Add virtual site type 2FD

Fixes #2451

Change-Id: Ide9dcd829284567010435ed5cfb55194aed12dcf

Avoid short-range GPU operations with no work

Also moved some assertions until after the checks that there is work
because when there are no atoms in a locality the pointer (even from
the ArrayRef) can be nullptr.

Used more consistent naming for numAtoms and numCopyAtoms variables

Noted some TODOs for outstanding questions

Change-Id: I965832765a57486b632f5e3b17c2c91107a29070

Remove cut-off schemes from manual

Removed the group cut-off scheme and references to cut-off schemes
from the reference manual and user guide.

Change-Id: I54e2a4977f2f9cfe40069f613211cb82175dce59

Eliminate unnecessary GPU stream dependency call

The dependency insetion is not needed because the nonbonded
task itself should be made depndent on the producer of the nbnxm
layout cordinates rather than the buffer ops task.

Also added clarifying comment on the nbnxnInsertNonlocalGpuDependency
call.

Change-Id: I976280d3b6cdd6b808cd4e54f750b2031f962f6c

Add option request 1D DD with 1 pulse

The option is currently controlled by an (undocumented) environment
variable GMX_DD_1D_1PULSE, but is intended to be used when requesting
GPU DD halo communication.
Note that requesting 1D DD and 1 pulse increases the lower limit
on the system size. We should consider automatically relaxing the DLB
scale limit to allow GPU DD halo communication.

Refs #3089

Change-Id: I6152c859072765c803fb99ca45ace15ae10dcfba

Remove group scheme from deprecated release notes

Change-Id: I642046066b7292836008cd89903ea93e33e4e12f

Introduce the modular simulator

The modular simulator  builds independent elements and signallers based on
the input and stores them in a respective vector. It then calls the setup function
of all elements. It then repeats the following loop until a stop condition is met:
* Perform domdec and load balancing if necessary
* Until the next neighbor-searching step:
  - Call signallers in order
  - Call elements in order, allow them to register run function in queue
  - increase step number
* Once the next neighbor-searching step is reached, run through the entire queue
  of function pointers
* Repeat

Supressed some warnings about redundant std::move necessary for legacy
compilers.

Increased default trajectory tolerance for force comparisons, which
were chosen arbitrarily originally.

Change-Id: Iaae1e20581df464090979da9b05d04829f267300

Import gmxapi docs to main GROMACS docs directory.

This change defers removal of the documentation staged in
python_packaging so to allow rearrangement of the docs in the new
location without risking loss of content or the ability to generate
the previous documentation.

Refs #2698

Change-Id: Ie64585fe519aa37ada9d353f1eccd2daafcdbceb

Patch gmxapi for Python 3.7

This is a minimal patch to fix gmxapi typing on Python 3.7.

Change-Id: I2beab4d5c642bb1ae235a7248f1334097fe252c2

Add rounding correction to unsafe simd exp tests too

This was already present for the safe-version tests,
but when modifying the test limits of the unsafe version
we need it there too to fix the ARMv7 tests.

Change-Id: I4dbab9655a9405bb17a8007a065aea3f4b991ed5

Fix clang tidy warnings in SIMD code

Replace integer division and asserting it is
evenly divisible with using the divided constant
and multiplication to avoid warnings about
fragile integer division.
Second, we no longer need to use relaxed-range
checking for exp() with our new polynomial fix
that does not depend on FMA hardware.

Change-Id: Ifbc996ca1f0383897b38769474fc733ad5aaa592

Fix nonbonded-bench compilation issue

Gerrit fast-forward merge caused compilation issues.

Change-Id: I2a7813304fae5444b9f70bfa7e71737043076d97

Fix nightly failures

Also fixed extra warnings from clang-tidy in simd_math tests.

Change-Id: I7a47a9b8d5e8b276bab82467274d2d23367d805f

Add list of unsupported functions in 2020

All of those are caused by the removal of the group-scheme.

Change-Id: Ib38757568889a7f84569547eb2f5a5fc644c98a3

Add nbnxm kernel benchmark tool

This change adds a tool for benchmarking nearly all different
flavors of the Nbnxm non-bonded kernels. The tools uses prepared
coordinate input, to minimize the dependencies on the GROMACS
code base. Currently some there are some minor mdlib and ewald
dependencies beyond the Nbnxm dependency.

