src/programs/mdrun/md.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2011,2012,2013,2014, by the GROMACS development team, led by
   7  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   8  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   9  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  10  *
  11  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  13  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  14  * of the License, or (at your option) any later version.
  15  *
  16  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19  * Lesser General Public License for more details.
  20  *
  21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  22  * License along with GROMACS; if not, see
  23  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  24  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  25  *
  26  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  27  * consider that scientific software is very special. Version
  28  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  29  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  30  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  31  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  32  * official version at http://www.gromacs.org.
  33  *
  34  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  35  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  36  */
  37 #include "gmxpre.h"
  38
  39 #include "config.h"
  40
  41 #include <stdlib.h>
  42
  43 #include "gromacs/fileio/confio.h"
  44 #include "gromacs/fileio/mdoutf.h"
  45 #include "gromacs/fileio/trajectory_writing.h"
  46 #include "gromacs/fileio/trnio.h"
  47 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
  48 #include "gromacs/fileio/xtcio.h"
  49 #include "gromacs/gmxpreprocess/compute_io.h"
  50 #include "gromacs/imd/imd.h"
  51 #include "gromacs/legacyheaders/bonded-threading.h"
  52 #include "gromacs/legacyheaders/calcmu.h"
  53 #include "gromacs/legacyheaders/checkpoint.h"
  54 #include "gromacs/legacyheaders/constr.h"
  55 #include "gromacs/legacyheaders/coulomb.h"
  56 #include "gromacs/legacyheaders/disre.h"
  57 #include "gromacs/legacyheaders/domdec.h"
  58 #include "gromacs/legacyheaders/domdec_network.h"
  59 #include "gromacs/legacyheaders/force.h"
  60 #include "gromacs/legacyheaders/md_logging.h"
  61 #include "gromacs/legacyheaders/md_support.h"
  62 #include "gromacs/legacyheaders/mdatoms.h"
  63 #include "gromacs/legacyheaders/mdebin.h"
  64 #include "gromacs/legacyheaders/mdrun.h"
  65 #include "gromacs/legacyheaders/names.h"
  66 #include "gromacs/legacyheaders/network.h"
  67 #include "gromacs/legacyheaders/nrnb.h"
  68 #include "gromacs/legacyheaders/ns.h"
  69 #include "gromacs/legacyheaders/orires.h"
  70 #include "gromacs/legacyheaders/pme.h"
  71 #include "gromacs/legacyheaders/qmmm.h"
  72 #include "gromacs/legacyheaders/shellfc.h"
  73 #include "gromacs/legacyheaders/sighandler.h"
  74 #include "gromacs/legacyheaders/txtdump.h"
  75 #include "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
  76 #include "gromacs/legacyheaders/update.h"
  77 #include "gromacs/legacyheaders/vcm.h"
  78 #include "gromacs/legacyheaders/vsite.h"
  79 #include "gromacs/legacyheaders/types/iteratedconstraints.h"
  80 #include "gromacs/legacyheaders/types/nlistheuristics.h"
  81 #include "gromacs/math/vec.h"
  82 #include "gromacs/mdlib/nbnxn_cuda/nbnxn_cuda_data_mgmt.h"
  83 #include "gromacs/pbcutil/mshift.h"
  84 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  85 #include "gromacs/pulling/pull.h"
  86 #include "gromacs/swap/swapcoords.h"
  87 #include "gromacs/timing/wallcycle.h"
  88 #include "gromacs/timing/walltime_accounting.h"
  89 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
  90 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  91 #include "gromacs/utility/gmxmpi.h"
  92 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  93
  94 #include "deform.h"
  95 #include "membed.h"
  96 #include "pme_loadbal.h"
  97 #include "repl_ex.h"
  98
  99 #ifdef GMX_FAHCORE
 100 #include "corewrap.h"
 101 #endif
 102
 103 static void reset_all_counters(FILE *fplog, t_commrec *cr,
 104                                gmx_int64_t step,
 105                                gmx_int64_t *step_rel, t_inputrec *ir,
 106                                gmx_wallcycle_t wcycle, t_nrnb *nrnb,
 107                                gmx_walltime_accounting_t walltime_accounting,
 108                                struct nonbonded_verlet_t *nbv)
 109 {
 110     char sbuf[STEPSTRSIZE];
 111
 112     /* Reset all the counters related to performance over the run */
 113     md_print_warn(cr, fplog, "step %s: resetting all time and cycle counters\n",
 114                   gmx_step_str(step, sbuf));
 115
 116     nbnxn_cuda_reset_timings(nbv);
 117
 118     wallcycle_stop(wcycle, ewcRUN);
 119     wallcycle_reset_all(wcycle);
 120     if (DOMAINDECOMP(cr))
 121     {
 122         reset_dd_statistics_counters(cr->dd);
 123     }
 124     init_nrnb(nrnb);
 125     ir->init_step += *step_rel;
 126     ir->nsteps    -= *step_rel;
 127     *step_rel      = 0;
 128     wallcycle_start(wcycle, ewcRUN);
 129     walltime_accounting_start(walltime_accounting);
 130     print_date_and_time(fplog, cr->nodeid, "Restarted time", gmx_gettime());
 131 }
 132
 133 double do_md(FILE *fplog, t_commrec *cr, int nfile, const t_filenm fnm[],
 134              const output_env_t oenv, gmx_bool bVerbose, gmx_bool bCompact,
 135              int nstglobalcomm,
 136              gmx_vsite_t *vsite, gmx_constr_t constr,
 137              int stepout, t_inputrec *ir,
 138              gmx_mtop_t *top_global,
 139              t_fcdata *fcd,
 140              t_state *state_global,
 141              t_mdatoms *mdatoms,
 142              t_nrnb *nrnb, gmx_wallcycle_t wcycle,
 143              gmx_edsam_t ed, t_forcerec *fr,
 144              int repl_ex_nst, int repl_ex_nex, int repl_ex_seed, gmx_membed_t membed,
 145              real cpt_period, real max_hours,
 146              const char gmx_unused *deviceOptions,
 147              int imdport,
 148              unsigned long Flags,
 149              gmx_walltime_accounting_t walltime_accounting)
 150 {
 151     gmx_mdoutf_t    outf = NULL;
 152     gmx_int64_t     step, step_rel;
 153     double          elapsed_time;
 154     double          t, t0, lam0[efptNR];
 155     gmx_bool        bGStatEveryStep, bGStat, bCalcVir, bCalcEner;
 156     gmx_bool        bNS, bNStList, bSimAnn, bStopCM, bRerunMD, bNotLastFrame = FALSE,
 157                     bFirstStep, bStateFromCP, bStateFromTPX, bInitStep, bLastStep,
 158                     bBornRadii, bStartingFromCpt;
 159     gmx_bool          bDoDHDL = FALSE, bDoFEP = FALSE, bDoExpanded = FALSE;
 160     gmx_bool          do_ene, do_log, do_verbose, bRerunWarnNoV = TRUE,
 161                       bForceUpdate = FALSE, bCPT;
 162     gmx_bool          bMasterState;
 163     int               force_flags, cglo_flags;
 164     tensor            force_vir, shake_vir, total_vir, tmp_vir, pres;
 165     int               i, m;
 166     t_trxstatus      *status;
 167     rvec              mu_tot;
 168     t_vcm            *vcm;
 169     t_state          *bufstate = NULL;
 170     matrix            pcoupl_mu, M;
 171     gmx_nlheur_t      nlh;
 172     t_trxframe        rerun_fr;
 173     gmx_repl_ex_t     repl_ex = NULL;
 174     int               nchkpt  = 1;
 175     gmx_localtop_t   *top;
 176     t_mdebin         *mdebin   = NULL;
 177     t_state          *state    = NULL;
 178     rvec             *f_global = NULL;
 179     gmx_enerdata_t   *enerd;
 180     rvec             *f = NULL;
 181     gmx_global_stat_t gstat;
 182     gmx_update_t      upd   = NULL;
 183     t_graph          *graph = NULL;
 184     globsig_t         gs;
 185     gmx_groups_t     *groups;
 186     gmx_ekindata_t   *ekind, *ekind_save;
 187     gmx_shellfc_t     shellfc;
 188     int               count, nconverged = 0;
 189     double            tcount                 = 0;
 190     gmx_bool          bConverged             = TRUE, bSumEkinhOld, bDoReplEx, bExchanged, bNeedRepartition;
 191     gmx_bool          bResetCountersHalfMaxH = FALSE;
 192     gmx_bool          bVV, bIterativeCase, bFirstIterate, bTemp, bPres, bTrotter;
 193     gmx_bool          bUpdateDoLR;
 194     real              dvdl_constr;
 195     rvec             *cbuf = NULL;
 196     matrix            lastbox;
 197     real              veta_save, scalevir, tracevir;
 198     real              vetanew = 0;
 199     int               lamnew  = 0;
 200     /* for FEP */
 201     int               nstfep;
 202     double            cycles;
 203     real              saved_conserved_quantity = 0;
 204     real              last_ekin                = 0;
 205     t_extmass         MassQ;
 206     int             **trotter_seq;
 207     char              sbuf[STEPSTRSIZE], sbuf2[STEPSTRSIZE];
 208     int               handled_stop_condition = gmx_stop_cond_none; /* compare to get_stop_condition*/
 209     gmx_iterate_t     iterate;
 210     gmx_int64_t       multisim_nsteps = -1;                        /* number of steps to do  before first multisim
 211                                                                           simulation stops. If equal to zero, don't
 212                                                                           communicate any more between multisims.*/
 213     /* PME load balancing data for GPU kernels */
 214     pme_load_balancing_t pme_loadbal = NULL;
 215     double               cycles_pmes;
 216     gmx_bool             bPMETuneTry = FALSE, bPMETuneRunning = FALSE;
 217
 218     /* Interactive MD */
 219     gmx_bool          bIMDstep = FALSE;
 220
 221 #ifdef GMX_FAHCORE
 222     /* Temporary addition for FAHCORE checkpointing */
 223     int chkpt_ret;
 224 #endif
 225
 226     /* Check for special mdrun options */
 227     bRerunMD = (Flags & MD_RERUN);
 228     if (Flags & MD_RESETCOUNTERSHALFWAY)
 229     {
 230         if (ir->nsteps > 0)
 231         {
 232             /* Signal to reset the counters half the simulation steps. */
 233             wcycle_set_reset_counters(wcycle, ir->nsteps/2);
 234         }
 235         /* Signal to reset the counters halfway the simulation time. */
 236         bResetCountersHalfMaxH = (max_hours > 0);
 237     }
 238
 239     /* md-vv uses averaged full step velocities for T-control
 240        md-vv-avek uses averaged half step velocities for T-control (but full step ekin for P control)
 241        md uses averaged half step kinetic energies to determine temperature unless defined otherwise by GMX_EKIN_AVE_VEL; */
 242     bVV = EI_VV(ir->eI);
 243     if (bVV) /* to store the initial velocities while computing virial */
 244     {
 245         snew(cbuf, top_global->natoms);
 246     }
 247     /* all the iteratative cases - only if there are constraints */
 248     bIterativeCase = ((IR_NPH_TROTTER(ir) || IR_NPT_TROTTER(ir)) && (constr) && (!bRerunMD));
 249     gmx_iterate_init(&iterate, FALSE); /* The default value of iterate->bIterationActive is set to
 250                                           false in this step.  The correct value, true or false,
 251                                           is set at each step, as it depends on the frequency of temperature
 252                                           and pressure control.*/
 253     bTrotter = (bVV && (IR_NPT_TROTTER(ir) || IR_NPH_TROTTER(ir) || IR_NVT_TROTTER(ir)));
 254
 255     if (bRerunMD)
 256     {
 257         /* Since we don't know if the frames read are related in any way,
 258          * rebuild the neighborlist at every step.
 259          */
 260         ir->nstlist       = 1;
 261         ir->nstcalcenergy = 1;
 262         nstglobalcomm     = 1;
 263     }
 264
 265     check_ir_old_tpx_versions(cr, fplog, ir, top_global);
 266
 267     nstglobalcomm   = check_nstglobalcomm(fplog, cr, nstglobalcomm, ir);
 268     bGStatEveryStep = (nstglobalcomm == 1);
 269
 270     if (!bGStatEveryStep && ir->nstlist == -1 && fplog != NULL)
 271     {
 272         fprintf(fplog,
 273                 "To reduce the energy communication with nstlist = -1\n"
 274                 "the neighbor list validity should not be checked at every step,\n"
 275                 "this means that exact integration is not guaranteed.\n"
 276                 "The neighbor list validity is checked after:\n"
 277                 "  <n.list life time> - 2*std.dev.(n.list life time)  steps.\n"
 278                 "In most cases this will result in exact integration.\n"
 279                 "This reduces the energy communication by a factor of 2 to 3.\n"
 280                 "If you want less energy communication, set nstlist > 3.\n\n");
 281     }
 282
 283     if (bRerunMD)
 284     {
 285         ir->nstxout_compressed = 0;
 286     }
 287     groups = &top_global->groups;
 288
 289     /* Initial values */
 290     init_md(fplog, cr, ir, oenv, &t, &t0, state_global->lambda,
 291             &(state_global->fep_state), lam0,
 292             nrnb, top_global, &upd,
 293             nfile, fnm, &outf, &mdebin,
 294             force_vir, shake_vir, mu_tot, &bSimAnn, &vcm, Flags, wcycle);
 295
 296     clear_mat(total_vir);
 297     clear_mat(pres);
 298     /* Energy terms and groups */
 299     snew(enerd, 1);
 300     init_enerdata(top_global->groups.grps[egcENER].nr, ir->fepvals->n_lambda,
 301                   enerd);
 302     if (DOMAINDECOMP(cr))
 303     {
 304         f = NULL;
 305     }
 306     else
 307     {
 308         snew(f, top_global->natoms);
 309     }
 310
 311     /* Kinetic energy data */
 312     snew(ekind, 1);
 313     init_ekindata(fplog, top_global, &(ir->opts), ekind);
 314     /* needed for iteration of constraints */
 315     snew(ekind_save, 1);
 316     init_ekindata(fplog, top_global, &(ir->opts), ekind_save);
 317     /* Copy the cos acceleration to the groups struct */
 318     ekind->cosacc.cos_accel = ir->cos_accel;
 319
 320     gstat = global_stat_init(ir);
 321     debug_gmx();
 322
 323     /* Check for polarizable models and flexible constraints */
 324     shellfc = init_shell_flexcon(fplog,
 325                                  top_global, n_flexible_constraints(constr),
 326                                  (ir->bContinuation ||
 327                                   (DOMAINDECOMP(cr) && !MASTER(cr))) ?
 328                                  NULL : state_global->x);
 329     if (shellfc && ir->nstcalcenergy != 1)
 330     {
 331         gmx_fatal(FARGS, "You have nstcalcenergy set to a value (%d) that is different from 1.\nThis is not supported in combinations with shell particles.\nPlease make a new tpr file.", ir->nstcalcenergy);
 332     }
 333     if (shellfc && DOMAINDECOMP(cr))
 334     {
 335         gmx_fatal(FARGS, "Shell particles are not implemented with domain decomposition, use a single rank");
 336     }
 337     if (shellfc && ir->eI == eiNM)
 338     {
 339         /* Currently shells don't work with Normal Modes */
 340         gmx_fatal(FARGS, "Normal Mode analysis is not supported with shells.\nIf you'd like to help with adding support, we have an open discussion at http://redmine.gromacs.org/issues/879\n");
 341     }
 342
 343     if (vsite && ir->eI == eiNM)
 344     {
 345         /* Currently virtual sites don't work with Normal Modes */
 346         gmx_fatal(FARGS, "Normal Mode analysis is not supported with virtual sites.\nIf you'd like to help with adding support, we have an open discussion at http://redmine.gromacs.org/issues/879\n");
 347     }
 348
 349     if (DEFORM(*ir))
 350     {
 351         tMPI_Thread_mutex_lock(&deform_init_box_mutex);
 352         set_deform_reference_box(upd,
 353                                  deform_init_init_step_tpx,
 354                                  deform_init_box_tpx);
 355         tMPI_Thread_mutex_unlock(&deform_init_box_mutex);
 356     }
 357
 358     {
 359         double io = compute_io(ir, top_global->natoms, groups, mdebin->ebin->nener, 1);
 360         if ((io > 2000) && MASTER(cr))
 361         {
 362             fprintf(stderr,
 363                     "\nWARNING: This run will generate roughly %.0f Mb of data\n\n",
 364                     io);
 365         }
 366     }
 367
 368     if (DOMAINDECOMP(cr))
 369     {
 370         top = dd_init_local_top(top_global);
 371
 372         snew(state, 1);
 373         dd_init_local_state(cr->dd, state_global, state);
 374
 375         if (DDMASTER(cr->dd) && ir->nstfout)
 376         {
 377             snew(f_global, state_global->natoms);
 378         }
 379     }
 380     else
 381     {
 382         top = gmx_mtop_generate_local_top(top_global, ir);
 383
 384         forcerec_set_excl_load(fr, top);
 385
 386         state    = serial_init_local_state(state_global);
 387         f_global = f;
 388
 389         atoms2md(top_global, ir, 0, NULL, top_global->natoms, mdatoms);
 390
 391         if (vsite)
 392         {
 393             set_vsite_top(vsite, top, mdatoms, cr);
 394         }
 395
 396         if (ir->ePBC != epbcNONE && !fr->bMolPBC)
 397         {
 398             graph = mk_graph(fplog, &(top->idef), 0, top_global->natoms, FALSE, FALSE);
 399         }
 400
 401         if (shellfc)
 402         {
 403             make_local_shells(cr, mdatoms, shellfc);
 404         }
 405
 406         setup_bonded_threading(fr, &top->idef);
 407     }
 408
 409     /* Set up interactive MD (IMD) */
 410     init_IMD(ir, cr, top_global, fplog, ir->nstcalcenergy, state_global->x,
 411              nfile, fnm, oenv, imdport, Flags);
 412
 413     if (DOMAINDECOMP(cr))
 414     {
 415         /* Distribute the charge groups over the nodes from the master node */
 416         dd_partition_system(fplog, ir->init_step, cr, TRUE, 1,
 417                             state_global, top_global, ir,
 418                             state, &f, mdatoms, top, fr,
 419                             vsite, shellfc, constr,
 420                             nrnb, wcycle, FALSE);
 421
 422     }
 423
 424     update_mdatoms(mdatoms, state->lambda[efptMASS]);
 425
 426     if (opt2bSet("-cpi", nfile, fnm))
 427     {
 428         bStateFromCP = gmx_fexist_master(opt2fn_master("-cpi", nfile, fnm, cr), cr);
 429     }
 430     else
 431     {
 432         bStateFromCP = FALSE;
 433     }
 434
 435     if (ir->bExpanded)
 436     {
 437         init_expanded_ensemble(bStateFromCP, ir, &state->dfhist);
 438     }
 439
 440     if (MASTER(cr))
 441     {
 442         if (bStateFromCP)
 443         {
 444             /* Update mdebin with energy history if appending to output files */
 445             if (Flags & MD_APPENDFILES)
 446             {
 447                 restore_energyhistory_from_state(mdebin, &state_global->enerhist);
 448             }
 449             else
 450             {
 451                 /* We might have read an energy history from checkpoint,
 452                  * free the allocated memory and reset the counts.
 453                  */
 454                 done_energyhistory(&state_global->enerhist);
 455                 init_energyhistory(&state_global->enerhist);
 456             }
 457         }
 458         /* Set the initial energy history in state by updating once */
 459         update_energyhistory(&state_global->enerhist, mdebin);
 460     }
 461
 462     /* Initialize constraints */
 463     if (constr && !DOMAINDECOMP(cr))
 464     {
 465         set_constraints(constr, top, ir, mdatoms, cr);
 466     }
 467
 468     if (repl_ex_nst > 0 && MASTER(cr))
 469     {
 470         repl_ex = init_replica_exchange(fplog, cr->ms, state_global, ir,
 471                                         repl_ex_nst, repl_ex_nex, repl_ex_seed);
 472     }
 473
 474     /* PME tuning is only supported with GPUs or PME nodes and not with rerun.
 475      * PME tuning is not supported with PME only for LJ and not for Coulomb.
 476      */
 477     if ((Flags & MD_TUNEPME) &&
 478         EEL_PME(fr->eeltype) &&
 479         ( use_GPU(fr->nbv) || !(cr->duty & DUTY_PME)) &&
 480         !bRerunMD)
 481     {
 482         pme_loadbal_init(&pme_loadbal, ir, state->box, fr->ic, fr->pmedata);
 483         cycles_pmes = 0;
 484         if (cr->duty & DUTY_PME)
 485         {
 486             /* Start tuning right away, as we can't measure the load */
 487             bPMETuneRunning = TRUE;
 488         }
 489         else
 490         {
 491             /* Separate PME nodes, we can measure the PP/PME load balance */
 492             bPMETuneTry = TRUE;
 493         }
 494     }
 495
 496     if (!ir->bContinuation && !bRerunMD)
 497     {
 498         if (mdatoms->cFREEZE && (state->flags & (1<<estV)))
 499         {
 500             /* Set the velocities of frozen particles to zero */
 501             for (i = 0; i < mdatoms->homenr; i++)
 502             {
 503                 for (m = 0; m < DIM; m++)
 504                 {
 505                     if (ir->opts.nFreeze[mdatoms->cFREEZE[i]][m])
 506                     {
 507                         state->v[i][m] = 0;
 508                     }
 509                 }
 510             }
 511         }
 512
 513         if (constr)
 514         {
 515             /* Constrain the initial coordinates and velocities */
 516             do_constrain_first(fplog, constr, ir, mdatoms, state,
 517                                cr, nrnb, fr, top);
 518         }
 519         if (vsite)
 520         {
 521             /* Construct the virtual sites for the initial configuration */
 522             construct_vsites(vsite, state->x, ir->delta_t, NULL,
 523                              top->idef.iparams, top->idef.il,
 524                              fr->ePBC, fr->bMolPBC, cr, state->box);
 525         }
 526     }
 527
 528     debug_gmx();
 529
 530     /* set free energy calculation frequency as the minimum
 531        greatest common denominator of nstdhdl, nstexpanded, and repl_ex_nst*/
 532     nstfep = ir->fepvals->nstdhdl;
 533     if (ir->bExpanded)
 534     {
 535         nstfep = gmx_greatest_common_divisor(ir->fepvals->nstdhdl, nstfep);
 536     }
 537     if (repl_ex_nst > 0)
 538     {
 539         nstfep = gmx_greatest_common_divisor(repl_ex_nst, nstfep);
 540     }
 541
 542     /* I'm assuming we need global communication the first time! MRS */
 543     cglo_flags = (CGLO_TEMPERATURE | CGLO_GSTAT
 544                   | ((ir->comm_mode != ecmNO) ? CGLO_STOPCM : 0)
 545                   | (bVV ? CGLO_PRESSURE : 0)
 546                   | (bVV ? CGLO_CONSTRAINT : 0)
 547                   | (bRerunMD ? CGLO_RERUNMD : 0)
 548                   | ((Flags & MD_READ_EKIN) ? CGLO_READEKIN : 0));
 549
 550     bSumEkinhOld = FALSE;
 551     compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
 552                     NULL, enerd, force_vir, shake_vir, total_vir, pres, mu_tot,
 553                     constr, NULL, FALSE, state->box,
 554                     top_global, &bSumEkinhOld, cglo_flags);
 555     if (ir->eI == eiVVAK)
 556     {
 557         /* a second call to get the half step temperature initialized as well */
 558         /* we do the same call as above, but turn the pressure off -- internally to
 559            compute_globals, this is recognized as a velocity verlet half-step
 560            kinetic energy calculation.  This minimized excess variables, but
 561            perhaps loses some logic?*/
 562
 563         compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
 564                         NULL, enerd, force_vir, shake_vir, total_vir, pres, mu_tot,
 565                         constr, NULL, FALSE, state->box,
 566                         top_global, &bSumEkinhOld,
 567                         cglo_flags &~(CGLO_STOPCM | CGLO_PRESSURE));
 568     }
 569
 570     /* Calculate the initial half step temperature, and save the ekinh_old */
 571     if (!(Flags & MD_STARTFROMCPT))
 572     {
 573         for (i = 0; (i < ir->opts.ngtc); i++)
 574         {
 575             copy_mat(ekind->tcstat[i].ekinh, ekind->tcstat[i].ekinh_old);
 576         }
 577     }
 578     if (ir->eI != eiVV)
 579     {
 580         enerd->term[F_TEMP] *= 2; /* result of averages being done over previous and current step,
 581                                      and there is no previous step */
 582     }
 583
 584     /* if using an iterative algorithm, we need to create a working directory for the state. */
 585     if (bIterativeCase)
 586     {
 587         bufstate = init_bufstate(state);
 588     }
 589
 590     /* need to make an initiation call to get the Trotter variables set, as well as other constants for non-trotter
 591        temperature control */
 592     trotter_seq = init_npt_vars(ir, state, &MassQ, bTrotter);
 593
 594     if (MASTER(cr))
 595     {
 596         if (constr && !ir->bContinuation && ir->eConstrAlg == econtLINCS)
 597         {
 598             fprintf(fplog,
 599                     "RMS relative constraint deviation after constraining: %.2e\n",
 600                     constr_rmsd(constr, FALSE));
 601         }
 602         if (EI_STATE_VELOCITY(ir->eI))
 603         {
 604             fprintf(fplog, "Initial temperature: %g K\n", enerd->term[F_TEMP]);
 605         }
 606         if (bRerunMD)
 607         {
 608             fprintf(stderr, "starting md rerun '%s', reading coordinates from"
 609                     " input trajectory '%s'\n\n",
 610                     *(top_global->name), opt2fn("-rerun", nfile, fnm));
 611             if (bVerbose)
 612             {
 613                 fprintf(stderr, "Calculated time to finish depends on nsteps from "
 614                         "run input file,\nwhich may not correspond to the time "
 615                         "needed to process input trajectory.\n\n");
 616             }
 617         }
 618         else
 619         {
 620             char tbuf[20];
 621             fprintf(stderr, "starting mdrun '%s'\n",
 622                     *(top_global->name));
 623             if (ir->nsteps >= 0)
 624             {
 625                 sprintf(tbuf, "%8.1f", (ir->init_step+ir->nsteps)*ir->delta_t);
 626             }
 627             else
 628             {
 629                 sprintf(tbuf, "%s", "infinite");
 630             }
 631             if (ir->init_step > 0)
 632             {
 633                 fprintf(stderr, "%s steps, %s ps (continuing from step %s, %8.1f ps).\n",
 634                         gmx_step_str(ir->init_step+ir->nsteps, sbuf), tbuf,
 635                         gmx_step_str(ir->init_step, sbuf2),
 636                         ir->init_step*ir->delta_t);
 637             }
 638             else
 639             {
 640                 fprintf(stderr, "%s steps, %s ps.\n",
 641                         gmx_step_str(ir->nsteps, sbuf), tbuf);
 642             }
 643         }
 644         fprintf(fplog, "\n");
 645     }
 646
 647     walltime_accounting_start(walltime_accounting);
 648     wallcycle_start(wcycle, ewcRUN);
 649     print_start(fplog, cr, walltime_accounting, "mdrun");
 650
 651     /* safest point to do file checkpointing is here.  More general point would be immediately before integrator call */
 652 #ifdef GMX_FAHCORE
 653     chkpt_ret = fcCheckPointParallel( cr->nodeid,
 654                                       NULL, 0);
 655     if (chkpt_ret == 0)
 656     {
 657         gmx_fatal( 3, __FILE__, __LINE__, "Checkpoint error on step %d\n", 0 );
 658     }
 659 #endif
 660
 661     debug_gmx();
 662     /***********************************************************
 663      *
 664      *             Loop over MD steps
 665      *
 666      ************************************************************/
 667
 668     /* if rerunMD then read coordinates and velocities from input trajectory */
 669     if (bRerunMD)
 670     {
 671         if (getenv("GMX_FORCE_UPDATE"))
 672         {
 673             bForceUpdate = TRUE;
 674         }
 675
 676         rerun_fr.natoms = 0;
 677         if (MASTER(cr))
 678         {
 679             bNotLastFrame = read_first_frame(oenv, &status,
 680                                              opt2fn("-rerun", nfile, fnm),
 681                                              &rerun_fr, TRX_NEED_X | TRX_READ_V);
 682             if (rerun_fr.natoms != top_global->natoms)
 683             {
 684                 gmx_fatal(FARGS,
 685                           "Number of atoms in trajectory (%d) does not match the "
 686                           "run input file (%d)\n",
 687                           rerun_fr.natoms, top_global->natoms);
 688             }
 689             if (ir->ePBC != epbcNONE)
 690             {
 691                 if (!rerun_fr.bBox)
 692                 {
 693                     gmx_fatal(FARGS, "Rerun trajectory frame step %d time %f does not contain a box, while pbc is used", rerun_fr.step, rerun_fr.time);
 694                 }
 695                 if (max_cutoff2(ir->ePBC, rerun_fr.box) < sqr(fr->rlistlong))
 696                 {
 697                     gmx_fatal(FARGS, "Rerun trajectory frame step %d time %f has too small box dimensions", rerun_fr.step, rerun_fr.time);
 698                 }
 699             }
 700         }
 701
 702         if (PAR(cr))
 703         {
 704             rerun_parallel_comm(cr, &rerun_fr, &bNotLastFrame);
 705         }
 706
 707         if (ir->ePBC != epbcNONE)
 708         {
 709             /* Set the shift vectors.
 710              * Necessary here when have a static box different from the tpr box.
