计算化学及其应用计算化学的软硬件

Hardware and Software for Computation

计算化学的工具• 计算化学的基本工具是计算机• 计算机包括两方面 : 硬件和软件

计算机硬件的特点CPU 个数 : 快 , 多 ,

内存 : 大 , 快

主板 : 稳定 ,

显示器 , 显卡 : 通用 , 常见其它 : 一般

主频高 (2.0-3.0GHz),

双 CPU, 多核 CPU( 双核 , 四核 )

1G, 2G, 4G, 8G

网络 : 千兆网局域网

华硕等大品牌

常见网卡

Nvidia 显卡 , InsightII

计算软件的特点• 稳定• 支持并行• 支持大内存

首选 Unix/Linux 系统

Windows: 个人使用 Linux: 计算使用

Linux 简介• 常用系列 : Redhat

• 7.2→8.0→9.0

• 企业版系列 2.1→3.8→4.4→5.0

• 支持的硬件越来越多 , 但跟不上硬件的发展

• 其它系列 : SuSE 系列 , Fedora Core 系列 , Debian 系列 , Ubuntu 系列 , BSD 系列

• 版权 : GNU( 通用公共授权 )

Linux 的架构• 多用户系统 : root 为管理员 , 最高权限 , 管

理系统和用户• 文件系统以” /” 为最高的根目录 , 所有文

件 , 目录 , 硬件设备 ( 硬盘 , 光驱 ) 都是一个文件或目录

• 其文件格式是 ext3, 不是 FAT32 或 NTFS, 但是它可以读写 FAT32 文件 , 无法读写 NTFS 文件

Linux 的启动选项• Linux 可启动为字符界面和视窗界面• 文件 /etc/inittab

– id:3:initdefault: 字符界面– id:5:initdefault: 视窗界面

• 字符转视窗界面 : startx• 字符界面可以少使用内存 100-400MB• Gaussian 计算采用字符界面• InsightII 计算使用视窗界面搭建模型 , 字符界

面计算

Linux 文件系统• /bin : 可执行的命令• /dev : 设备目录• /etc : 大多数设置文件 , Linux 启动 , 网络等• /home : 所有用户都在此• /lib : 库文件• /usr : 更多的命令 , 库文件 , 图形界面• /root : 管理员的主目录• /sbin : 系统命令 , 一般设置和查看系统信

息

Linux 文件的属性• Linux 用户分为不同的组• 对于每个文件有三类用户 :

– 文件所有者– 与文件所有者同组的– 其它组的用户

• 文件的属性 : 可读 (r), 可写 (w), 可执行性 (x)• 文件的目录属性 (d)• 文件属性表示 – rwxrwxrwx drwxr-xr-x

drwx------

Linux 基本命令 : Shell

• Linux 下人与机器的交流是通过 shell 进行的

• Shell 是一系列 Linux 命令以及类似 c 语言的控制结构组成

• 可以用一个命令完成一件事情• 也可以把命令用控制结构组合起来完成复

杂的重复劳动的事情 , shell 编程

用户登录• login: 用户名• password: 密码• 登录进去• exit ( 退出 )

Linux 下的输入与输出• 输入 : 命令 < 文件• 输出 : 命令 > 文件• 附加 : 命令 >> 文件• 管道 : 命令 | 命令

Linux 文件名的通配符• *: 任意个字符 , *.log 所有的 log 文件• ?: 单个字符 , CH?.log: CH1.log CH2.log,

…, Cha.log, …

Linux 的简单命令• cat: 在屏幕上显示文件的内容

– cat 文件 1 文件 2 …– cat 文件 1 文件 2 … > 文件 a – 把文件串起来放在另一个文件中

• head –n 显示文件的前 n 行• tail –n 显示文件的最后 n 行

– tail –f 文件名 : 监测文件的输出情况

Linux 的简单命令• grep

– grep 字符串 文件名– grep “SCF Done” CH3COOH.log– grep –i “SCF Done” CH3COOH.log

• cp – cp filea fileb 文件拷贝– cp –r dirA dirB 目录拷贝

Linux 的简单命令• ls

– ls 显示当前目录下文件和目录– ls –l 显示详细信息– ls –a 把隐藏目录和文件 ( 以 . 开头的文件 ) 也显

示• .bashrc 和 .cshrc

– 登录时自动执行的命令文件 , 设置环境变量等• mkdir 目录名 : 创建目录• rm 文件名 : 删除文件 ;

– rm –r 目录名 : 删除目录

Linux 的简单命令• ps 进程

– ps –e 查看所有进程• top 动态查看系统运行情况

– q 退出 top 状态• kill -9 进程号 : 结束此进程

Linux 的简单命令• dos2unix 文件名 :