Also adds basic end-to-end test.

TODO: Make this tool a separate target with minimal dependencies
      on the rest of GROMACS.

Change-Id: Id9b31ccf9f372af873e08c5dd2b97fb8e5df6eef

cmake: add option to install legacy headers

This is needed for package like VOTCA to use the C-API until
a real GMX API got established.

Refs #988

Change-Id: I87b6f81641cb5bcac5ceb6ff6fb3dbd9e6650ea5

Normalize usage of GMXTOOLCHAINDIR in gmxapi setup.py

GMXRC references the tool chain just by its directory using the
environment variable GMXTOOLCHAINDIR. Assuming that the toolchain
directory name has the same suffix as the toolchain file, it is
sufficient and more consistent for the gmxapi setup.py to use
GMXTOOLCHAINDIR as its hint. Also, doing so allows additional
convenience to users who have already sourced their GMXRC.

Change-Id: I433cdb1215e5fcb1ae893e2f29cb23c4c59f7727

Do not use gromacs-toolchain in darwin gmxapi builds.

Add workaround for toolchain issue on OS X.

Refs #3085

Change-Id: I96a8242b14c86abd4926b6abf5a401c37953b9bc

Update gmxapi setup.py

* Rearrange for tidyness and readability.
* Add usage hints.

Change-Id: Ic5d47a9aebfe8c7c83de2b4b24bb163bdce8cc1b

Fix GPU X buffer ops with empty domain

The early return that ensured no kernel gets launched with empty domain
got dropped with recent refactoring. This change adds back the
conditional and fixes assertion errors triggered with empty domains.

Change-Id: I508fdc2179877080dec512695e96310b52698b81

Updated mdp documentation for group scheme removal

Change-Id: Id30204f9795bb4424af1738ec70d205c84ce18b7

Manual entry for density guided simulations

Extends the reference manual with a section for density guided
simulations.

refs #2282

Change-Id: Ie3017fa5e75fcd2c809c20782300f759182486a8

Disable report-methods end-to-end test

Refs #3804

Change-Id: Id20edbb3495360136f1988e2338c172596a4e58d

Reorganize on-GPU PME force reduction flag handling

Instead of passing around a flag everywhere that tells PME whether
forces are reduced on GPU or CPU (and whether transfer needs to happen
for the latter), we pass the flag once when configuring PME for
the next step and store it internally.

Refs #3029

Change-Id: I81fa2dc93dd979e2b85b4d7fe8cf266a3fde9b8f

Change PaddedVector to PaddedHostVector for force CPU buffer

The difference between PaddedVector and PaddedHostVector is that
in the builds where CUDA is available, cudaMalloc is used instead
of malloc. This enables one to pin the vector for asynchronous
H2D and D2H copies. Other than that and on the CPU-only builds this
change essentially only renames the data type.

Change-Id: I446ef037a8013f666a78762d37ed44e59f9548c2

Add release note for density fitting.

Adds a release note that density-guided simulations are now available.

refs #2282

Change-Id: I2ae6896ba32cadfb2029a5c923db6fd76ddbf620

Adjust test range and fix singleaccuracy tests

This changes the limit of exp() tests by one ulp
to account for rounding that leads to tests failing
for a single value when the CPU uses different
denormals-to-zero modes for SIMD and non-SIMD (ARMv7).

It also fixes the singleaccuracy tests to
check the correct functions for log2/exp2/pow2/cbrt
instead of the double-precision flavors, and the
implementation of powSingleAccuracy has been
copied from the (faster) single precision type
instead of just calling the double precision version.

Change-Id: I67d027cb916c4f78f36719f9ff554e9957879763

Update modular simulator tests

This addresses a number of issues with the modular simulator tests:

1.  Relaxes the tolerance for energy tests slightly
2.  Switches the pressure test from ULP-based tolerance to relative
    tolerance
2a. Introduce relativeToleranceAsPrecisionDependentFloatingPoint()
    to define relative tolerances depending on floating point
    precision
3.  Relax the tolerance for velocity testing, allowing to remove the
    second version of the velocity propagator (differing from the
    first version only by the operation order)
3a. Introduce TrajectoryComparison argument to the simulator
    comparison test class, adapt rerun and simulator tests accordingly

Change-Id: I30fffcabf8d6e658dab6f71b407fbe162121df2e

Fix master not compiling

A fast-forward merge broke compilation of tpi.cpp.

