На главную :: Blue Gene/P :: Программное обеспечение :: Gromacs

Пошаговая инструкция по запуску Gromacs

Перед тем, как приступить к работе с пакетом Gromacs на системе Blue Gene/P, рекомендуется выполнить данную пошаговую инструкцию для новых пользователей, чтобы убедиться, что ваше окружение правильно сконфигурировано, и что вам успешно удается запускать Gromacs-задачи на суперкомпьютере.

Данная пошаговая инструкция составлена на основе демонстрационного примера gmxdemo.

Обратите внимание, что команда mdrun должна использоваться только для запуска расчетов на фронтэнде, а команда mdrun_mpi предназначена для использования только на суперкомпьютере.

Молекулярная динамика

  1. Выполните загрузку модуля gromacs:

    module load gromacs

    Если команда выдает ошибки, проверьте свою конфигурацию окружения Modules.

  2. Скопируйте тестовый пример в свой домашний каталог и перейдите в директорию, в которой находится файл с описанием пептида, поведение которого будет моделироваться (cpeptide.pdb):

    cp -r /gpfs/opt/fen/gromacs/default/share/gromacs/tutor ~
    cd ~/tutor/gmxdemo

  3. В рамках данного примера идет работа только с одним пептидом. Для того, чтобы команды были более наглядными, экспортируйте имя файла с его описанием (без расширения) как переменную окружения MOL:

    export MOL=cpeptide

    (Далее предполагается, что все команды выполняются в рамках того же самого терминала. Если планируется использовать несколько терминальных сессий, экспорт переменной необходимо произвести в каждой из них.)

  4. Получите gro- и top-файлы из pdb-файла:

    pdb2gmx -f ${MOL}.pdb -o ${MOL}.gro -p ${MOL}.top

    (В ответ на запросы "Select the Force Field" и "Select the Water Model" введите "1" в обоих случаях.)

  5. Задайте для пептида пространственную область, в которой будет выполняться моделирование:

    editconf -f ${MOL}.gro -o ${MOL}.gro -d 0.5

  6. "Растворите" пептид в воде:

    genbox -cp ${MOL}.gro -cs -o ${MOL}_b4em.gro -p ${MOL}.top

  7. Задайте параметры для стадии минимизации энергии — создайте в текущем каталоге файл с именем em.mdp следующего содержания:

    define              =  -DFLEX_SPC
    constraints         =  none
    integrator          =  steep
    nsteps              =  100
    nstlist             =  10
    ns_type             =  grid
    rlist               =  1.0
    rcoulomb            =  1.0
    rvdw                =  1.0
    ;
    ;       Energy minimizing stuff
    ;
    emtol               =  1000.0
    emstep              =  0.01

    и обработайте его препроцессором:

    grompp -f em -c ${MOL}_b4em -p ${MOL} -o ${MOL}_em

  8. Выполните минимизацию энергии:

    mdrun -s ${MOL}_em -o ${MOL}_em -c ${MOL}_b4pr -v

  9. Задайте параметры для стадии подготовки к моделированию, в которой все связи в пептиде жестко зафиксированы, — создайте в текущем каталоге файл с именем pr.mdp следующего содержания:

    define              =  -DPOSRES
    constraints         =  all-bonds
    integrator          =  md
    dt                  =  0.002    ; ps !
    nsteps              =  500      ; total 1.0 ps.
    nstcomm             =  1
    nstxout             =  10
    nstvout             =  1000
    nstfout             =  0
    nstlog              =  10
    nstenergy           =  10
    nstlist             =  10
    ns_type             =  grid
    rlist               =  1.0
    rcoulomb            =  1.0
    rvdw                =  1.0
    ; Berendsen temperature coupling is on in two groups
    Tcoupl              =  berendsen
    tau_t               =  0.1              0.1
    tc-grps             =  protein          sol
    ref_t               =  300              300
    ; Pressure coupling is not on
    Pcoupl              =  no
    tau_p               =  0.5
    compressibility     =  4.5e-5
    ref_p               =  1.0
    ; Generate velocites is on at 300 K.
    gen_vel             =  yes
    gen_temp            =  300.0
    gen_seed            =  173529

