弹性高性能计算E-HPC：运行GROMACS进行分子动力学模拟

背景信息

GROMACS（GROningen MAchine for Chemical Simulations）是一款通用软件，可以对具有数百万颗粒子的系统进行基于牛顿运动方程的分子动力学模，主要用于生物化学分子，如蛋白质、脂质等具有多种复杂键合相互作用的核酸分析。

本文以GROMACS为例，介绍如何使用E-HPC客户端来运行应用，包括：

1. 通过Terminal连接集群，在集群中下载并解压算例。

2. 配置GROMACS应用，提交作业。

3. 查询作业执行情况。

4. 通过VNC远程登录桌面，使用VMD查看作业结果。

准备工作

使用E-HPC客户端提交作业前，请确保集群已完成以下准备工作：

• 已在集群中安装以下软件。具体操作，请参见安装软件。

  • vmd，版本为1.9.3。

  • openmpi，版本为3.0.0。

• 已在集群各计算节点安装GROMACS。

  命令参考如下：

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

• 已在集群的管控节点（精简部署集群）或登录节点（标准部署集群）安装tmux。

  命令参考如下：

  sudo yum install -y tmux

• 集群已打开VNC。具体操作，请参见使用VNC远程可视化。

• 确认集群所属安全组已开放相关端口。

  • 客户端登录端口：12011。

  • VNC所需端口：首个VNC窗口使用12017端口，如果有多个用户使用VNC，则端口号按顺序递增。例如：有3个用户需使用VNC，则需开放12017、12018和12019端口。

  具体操作，请参见添加安全组规则。

操作步骤

1. 登录E-HPC客户端。

   具体操作，请参见登录客户端。

2. 通过Terminal连接集群，在集群中下载并解压算例。

   1. 在左侧导航栏，选择会话管理，然后单击terminal，打开Terminal窗口。

   2. 执行以下命令下载并解压算例。

      本文采用水分子运动算例作为示例，该算例模拟大量水分子在给定空间、温度内的运动过程。

      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命令切换到计算节点，执行以下命令对算例文件进行预处理。

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

3. 确认VNC功能可用。

   在会话管理页面的右上角单击VNC，测试VNC功能是否可用。

   • 如果可以连接，则表示VNC功能可用；

   • 如果无法连接，请检查是否已安装VNC服务，以及是否已开放VNC所需端口。

4. 配置GROMACS应用，提交作业。

   1. 在左侧导航栏，选择应用中心。

   2. 单击gromacs。

   3. 在弹出面板，配置作业相关参数，然后单击提交。

      参数类型	参数	示例值	描述
      基础参数	作业名称	gromacstest	自定义设置。
      	作业队列	workq	运行该作业的队列。
      	CPU核数	16	单个节点的CPU核数。
      	节点数	3	运行该作业所需的计算节点数。
      	输出日志	gromacs.log	作业运行日志的输出路径。
      应用参数	预处理文件（.tpr）	/home/user***/water-cut1.0_GMX50_bare/0012/topol_pme.tpr	选择已经预处理的算例文件。
      	模拟迭代步数	1000	设置最大运行步数（nsteps）。

5. 查询作业执行情况。

   1. 在左侧导航栏，选择作业查询。

   2. 设置查询条件，查询作业执行情况。

      在当前调度器队列下拉框中选择目标队列（例如 workq），页面上方以环形仪表图展示节点使用率、核数使用率、内存使用率和GPU使用率，下方作业列表展示作业ID、作业名称、作业状态、提交时间、开始时间、结束时间及优先级等字段。

      当作业状态为FINISHED时，表示作业执行完成，单击详情可以查看作业详细信息。

      作业详情弹窗以键值对形式展示作业信息，包括作业ID、作业名称、作业优先级、用户、作业队列、作业状态、提交时间、开始时间、结束时间、执行命令（含PBS提交参数及脚本路径）、执行目录、输出文件和异常文件（均可单击查看链接查看内容）、执行主机、CPU核数、节点数、使用内存、使用虚拟内存及运行时间等。

6. 在作业执行完成后，配置VNC，查看作业结果。

   1. 在左侧导航栏，选择应用中心。

   2. 单击gromacs-vnc。

   3. 在弹出面板，选择要查看结果的算例文件，单击提交。

      弹窗中需选择的字段为 预处理文件（.tpr），通过 选择文件 按钮上传目标文件。

7. 在会话管理页面的右上角单击VNC，打开VNC窗口，在弹出的VMD窗口中查看作业结果。

   VMD Main 窗口的分子列表中显示已加载的 confout.gro 文件（96000 个原子，1 帧），VMD OpenGL Display 窗口中渲染了该分子体系的三维结构。