Change-Id: I067042a6e02b272e7503ae3f876418dc0a114b91

Enable TPI with the Verlet cut-off scheme

This requires a special treatment for the nbnxm gridding and search,
with one grid for the system to insert in and one grid for
the molecule to insert.
Also reenabled the TPI tests.

Change-Id: Ia3888daf4b06a94b0a7a03ec17b7bbe27084ac3d

Added SIMD cbrt and invcbrt functions

To be used in free energy kernels.

Change-Id: I074e27f7b050b37f273dbf703ff915c9c20e8c97

Added SIMD log2 and pow math functions

To be used in SIMD free energy kernels

Change-Id: I3c05dcc01ec56ed790cfedc543a75c17468ca284

Update SIMD math tests and improve accuracy

Improve the SIMD math function test by selecting
points to be equidistant in IEEE754 bit-space, and
specify test ranges by explcitly constructing the
threshold points used to select ranges.

This significantly extends the ranges over which
some functions are tested, and could lead to some
failed tests that were previously hidden, although they
are likely benign. With these tests, errors were found
in a few of the double-precision functions where 1/x
was evaluated for intermediate values smaller than the
lowest-magnitude single precision number, which have
now been fixed with additional masking.

Second, a fragile construct when evaluating exp() in
single precision without FMA support has been replaced
to improve precision when very small intermediate values
were flushed to zero by the intel compiler, in particular
icc19.

Change-Id: I3e4b1e5799f748b02f592398df762e1e318887e6

Make gmx_multisim_t a C++ object

Change-Id: I1fe46090cdda44db5b5e7cc1198c6f679f7bd5a7

Remove -sub option from trjconv

This functionality is now in gmx extract-cluster.

Change-Id: I5c74ce346f2e422f1b494663f0eb3206083c05be

Fix for the post-submit failure

Commit 21abdb3 introduced several "unused variable" warning
in the post-submit matrix. This fixes the issue.

Change-Id: I8ba6ad16573dd7d8ca06fdd957882b4dc8486396

Decouple GPU force buffer management from buffer ops in NBNXM

When GPU-side buffer operations are used, the total forces on the
device are accumulated in NBNXM module in the local GPU buffer.
By decoupling the CPU and GPU buffer operations and making the
force buffer into an argument for the reduction function, this
commit allows to take the responsibility of the GPU forces
management from the NBNXM module to the third-party instance.

This commit is refactoring of the code in preparation for the
introduction of the GPU-side PropagatorStateData object.

TODO: Use DeviceBuffer when passing the PME GPU forces buffer.

Refs. #2816

Change-Id: I2a1f9d12fad3fb5b2ce37ca3ed3d0cb91777c468

Add missing gmxapi requirements

Those where missing while trying to use the package. Please advise on
recommended minimum version numbers.

Change-Id: I65f4bf7b6892a74667b1fa2c641b7b97be923656

Use GROMACS CMake toolchain file for gmxapi Python package build.

Refs #2961

Change-Id: If085425879f00a8a8573627dbec197afa39c2ab0

Basic toolchain to facilitate GMXAPI build

Adds a basic toolchain file and install directives for it.
This is aimed at having one point for the API to look up how
a native GROMACS installation was build and allow the bindings for the
API to be build in the same way.

Added hint for directory to GMXRC so that it will be easier to find.

Refs #2961

Change-Id: Icefe89e97009110be55dc8e1f3db5726ec1fe53a

Decouple coordinates buffer management from buffer ops in NBNXM

To make transition to the new device-side state propagator data
manager easier, the copy and plain buffers management have to be
decoupled from the actual operations on data in the buffers.
This commit splits the corresponding functions into two, and
decouples CPU- and GPU-based coordinate buffer ops one from
another. Since the coordinates are now clearly communicated
between PME and NBNXM, the plain pointer on the CPU-side code is
replaced with the DeviceBuffer<float>. The getters for the device-
side buffer now never return nullptr, but exit with the assertion
if the corresponding data is not intialized.