    и обработайте его препроцессором:

    grompp -f pr -c ${MOL}_b4pr -r ${MOL}_b4pr -p ${MOL} -o ${MOL}_pr

  10. Проведите расчет в условиях, когда все связи в пептиде жестко зафиксированы:

    mdrun -s ${MOL}_pr -o ${MOL}_pr -c ${MOL}_b4md -v

  11. Наконец, задайте параметры для моделирования динамики пептида в растворе воды — создайте в текущем каталоге файл с именем md.mdp следующего содержания:

    constraints         =  all-bonds
    integrator          =  md
    dt                  =  0.002    ; ps !
    nsteps              =  5000     ; total 10.0 ps.
    nstcomm             =  1
    nstxout             =  5
    nstvout             =  0
    nstfout             =  0
    nstlist             =  10
    ns_type             =  grid
    rlist               =  1.0
    rcoulomb            =  1.0
    rvdw                =  1.0
    ; Berendsen temperature coupling is on in two groups
    Tcoupl              =  berendsen
    tau_t               =  0.1           0.1
    tc-grps             =  protein       sol
    ref_t               =  300           300
    ; Pressure coupling is not on
    Pcoupl              =  no
    tau_p               =  0.5
    compressibility     =  4.5e-5
    ref_p               =  1.0
    ; Generate velocites is on at 300 K.
    gen_vel             =  yes
    gen_temp            =  300.0
    gen_seed            =  173529

    и обработайте его препроцессором:

    grompp -f md -c ${MOL}_b4md  -p ${MOL} -o ${MOL}_md

  12. Запустите расчет на суперкомпьютере:

    mpisubmit.bg -m vn -n 8 -w 00:15:00 `which mdrun_mpi` -- -s ${MOL}_md -o ${MOL}_md -c ${MOL}_after_md -v

    Программа запускается в режиме VN (-m vn). Для данного расчета задействовано всего лишь 8 вычислительных узлов (-n 8), так как система, которая моделируется, является сравнительно небольшой. Время расчета ограничено пятнадцатью минутами (-w 00:15:00). Обратите внимание, что имя исполняемого файла указывается суперкомпьютеру как `which mdrun_mpi` (не забывайте обратные одинарные кавычки!). Параметры передаются программе после символов --.

  13. Журнал расчета сохранится в файлах md.log и mdrun_mpi.*.err. Их содержание можно изучить, например, с помощью команд tail или less.

Визуализация расчета

Если на вашей рабочей станции установлен пакет VMD, тогда вы можете выполнить визуализацию проведенного расчета.

  1. Скопируйте на свою рабочую станцию файлы cpeptide_b4md.gro и cpeptide_md.trr, полученные в результате расчета.
  2. Запустите программу vmd.

  3. Выберите пункт меню "File - New molecule":

  4. В открывшемся окне "Molecule File Browser" нажмите кнопку "Browse":

  5. Чтобы загрузить описание молекулы, выберите файл cpeptide_b4md.gro и кликните на кнопке "OK":

  6. Кликните на кнопке "Load":

    В окне визуализации вы увидите изображение примерно следующего вида:

  7. Теперь необходимо загрузить информацию о траекториях. Проверьте, чтобы в поле "Load files for:" было указано "0: cpeptide_b4md.gro". Кликните на кнопке "Browse":

  8. Чтобы загрузить траектории, выберите файл cpeptide_md.trr и кликните на кнопке "OK":

  9. Кликните на кнопке "Load":

  10. Закройте окно "Molecule File Browser".

    Перейдите к пункту меню "Graphics - Representations":

  11. В окне "Graphical Representations" на вкладке "Draw style" введите "all not water" в поле "Selected atoms" и укажите "Licorice" в качестве "Drawing method":

  12. В том же окне "Graphical Representations" на вкладке "Trajectory" доведите значение параметра "Trajectory Smoothing Windows Size" до значения "5":

  13. В главном окне кликните на расположенной в правом нижнем углу кнопке, означающей "воспроизведение":

    В окне визуализации вы увидите анимацию динамики пептида, который будет иметь примерно следующий вид:

  14. Если же в окне "Graphical Representations" на вкладке "Draw style" указать "Secondary Structure" в качестве "Coloring method" и "NewCartoon" в качестве "Drawing method", то картинка будет иметь следующий вид: