Elastic High Performance Computing：運行GROMACS進行分子動力學類比

背景資訊

GROMACS（GROningen MAchine for Chemical Simulations）是一款通用軟體，可以對具有數百萬顆粒子的系統進行基於牛頓運動方程的分子動力學模，主要用於生物化學分子，如蛋白質、脂質等具有多種複雜鍵合相互作用的核酸分析。

本文以GROMACS為例，介紹如何使用E-HPC用戶端來運行應用，包括：

1. 通過Terminal串連叢集，在叢集中下載並解壓算例。

2. 配置GROMACS應用，提交作業。

3. 查詢作業執行情況。

4. 通過VNC遠程登入案頭，使用VMD查看作業結果。

準備工作

使用E-HPC用戶端提交作業前，請確保叢集已完成以下準備工作：

• 已在叢集中安裝以下軟體。具體操作，請參見安裝軟體。

  • vmd，版本為1.9.3。

  • openmpi，版本為3.0.0。

• 已在叢集各計算節點安裝GROMACS。

  命令參考如下：

  sudo yum install -y gromacs
  sudo cp /usr/bin/gmx /usr/bin/gmx_mpi

• 已在叢集的管控節點（精簡部署叢集）或登入節點（標準部署叢集）安裝tmux。

  命令參考如下：

  sudo yum install -y tmux

• 叢集已開啟VNC。具體操作，請參見使用VNC遠程可視化。

• 確認叢集所屬安全性群組已開放相關連接埠。

  • 用戶端登入連接埠：12011。

  • VNC所需連接埠：首個VNC視窗使用12017連接埠，如果有多個使用者使用VNC，則連接埠號碼按順序遞增。例如：有3個使用者需使用VNC，則需開放12017、12018和12019連接埠。

  具體操作，請參見添加安全性群組規則。

操作步驟

1. 登入E-HPC用戶端。

   具體操作，請參見登入用戶端。

2. 通過Terminal串連叢集，在叢集中下載並解壓算例。

   1. 在左側導覽列，選擇會話管理，然後單擊terminal，開啟Terminal視窗。

   2. 執行以下命令下載並解壓算例。

      本文採用水分子運動算例作為樣本，該算例類比大量水分子在給定空間、溫度內的運動過程。

      wget https://public-ehpc-package.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/water_GMX50_bare.tar.gz
      tar xzvf water_GMX50_bare.tar.gz

   3. 使用SSH命令切換到計算節點，執行以下命令對算例檔案進行預先處理。

      cd water-cut1.0_GMX50_bare/0012/
      gmx_mpi grompp -f pme.mdp -c conf.gro -p topol.top -o topol_pme.tpr

3. 確認VNC功能可用。

   在會話管理頁面的右上方單擊VNC，測試VNC功能是否可用。

   • 如果可以串連，則表示VNC功能可用；

   • 如果無法串連，請檢查是否已安裝VNC服務，以及是否已開放VNC所需連接埠。

4. 配置GROMACS應用，提交作業。

   1. 在左側導覽列，選擇應用中心。

   2. 單擊gromacs。

   3. 在彈出面板，配置作業相關參數，然後單擊提交。

      參數類型	參數	樣本值	描述
      基礎參數	作業名稱	gromacstest	自訂設定。
      	作業隊列	workq	運行該作業的隊列。
      	CPU核心數	16	單個節點的CPU核心數。
      	節點數	3	運行該作業所需的計算節點數。
      	輸出日誌	gromacs.log	作業作業記錄的輸出路徑。
      應用參數	預先處理檔案（.tpr）	/home/user***/water-cut1.0_GMX50_bare/0012/topol_pme.tpr	選擇已經預先處理的算例檔案。
      	類比迭代步數	1000	設定最大運行步數（nsteps）。

5. 查詢作業執行情況。

   1. 在左側導覽列，選擇作業查詢。

   2. 設定查詢條件，查詢作業執行情況。

      在當前調度器隊列下拉框中選擇目標隊列（例如 workq），頁面上方以環形儀錶圖展示節點使用率、核心數使用率、記憶體使用量率和GPU使用率，下方作業列表展示作業ID、作業名稱、作業狀態、提交時間、開始時間、結束時間及優先順序等欄位。

      當作業狀態為FINISHED時，表示作業執行完成，單擊詳情可以查看作業詳細資料。

      作業詳情彈窗以索引值對形式展示作業資訊，包括作業ID、作業名稱、作業優先順序、使用者、作業隊列、作業狀態、提交時間、開始時間、結束時間、執行命令（含PBS提交參數及指令碼路徑）、執行目錄、輸出檔案和異常檔案（均可單擊查看連結查看內容）、執行主機、CPU核心數、節點數、使用記憶體、使用虛擬記憶體及已耗用時間等。

6. 在作業執行完成後，配置VNC，查看作業結果。

   1. 在左側導覽列，選擇應用中心。

   2. 單擊gromacs-vnc。

   3. 在彈出面板，選擇要查看結果的算例檔案，單擊提交。

      彈窗中需選擇的欄位為 預先處理檔案（.tpr），通過 選擇檔案 按鈕上傳目標檔案。

7. 在會話管理頁面的右上方單擊VNC，開啟VNC視窗，在彈出的VMD視窗中查看作業結果。

   VMD Main 視窗的分子列表中顯示已載入的 confout.gro 檔案（96000 個原子，1 幀），VMD OpenGL Display 視窗中渲染了該分子體系的三維結構。