Change-Id: Ic793f815870a8b4f414a9b7ca0a5001e58f49c7a

Reorganize PME code:

1. Split H2D copy and spread launch
2. Add getter for the padding, required in coordinates buffer
3. Add the getter for the GPU stream

TODO: Make use of DeviceBuffer

This is a part of preparation for the GPU version of the
StatePropagatorData, needed to connect all GPU routines.

Refs. #2816.

Change-Id: Icf0d621ce931f8fa66e948b5240afbddef7bfb0d

Add gmxapi.modify_input operation.

modify_input can consume and produce simulation input data in the
manner of gmxapi.simulation module operations.

Change-Id: I2639022801b5c72a8fad9fb68f1990c87444cbca

Provide a gmxapi.read_tpr operation.

Convert a simulation input file to a data flow stream that can be
consumed by other operations in gmxapi.simulation in a standard way.

Change-Id: Ic6339317956f248712a3038eab583fbca517ba16

Update gmxapi.simulation.context details.

Combine and improve the implementation detail from gmxapi 0.0.7 handling
of trivial ensembles (single-trajectory).

This simplifies the 0.1 implementation of gmxapi.mdrun as a dispatcher
to the gmxapi 0.0.7 implementation.

Change-Id: I17fe722ee7509e8bc402c6d5848d01a2c04b18fd

Allow gmxapi.mdrun to properly dispatch simulation ensembles.

Update the gmxapi.simulation.mdrun implementation to be more normative.
Dispatch the simulation work to the gmxapi 0.0.7 implementation in
gmxapi.simulation.workflow and gmxapi.simulation.context.

Change-Id: Id223507fc064e178992bc87d6fcf89bdd4029523

Add comments to grompp generated .mdp output for densityfitting

Adds additional explanatory comments to the grompp generated mdout.mdp
file for densityfitting.

refs #2282

Change-Id: I496cccced2cc87cb2434f877c0caf04cb29c1903

Update gmxapi Python package infrastructure for new operations.

* Improve support for stand-alone operation implementations.
* Create a registry of operation implementations for use by the
  gmxapi.operation module Contexts.
* Flesh out the data model and add more modularity to the execution
  model.
* Clean up various output.

Change-Id: Id63c7883e3ed7e4d0172a7a18672b950afc4c25d

Normalize some testing resources for the Python packages.

* Add a gmxapi.testsupport submodule.
  Move the pytesthelpers.py test support module to the new
  gmxapi.testsupport module.
* Remove unused details in sample_restraint/tests. mpi4py was imported
  unnecessarily, and some directories created, but that was left over
  from older versions of the test.
* Remove pytest.ini for gmxapi Python package tests.
  These values can be set on the command line, and having them in the
  pytest.ini adds developer overhead when trying to determine default
  behavior or get custom behavior. In the future, consider per-test
  configuration through the caplog pytest fixture, or various command
  line options.

gmxapi and sample_restraint Python packages can now use essentially
identical pytest testing framework. This change synchronizes the
testing frameworks. Future changes can combine some of the facilities
for simplification and ease of maintenance.

Future changes could address the following.
* Move some pytest scripting to gmxapi package resources.
* Combine the Python and C++ resources for the test input file in
  sample_restraint.
* Retrieve test data directly from the GROMACS installation.
* gmxapi.testsupport could alternatively be a separate optional package.
* More facilities can be provided, such as the test input file.

Change-Id: Ia745c75aecd97e3a8fc3053b424aa40d4c89de32

End to end test for density fitting

Implement an end to end test for the density fitting module.

refs #2282

Change-Id: Ic94013cae6820ccf6fa7415887b280daff25d83c

Densityfitting write int64_t indices instead of gmx::index

When serializing atom indices to a key-value-tree that is subsequently
written to file, the type of the indices needs to be independent of
gmx::index (aka ptrdiff_t) type definition.

This patch introduces this behaviour.

refs #2282

Change-Id: I1384158204354e2267674c266f91c133a01bc5f7

Fix multi-sim restart handling in corner cases

If different simulations would have different starting behaviour,
e.g. some checkpoint files are found and some are not, then we should
not allow a restart, and do so with a useful error message.