 711              */
 712             calc_shifts(rerun_fr.box, fr->shift_vec);
 713         }
 714     }
 715
 716     /* loop over MD steps or if rerunMD to end of input trajectory */
 717     bFirstStep = TRUE;
 718     /* Skip the first Nose-Hoover integration when we get the state from tpx */
 719     bStateFromTPX    = !bStateFromCP;
 720     bInitStep        = bFirstStep && (bStateFromTPX || bVV);
 721     bStartingFromCpt = (Flags & MD_STARTFROMCPT) && bInitStep;
 722     bSumEkinhOld     = FALSE;
 723     bExchanged       = FALSE;
 724     bNeedRepartition = FALSE;
 725
 726     init_global_signals(&gs, cr, ir, repl_ex_nst);
 727
 728     step     = ir->init_step;
 729     step_rel = 0;
 730
 731     init_nlistheuristics(&nlh, bGStatEveryStep, step);
 732
 733     if (MULTISIM(cr) && (repl_ex_nst <= 0 ))
 734     {
 735         /* check how many steps are left in other sims */
 736         multisim_nsteps = get_multisim_nsteps(cr, ir->nsteps);
 737     }
 738
 739
 740     /* and stop now if we should */
 741     bLastStep = (bRerunMD || (ir->nsteps >= 0 && step_rel > ir->nsteps) ||
 742                  ((multisim_nsteps >= 0) && (step_rel >= multisim_nsteps )));
 743     while (!bLastStep || (bRerunMD && bNotLastFrame))
 744     {
 745
 746         wallcycle_start(wcycle, ewcSTEP);
 747
 748         if (bRerunMD)
 749         {
 750             if (rerun_fr.bStep)
 751             {
 752                 step     = rerun_fr.step;
 753                 step_rel = step - ir->init_step;
 754             }
 755             if (rerun_fr.bTime)
 756             {
 757                 t = rerun_fr.time;
 758             }
 759             else
 760             {
 761                 t = step;
 762             }
 763         }
 764         else
 765         {
 766             bLastStep = (step_rel == ir->nsteps);
 767             t         = t0 + step*ir->delta_t;
 768         }
 769
 770         if (ir->efep != efepNO || ir->bSimTemp)
 771         {
 772             /* find and set the current lambdas.  If rerunning, we either read in a state, or a lambda value,
 773                requiring different logic. */
 774
 775             set_current_lambdas(step, ir->fepvals, bRerunMD, &rerun_fr, state_global, state, lam0);
 776             bDoDHDL      = do_per_step(step, ir->fepvals->nstdhdl);
 777             bDoFEP       = (do_per_step(step, nstfep) && (ir->efep != efepNO));
 778             bDoExpanded  = (do_per_step(step, ir->expandedvals->nstexpanded)
 779                             && (ir->bExpanded) && (step > 0) && (!bStartingFromCpt));
 780         }
 781
 782         bDoReplEx = ((repl_ex_nst > 0) && (step > 0) && !bLastStep &&
 783                      do_per_step(step, repl_ex_nst));
 784
 785         if (bSimAnn)
 786         {
 787             update_annealing_target_temp(&(ir->opts), t);
 788         }
 789
 790         if (bRerunMD)
 791         {
 792             if (!DOMAINDECOMP(cr) || MASTER(cr))
 793             {
 794                 for (i = 0; i < state_global->natoms; i++)
 795                 {
 796                     copy_rvec(rerun_fr.x[i], state_global->x[i]);
 797                 }
 798                 if (rerun_fr.bV)
 799                 {
 800                     for (i = 0; i < state_global->natoms; i++)
 801                     {
 802                         copy_rvec(rerun_fr.v[i], state_global->v[i]);
 803                     }
 804                 }
 805                 else
 806                 {
 807                     for (i = 0; i < state_global->natoms; i++)
 808                     {
 809                         clear_rvec(state_global->v[i]);
 810                     }
 811                     if (bRerunWarnNoV)
 812                     {
 813                         fprintf(stderr, "\nWARNING: Some frames do not contain velocities.\n"
 814                                 "         Ekin, temperature and pressure are incorrect,\n"
 815                                 "         the virial will be incorrect when constraints are present.\n"
 816                                 "\n");
 817                         bRerunWarnNoV = FALSE;
 818                     }
 819                 }
 820             }
 821             copy_mat(rerun_fr.box, state_global->box);
 822             copy_mat(state_global->box, state->box);
 823
 824             if (vsite && (Flags & MD_RERUN_VSITE))
 825             {
 826                 if (DOMAINDECOMP(cr))
 827                 {
 828                     gmx_fatal(FARGS, "Vsite recalculation with -rerun is not implemented with domain decomposition, use a single rank");
 829                 }
 830                 if (graph)
 831                 {
 832                     /* Following is necessary because the graph may get out of sync
 833                      * with the coordinates if we only have every N'th coordinate set
 834                      */
 835                     mk_mshift(fplog, graph, fr->ePBC, state->box, state->x);
 836                     shift_self(graph, state->box, state->x);
 837                 }
 838                 construct_vsites(vsite, state->x, ir->delta_t, state->v,
 839                                  top->idef.iparams, top->idef.il,
 840                                  fr->ePBC, fr->bMolPBC, cr, state->box);
 841                 if (graph)
 842                 {
 843                     unshift_self(graph, state->box, state->x);
 844                 }
 845             }
 846         }
 847
 848         /* Stop Center of Mass motion */
 849         bStopCM = (ir->comm_mode != ecmNO && do_per_step(step, ir->nstcomm));
 850
 851         if (bRerunMD)
 852         {
 853             /* for rerun MD always do Neighbour Searching */
 854             bNS      = (bFirstStep || ir->nstlist != 0);
 855             bNStList = bNS;
 856         }
 857         else
 858         {
 859             /* Determine whether or not to do Neighbour Searching and LR */
 860             bNStList = (ir->nstlist > 0  && step % ir->nstlist == 0);
 861
 862             bNS = (bFirstStep || bExchanged || bNeedRepartition || bNStList || bDoFEP ||
 863                    (ir->nstlist == -1 && nlh.nabnsb > 0));
 864
 865             if (bNS && ir->nstlist == -1)
 866             {
 867                 set_nlistheuristics(&nlh, bFirstStep || bExchanged || bNeedRepartition || bDoFEP, step);
 868             }
 869         }
 870
 871         /* check whether we should stop because another simulation has
 872            stopped. */
 873         if (MULTISIM(cr))
 874         {
 875             if ( (multisim_nsteps >= 0) &&  (step_rel >= multisim_nsteps)  &&
 876                  (multisim_nsteps != ir->nsteps) )
 877             {
 878                 if (bNS)
 879                 {
 880                     if (MASTER(cr))
 881                     {
 882                         fprintf(stderr,
 883                                 "Stopping simulation %d because another one has finished\n",
 884                                 cr->ms->sim);
 885                     }
 886                     bLastStep         = TRUE;
 887                     gs.sig[eglsCHKPT] = 1;
 888                 }
 889             }
 890         }
 891
 892         /* < 0 means stop at next step, > 0 means stop at next NS step */
 893         if ( (gs.set[eglsSTOPCOND] < 0) ||
 894              ( (gs.set[eglsSTOPCOND] > 0) && (bNStList || ir->nstlist == 0) ) )
 895         {
 896             bLastStep = TRUE;
 897         }
 898
 899         /* Determine whether or not to update the Born radii if doing GB */
 900         bBornRadii = bFirstStep;
 901         if (ir->implicit_solvent && (step % ir->nstgbradii == 0))
 902         {
 903             bBornRadii = TRUE;
 904         }
 905
 906         do_log     = do_per_step(step, ir->nstlog) || bFirstStep || bLastStep;
 907         do_verbose = bVerbose &&
 908             (step % stepout == 0 || bFirstStep || bLastStep);
 909
 910         if (bNS && !(bFirstStep && ir->bContinuation && !bRerunMD))
 911         {
 912             if (bRerunMD)
 913             {
 914                 bMasterState = TRUE;
 915             }
 916             else
 917             {
 918                 bMasterState = FALSE;
 919                 /* Correct the new box if it is too skewed */
 920                 if (DYNAMIC_BOX(*ir))
 921                 {
 922                     if (correct_box(fplog, step, state->box, graph))
 923                     {
 924                         bMasterState = TRUE;
 925                     }
 926                 }
 927                 if (DOMAINDECOMP(cr) && bMasterState)
 928                 {
 929                     dd_collect_state(cr->dd, state, state_global);
 930                 }
 931             }
 932
 933             if (DOMAINDECOMP(cr))
 934             {
 935                 /* Repartition the domain decomposition */
 936                 wallcycle_start(wcycle, ewcDOMDEC);
 937                 dd_partition_system(fplog, step, cr,
 938                                     bMasterState, nstglobalcomm,
 939                                     state_global, top_global, ir,
 940                                     state, &f, mdatoms, top, fr,
 941                                     vsite, shellfc, constr,
 942                                     nrnb, wcycle,
 943                                     do_verbose && !bPMETuneRunning);
 944                 wallcycle_stop(wcycle, ewcDOMDEC);
 945                 /* If using an iterative integrator, reallocate space to match the decomposition */
 946             }
 947         }
 948
 949         if (MASTER(cr) && do_log)
 950         {
 951             print_ebin_header(fplog, step, t, state->lambda[efptFEP]); /* can we improve the information printed here? */
 952         }
 953
 954         if (ir->efep != efepNO)
 955         {
 956             update_mdatoms(mdatoms, state->lambda[efptMASS]);
 957         }
 958
 959         if ((bRerunMD && rerun_fr.bV) || bExchanged)
 960         {
 961
 962             /* We need the kinetic energy at minus the half step for determining
 963              * the full step kinetic energy and possibly for T-coupling.*/
 964             /* This may not be quite working correctly yet . . . . */
 965             compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
 966                             wcycle, enerd, NULL, NULL, NULL, NULL, mu_tot,
 967                             constr, NULL, FALSE, state->box,
 968                             top_global, &bSumEkinhOld,
 969                             CGLO_RERUNMD | CGLO_GSTAT | CGLO_TEMPERATURE);
 970         }
 971         clear_mat(force_vir);
 972
 973         /* We write a checkpoint at this MD step when:
 974          * either at an NS step when we signalled through gs,
 975          * or at the last step (but not when we do not want confout),
 976          * but never at the first step or with rerun.
 977          */
 978         bCPT = (((gs.set[eglsCHKPT] && (bNS || ir->nstlist == 0)) ||
 979                  (bLastStep && (Flags & MD_CONFOUT))) &&
 980                 step > ir->init_step && !bRerunMD);
 981         if (bCPT)
 982         {
 983             gs.set[eglsCHKPT] = 0;
 984         }
 985
 986         /* Determine the energy and pressure:
 987          * at nstcalcenergy steps and at energy output steps (set below).
 988          */
 989         if (EI_VV(ir->eI) && (!bInitStep))
 990         {
 991             /* for vv, the first half of the integration actually corresponds
 992                to the previous step.  bCalcEner is only required to be evaluated on the 'next' step,
 993                but the virial needs to be calculated on both the current step and the 'next' step. Future
 994                reorganization may be able to get rid of one of the bCalcVir=TRUE steps. */
 995
 996             bCalcEner = do_per_step(step-1, ir->nstcalcenergy);
 997             bCalcVir  = bCalcEner ||
 998                 (ir->epc != epcNO && (do_per_step(step, ir->nstpcouple) || do_per_step(step-1, ir->nstpcouple)));
 999         }
1000         else
1001         {
1002             bCalcEner = do_per_step(step, ir->nstcalcenergy);
1003             bCalcVir  = bCalcEner ||
1004                 (ir->epc != epcNO && do_per_step(step, ir->nstpcouple));
1005         }
1006
1007         /* Do we need global communication ? */
1008         bGStat = (bCalcVir || bCalcEner || bStopCM ||
1009                   do_per_step(step, nstglobalcomm) || (bVV && IR_NVT_TROTTER(ir) && do_per_step(step-1, nstglobalcomm)) ||
1010                   (ir->nstlist == -1 && !bRerunMD && step >= nlh.step_nscheck));
1011
1012         do_ene = (do_per_step(step, ir->nstenergy) || bLastStep);
1013
1014         if (do_ene || do_log || bDoReplEx)
1015         {
1016             bCalcVir  = TRUE;
1017             bCalcEner = TRUE;
1018             bGStat    = TRUE;
1019         }
1020
1021         /* these CGLO_ options remain the same throughout the iteration */
1022         cglo_flags = ((bRerunMD ? CGLO_RERUNMD : 0) |
1023                       (bGStat ? CGLO_GSTAT : 0)
1024                       );
1025
1026         force_flags = (GMX_FORCE_STATECHANGED |
1027                        ((DYNAMIC_BOX(*ir) || bRerunMD) ? GMX_FORCE_DYNAMICBOX : 0) |
1028                        GMX_FORCE_ALLFORCES |
1029                        GMX_FORCE_SEPLRF |
1030                        (bCalcVir ? GMX_FORCE_VIRIAL : 0) |
1031                        (bCalcEner ? GMX_FORCE_ENERGY : 0) |
1032                        (bDoFEP ? GMX_FORCE_DHDL : 0)
1033                        );
1034
1035         if (fr->bTwinRange)
1036         {
1037             if (do_per_step(step, ir->nstcalclr))
1038             {
1039                 force_flags |= GMX_FORCE_DO_LR;
1040             }
1041         }
1042
1043         if (shellfc)
1044         {
1045             /* Now is the time to relax the shells */
1046             count = relax_shell_flexcon(fplog, cr, bVerbose, step,
1047                                         ir, bNS, force_flags,
1048                                         top,
1049                                         constr, enerd, fcd,
1050                                         state, f, force_vir, mdatoms,
1051                                         nrnb, wcycle, graph, groups,
1052                                         shellfc, fr, bBornRadii, t, mu_tot,
1053                                         &bConverged, vsite,
1054                                         mdoutf_get_fp_field(outf));
1055             tcount += count;
1056
1057             if (bConverged)
1058             {
1059                 nconverged++;
1060             }
1061         }
1062         else
1063         {
1064             /* The coordinates (x) are shifted (to get whole molecules)
1065              * in do_force.
1066              * This is parallellized as well, and does communication too.
1067              * Check comments in sim_util.c
1068              */
1069             do_force(fplog, cr, ir, step, nrnb, wcycle, top, groups,
1070                      state->box, state->x, &state->hist,
1071                      f, force_vir, mdatoms, enerd, fcd,
1072                      state->lambda, graph,
1073                      fr, vsite, mu_tot, t, mdoutf_get_fp_field(outf), ed, bBornRadii,
1074                      (bNS ? GMX_FORCE_NS : 0) | force_flags);
1075         }
1076
1077         if (bVV && !bStartingFromCpt && !bRerunMD)
1078         /*  ############### START FIRST UPDATE HALF-STEP FOR VV METHODS############### */
1079         {
1080             wallcycle_start(wcycle, ewcUPDATE);
1081             if (ir->eI == eiVV && bInitStep)
1082             {
1083                 /* if using velocity verlet with full time step Ekin,
1084                  * take the first half step only to compute the
1085                  * virial for the first step. From there,
1086                  * revert back to the initial coordinates
1087                  * so that the input is actually the initial step.
1088                  */
1089                 copy_rvecn(state->v, cbuf, 0, state->natoms); /* should make this better for parallelizing? */
1090             }
1091             else
1092             {
1093                 /* this is for NHC in the Ekin(t+dt/2) version of vv */
1094                 trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ1);
1095             }
1096
1097             /* If we are using twin-range interactions where the long-range component
1098              * is only evaluated every nstcalclr>1 steps, we should do a special update
1099              * step to combine the long-range forces on these steps.
1100              * For nstcalclr=1 this is not done, since the forces would have been added
1101              * directly to the short-range forces already.
1102              *
1103              * TODO Remove various aspects of VV+twin-range in master
1104              * branch, because VV integrators did not ever support
1105              * twin-range multiple time stepping with constraints.
1106              */
1107             bUpdateDoLR = (fr->bTwinRange && do_per_step(step, ir->nstcalclr));
1108
1109             update_coords(fplog, step, ir, mdatoms, state, fr->bMolPBC,
1110                           f, bUpdateDoLR, fr->f_twin, bCalcVir ? &fr->vir_twin_constr : NULL, fcd,
1111                           ekind, M, upd, bInitStep, etrtVELOCITY1,
1112                           cr, nrnb, constr, &top->idef);
1113
1114             if (bIterativeCase && do_per_step(step-1, ir->nstpcouple) && !bInitStep)
1115             {
1116                 gmx_iterate_init(&iterate, TRUE);
1117             }
1118             /* for iterations, we save these vectors, as we will be self-consistently iterating
1119                the calculations */
1120
1121             /*#### UPDATE EXTENDED VARIABLES IN TROTTER FORMULATION */
1122
1123             /* save the state */
1124             if (iterate.bIterationActive)
1125             {
1126                 copy_coupling_state(state, bufstate, ekind, ekind_save, &(ir->opts));
1127             }
1128
1129             bFirstIterate = TRUE;
1130             while (bFirstIterate || iterate.bIterationActive)
1131             {
1132                 if (iterate.bIterationActive)
1133                 {
1134                     copy_coupling_state(bufstate, state, ekind_save, ekind, &(ir->opts));
1135                     if (bFirstIterate && bTrotter)
1136                     {
1137                         /* The first time through, we need a decent first estimate
1138                            of veta(t+dt) to compute the constraints.  Do
1139                            this by computing the box volume part of the
1140                            trotter integration at this time. Nothing else
1141                            should be changed by this routine here.  If
1142                            !(first time), we start with the previous value
1143                            of veta.  */
1144
1145                         veta_save = state->veta;
1146                         trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ0);
1147                         vetanew     = state->veta;
1148                         state->veta = veta_save;
1149                     }
1150                 }
1151
1152                 if (!bRerunMD || rerun_fr.bV || bForceUpdate)     /* Why is rerun_fr.bV here?  Unclear. */
1153                 {
1154                     wallcycle_stop(wcycle, ewcUPDATE);
1155                     update_constraints(fplog, step, NULL, ir, ekind, mdatoms,
1156                                        state, fr->bMolPBC, graph, f,
1157                                        &top->idef, shake_vir,
1158                                        cr, nrnb, wcycle, upd, constr,
1159                                        TRUE, bCalcVir, vetanew);
1160                     wallcycle_start(wcycle, ewcUPDATE);
1161
1162                     if (bCalcVir && bUpdateDoLR && ir->nstcalclr > 1)
1163                     {
1164                         /* Correct the virial for multiple time stepping */
1165                         m_sub(shake_vir, fr->vir_twin_constr, shake_vir);
1166                     }
1167                 }
1168                 else if (graph)
1169                 {
1170                     /* Need to unshift here if a do_force has been
1171                        called in the previous step */
1172                     unshift_self(graph, state->box, state->x);
1173                 }
1174
1175                 /* if VV, compute the pressure and constraints */
1176                 /* For VV2, we strictly only need this if using pressure
1177                  * control, but we really would like to have accurate pressures
1178                  * printed out.
1179                  * Think about ways around this in the future?
1180                  * For now, keep this choice in comments.
1181                  */
1182                 /*bPres = (ir->eI==eiVV || IR_NPT_TROTTER(ir)); */
1183                 /*bTemp = ((ir->eI==eiVV &&(!bInitStep)) || (ir->eI==eiVVAK && IR_NPT_TROTTER(ir)));*/
1184                 bPres = TRUE;
1185                 bTemp = ((ir->eI == eiVV && (!bInitStep)) || (ir->eI == eiVVAK));
1186                 if (bCalcEner && ir->eI == eiVVAK)  /*MRS:  7/9/2010 -- this still doesn't fix it?*/
1187                 {
1188                     bSumEkinhOld = TRUE;
1189                 }
1190                 /* for vv, the first half of the integration actually corresponds to the previous step.
1191                    So we need information from the last step in the first half of the integration */
1192                 if (bGStat || do_per_step(step-1, nstglobalcomm))
1193                 {
1194                     wallcycle_stop(wcycle, ewcUPDATE);
1195                     compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
1196                                     wcycle, enerd, force_vir, shake_vir, total_vir, pres, mu_tot,
1197                                     constr, NULL, FALSE, state->box,
1198                                     top_global, &bSumEkinhOld,
1199                                     cglo_flags
1200                                     | CGLO_ENERGY
1201                                     | (bTemp ? CGLO_TEMPERATURE : 0)
1202                                     | (bPres ? CGLO_PRESSURE : 0)
1203                                     | (bPres ? CGLO_CONSTRAINT : 0)
1204                                     | ((iterate.bIterationActive) ? CGLO_ITERATE : 0)
1205                                     | (bFirstIterate ? CGLO_FIRSTITERATE : 0)
1206                                     | CGLO_SCALEEKIN
1207                                     );
1208                     /* explanation of above:
1209                        a) We compute Ekin at the full time step
1210                        if 1) we are using the AveVel Ekin, and it's not the
1211                        initial step, or 2) if we are using AveEkin, but need the full
1212                        time step kinetic energy for the pressure (always true now, since we want accurate statistics).
1213                        b) If we are using EkinAveEkin for the kinetic energy for the temperature control, we still feed in
1214                        EkinAveVel because it's needed for the pressure */
1215                     wallcycle_start(wcycle, ewcUPDATE);
1216                 }
1217                 /* temperature scaling and pressure scaling to produce the extended variables at t+dt */
1218                 if (!bInitStep)
1219                 {
1220                     if (bTrotter)
1221                     {
1222                         m_add(force_vir, shake_vir, total_vir); /* we need the un-dispersion corrected total vir here */
1223                         trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ2);
1224                     }
1225                     else
1226                     {
1227                         if (bExchanged)
1228                         {
1229                             wallcycle_stop(wcycle, ewcUPDATE);
1230                             /* We need the kinetic energy at minus the half step for determining
1231                              * the full step kinetic energy and possibly for T-coupling.*/
1232                             /* This may not be quite working correctly yet . . . . */
1233                             compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
1234                                             wcycle, enerd, NULL, NULL, NULL, NULL, mu_tot,
1235                                             constr, NULL, FALSE, state->box,
1236                                             top_global, &bSumEkinhOld,
1237                                             CGLO_RERUNMD | CGLO_GSTAT | CGLO_TEMPERATURE);
1238                             wallcycle_start(wcycle, ewcUPDATE);
1239                         }
1240                     }
1241                 }
1242
1243                 if (iterate.bIterationActive &&
1244                     done_iterating(cr, fplog, step, &iterate, bFirstIterate,
1245                                    state->veta, &vetanew))
1246                 {
1247                     break;
1248                 }
1249                 bFirstIterate = FALSE;
1250             }
1251
1252             if (bTrotter && !bInitStep)
1253             {
1254                 copy_mat(shake_vir, state->svir_prev);
1255                 copy_mat(force_vir, state->fvir_prev);
1256                 if (IR_NVT_TROTTER(ir) && ir->eI == eiVV)
1257                 {
1258                     /* update temperature and kinetic energy now that step is over - this is the v(t+dt) point */
1259                     enerd->term[F_TEMP] = sum_ekin(&(ir->opts), ekind, NULL, (ir->eI == eiVV), FALSE);
1260                     enerd->term[F_EKIN] = trace(ekind->ekin);
1261                 }
1262             }
1263             /* if it's the initial step, we performed this first step just to get the constraint virial */
1264             if (bInitStep && ir->eI == eiVV)
1265             {
1266                 copy_rvecn(cbuf, state->v, 0, state->natoms);
1267             }
1268             wallcycle_stop(wcycle, ewcUPDATE);
1269         }
1270
1271         /* MRS -- now done iterating -- compute the conserved quantity */
1272         if (bVV)
1273         {
1274             saved_conserved_quantity = compute_conserved_from_auxiliary(ir, state, &MassQ);
1275             if (ir->eI == eiVV)
1276             {
1277                 last_ekin = enerd->term[F_EKIN];
1278             }
1279             if ((ir->eDispCorr != edispcEnerPres) && (ir->eDispCorr != edispcAllEnerPres))
1280             {
1281                 saved_conserved_quantity -= enerd->term[F_DISPCORR];
1282             }
1283             /* sum up the foreign energy and dhdl terms for vv.  currently done every step so that dhdl is correct in the .edr */
1284             if (!bRerunMD)
1285             {
1286                 sum_dhdl(enerd, state->lambda, ir->fepvals);
1287             }
1288         }
1289
1290         /* ########  END FIRST UPDATE STEP  ############## */
1291         /* ########  If doing VV, we now have v(dt) ###### */
1292         if (bDoExpanded)
1293         {
1294             /* perform extended ensemble sampling in lambda - we don't
1295                actually move to the new state before outputting
1296                statistics, but if performing simulated tempering, we
1297                do update the velocities and the tau_t. */
1298
1299             lamnew = ExpandedEnsembleDynamics(fplog, ir, enerd, state, &MassQ, state->fep_state, &state->dfhist, step, state->v, mdatoms);
1300             /* history is maintained in state->dfhist, but state_global is what is sent to trajectory and log output */
1301             copy_df_history(&state_global->dfhist, &state->dfhist);
1302         }
1303
1304         /* Now we have the energies and forces corresponding to the
1305          * coordinates at time t. We must output all of this before
1306          * the update.
1307          */
1308         do_md_trajectory_writing(fplog, cr, nfile, fnm, step, step_rel, t,
1309                                  ir, state, state_global, top_global, fr,
1310                                  outf, mdebin, ekind, f, f_global,
1311                                  &nchkpt,
1312                                  bCPT, bRerunMD, bLastStep, (Flags & MD_CONFOUT),
1313                                  bSumEkinhOld);
1314         /* Check if IMD step and do IMD communication, if bIMD is TRUE. */
1315         bIMDstep = do_IMD(ir->bIMD, step, cr, bNS, state->box, state->x, ir, t, wcycle);
1316
1317         /* kludge -- virial is lost with restart for NPT control. Must restart */
1318         if (bStartingFromCpt && bVV)
1319         {
1320             copy_mat(state->svir_prev, shake_vir);
1321             copy_mat(state->fvir_prev, force_vir);
1322         }
1323
1324         elapsed_time = walltime_accounting_get_current_elapsed_time(walltime_accounting);
1325
1326         /* Check whether everything is still allright */
1327         if (((int)gmx_get_stop_condition() > handled_stop_condition)
1328 #ifdef GMX_THREAD_MPI
1329             && MASTER(cr)
1330 #endif
1331             )
1332         {
1333             /* this is just make gs.sig compatible with the hack
1334                of sending signals around by MPI_Reduce with together with
1335                other floats */
1336             if (gmx_get_stop_condition() == gmx_stop_cond_next_ns)
1337             {
1338                 gs.sig[eglsSTOPCOND] = 1;
1339             }
1340             if (gmx_get_stop_condition() == gmx_stop_cond_next)
1341             {
1342                 gs.sig[eglsSTOPCOND] = -1;
1343             }
1344             /* < 0 means stop at next step, > 0 means stop at next NS step */
1345             if (fplog)
1346             {
1347                 fprintf(fplog,
1348                         "\n\nReceived the %s signal, stopping at the next %sstep\n\n",
1349                         gmx_get_signal_name(),
1350                         gs.sig[eglsSTOPCOND] == 1 ? "NS " : "");
1351                 fflush(fplog);
1352             }
1353             fprintf(stderr,
1354                     "\n\nReceived the %s signal, stopping at the next %sstep\n\n",
1355                     gmx_get_signal_name(),
1356                     gs.sig[eglsSTOPCOND] == 1 ? "NS " : "");
1357             fflush(stderr);
1358             handled_stop_condition = (int)gmx_get_stop_condition();
1359         }
1360         else if (MASTER(cr) && (bNS || ir->nstlist <= 0) &&
1361                  (max_hours > 0 && elapsed_time > max_hours*60.0*60.0*0.99) &&
1362                  gs.sig[eglsSTOPCOND] == 0 && gs.set[eglsSTOPCOND] == 0)
1363         {
1364             /* Signal to terminate the run */
1365             gs.sig[eglsSTOPCOND] = 1;
1366             if (fplog)
1367             {
1368                 fprintf(fplog, "\nStep %s: Run time exceeded %.3f hours, will terminate the run\n", gmx_step_str(step, sbuf), max_hours*0.99);
1369             }
1370             fprintf(stderr, "\nStep %s: Run time exceeded %.3f hours, will terminate the run\n", gmx_step_str(step, sbuf), max_hours*0.99);
1371         }
1372
1373         if (bResetCountersHalfMaxH && MASTER(cr) &&
1374             elapsed_time > max_hours*60.0*60.0*0.495)
1375         {
1376             gs.sig[eglsRESETCOUNTERS] = 1;
1377         }
1378
1379         if (ir->nstlist == -1 && !bRerunMD)
1380         {
1381             /* When bGStatEveryStep=FALSE, global_stat is only called
1382              * when we check the atom displacements, not at NS steps.
1383              * This means that also the bonded interaction count check is not
1384              * performed immediately after NS. Therefore a few MD steps could
1385              * be performed with missing interactions.
1386              * But wrong energies are never written to file,
1387              * since energies are only written after global_stat
1388              * has been called.
1389              */
1390             if (step >= nlh.step_nscheck)
1391             {
1392                 nlh.nabnsb = natoms_beyond_ns_buffer(ir, fr, &top->cgs,
1393                                                      nlh.scale_tot, state->x);
1394             }
1395             else
1396             {
1397                 /* This is not necessarily true,
1398                  * but step_nscheck is determined quite conservatively.
1399                  */
1400                 nlh.nabnsb = 0;
1401             }
1402         }
1403
1404         /* In parallel we only have to check for checkpointing in steps
1405          * where we do global communication,
1406          *  otherwise the other nodes don't know.
1407          */
1408         if (MASTER(cr) && ((bGStat || !PAR(cr)) &&
1409                            cpt_period >= 0 &&
1410                            (cpt_period == 0 ||
1411                             elapsed_time >= nchkpt*cpt_period*60.0)) &&
1412             gs.set[eglsCHKPT] == 0)
1413         {
1414             gs.sig[eglsCHKPT] = 1;
1415         }
1416
1417         /* at the start of step, randomize or scale the velocities (trotter done elsewhere) */
1418         if (EI_VV(ir->eI))
1419         {
1420             if (!bInitStep)
1421             {
1422                 update_tcouple(step, ir, state, ekind, &MassQ, mdatoms);
1423             }
1424             if (ETC_ANDERSEN(ir->etc)) /* keep this outside of update_tcouple because of the extra info required to pass */
1425             {
1426                 gmx_bool bIfRandomize;
1427                 bIfRandomize = update_randomize_velocities(ir, step, cr, mdatoms, state, upd, constr);
1428                 /* if we have constraints, we have to remove the kinetic energy parallel to the bonds */
1429                 if (constr && bIfRandomize)
1430                 {
1431                     update_constraints(fplog, step, NULL, ir, ekind, mdatoms,
1432                                        state, fr->bMolPBC, graph, f,
1433                                        &top->idef, tmp_vir,
1434                                        cr, nrnb, wcycle, upd, constr,
1435                                        TRUE, bCalcVir, vetanew);
1436                 }
1437             }
1438         }
1439
1440         if (bIterativeCase && do_per_step(step, ir->nstpcouple))
1441         {
1442             gmx_iterate_init(&iterate, TRUE);
1443             /* for iterations, we save these vectors, as we will be redoing the calculations */
1444             copy_coupling_state(state, bufstate, ekind, ekind_save, &(ir->opts));
1445         }
1446
1447         bFirstIterate = TRUE;
1448         while (bFirstIterate || iterate.bIterationActive)
1449         {
1450             /* We now restore these vectors to redo the calculation with improved extended variables */
1451             if (iterate.bIterationActive)
1452             {
1453                 copy_coupling_state(bufstate, state, ekind_save, ekind, &(ir->opts));
1454             }
1455
1456             /* We make the decision to break or not -after- the calculation of Ekin and Pressure,
1457                so scroll down for that logic */
1458
1459             /* #########   START SECOND UPDATE STEP ################# */
1460             /* Box is changed in update() when we do pressure coupling,
1461              * but we should still use the old box for energy corrections and when
1462              * writing it to the energy file, so it matches the trajectory files for
1463              * the same timestep above. Make a copy in a separate array.
1464              */
1465             copy_mat(state->box, lastbox);
1466
1467             dvdl_constr = 0;
1468
1469             if (!(bRerunMD && !rerun_fr.bV && !bForceUpdate))
1470             {
1471                 wallcycle_start(wcycle, ewcUPDATE);
1472                 /* UPDATE PRESSURE VARIABLES IN TROTTER FORMULATION WITH CONSTRAINTS */
1473                 if (bTrotter)
1474                 {
1475                     if (iterate.bIterationActive)
1476                     {
1477                         if (bFirstIterate)
1478                         {
1479                             scalevir = 1;
1480                         }
1481                         else
1482                         {
1483                             /* we use a new value of scalevir to converge the iterations faster */
1484                             scalevir = tracevir/trace(shake_vir);
1485                         }
1486                         msmul(shake_vir, scalevir, shake_vir);
1487                         m_add(force_vir, shake_vir, total_vir);
1488                         clear_mat(shake_vir);
1489                     }
1490                     trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ3);
1491                     /* We can only do Berendsen coupling after we have summed
1492                      * the kinetic energy or virial. Since the happens
1493                      * in global_state after update, we should only do it at
1494                      * step % nstlist = 1 with bGStatEveryStep=FALSE.
1495                      */
1496                 }
1497                 else
1498                 {
1499                     update_tcouple(step, ir, state, ekind, &MassQ, mdatoms);
1500                     update_pcouple(fplog, step, ir, state, pcoupl_mu, M, bInitStep);
1501                 }
1502
1503                 if (bVV)
1504                 {
1505                     bUpdateDoLR = (fr->bTwinRange && do_per_step(step, ir->nstcalclr));
1506
1507                     /* velocity half-step update */
1508                     update_coords(fplog, step, ir, mdatoms, state, fr->bMolPBC, f,
1509                                   bUpdateDoLR, fr->f_twin, bCalcVir ? &fr->vir_twin_constr : NULL, fcd,
1510                                   ekind, M, upd, FALSE, etrtVELOCITY2,
1511                                   cr, nrnb, constr, &top->idef);
1512                 }
1513
1514                 /* Above, initialize just copies ekinh into ekin,
1515                  * it doesn't copy position (for VV),
1516                  * and entire integrator for MD.
