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本文以GROMACS軟件為例介紹如何在E-HPC上進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬。

背景信息

GROMACS（GROningen MAchine for Chemical Simulations）是一款通用軟件，用于對(duì)具有數(shù)百萬(wàn)顆粒子的系統(tǒng)進(jìn)行基于牛頓運(yùn)動(dòng)方程的分子動(dòng)力學(xué)模擬。

GROMACS主要用于生物化學(xué)分子，如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等具有多種復(fù)雜鍵合相互作用的核酸分析。GROMACS計(jì)算典型的模擬應(yīng)用，如高效地計(jì)算非鍵合相互作用，許多研究人員用其研究非生物系統(tǒng)的聚合物。

GROMACS支持分子動(dòng)力學(xué)的常見(jiàn)算法，可以采用GPU來(lái)加速核心計(jì)算過(guò)程。更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)GROMACS官網(wǎng)。

準(zhǔn)備工作

創(chuàng)建E-HPC集群。具體操作，請(qǐng)參見(jiàn)使用向?qū)?chuàng)建集群。

配置集群時(shí)，本文使用的軟硬件參數(shù)配置示例如下：

參數(shù)	說(shuō)明
硬件參數(shù)	部署方式為標(biāo)準(zhǔn)，包含2個(gè)管控節(jié)點(diǎn)，1個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)和1個(gè)登錄節(jié)點(diǎn)，其中計(jì)算節(jié)點(diǎn)使用GPU實(shí)例規(guī)格（例如ecs.gn5-c8g1.2xlarge）。
軟件參數(shù)	鏡像選擇CentOS 7.2公共鏡像，調(diào)度器選擇pbs，并打開(kāi)VNC開(kāi)關(guān)。

創(chuàng)建集群用戶(hù)。具體操作，請(qǐng)參見(jiàn)創(chuàng)建用戶(hù)。
集群用戶(hù)用于登錄集群，進(jìn)行編譯軟件、提交作業(yè)等操作，本文創(chuàng)建的用戶(hù)示例如下：
- 用戶(hù)名：gmx.test
- 用戶(hù)組：sudo權(quán)限組
安裝軟件。具體操作，請(qǐng)參見(jiàn)安裝軟件。
需安裝的軟件如下：
- gromacs-gpu，版本為2018.1。
- openmpi，版本為3.0.0。
- cuda-toolkit，版本為9.0。
- vmd，版本為1.9.3。

步驟一：連接集群

選擇以下一種方式連接集群。本文使用的用戶(hù)名為gmx.test，連接集群后會(huì)默認(rèn)登錄到/home/gmx.test。

通過(guò)客戶(hù)端
該方式僅支持使用PBS調(diào)度器的集群。操作前，請(qǐng)確保您已下載安裝E-HPC客戶(hù)端，且已配置客戶(hù)端所需環(huán)境。具體操作，請(qǐng)參見(jiàn)配置客戶(hù)端所需環(huán)境。
1. 打開(kāi)并登錄E-HPC客戶(hù)端。
2. 在客戶(hù)端左側(cè)導(dǎo)航欄，單擊會(huì)話(huà)管理。
3. 在會(huì)話(huà)管理頁(yè)面的右上角，單擊terminal，打開(kāi)Terminal窗口。
通過(guò)控制臺(tái)
1. 登錄彈性高性能計(jì)算控制臺(tái)。
2. 在頂部菜單欄左上角處，選擇地域。
3. 在左側(cè)導(dǎo)航欄，單擊集群。
4. 在集群頁(yè)面，找到目標(biāo)集群，單擊遠(yuǎn)程連接。
5. 在遠(yuǎn)程連接頁(yè)面，輸入集群用戶(hù)名、登錄密碼和端口，單擊ssh連接。

步驟二：提交作業(yè)

執(zhí)行以下命令下載并解壓算例。

本文使用水分子運(yùn)動(dòng)算例作為示例。

wget https://public-ehpc-package.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/water_GMX50_bare.tar.gz
tar xzvf water_GMX50_bare.tar.gz
chown -R gmx.test water-cut1.0_GMX50_bare
chgrp -R users water-cut1.0_GMX50_bare

執(zhí)行以下命令創(chuàng)建作業(yè)腳本文件，腳本文件命名為gmx.pbs。

vim gmx.pbs

作業(yè)腳本內(nèi)容示例如下：

說(shuō)明

本示例使用名為gmx.test的用戶(hù)提交作業(yè)，在一個(gè)包含8個(gè)vCPU和1塊P100 GPU卡的計(jì)算節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行。實(shí)際使用場(chǎng)景中，您可根據(jù)集群配置情況做出適當(dāng)修改。

#!/bin/sh
#PBS -j oe
#PBS -l select=1:ncpus=8:mpiprocs=4
#PBS -q workq

#module命令依賴(lài)的環(huán)境變量
export MODULEPATH=/opt/ehpcmodulefiles/
module load gromacs-gpu/2018.1
module load openmpi/3.0.0
module load cuda-toolkit/9.0
export OMP_NUM_THREADS=1

cd /home/gmx.test/water-cut1.0_GMX50_bare/0096

#前處理過(guò)程，生成tpr格式輸入文件
/opt/gromacs-gpu/2018.1/bin/gmx_mpi grompp -f pme.mdp -c conf.gro -p topol.top -o topol_pme.tpr

#-ntomp指定每個(gè)進(jìn)程開(kāi)啟的OpenMP線(xiàn)程數(shù)，-nsteps指定模擬迭代步數(shù)
mpirun -np 4 /opt/gromacs-gpu/2018.1/bin/gmx_mpi mdrun -ntomp 1 -nsteps 100000 -pin on -s topol_pme.tpr

執(zhí)行以下命令提交作業(yè)。
```
qsub gmx.pbs
```
預(yù)期返回如下，表示生成的作業(yè)ID為0.scheduler。
```
0.scheduler
```

步驟三：查看作業(yè)結(jié)果

查看作業(yè)運(yùn)行情況。
```
qstat -x 0.scheduler
```
預(yù)期返回如下，當(dāng)返回信息中S為R時(shí)，表示作業(yè)正在運(yùn)行中；當(dāng)返回信息中S為F時(shí)，表示作業(yè)已經(jīng)運(yùn)行結(jié)束。
```
Job id            Name             User              Time Use S Queue
----------------  ---------------- ----------------  -------- - -----
0.scheduler       gmx.pbs          gmx.test          00:34:42 F workq   
```
說(shuō)明
作業(yè)運(yùn)行需要一定的時(shí)間，請(qǐng)您耐心等待。作業(yè)運(yùn)行結(jié)束后，您可以執(zhí)行cat gmx.pbs.o0查看作業(yè)輸出。
使用VNC可視化查看作業(yè)結(jié)果。
1. 打開(kāi)VNC。
  說(shuō)明
  請(qǐng)確保集群所屬安全組已打開(kāi)VNC所需端口。控制臺(tái)操作時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)12016端口，客戶(hù)端操作時(shí)，請(qǐng)您自行打開(kāi)端口，首個(gè)VNC窗口使用12017端口，如果有多個(gè)用戶(hù)使用VNC，則端口號(hào)按順序遞增。
  - 通過(guò)客戶(hù)端
    1. 在客戶(hù)端的左側(cè)導(dǎo)航欄，單擊會(huì)話(huà)管理。
    2. 在會(huì)話(huà)管理頁(yè)面的右上角，單擊VNC，打開(kāi)VNC窗口。
  - 通過(guò)控制臺(tái)
    1. 在彈性高性能計(jì)算控制臺(tái)的左側(cè)導(dǎo)航欄，單擊集群。
    2. 在集群頁(yè)面，找到目標(biāo)集群，單擊更多 > VNC。
    3. 使用VNC遠(yuǎn)程連接可視化服務(wù)。具體操作，請(qǐng)參見(jiàn)連接可視化服務(wù)。
2. 在VNC窗口中，選擇Application>System Tools>Terminal。
3. 運(yùn)行/opt/vmd/1.9.3/vmd打開(kāi)VMD軟件。
4. 在VMD Main對(duì)話(huà)框中，選擇File > New Molecule...。
5. 單擊Filename處對(duì)應(yīng)的Browse...，選擇結(jié)果文件conf.gro。
  說(shuō)明
  conf.gro文件所在路徑為/home/gmx.test/water-cut1.0_GMX50_bare/0096/conf.gro。
6. 單擊Load，可在VMD 1.9.3 OpenGL Display窗口查看可視化結(jié)果。

步驟四：查看作業(yè)計(jì)算性能

說(shuō)明

僅控制臺(tái)支持查看作業(yè)計(jì)算性能，客戶(hù)端暫不支持該功能。

登錄彈性高性能計(jì)算控制臺(tái)。
在左側(cè)導(dǎo)航欄，選擇作業(yè)與性能管理 > E-HPC優(yōu)化器。
找到目標(biāo)集群，單擊節(jié)點(diǎn)。
在節(jié)點(diǎn)性能頁(yè)簽下，查看節(jié)點(diǎn)性能。
1. 選擇作業(yè)和計(jì)算節(jié)點(diǎn)。
2. （可選）設(shè)置時(shí)間段。
  選擇作業(yè)后，時(shí)間段會(huì)自動(dòng)調(diào)整為作業(yè)運(yùn)行的時(shí)間段，您也可以自行調(diào)整時(shí)間段。
3. 單擊指標(biāo)選擇，選擇要查看的指標(biāo)。
4. 查看節(jié)點(diǎn)性能圖。
  結(jié)果示例如下，鼠標(biāo)上移到圖形上方可以查看詳細(xì)數(shù)據(jù)。
單擊進(jìn)程性能頁(yè)簽，查看進(jìn)程性能。
1. 選擇作業(yè)和計(jì)算節(jié)點(diǎn)。
2. （可選）設(shè)置時(shí)間段。
  選擇作業(yè)后，時(shí)間段會(huì)自動(dòng)調(diào)整為作業(yè)運(yùn)行的時(shí)間段，您也可以自行調(diào)整時(shí)間段。
3. 查看進(jìn)程性能圖。
  結(jié)果示例如下，鼠標(biāo)上移到圖形上方可以查看詳細(xì)數(shù)據(jù)。
啟動(dòng)性能剖析任務(wù)。
1. 在進(jìn)程性能圖上單擊您想要的時(shí)間點(diǎn)，然后在圖示上方單擊您想要剖析的進(jìn)程。
2. 在彈出的對(duì)話(huà)框中設(shè)置性能剖析參數(shù)，然后單擊確定。
  參數(shù)包括時(shí)長(zhǎng)和采樣頻率，單擊確定后即可啟動(dòng)對(duì)作業(yè)的實(shí)時(shí)性能剖析。
單擊性能剖析頁(yè)簽，查看剖析結(jié)果。
1. 選擇剖析任務(wù)，單擊查看。
2. 查看剖析結(jié)果。
  結(jié)果示例如下，鼠標(biāo)上移到圖形上方可以查看詳細(xì)數(shù)據(jù)。