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LAMMPS编译及使用 ​

LAMMPS （"Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator"，大尺度原子/分子并行模拟工具）是由桑迪亚国家实验室开发的一套分子动力学模拟的开源程序包。 LAMMPS使用MPI实现多机器并行计算，在新的版本中，支持基于CUDA和OpenCL的GPU计算。其以GNU通用公共许可证发布，因而开源自由。

本教程将介绍如何在SonmiHPC集群中使用Intel OneAPI编译器来编译LAMMPS CPU版本。

下载并解压源码 ​

目前主要有两种方式来获取LAMMPS程序：

  • 用户可以从LAMMPS官网下载预编译好的二进制文件；
  • 用户直接下载LAMMPS源码手动进行编译，当你需要自定义增加某些模块的时候可以采用该方法。

本教程主要主要介绍第二种方式。

首先从官网链接下载最新的源码压缩包：

shell
wget https://download.lammps.org/tars/lammps-stable.tar.gz
wget https://download.lammps.org/tars/lammps-stable.tar.gz

由于LAMMPS官网服务器在国内访问速度过慢，因此如果直接使用wget太慢的话，可以用自己笔记本电脑使用代理下载到本地后再上传到集群上。

下载完成后解压压缩包：

shell
tar xzvf lammps-stable.tar.gz
tar xzvf lammps-stable.tar.gz

解压后可以看到在当前目录下有个lammps开头的目录，切换到该目录再进行后续操作：

shell
cd lammps-2Aug2023 
# 该解压目录根据不同时间下载的最新版的源码包可能不一样
cd lammps-2Aug2023 
# 该解压目录根据不同时间下载的最新版的源码包可能不一样

编译二进制文件 ​

本教程中使用cmake的方式来编译，因此集群上需要安装有cmake工具，如果没找到可以通过如下的命令进行安装需要的工具：

shell
dnf install -y cmake patch
dnf install -y cmake patch

使用下面的命令激活oneAPI套件编译环境：

shell
source /opt/intel/oneapi/setvars.sh
source /opt/intel/oneapi/setvars.sh

创建build文件夹：

mkdir build && cd build
mkdir build && cd build

官方提供的oneapi.cmake文件需要修改以下3个地方才能顺利进行编译：

使用vim进行编辑vim ../cmake/presets/oneapi.cmake，并修改以下的三个位置，内容如下所示：

cmake
... ...
set(OpenMP_C_FLAGS "-qopenmp -qopenmp-simd" CACHE STRING "" FORCE)
... ...
set(OpenMP_CXX_FLAGS "-qopenmp -qopenmp-simd" CACHE STRING "" FORCE)
... ...
set(OpenMP_Fortran_FLAGS "-qopenmp -qopenmp-simd" CACHE STRING "" FORCE)
... ...
set(OpenMP_C_FLAGS "-qopenmp -qopenmp-simd" CACHE STRING "" FORCE)
... ...
set(OpenMP_CXX_FLAGS "-qopenmp -qopenmp-simd" CACHE STRING "" FORCE)
... ...
set(OpenMP_Fortran_FLAGS "-qopenmp -qopenmp-simd" CACHE STRING "" FORCE)

进行编译：

shell
# CMAKE_INSTALL_PREFIX： 设置安装路径
# Preset文件建议使用后面oneapi.cmake与most.cmake拼接的userdefined，包含大部分模块
cmake -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=/share/apps/lammps -C ../cmake/presets/oneapi.cmake ../cmake/
make -j
make install
# CMAKE_INSTALL_PREFIX： 设置安装路径
# Preset文件建议使用后面oneapi.cmake与most.cmake拼接的userdefined，包含大部分模块
cmake -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=/share/apps/lammps -C ../cmake/presets/oneapi.cmake ../cmake/
make -j
make install

如果要使用oneapi.preset和其他模块的preset比如most.preset等可以用如下的命令：

cat ../cmake/presets/oneapi.cmake > ../cmake/presets/userdefined.cmake
cat ../cmake/presets/most.cmake >> ../cmake/presets/userdefined.cmake
# 并在上面的编译步骤中将-C指向的配置文件改为userdefined.cmake
# 需要添加其他额外的LAMMPS模块的话可以自行修改上面生成的userdefined.cmake文件
# 生成后在编译过程中，需要将 -C 参数修改为../cmake/presets/userdefined.cmake
cat ../cmake/presets/oneapi.cmake > ../cmake/presets/userdefined.cmake
cat ../cmake/presets/most.cmake >> ../cmake/presets/userdefined.cmake
# 并在上面的编译步骤中将-C指向的配置文件改为userdefined.cmake
# 需要添加其他额外的LAMMPS模块的话可以自行修改上面生成的userdefined.cmake文件
# 生成后在编译过程中，需要将 -C 参数修改为../cmake/presets/userdefined.cmake

