分子动力学软件LAMMPS(并行版)Linux系统安装教程

Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator (LAMMPS) 广泛应用于微/介观尺度金属、聚合物、生物大分子和粗粒系统的分子动力学模拟。LAMMPS由美国Sandia National Laboratories采用C++程序语言编写并开放源代码,同时可在Windows和Linux操作系统上进行串、并行运算。一般地,Linux操作系统下的LAMMPS拥有更全面的扩展功能包和更高的并行运算及调试效率。对于不熟悉Linux系统的初学者,安装LAMMPS经常出现各种各样的问题影响学习进度。本文将给出LAMMPS(并行版)在Linux系统下安装的主要步骤,作为参考可提高初学者安装该软件的成功率。

1. Linux系统安装

Ubuntu系统是以桌面应用为主的开源Linux系统,拥有丰富的软件包。本文以Ubuntu系统为例进行安装(下载地址:www.ubuntu.com/download/desktop).如果在虚拟机上安装,可以直接利用下载的ISO文件。如果在物理主机上安装,需要自制启动U盘或光盘,不再赘述。

开始安装,打开ubuntu的ISO文件后,默认常规安装,勾选系统更新。

在installation type中,如果对于linux的分区方法不了解,可以直接选第一项,实现自动分区,建议新手直接自动分区。如果希望手动配置分区(/, swap,/root, /Home),可以选择something else自行配置各个分区大小。然后点击Install now.

接下来需要设置用户名、主机名和登录密码,登录密码随后用于设置root密码。设置好后请点击continue.系统自动开始安装,安装好后得到下图,即可进行下一步。

下面修改root密码,在安装LAMMPS过程中,大部分操作需要root权限。鼠标右击桌面任意位置,点击Open Terminal打开终端。如下图,输入sudo passwd root,提示输入前面设置的登录密码,然后输出root密码,重复确认后,提示密码重置成功。然后获取root权限,输入su,然后输入刚设置好的root密码即可获得终端的root权限。命令行的$符号会变为#。至此Linux系统已基本安装完成。

2. 安装必要的编译器

刚安装好的ubuntu中缺少必要的C/C++或FORTRAN编译器,需要先进行安装。在任何位置打开终端,获得root权限后,依次输入下面5条命令(必须保证联网):

apt-get update

apt-get install gcc

apt-get install g++

apt-get install gfortran

apt-get install make

执行过程中可能需要确认安装,输入字母y点击回车即可。安装完成后可以使用“which +命令”验证是否安装成功。如果出现文件路径,则代表安装成功。

3. 并行计算程序MIPCH安装

MPICH是MPI(Message-Passing Interface)的一个应用实现,支持最新的MPI-2接口标准,是用于并行运算的工具。该程序由Argonne国家实验室和密西西比州立大学联合开发(下载地址:http://www.mpich.org/downloads/)。在安装好的ubuntu系统中,打开浏览器,输入网址,下载所需版本mpich-3.2.1 (stable release)。

下载完成后,会在默认的Downloads文件下看到该文件,右键点击复制。在home文件夹下新建文件夹mpich和mpich-install,将mpich-3.2.1.tar.gz文件拷贝到mpich文件夹下,并在该文件夹下空白位置,右键点击打开终端。

在打开的终端中首先获得root权限(输入命令su,输入密码),输入以下三条命令:

tar xzf mpich-3.2.1.tar.gz

cd mpich-3.2.1

./configure --prefix=/home/<USERNAME>/mpich-install 2>&1 | tee c.txt

红字部分需要根据当前用户名作相应修改。

配置路径完成后,开始进行编译,在终端中继续输入以下命令:

make 2>&1 | tee m.txt

待上一步完成后,开始安装,继续输入以下命令:

make install 2>&1 | tee mi.txt

完成安装后,需要将并行运算的可执行文件加入到系统默认寻址的路径中,在终端中继续输入以下一条命令:

PATH=/home/<USERNAME>/mpich-install/bin:$PATH ; export PATH

注意红字部分仍要根据具体的用户名作相应修改。完成后可以用以下命令验证并行运算程序是否安装成功。

which mpiexec

如果出现如下图的路径信息,代表并行程序安装成功。

4. LAMMPS软件安装

下面开始正式安装LAMMPS,同样利用浏览器打开LAMMPS官网,点击首页的download,然后进入版本选择,选择第一个稳定版源程序,然后点击下载。同样,下载好的文件应该在系统home文件下下Downloads文件夹中。为管理方便,我们在home文件下新建文件夹lammps,并将下载好的lammps-stable.tar.gz移动到该文件夹下,并在该文件夹下打开终端,获得root权限。

下面把安装源程序解压,输入以下命令:

tar -xzvf lammps-stable.tar.gz

进入源程序文件夹:

cd lammps-22Aug18/src

LAMMPS提供多种不同功能的安装包供用户选择,可选的安装包可以利用以下命令查看:

make package

从上图可以看出,扩展包包括基本包和用户提供程序包。这里需要根据需要选择所需的安装包,然后通过命令:make yes-扩展包名,进行安装。例如,编者随后可能需要用到沉积原子的命令和多体势,这两个功能分别位于MISC和MANYBODY两个扩展包里,具体的可以根据lammps的mannul文件查看。因此需要输入以下命令:

make yes-MISC

make yes-MANYBODY

安装完成后可以通过以下命令查看已安装的扩展包:

make package-installed

完成所需扩展包的安装后,进行最后的主程序编译,输入一下命令:

make mpi

待程序自动编译完成后,LAMMPS的安装基本就结束了。注意此步如果提示mpicxx:command not found的错误,是因为系统没有找到已经安装好的并行程序路径,请参照上文第三步:添加可执行程序进入系统默认路径的命令,重新输入一遍即可。下面可以找一个简单的程序进行实验,例如我们模拟运行一下例程crack。

LAMMPS自带很多例程可以用于试验,例程文件位于lammps-22Aug18/examples文件下,我们需要将当前文件夹下编译好的主程序拷贝到相应的例程文件夹下,可以输入以下命令:

cp ./lmp_mpi /home/<username>/lammps/lammps-22Aug18/examples/crack

下面需要进入到crack文件夹下,打开终端,获取root权限。此时需要重新声明并行模拟程序的路径(步骤三的最后一步),每次重新打开终端前都需要重新声明,如果觉得此步比较麻烦,可自行搜索网上关于修改.bashrc文件的方法。

最后输入以下命令,设置并行模拟的核心数,in文件文件名。例如四核心模拟in.crack可以输入以下命令:

mpiexec -n 4 ./lmp_mpi -in in.crack

如果顺利进行计算,那么恭喜你,完成了LAMMPS的安装!

在LAMMPS的学习过程中,Mannul手册就是最详细的教程,要善于利用Mannul手册可以事半功倍。本文仅适合linux和LAMMPS初学者,高手请多多批评!水平有限,如有错误,敬请指正,多多留言交流。

SJTU

Daniel Zhang

原文发布于微信公众号 - Bottom2top(gh_a3885137171a)

原文发表时间:2018-09-17

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