– 把 DOS/windows 格式的文件转换为 Unix/Linux 文件格式

• df : 查看磁盘剩余空间• cd: 改变目录

– ~: 用户主目录– ..: 上一级目录

• chmod: 改变文件属性– chmod 755 文件名 :–rwxr-xr-x– chmod +x 文件名 : 此文件变得可以直接执行

Linux 的简单命令• /sbin/ifconfig : 查看本机的 IP 地址

– 多机并行计算必须使用静态 IP 地址• env : 查看现在的环境变量• gzip, gunzip: 压缩的解压缩后缀为 .gz 的文

件• tar: 打包文件

– tar cvf aa.tar 目录 A : 把目录 A打包成文件– tar rvf aa.tar 目录 B : 把目录 B添加到文件中– tar xvf aa.tar : 把文件报解开在本目录下

Gaussian 在 Linux 下的安装1. 安装系统2. 建立用户 gau3. 以 gau 登录4. 下载软件包5. 在 /home/gau 目录下解压缩包 :

gunzip g03.tar.gztar xvf g03.tar

6. cd g03 下 , 执行 bsd/install7. 在 /home/gau/.bashrc 文件中加入两行 :

g03root=/home/gau. /home/gau/g03/bsd/g03.profile

8. 现在可以运行 g03了– 用法 : g03 文件 .gjf &

Gaussian 在 Linux 下的使用• 首先在 Windows 下的 GaussView 上建立

模型 , 保存 g03 的输入文件 : CH4.gjf

• 用 ftp 软件把输入文件都传到 gau 的某个目录下面 : work

• 用 SecureCRT 软件登录 Linux 系统 ,

• cd work

• dos2unix CH4.gjf

• g03 CH4.gjf &

Gaussian 在 Linux 下的使用• 计算完毕或需要检查结构时 , 下传输出文

件 : CH4.log, 绘图则下传 check 文件或 fromcheck 文件

• 内存设置 : 系统内存 200MB

• 处理器个数 : – nproc=2( 双核 )– nproc=4( 四核或双核双 CPU)

shell 编程 ( 一 )

• Head.txt: 包含欲计算的性质 , 甚至电荷和多重度• Tail.txt: 包含分子说明部分后的内容• CH4.xyz: 分子几何结构• cat Head.txt CH4.xyz Tail.txt >tmp.gjf• g03 tmp.gjf• mv tmp.log CH4.log• mv ???.chk CH4.chk• 优点 : 可以保证使用同样的条件进行计算• 执行方法 : chmod +x run.sh• ./run.sh

shell 编程实例#!/bin/shfor i in `ls *.gjf`for i in C1.gjf C2.gjf C3.gjf ….docat Head.txt $i Tail.txt >tmp.gjfg03 tmp.gjfmv tmp.log $i.logmv ??.chk $i.chkdone

网络知识• 硬件 : 网卡 , 网线 , 交换机• 软件 : 操作系统 (Windows, Linux)

• 协议 : TCP/IP,

• 服务 : telnet, ssh, ftp, http

TCP/IP协议• 四段地址 : xxx.xxx.xxx.xxx

• 掩码 : 255.255.255.0

• 自己的地址 : 127.0.0.1

• 局域网地址 : 192.168.xxx.xxx

• 分子所地址 : 192.168.127.xxx

• 分子所网关地址 : 192.168.127.1–负责自动指定 IP 地址

计算机集群技术• 多处理器并行• 多节点并行

– Gaussian03—Linda– InsightII—MPI

• 并行准备– Linux 系统–固定 IP 地址 , 在同一网段– 可执行软件– 可信任的用户 , 最好用户相同

Gaussian03 网络并行实现 ( 一 )

• 安装 Linux操作系统 , • 设置防火墙 : ssh, ftp, telnet 等允许使用• 设置固定 IP 地址 ( 自动指定的 IP 无法并行 )• 设置欲使用的节点名称 :

/etc/hostsNode1 192.168.1.1Node2 192.168.1.2……..

• 安装 Gaussian03 软件• 设置各个用户的环境 , 使每个用户都可执行 g03

Gaussian03 网络并行实现 (二 )

• 设置各个用户在不同节点之间的互信• rsh (MPI协议使用 , 保密性不好 )

• /etc/hosts.equivNode1

Node2

……

• 设置各个用户下的 .rhosts 文件– 与 /etc/hosts.equiv相同

Gaussian03 网络并行实现 ( 三 )

• ssh

• ssh-keygen –t rsa

• 生成公钥 id_rsa.pub 和私钥 id_rsa把本节点的公钥放在对方节点的 .ssh/authorized

_keys 文件中 , 并chmod 600 .ssh/authorized_keys

• 即可无密码直接 ssh到此节点上

Gaussian03 网络并行实现 ( 四 )

• 用户的环境设置echo “Tsnet.Node.lindarsharg: ssh” >~/.tsnet.config

export GAUSS_LFLAGS=' -nodelist “Node1 Node2"'

export GAUSS_EXEDIR=/home/gau/g03/linda-exe:$GAUSS_EXEDIR

• 输入文件 :%nprocl=2

%nprocs=1

• 命令 : g03l CH4.gjf