Refs #2375

Change-Id: I8845784e8310ab6ca81db189e4a42754add03def

Disable false positive warning in ICC and MSVC

Post submit was warning about constant selector expression in the
modularsimulator code when building with ICC. The warning
looked like a false positive so I added the flag to exclude it for ICC
both in native mode and with MSVC.

Change-Id: Ic0a9f2935b07d72d46940d0d5a165eb1b417a1ad

Tidy up the FE kernel

Mainly moving variable declaration to where they are used and
making them const where appropriate.

Change-Id: I006092c39d40d0e4124cd443a16fa814e896ce93

Fix gpucomm matrix

While switching a config to thread-MPI, the "mpi" tag as not been
removed which took precedence rendering commti 3820ad ineffective.

Change-Id: I0a6f79d24dda157e15d2e26bba3e3fca4e16d60d

Avoid warning in no-mpi build

clang 8 with no MPI warns about this.

Change-Id: I65afd07d3d6dacbf67c309e5a62f0720efd66485

Making DeviceBuffer availible in non-GPU builds

Having DeviceBuffer availible in host-side code in all builds
allows to avoid passing the void-pointers for the device-side
buffers.

This is a part of preparation for the GPU version of the
StatePropagatorData, needed to connect all GPU routines.

Refs. #2816.

Change-Id: I174754de72999ff5299b3ddb8c8a0d05494f7f4c

Add indication on how to enable ImageMagick convert

Change-Id: Ief6136f1218b11fdf28ce3c3028e8d6dbdf11913

Fix nightly build

Fixes the clang-tidy error in the OpenCL build and disables the listed
forces tests when compiling with intel to avoid the test failures only
showing up there.

Refs #3083

Change-Id: Ie8d437b00cb9376d9eb7f8ac2d3402dee2152948

Add method to extract clusters from trajectory

Ported the -sub functionality of gmx trjconv to independent method based
on the new output manager functionality.

Added simple test to show that the routine can run.

Change-Id: I33bc056f8c44b795728ae15218a9211652b40772

Fix parameter key look-up in gmxapi TPR reader.

A copy-paste error caused one member to be initialized twice and another
to be uninitialized.

Also, rename an inappropriate overload to indicate what it really does.

Change-Id: I35790e6de868303bd398aa21619841c8c5844e4e

Make gmxcli pytest fixture more robust.

Look for multiple possible `gmx` command line executables.

This change may be followed up, amended, replaced, or superseded by
change Icefe89e97009110be55dc8e1f3db5726ec1fe53a but is necessary
now to support child changes under review.

Refs #2961

Change-Id: I7d9d830c1b16fbd2af86aded3f1fea5f3a63307f

More templating of gmx_nb_free_energy_kernel()

Kernel templated on interaction types.

Refs #2997.

Change-Id: Id02a6daab817705bdaca2ef610b793f1ddab6829

Eliminate raw force flags in do_force_lowlevel()

Change-Id: I4c54810a9130aaad0514738cc1026bc2d9f2fe5e

Use more RAII semantics with t_commrec

This permitted simplifying building the Mdrunner

Fixes #3081

Change-Id: I4ac5fb2017d960d3d0cfd0103e1d7232da9f1c3a

Use the current mass instead of massA in density fitting code.

When using masses to determine the weights of the spread amplitudes,
massA instead of the correct massT was used. This commit fixes this
behavior.

refs #2282

Change-Id: I58deb14b4b45c122ab3c9caf3f6b76c89f9ae739

Account for reference density origin shift in pbc correction

When the refernce density is shifted from the origin, this shift has to
be added to the reference density center. This patch fixes incorrect pbc
correction behaviour, due to not taking this shift into account.

refs #2282

Change-Id: I953f717ecf6ab53985a59195eab896d50965039e

Use thread-MPI in the gpucomm matrix

Initial versions of the direct communication do not support MPI and do
not implement graceful fallback to staged communication. Until they do
so we need to avoid library MPI in these matrices.

Change-Id: Ie7ab579f6058831229596fd6ba09a185d3a0685f

CompositeSimulatorElement for the modular simulator

This element allows to have a list of elements act as a single one.
This will simplify building algorithms.

This commit is part of the commit chain introducing the new modular
simulator. Please see docs/doxygen/lib/modularsimulator.md for details
on the chosen approach. As the elements of the new simulator cannot all
be introduced in one commit, it might be worth to view Iaae1e205 to see
a working prototype of the approach.

Change-Id: If2153923dd9421288ad57337c7255000bb7c1d91

Coordinate Propagators

This change introduces the propagator element, which, thanks to templating,
can cover the different propagation types used in NVE MD. The combination
of templating, static functions, and having only the inner-most operations in
the static functions allows to have performance comparable to fused update
elements while keeping easily reordable single instructions.

Note that the two velocity update functions are only necessary to allow
exact replication of the legacy do_md code for both md and md-vv. The
parentheses or the lack thereof lead to numerical errors which build up very
rapidly to make the (very strict) integrator comparison test fail. Relaxing this
condition will make getting rid of one of the two variants possible.

An interesting further development would be to unify the OpenMP loops for
coordinate propagation and constraining by using loops over constraint
groups in both cases.

Change-Id: I1a1f66f1efe63c791ef3fe51ce2f99da3367adca

StatePropagatorData: Introduced const box accessor and fixed legacy flags

Two improvements for the StatePropagatorData:

The current implementation only gave access to the non-const box
matrix. This introduces a const version of it, and changes the elements
using the simulation box to use the const version where appropriate.

The current implementation also kept using the legacy flags it got
from the global_state in all further usages. This is not correct -
when StatePropagatorData creates a deep copy as a t_state object, it
only populates certain fields. This commit fixes this.

Change-Id: I783491d9f8a0825b169880b7ab8ef7e677623d50

Add trivial const qualifiers to shellfc and EnergyOutput

Change-Id: I2ce3ef7c777aa6f7b93706553c44545fc5962b4f

Constraint element for the modular simulator

This change introduces a constraint element, which is implemented for the
position-and-velocity and the velocity-only case. This change does not change
the constraint implementation itself, but replaces the `constrain_coordinates`
and `constrain_velocities` calls from update.h by elements implementing the
ISimulatorElement interface and using the new data management.

This commit is part of the commit chain introducing the new modular
simulator. Please see docs/doxygen/lib/modularsimulator.md for details
on the chosen approach. As the elements of the new simulator cannot all
be introduced in one commit, it might be worth to view Iaae1e205 to see
a working prototype of the approach.

Change-Id: Ie04b995fc34801967427825bb2842411a448a677

Assert the types of OpenCL kernels arguments

Certain types are not allowed to be passed as kernel argument in OpenCL.
This change adds a static assert to the prepareGpuKernelArgument wrapper
to make sure that we do not accidentalyl pass such a type.

Change-Id: I748dccd1b8350a5b0c86d770f7fc3975112e1467

Pass gmx::ForceFlags to CPU nbnxm dispatch code

Also added one last missing flag, ForceFlags.computeDhdl.

Change-Id: Ibcfea7f3975685f2219c5a5e3c8e45c716be1789

Pass the new gmx::ForceFlags to the nbnxm module

- Changed in NB kernel dispatch
- NB GPU transfer launch and wait

Change-Id: Idd2738797ddcdd372e90cdfcc066b056a29d8de2

Remove incorrect check with rf-zero

Change-Id: Ia6ae62bc128c38470d42fd1ab919215ce13bc6ec

Domain decomposition and PME load balancing for modular simulator

This change introduces two infrastructure elements responsible for
domain decomposition and PME load balancing, respectively. These
encapsulate function calls which are important for performance, but
outside the scope of this effort. They rely on legacy data structures
for the state (both) and the topology (domdec).

The elements do not implement the ISimulatorElement interface, as
the Simulator is calling them explicitly between task queue population
steps. This allows elements to receive the new topology before
deciding what functionality they need to run.

This commit is part of the commit chain introducing the new modular
simulator. Please see docs/doxygen/lib/modularsimulator.md for details
on the chosen approach. As the elements of the new simulator cannot all
be introduced in one commit, it might be worth to view Iaae1e205 to see
a working prototype of the approach.

Change-Id: I1be444270e79cf1391f5a228c8ce3a9934d92701

Relative entropy as density similarity measure

Adds a new density similarity measure that uses the relative entropy of
two densities to compare them to one another. Also adds the gradient of
this measure.

refs #2282

Change-Id: I3be18ec3fad3c2551ce7c9fe896dc257d5789cdf

Add gmx convert-trj

Adds a new module gmx convert-trj, aimed at providing the minimal
functionality to convert different GROMACS supported trajectory formats
into each other, as well as supporting selections to chose atoms for
writing to disk.

The tool is based on the OutputManager and OutputAdapter framework for
writing new trajectory files and for setting meta information in the
coordinate datastructures.

Refs #2115, #2396

Change-Id: I1413721faa1383a9d3b8f14cdbea2bcc3089273f

Extract Cartesian data from DDRankSetup

The data related to the Cartesian MPI communication setup is now
extracted from DDRankSetup to CartesianRankSetup.

This change is only refactoring.

Change-Id: Ifa05c6fecad7ad0e80d0b64ee7f0b1df5f65b327

Rename DDSetup to DDGridSetup

Moved the definition of DDGridSetup and declarations for
omdec_setup.cpp to a new file called domdec_setup.h.
Also added documentation.

Change-Id: Ic14416e8acfa3b832ceff4bf529abdaf8ceb3728

Add option to normalize densities prior to density fitting

Adds an mdp option that makes sure that the sum of voxel values
for both input densities is unity.

refs #2282

Change-Id: I9d3c63d7548bca72a083cdafa6818ded4fcdd400

Clean up PME rank variables

Clarified the naming of several PME rank count variables and added
a boolean to DDRankSetup that tells whether we use separate PME ranks.
Fixes several misuses of npmenodes, all of which did not cause issues
in pratice.

Todo: Remove npmenodes from t_commrec.

Change-Id: I03b4547c975e3ffa354b53b35abcd91b4f3f6b26

Adding every N-steps option to densityfitting

Adds an option to the density fitting module to apply forces only every
N steps.

refs #2282

Change-Id: I8d264734e1d9a82ff9717d270552e38a28b34729

Refactor init_domain_decomposition()

The creation of both the whole (Cartesian) communicator and the PP
and PME communicators is now extracted to separate functions.
The first part is done before initializing gmx_domdec_t, so the role
of nodes is know before gmx_domdec_t is created.

This change is only refactoring.

Change-Id: I6d02b8c3af55570353331fa05f998a7b6de79572

Make pme_loadbal_do() independent of t_state

Similar to I28b58df4 and other recent patches, this changes
pme_loadbal_do() to take the const box and a const view of the
positions as input instead of the full t_state object. This makes
subsequent changes to the t_state object easier.

Change-Id: I6ba3459fa1de80c0ed8bcf0310f4565be78d3d97

ForceElement and ShellFCElement for the modular simulator

These elements encapsulate the calls to do_force and relax_shell_flexcon,
respectively. Rewriting calls to force routines is not within the scope
of this effort, so this allows us not to worry about it.

This commit is part of the commit chain introducing the new modular
simulator. Please see docs/doxygen/lib/modularsimulator.md for details
on the chosen approach. As the elements of the new simulator cannot all
be introduced in one commit, it might be worth to view Iaae1e205 to see
a working prototype of the approach.

Change-Id: I0923ddfc9f8f477b8920d212bcbdcf641075f80b

Adding energy output field for density fitting

Added a new energy output field for energies that stem from the density
fitting code.

refs #2282

Change-Id: I78c64213f4b958f00a938f0a67c586c2f4e9033e

ComputeGlobalsElement for the modular simulator

This element encapsulates the calls to `compute_globals`. A new
approach to fit the global computation calls into the client approach has
been proposed in I44a7193c, but a complete rewriting is currently outside
the scope of this effort. This element therefore aims at offering an
interface to the legacy implementation which is compatible with the new
simulator approach.

The element comes in 3 (templated) flavors: the leap-frog case, the first
call during a velocity-verlet integrator, and the second call during a
velocity-verlet integrator.

This commit is part of the commit chain introducing the new modular
simulator. Please see docs/doxygen/lib/modularsimulator.md for details
on the chosen approach. As the elements of the new simulator cannot all
be introduced in one commit, it might be worth to view Iaae1e205 to see
a working prototype of the approach.

Change-Id: I35f310daed6355dc9ea6b574d855929ec2fee6fe

Clean up commrec uniformly

This was leaking commrec from gmx help during the building of
command-line completions, which the ASAN build sometimes complained
about.

Change-Id: I4ce53ba13187ea71102f5a93118978525da7061a

Add gpuupdate and gpucomm OnDemand tokens

These allow triggering the GPU update-constraints and the GPU direct
communcation development features (both PP-PME and halo exchange),
respectively.

Also added matrix configs for both with configs identical to those in
the gpubufferops for the sake of simplicity.

Added an OpenCL config to ensure the additons of uninmpled features on
that codepath don't break things.

Change-Id: Iaf308d9b55ff10d8e43b655c2e1708eb05a5b43c

Periodic boundary correction for density fitting

Corrects the periodic boundaries for density fittinng
such that always the periodic image closest to the center
of the density is chosen.

ref #2282

Change-Id: I46d9546d7dbb659e03070b4ba6ffd401eb7368c4

Extract getting of DDRankSetup

This change is only refactoring.

Change-Id: I9a7f8ce16fe81f0016b33139933336fcb49b48b4

Add PP grid info to DDRankSetup

This enables many functions to use only DDRankSetup instead of
the whole gmx_domdec_t.
This change is only refactoring.

Change-Id: I6467481e3e1fa27c035c70d34591a6db0eeae90d

Introduce topology class for modular simulator

The topology object owns the local topology and holds a pointer to the global
topology owned by the ISimulator.

The local topology is only infrequently changed if domain decomposition is
on, and never otherwise. The topology therefore offers elements to register
as ITopologyClients. If they do so, they get an updated local topology whenever
it is changed, and can rely that their copy is valid until the next update. The
domain decomposition element is defined as friend class to be able to update
the local topology when needed.

This commit is part of the commit chain introducing the new modular
simulator. Please see docs/doxygen/lib/modularsimulator.md for details
on the chosen approach. As the elements of the new simulator cannot all
be introduced in one commit, it might be worth to view Iaae1e205 to see
a working prototype of the approach.

Change-Id: I89e4006809ac74785205c549781a90b2d8233688

Update mdrun test comparison infrastructure

This change is refactoring and extension, no use is made of any new
capabilities.

Referred to position coordinates as coordinates, in line with
agreement elsewhere. Also referred to energy terms consistently,
rather than energy fields or tolerances.

Extended the range of mdp option parameters able to be tested
configurably with the contents of the simulation database.

Made energy and trajectory comparison machinery easier to use.

Trajectory comparison is now more configurable. Sometimes the test
runner will know that it is OK to compare the data in a test frame
with a reference frame even though one of them has data that the other
does not have, or will differ, etc. So, it is now possible to compare
e.g. a test trajectory that has a frame with velocities and not forces
with a reference trajectory whose frame has both velocities and
forces, and have the comparison be valid or not according to whether
the test runner expected the mismatch in contents.

Fixed issue with trajectory frame comparison assuming that coordinates
would always be present.

More use of std::string.

Change-Id: I6926380e271344e7bd1a7c6594cc604d7a68e67a

Rename MicroState to StatePropagatorData for modular simulator

The name of the t_state replacement is changed from MicroState
to StatePropagatorData. Also, the write and read access to x/v/f
data is renamed to xxxView() and constXxxView() for additional
clarity and to avoid confusion with file writing operations.

This also removes the constraint element from the list of friend
classes, as there is no need for direct access to the state
anymore thanks to I28b58df4.

Change-Id: I1b5b966aafbfa6fe5c44c36416ebb25f38505b58

Extract DDRankSetup from gmx_domdec_comm_t

Change-Id: I5b16d624a375478928546788d1f8319e9d796100

Add reference density file option to densityfitting

Add option to density fitting to read reference density for
density fitting code.

refs #2282

Change-Id: I598b679a3c1c63b913a104d7ccff8e1643b3946d