         /* We don't need the state */
1189         done_state(state);
1190
1191         ewaldcoeff_q  = calc_ewaldcoeff_q(inputrec->rcoulomb, inputrec->ewald_rtol);
1192         ewaldcoeff_lj = calc_ewaldcoeff_lj(inputrec->rvdw, inputrec->ewald_rtol_lj);
1193         snew(pmedata, 1);
1194     }
1195
1196     if (hw_opt->thread_affinity != threadaffOFF)
1197     {
1198         /* Before setting affinity, check whether the affinity has changed
1199          * - which indicates that probably the OpenMP library has changed it
1200          * since we first checked).
1201          */
1202         gmx_check_thread_affinity_set(fplog, cr,
1203                                       hw_opt, hwinfo->nthreads_hw_avail, TRUE);
1204
1205         /* Set the CPU affinity */
1206         gmx_set_thread_affinity(fplog, cr, hw_opt, hwinfo);
1207     }
1208
1209     /* Initiate PME if necessary,
1210      * either on all nodes or on dedicated PME nodes only. */
1211     if (EEL_PME(inputrec->coulombtype) || EVDW_PME(inputrec->vdwtype))
1212     {
1213         if (mdatoms)
1214         {
1215             nChargePerturbed = mdatoms->nChargePerturbed;
1216             if (EVDW_PME(inputrec->vdwtype))
1217             {
1218                 nTypePerturbed   = mdatoms->nTypePerturbed;
1219             }
1220         }
1221         if (cr->npmenodes > 0)
1222         {
1223             /* The PME only nodes need to know nChargePerturbed(FEP on Q) and nTypePerturbed(FEP on LJ)*/
1224             gmx_bcast_sim(sizeof(nChargePerturbed), &nChargePerturbed, cr);
1225             gmx_bcast_sim(sizeof(nTypePerturbed), &nTypePerturbed, cr);
1226         }
1227
1228         if (cr->duty & DUTY_PME)
1229         {
1230             status = gmx_pme_init(pmedata, cr, npme_major, npme_minor, inputrec,
1231                                   mtop ? mtop->natoms : 0, nChargePerturbed, nTypePerturbed,
1232                                   (Flags & MD_REPRODUCIBLE), nthreads_pme);
1233             if (status != 0)
1234             {
1235                 gmx_fatal(FARGS, "Error %d initializing PME", status);
1236             }
1237         }
1238     }
1239
1240
1241     if (integrator[inputrec->eI].func == do_md)
1242     {
1243         /* Turn on signal handling on all nodes */
1244         /*
1245          * (A user signal from the PME nodes (if any)
1246          * is communicated to the PP nodes.
1247          */
1248         signal_handler_install();
1249     }
1250
1251     if (cr->duty & DUTY_PP)
1252     {
1253         /* Assumes uniform use of the number of OpenMP threads */
1254         walltime_accounting = walltime_accounting_init(gmx_omp_nthreads_get(emntDefault));
1255
1256         if (inputrec->bPull)
1257         {
1258             /* Initialize pull code */
1259             inputrec->pull_work =
1260                 init_pull(fplog, inputrec->pull, inputrec, nfile, fnm,
1261                           mtop, cr, oenv, inputrec->fepvals->init_lambda,
1262                           EI_DYNAMICS(inputrec->eI) && MASTER(cr), Flags);
1263         }
1264
1265         if (inputrec->bRot)
1266         {
1267             /* Initialize enforced rotation code */
1268             init_rot(fplog, inputrec, nfile, fnm, cr, state->x, box, mtop, oenv,
1269                      bVerbose, Flags);
1270         }
1271
1272         if (inputrec->eSwapCoords != eswapNO)
1273         {
1274             /* Initialize ion swapping code */
1275             init_swapcoords(fplog, bVerbose, inputrec, opt2fn_master("-swap", nfile, fnm, cr),
1276                             mtop, state->x, state->box, &state->swapstate, cr, oenv, Flags);
1277         }
1278
1279         constr = init_constraints(fplog, mtop, inputrec, ed, state, cr);
1280
1281         if (DOMAINDECOMP(cr))
1282         {
1283             GMX_RELEASE_ASSERT(fr, "fr was NULL while cr->duty was DUTY_PP");
1284             dd_init_bondeds(fplog, cr->dd, mtop, vsite, inputrec,
1285                             Flags & MD_DDBONDCHECK, fr->cginfo_mb);
1286
1287             set_dd_parameters(fplog, cr->dd, dlb_scale, inputrec, &ddbox);
1288
1289             setup_dd_grid(fplog, cr->dd);
1290         }
1291
1292         /* Now do whatever the user wants us to do (how flexible...) */
1293         integrator[inputrec->eI].func(fplog, cr, nfile, fnm,
1294                                       oenv, bVerbose, bCompact,
1295                                       nstglobalcomm,
1296                                       vsite, constr,
1297                                       nstepout, inputrec, mtop,
1298                                       fcd, state,
1299                                       mdatoms, nrnb, wcycle, ed, fr,
1300                                       repl_ex_nst, repl_ex_nex, repl_ex_seed,
1301                                       membed,
1302                                       cpt_period, max_hours,
1303                                       imdport,
1304                                       Flags,
1305                                       walltime_accounting);
1306
1307         if (inputrec->bPull)
1308         {
1309             finish_pull(inputrec->pull_work);
1310         }
1311
1312         if (inputrec->bRot)
1313         {
1314             finish_rot(inputrec->rot);
1315         }
1316
1317     }
1318     else
1319     {
1320         GMX_RELEASE_ASSERT(pmedata, "pmedata was NULL while cr->duty was not DUTY_PP");
1321         /* do PME only */
1322         walltime_accounting = walltime_accounting_init(gmx_omp_nthreads_get(emntPME));
1323         gmx_pmeonly(*pmedata, cr, nrnb, wcycle, walltime_accounting, ewaldcoeff_q, ewaldcoeff_lj, inputrec);
1324     }
1325
1326     wallcycle_stop(wcycle, ewcRUN);
1327
1328     /* Finish up, write some stuff
1329      * if rerunMD, don't write last frame again
1330      */
1331     finish_run(fplog, cr,
1332                inputrec, nrnb, wcycle, walltime_accounting,
1333                fr ? fr->nbv : NULL,
1334                EI_DYNAMICS(inputrec->eI) && !MULTISIM(cr));
1335
1336
1337     /* Free GPU memory and context */
1338     free_gpu_resources(fr, cr, &hwinfo->gpu_info, fr ? fr->gpu_opt : NULL);
1339
1340     if (opt2bSet("-membed", nfile, fnm))
1341     {
1342         sfree(membed);
1343     }
1344
1345     gmx_hardware_info_free(hwinfo);
1346
1347     /* Does what it says */
1348     print_date_and_time(fplog, cr->nodeid, "Finished mdrun", gmx_gettime());
1349     walltime_accounting_destroy(walltime_accounting);
1350
1351     /* Close logfile already here if we were appending to it */
1352     if (MASTER(cr) && (Flags & MD_APPENDFILES))
1353     {
1354         gmx_log_close(fplog);
1355     }
1356
1357     rc = (int)gmx_get_stop_condition();
1358
1359     done_ed(&ed);
1360
1361 #ifdef GMX_THREAD_MPI
1362     /* we need to join all threads. The sub-threads join when they
1363        exit this function, but the master thread needs to be told to
1364        wait for that. */
1365     if (PAR(cr) && MASTER(cr))
1366     {
1367         tMPI_Finalize();
1368     }
1369 #endif
1370
1371     return rc;
1372 }