1517                  */
1518
1519                 if (ir->eI == eiVVAK)
1520                 {
1521                     copy_rvecn(state->x, cbuf, 0, state->natoms);
1522                 }
1523                 bUpdateDoLR = (fr->bTwinRange && do_per_step(step, ir->nstcalclr));
1524
1525                 update_coords(fplog, step, ir, mdatoms, state, fr->bMolPBC, f,
1526                               bUpdateDoLR, fr->f_twin, bCalcVir ? &fr->vir_twin_constr : NULL, fcd,
1527                               ekind, M, upd, bInitStep, etrtPOSITION, cr, nrnb, constr, &top->idef);
1528                 wallcycle_stop(wcycle, ewcUPDATE);
1529
1530                 update_constraints(fplog, step, &dvdl_constr, ir, ekind, mdatoms, state,
1531                                    fr->bMolPBC, graph, f,
1532                                    &top->idef, shake_vir,
1533                                    cr, nrnb, wcycle, upd, constr,
1534                                    FALSE, bCalcVir, state->veta);
1535
1536                 if (bCalcVir && bUpdateDoLR && ir->nstcalclr > 1)
1537                 {
1538                     /* Correct the virial for multiple time stepping */
1539                     m_sub(shake_vir, fr->vir_twin_constr, shake_vir);
1540                 }
1541
1542                 if (ir->eI == eiVVAK)
1543                 {
1544                     /* erase F_EKIN and F_TEMP here? */
1545                     /* just compute the kinetic energy at the half step to perform a trotter step */
1546                     compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
1547                                     wcycle, enerd, force_vir, shake_vir, total_vir, pres, mu_tot,
1548                                     constr, NULL, FALSE, lastbox,
1549                                     top_global, &bSumEkinhOld,
1550                                     cglo_flags | CGLO_TEMPERATURE
1551                                     );
1552                     wallcycle_start(wcycle, ewcUPDATE);
1553                     trotter_update(ir, step, ekind, enerd, state, total_vir, mdatoms, &MassQ, trotter_seq, ettTSEQ4);
1554                     /* now we know the scaling, we can compute the positions again again */
1555                     copy_rvecn(cbuf, state->x, 0, state->natoms);
1556
1557                     bUpdateDoLR = (fr->bTwinRange && do_per_step(step, ir->nstcalclr));
1558
1559                     update_coords(fplog, step, ir, mdatoms, state, fr->bMolPBC, f,
1560                                   bUpdateDoLR, fr->f_twin, bCalcVir ? &fr->vir_twin_constr : NULL, fcd,
1561                                   ekind, M, upd, bInitStep, etrtPOSITION, cr, nrnb, constr, &top->idef);
1562                     wallcycle_stop(wcycle, ewcUPDATE);
1563
1564                     /* do we need an extra constraint here? just need to copy out of state->v to upd->xp? */
1565                     /* are the small terms in the shake_vir here due
1566                      * to numerical errors, or are they important
1567                      * physically? I'm thinking they are just errors, but not completely sure.
1568                      * For now, will call without actually constraining, constr=NULL*/
1569                     update_constraints(fplog, step, NULL, ir, ekind, mdatoms,
1570                                        state, fr->bMolPBC, graph, f,
1571                                        &top->idef, tmp_vir,
1572                                        cr, nrnb, wcycle, upd, NULL,
1573                                        FALSE, bCalcVir,
1574                                        state->veta);
1575                 }
1576
1577                 if (bVV)
1578                 {
1579                     /* this factor or 2 correction is necessary
1580                        because half of the constraint force is removed
1581                        in the vv step, so we have to double it.  See
1582                        the Redmine issue #1255.  It is not yet clear
1583                        if the factor of 2 is exact, or just a very
1584                        good approximation, and this will be
1585                        investigated.  The next step is to see if this
1586                        can be done adding a dhdl contribution from the
1587                        rattle step, but this is somewhat more
1588                        complicated with the current code. Will be
1589                        investigated, hopefully for 4.6.3. However,
1590                        this current solution is much better than
1591                        having it completely wrong.
1592                      */
1593                     enerd->term[F_DVDL_CONSTR] += 2*dvdl_constr;
1594                 }
1595                 else
1596                 {
1597                     enerd->term[F_DVDL_CONSTR] += dvdl_constr;
1598                 }
1599             }
1600             else if (graph)
1601             {
1602                 /* Need to unshift here */
1603                 unshift_self(graph, state->box, state->x);
1604             }
1605
1606             if (vsite != NULL)
1607             {
1608                 wallcycle_start(wcycle, ewcVSITECONSTR);
1609                 if (graph != NULL)
1610                 {
1611                     shift_self(graph, state->box, state->x);
1612                 }
1613                 construct_vsites(vsite, state->x, ir->delta_t, state->v,
1614                                  top->idef.iparams, top->idef.il,
1615                                  fr->ePBC, fr->bMolPBC, cr, state->box);
1616
1617                 if (graph != NULL)
1618                 {
1619                     unshift_self(graph, state->box, state->x);
1620                 }
1621                 wallcycle_stop(wcycle, ewcVSITECONSTR);
1622             }
1623
1624             /* ############## IF NOT VV, Calculate globals HERE, also iterate constraints  ############ */
1625             /* With Leap-Frog we can skip compute_globals at
1626              * non-communication steps, but we need to calculate
1627              * the kinetic energy one step before communication.
1628              */
1629             if (bGStat || (!EI_VV(ir->eI) && do_per_step(step+1, nstglobalcomm)))
1630             {
1631                 if (ir->nstlist == -1 && bFirstIterate)
1632                 {
1633                     gs.sig[eglsNABNSB] = nlh.nabnsb;
1634                 }
1635                 compute_globals(fplog, gstat, cr, ir, fr, ekind, state, state_global, mdatoms, nrnb, vcm,
1636                                 wcycle, enerd, force_vir, shake_vir, total_vir, pres, mu_tot,
1637                                 constr,
1638                                 bFirstIterate ? &gs : NULL,
1639                                 (step_rel % gs.nstms == 0) &&
1640                                 (multisim_nsteps < 0 || (step_rel < multisim_nsteps)),
1641                                 lastbox,
1642                                 top_global, &bSumEkinhOld,
1643                                 cglo_flags
1644                                 | (!EI_VV(ir->eI) || bRerunMD ? CGLO_ENERGY : 0)
1645                                 | (!EI_VV(ir->eI) && bStopCM ? CGLO_STOPCM : 0)
1646                                 | (!EI_VV(ir->eI) ? CGLO_TEMPERATURE : 0)
1647                                 | (!EI_VV(ir->eI) || bRerunMD ? CGLO_PRESSURE : 0)
1648                                 | (iterate.bIterationActive ? CGLO_ITERATE : 0)
1649                                 | (bFirstIterate ? CGLO_FIRSTITERATE : 0)
1650                                 | CGLO_CONSTRAINT
1651                                 );
1652                 if (ir->nstlist == -1 && bFirstIterate)
1653                 {
1654                     nlh.nabnsb         = gs.set[eglsNABNSB];
1655                     gs.set[eglsNABNSB] = 0;
1656                 }
1657             }
1658             /* bIterate is set to keep it from eliminating the old ekin kinetic energy terms */
1659             /* #############  END CALC EKIN AND PRESSURE ################# */
1660
1661             /* Note: this is OK, but there are some numerical precision issues with using the convergence of
1662                the virial that should probably be addressed eventually. state->veta has better properies,
1663                but what we actually need entering the new cycle is the new shake_vir value. Ideally, we could
1664                generate the new shake_vir, but test the veta value for convergence.  This will take some thought. */
1665
1666             if (iterate.bIterationActive &&
1667                 done_iterating(cr, fplog, step, &iterate, bFirstIterate,
1668                                trace(shake_vir), &tracevir))
1669             {
1670                 break;
1671             }
1672             bFirstIterate = FALSE;
1673         }
1674
1675         if (!bVV || bRerunMD)
1676         {
1677             /* sum up the foreign energy and dhdl terms for md and sd. currently done every step so that dhdl is correct in the .edr */
1678             sum_dhdl(enerd, state->lambda, ir->fepvals);
1679         }
1680         update_box(fplog, step, ir, mdatoms, state, f,
1681                    ir->nstlist == -1 ? &nlh.scale_tot : NULL, pcoupl_mu, nrnb, upd);
1682
1683         /* ################# END UPDATE STEP 2 ################# */
1684         /* #### We now have r(t+dt) and v(t+dt/2)  ############# */
1685
1686         /* The coordinates (x) were unshifted in update */
1687         if (!bGStat)
1688         {
1689             /* We will not sum ekinh_old,
1690              * so signal that we still have to do it.
1691              */
1692             bSumEkinhOld = TRUE;
1693         }
1694
1695         /* #########  BEGIN PREPARING EDR OUTPUT  ###########  */
1696
1697         /* use the directly determined last velocity, not actually the averaged half steps */
1698         if (bTrotter && ir->eI == eiVV)
1699         {
1700             enerd->term[F_EKIN] = last_ekin;
1701         }
1702         enerd->term[F_ETOT] = enerd->term[F_EPOT] + enerd->term[F_EKIN];
1703
1704         if (bVV)
1705         {
1706             enerd->term[F_ECONSERVED] = enerd->term[F_ETOT] + saved_conserved_quantity;
1707         }
1708         else
1709         {
1710             enerd->term[F_ECONSERVED] = enerd->term[F_ETOT] + compute_conserved_from_auxiliary(ir, state, &MassQ);
1711         }
1712         /* #########  END PREPARING EDR OUTPUT  ###########  */
1713
1714         /* Output stuff */
1715         if (MASTER(cr))
1716         {
1717             gmx_bool do_dr, do_or;
1718
1719             if (fplog && do_log && bDoExpanded)
1720             {
1721                 /* only needed if doing expanded ensemble */
1722                 PrintFreeEnergyInfoToFile(fplog, ir->fepvals, ir->expandedvals, ir->bSimTemp ? ir->simtempvals : NULL,
1723                                           &state_global->dfhist, state->fep_state, ir->nstlog, step);
1724             }
1725             if (!(bStartingFromCpt && (EI_VV(ir->eI))))
1726             {
1727                 if (bCalcEner)
1728                 {
1729                     upd_mdebin(mdebin, bDoDHDL, TRUE,
1730                                t, mdatoms->tmass, enerd, state,
1731                                ir->fepvals, ir->expandedvals, lastbox,
1732                                shake_vir, force_vir, total_vir, pres,
1733                                ekind, mu_tot, constr);
1734                 }
1735                 else
1736                 {
1737                     upd_mdebin_step(mdebin);
1738                 }
1739
1740                 do_dr  = do_per_step(step, ir->nstdisreout);
1741                 do_or  = do_per_step(step, ir->nstorireout);
1742
1743                 print_ebin(mdoutf_get_fp_ene(outf), do_ene, do_dr, do_or, do_log ? fplog : NULL,
1744                            step, t,
1745                            eprNORMAL, bCompact, mdebin, fcd, groups, &(ir->opts));
1746             }
1747             if (ir->ePull != epullNO)
1748             {
1749                 pull_print_output(ir->pull, step, t);
1750             }
1751
1752             if (do_per_step(step, ir->nstlog))
1753             {
1754                 if (fflush(fplog) != 0)
1755                 {
1756                     gmx_fatal(FARGS, "Cannot flush logfile - maybe you are out of disk space?");
1757                 }
1758             }
1759         }
1760         if (bDoExpanded)
1761         {
1762             /* Have to do this part _after_ outputting the logfile and the edr file */
1763             /* Gets written into the state at the beginning of next loop*/
1764             state->fep_state = lamnew;
1765         }
1766         /* Print the remaining wall clock time for the run */
1767         if (MULTIMASTER(cr) && (do_verbose || gmx_got_usr_signal()) && !bPMETuneRunning)
1768         {
1769             if (shellfc)
1770             {
1771                 fprintf(stderr, "\n");
1772             }
1773             print_time(stderr, walltime_accounting, step, ir, cr);
1774         }
1775
1776         /* Ion/water position swapping.