安装完成后进/share/apps/lammps可以看到以下的目录结构：

.
├── bin
│   └── lmp
├── etc
│   └── profile.d
└── share
    ├── lammps
    └── man
.
├── bin
│   └── lmp
├── etc
│   └── profile.d
└── share
    ├── lammps
    └── man

由于上面均为使用管理用户进行操作的，因此集群上其他用户需要使用的话需要修改以下文件夹权限：

shell
chmod -R 755 /share/apps/lammps
chmod -R 755 /share/apps/lammps

Modulefile编写 ​

管理员如果在编译好程序后要通过Module模块加载的方式提供给集群上面的其他用户使用，可以编写如下的Modulefile文件：

shell
mkdir -p /share/apps/modulefiles/lammps
mkdir -p /share/apps/modulefiles/lammps

使用vim用cd /share/apps/moduefiles/lammps/ && vim latest 新增Modulefile文件，文件内容如下：

#%Module###########################################
set modulefilename "LAMMPS Stable Latest"
set modulefilever  "2Aug2023"

set min_tcl_ver 8.4
if { $tcl_version < $min_tcl_ver } {
    puts stderr " "
    puts stderr "ERROR: This modulefile requires tcl $min_tcl_ver or greater."
    puts stderr "Your system reports that tclsh version $tcl_version is installed."
    exit 1
}

if { [ module-info mode load ] } {
    puts stderr "Loading $modulefilename version $modulefilever"
}

if { [ module-info mode ] == "unload" || [ module-info mode ] == "remove" } {
    puts stderr "Removing $modulefilename version $modulefilever"
    puts stderr "Use  to view any remaining dependent modules."
}

prepend-path PATH /share/apps/lammps/bin
setenv LAMMPS_POTENTIALS /share/apps/lammps/share/lammps/potentials
setenv MSI2LMP_LIBRARY /share/apps/lammps/share/lammps/frc_files
#%Module###########################################
set modulefilename "LAMMPS Stable Latest"
set modulefilever  "2Aug2023"

set min_tcl_ver 8.4
if { $tcl_version < $min_tcl_ver } {
    puts stderr " "
    puts stderr "ERROR: This modulefile requires tcl $min_tcl_ver or greater."
    puts stderr "Your system reports that tclsh version $tcl_version is installed."
    exit 1
}

if { [ module-info mode load ] } {
    puts stderr "Loading $modulefilename version $modulefilever"
}

if { [ module-info mode ] == "unload" || [ module-info mode ] == "remove" } {
    puts stderr "Removing $modulefilename version $modulefilever"
    puts stderr "Use  to view any remaining dependent modules."
}

prepend-path PATH /share/apps/lammps/bin
setenv LAMMPS_POTENTIALS /share/apps/lammps/share/lammps/potentials
setenv MSI2LMP_LIBRARY /share/apps/lammps/share/lammps/frc_files

保存后，修改权限：

shell
chmod -R 755 /share/apps/modulefiles
chmod -R 755 /share/apps/modulefiles

用户使用如下的命令就可以看到该模块：

[root@sonmi lammps]# module avail 

--------------------------- /share/apps/modulefiles ---------------------------
lammps/latest
[root@sonmi lammps]# module avail 

--------------------------- /share/apps/modulefiles ---------------------------
lammps/latest

需要加载的时候使用下面的命令即可：

shell
module load lammps/latest
module load lammps/latest

提交脚本示例 ​

集群上用户可以通过编辑如下的脚本进行任务调度，vim lammps.sub：

shell
#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=lammps
#SBATCH --partition=sonmi
#SBATCH --output=%j.out
#SBATCH --error=%j.err
#SBATCH --nodelist=compute-0-[0-1]
#SBATCH --exclusive
#SBATCH --time=02:00:00

ulimit -s unlimited
ulimit -l unlimited

module load lammps/latest
source /opt/intel/oneapi/setvars.sh
cd $SLURM_SUBMIT_DIR

mpirun -np 16 lmp -in in.protein
#!/bin/bash
#SBATCH --job-name=lammps
#SBATCH --partition=sonmi
#SBATCH --output=%j.out
#SBATCH --error=%j.err
#SBATCH --nodelist=compute-0-[0-1]
#SBATCH --exclusive
#SBATCH --time=02:00:00

ulimit -s unlimited
ulimit -l unlimited

module load lammps/latest
source /opt/intel/oneapi/setvars.sh
cd $SLURM_SUBMIT_DIR

mpirun -np 16 lmp -in in.protein

并使用sbatch命令进行提交：

sbatch lammps.sub
sbatch lammps.sub

参考链接 ​

  1. LAMMPS官网下载

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