PDF《计算化学》

2016 年12 月2日目录

第一章 绪论.1 §1.1 计算机集群的基本概念.1 §1.2 计算机集群的软件结构.4

第二章 集群的系统配置.7 §2.1 操作系统的安装.7 §2.2 网络通信系统的建立.9 §2.2.1 SSH:主机间无密码的远程登录.10 §2.2.2 NFS:主机间的文件共享

11 §2.2.3 NIS:主机间的用户同步

13 §2.3 编译器的安装.15 §2.3.1 GNU 编译器.15 §2.3.2 intel 编译器.16 §2.4 并行计算环境的配置.17 §2.5 作业系统的建立.19 §2.5.1 Torque 的安装.20 §2.5.2 Maui 的安装

20 §2.5.3 Torque 和Maui 的配置.21 §2.5.4 mpiexec 的安装

23 §2.6 第一次运行集群.23

第三章 集群的计算化学软件配置.26 §3.1 Gaussian03 安装与配置.26 §3.1.1 Gaussian03 的安装.26 §3.1.2 Gaussian03 的单机配置.27 §3.2 NAMD 安装与配置

28 §3.2.1 组件安装.29 §3.2.2 charm++安装

29 §3.2.3 NAMD 编译

31 §3.2.4 NAMD 运行

32 §3.3 Autodock 的安装与配置

33 §3.4 MKL 编程环境的构建.34

第四章 集群的管理技巧.38 §4.1 用户管理.38 §4.1.1 用户权限.38 §4.1.2 高效的管理.38 §4.2 作业管理.39 §4.2.1 管理员管理.40 §4.2.2 普通用户管理.43

第五章 GPU 在集群上的应用.45 §5.1 GPU/CUDA 的安装配置

45 §5.1.1 驱动程序的安装.45 §5.1.2 程序开发环境.45 §5.1.3 CUDA 编程测试

46 §5.2 NAMD CUDA 版本的安装

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第一章 绪论 第1页

第一章 绪论 §1.1 计算机集群的基本概念 正如题目所示, 本教程的目的是为读者提供计算机集群组建及其在计算化学 中的应用的入门知识.可能对大多数读者而言, 集群 什么的是一个全新的概 念――没关系,万丈高楼平地起,我们先讲一些基本概念,然后将以最快的速度 进入实践阶段, 使大家能够在最短的时间内迅速建立起一个可以从事高性能计算 的集群,为大家的科研提供帮助. 本教程主要面向从事计算化学的读者 (当然也包括其它有计算机集群需要的 读者),相信大家知道,计算化学研究中常常需要巨大的计算量,无论对 CPU 速度、存储容量和总线带宽都要很高的要求.例如,conventional SCF 计算中, 一个有

1000 个基函数的体系,所需要计算的双电子积分量约为

1012 个,按双精 度存储需要 1.8TB,对于计算速度和存取速度都是极大的负担;

在对神经系统的 分子动力学模拟中, 钾通道动态工作的时间尺度为毫秒级,而即使利用

500 核的 Alpha 机器,也只能达到每天

4 纳秒的速度.这样的速度是人们无法接受的. 解决这些计算问题的方法, 从理论上应当发展新的更高效的算法,诸如量子 化学中的线性标度方法等等;

从硬件角度说,需要发展更新的硬件,但由于物理 定律的限制,单个计算机的硬件能力已经接近极限,例如 CPU 主频的提高是以 发热量的增加为代价的, 而现代 CPU 的主频已达到 4.00GHz 左右 (实验室产品) , 更高的主频由于发热量巨大而难以实现.从计算机的角度上来说,可以通过使用 超级计算机来解决.但是,这类超级计算机,硬件研发费用昂贵,软件投资更加 高居不下,开发出来的软件无法移植,并且学习代价非常高,非一般研究组所能 负担的起. 那么对于一般的研究组, 如何才能突破计算瓶颈呢?答案就是本教程的核心 概念:计算机集群(computer cluster)! 相信很多实验室内部都有局域网, 即一大堆计算机通过路由器等连成一个整 体,大家可以通过路由器上外网,而内网中,大家可以通过网络共享文件,如Windows 下的 共享 .好了,既然局域网可以共享文件,为什么不可以共享计