1777          * Not done in last step since trajectory writing happens before this call
1778          * in the MD loop and exchanges would be lost anyway. */
1779         bNeedRepartition = FALSE;
1780         if ((ir->eSwapCoords != eswapNO) && (step > 0) && !bLastStep &&
1781             do_per_step(step, ir->swap->nstswap))
1782         {
1783             bNeedRepartition = do_swapcoords(cr, step, t, ir, wcycle,
1784                                              bRerunMD ? rerun_fr.x   : state->x,
1785                                              bRerunMD ? rerun_fr.box : state->box,
1786                                              top_global, MASTER(cr) && bVerbose, bRerunMD);
1787
1788             if (bNeedRepartition && DOMAINDECOMP(cr))
1789             {
1790                 dd_collect_state(cr->dd, state, state_global);
1791             }
1792         }
1793
1794         /* Replica exchange */
1795         bExchanged = FALSE;
1796         if (bDoReplEx)
1797         {
1798             bExchanged = replica_exchange(fplog, cr, repl_ex,
1799                                           state_global, enerd,
1800                                           state, step, t);
1801         }
1802
1803         if ( (bExchanged || bNeedRepartition) && DOMAINDECOMP(cr) )
1804         {
1805             dd_partition_system(fplog, step, cr, TRUE, 1,
1806                                 state_global, top_global, ir,
1807                                 state, &f, mdatoms, top, fr,
1808                                 vsite, shellfc, constr,
1809                                 nrnb, wcycle, FALSE);
1810         }
1811
1812         bFirstStep       = FALSE;
1813         bInitStep        = FALSE;
1814         bStartingFromCpt = FALSE;
1815
1816         /* #######  SET VARIABLES FOR NEXT ITERATION IF THEY STILL NEED IT ###### */
1817         /* With all integrators, except VV, we need to retain the pressure
1818          * at the current step for coupling at the next step.
1819          */
1820         if ((state->flags & (1<<estPRES_PREV)) &&
1821             (bGStatEveryStep ||
1822              (ir->nstpcouple > 0 && step % ir->nstpcouple == 0)))
1823         {
1824             /* Store the pressure in t_state for pressure coupling
1825              * at the next MD step.
1826              */
1827             copy_mat(pres, state->pres_prev);
1828         }
1829
1830         /* #######  END SET VARIABLES FOR NEXT ITERATION ###### */
1831
1832         if ( (membed != NULL) && (!bLastStep) )
1833         {
1834             rescale_membed(step_rel, membed, state_global->x);
1835         }
1836
1837         if (bRerunMD)
1838         {
1839             if (MASTER(cr))
1840             {
1841                 /* read next frame from input trajectory */
1842                 bNotLastFrame = read_next_frame(oenv, status, &rerun_fr);
1843             }
1844
1845             if (PAR(cr))
1846             {
1847                 rerun_parallel_comm(cr, &rerun_fr, &bNotLastFrame);
1848             }
1849         }
1850
1851         if (!bRerunMD || !rerun_fr.bStep)
1852         {
1853             /* increase the MD step number */
1854             step++;
1855             step_rel++;
1856         }
1857
1858         cycles = wallcycle_stop(wcycle, ewcSTEP);
1859         if (DOMAINDECOMP(cr) && wcycle)
1860         {
1861             dd_cycles_add(cr->dd, cycles, ddCyclStep);
1862         }
1863
1864         if (bPMETuneRunning || bPMETuneTry)
1865         {
1866             /* PME grid + cut-off optimization with GPUs or PME nodes */
1867
1868             /* Count the total cycles over the last steps */
1869             cycles_pmes += cycles;
1870
1871             /* We can only switch cut-off at NS steps */
1872             if (step % ir->nstlist == 0)
1873             {
1874                 /* PME grid + cut-off optimization with GPUs or PME nodes */
1875                 if (bPMETuneTry)
1876                 {
1877                     if (DDMASTER(cr->dd))
1878                     {
1879                         /* PME node load is too high, start tuning */
1880                         bPMETuneRunning = (dd_pme_f_ratio(cr->dd) >= 1.05);
1881                     }
1882                     dd_bcast(cr->dd, sizeof(gmx_bool), &bPMETuneRunning);
1883
1884                     if (bPMETuneRunning &&
1885                         use_GPU(fr->nbv) && DOMAINDECOMP(cr) &&
1886                         !(cr->duty & DUTY_PME))
1887                     {
1888                         /* Lock DLB=auto to off (does nothing when DLB=yes/no).
1889                          * With GPUs + separate PME ranks, we don't want DLB.
1890                          * This could happen when we scan coarse grids and
1891                          * it would then never be turned off again.
1892                          * This would hurt performance at the final, optimal
1893                          * grid spacing, where DLB almost never helps.
1894                          * Also, DLB can limit the cut-off for PME tuning.
1895                          */
1896                         dd_dlb_set_lock(cr->dd, TRUE);
1897                     }
1898
1899                     if (bPMETuneRunning || step_rel > ir->nstlist*50)
1900                     {
1901                         bPMETuneTry     = FALSE;
1902                     }
1903                 }
1904                 if (bPMETuneRunning)
1905                 {
1906                     /* init_step might not be a multiple of nstlist,
1907                      * but the first cycle is always skipped anyhow.
1908                      */
1909                     bPMETuneRunning =
1910                         pme_load_balance(pme_loadbal, cr,
1911                                          (bVerbose && MASTER(cr)) ? stderr : NULL,
1912                                          fplog,
1913                                          ir, state, cycles_pmes,
1914                                          fr->ic, fr->nbv, &fr->pmedata,
1915                                          step);
1916
1917                     /* Update constants in forcerec/inputrec to keep them in sync with fr->ic */
1918                     fr->ewaldcoeff_q  = fr->ic->ewaldcoeff_q;
1919                     fr->ewaldcoeff_lj = fr->ic->ewaldcoeff_lj;
1920                     fr->rlist         = fr->ic->rlist;
1921                     fr->rlistlong     = fr->ic->rlistlong;
1922                     fr->rcoulomb      = fr->ic->rcoulomb;
1923                     fr->rvdw          = fr->ic->rvdw;
1924
1925                     if (ir->eDispCorr != edispcNO)
1926                     {
1927                         calc_enervirdiff(NULL, ir->eDispCorr, fr);
1928                     }
1929
1930                     if (!bPMETuneRunning &&
1931                         DOMAINDECOMP(cr) &&
1932                         dd_dlb_is_locked(cr->dd))
1933                     {
1934                         /* Unlock the DLB=auto, DLB is allowed to activate
1935                          * (but we don't expect it to activate in most cases).
1936                          */
1937                         dd_dlb_set_lock(cr->dd, FALSE);
1938                     }
1939                 }
1940                 cycles_pmes = 0;
1941             }
1942         }
1943
1944         if (step_rel == wcycle_get_reset_counters(wcycle) ||
1945             gs.set[eglsRESETCOUNTERS] != 0)
1946         {
1947             /* Reset all the counters related to performance over the run */
1948             reset_all_counters(fplog, cr, step, &step_rel, ir, wcycle, nrnb, walltime_accounting,
1949                                use_GPU(fr->nbv) ? fr->nbv : NULL);
1950             wcycle_set_reset_counters(wcycle, -1);
1951             if (!(cr->duty & DUTY_PME))
1952             {
1953                 /* Tell our PME node to reset its counters */
1954                 gmx_pme_send_resetcounters(cr, step);
1955             }
1956             /* Correct max_hours for the elapsed time */
1957             max_hours                -= elapsed_time/(60.0*60.0);
1958             bResetCountersHalfMaxH    = FALSE;
1959             gs.set[eglsRESETCOUNTERS] = 0;
1960         }
1961
1962         /* If bIMD is TRUE, the master updates the IMD energy record and sends positions to VMD client */
1963         IMD_prep_energies_send_positions(ir->bIMD && MASTER(cr), bIMDstep, ir->imd, enerd, step, bCalcEner, wcycle);
1964
1965     }
1966     /* End of main MD loop */
1967     debug_gmx();
1968
1969     /* Closing TNG files can include compressing data. Therefore it is good to do that
1970      * before stopping the time measurements. */
1971     mdoutf_tng_close(outf);
1972
1973     /* Stop measuring walltime */
1974     walltime_accounting_end(walltime_accounting);
1975
1976     if (bRerunMD && MASTER(cr))
1977     {
1978         close_trj(status);
1979     }
1980
1981     if (!(cr->duty & DUTY_PME))
1982     {
1983         /* Tell the PME only node to finish */
1984         gmx_pme_send_finish(cr);
1985     }
1986
1987     if (MASTER(cr))
1988     {
1989         if (ir->nstcalcenergy > 0 && !bRerunMD)
1990         {
1991             print_ebin(mdoutf_get_fp_ene(outf), FALSE, FALSE, FALSE, fplog, step, t,
1992                        eprAVER, FALSE, mdebin, fcd, groups, &(ir->opts));
1993         }
1994     }
1995
1996     done_mdoutf(outf);
1997     debug_gmx();
1998
1999     if (ir->nstlist == -1 && nlh.nns > 0 && fplog)
2000     {
2001         fprintf(fplog, "Average neighborlist lifetime: %.1f steps, std.dev.: %.1f steps\n", nlh.s1/nlh.nns, sqrt(nlh.s2/nlh.nns - sqr(nlh.s1/nlh.nns)));
2002         fprintf(fplog, "Average number of atoms that crossed the half buffer length: %.1f\n\n", nlh.ab/nlh.nns);
2003     }
2004
2005     if (pme_loadbal != NULL)
2006     {
2007         pme_loadbal_done(pme_loadbal, cr, fplog,
2008                          use_GPU(fr->nbv));
2009     }
2010
2011     if (shellfc && fplog)
2012     {
2013         fprintf(fplog, "Fraction of iterations that converged:           %.2f %%\n",
2014                 (nconverged*100.0)/step_rel);
2015         fprintf(fplog, "Average number of force evaluations per MD step: %.2f\n\n",
2016                 tcount/step_rel);
2017     }
2018
2019     if (repl_ex_nst > 0 && MASTER(cr))
2020     {
2021         print_replica_exchange_statistics(fplog, repl_ex);
2022     }
2023
2024     /* IMD cleanup, if bIMD is TRUE. */
2025     IMD_finalize(ir->bIMD, ir->imd);
2026
2027     walltime_accounting_set_nsteps_done(walltime_accounting, step_rel);
2028
2029     return 0;
2030 }