Werkzeuge unter Windows Unix-Grundlagen Benutzung von Programmen auf dem Cluster

Transkript

1 Unix-Einführung Werkzeuge unter Windows Unix-Grundlagen Benutzung von Programmen auf dem Cluster Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

2 Windows-Werkzeuge Zugang mit Textkonsole: ssh-client putty Kopieren von Dateien ssh-client winscp Graphische Anzeige unter Windows winaxe Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

3 Windows-Werkzeuge für Experten cygwin: komplette Unix-Umgebung unter Windows Kostenlos X11 (graphische Oberfäche) compiler Skriptsprachen etc. gut zum Testen/Üben Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

4 Grundlagen Terminologie Server entfernter Rechner oder Dienst Client lokaler Dienst, der auf den Server zugreift Protokoll ein Kommunikationskanal z.b http: 80, ssh: 22 = Dienst ein vom Server angebotenes Protokoll ssh dienst X11 Protokoll Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

5 Grundlagen Windowmanager X-Server lokal Windows-PC X11-Protokoll ssh-protokoll remote Linux-PC Anmelden am server (chi) per ssh-protokoll Auf dem server Starten eines graphischen Programms lokale Darstellung mittels X-Server (Vorsicht andere Terminologie) Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

6 Grundlagen Windowmanager X-Server lokal Windows-PC X11-Protokoll getunnelt ssh-protokoll remote Linux-PC z.b. chi X11-Protokoll unsicher deshalb Tunneln des Protokolls innerhalb ssh nur so graphische Fenster auf chi Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

7 Grundlagen Zugang innerhalb der Uni X-Server lokal Windows-PC ssh remote Linux-PC server mit VPN (virtual private network) X-Server lokal Windows-PC VPN remote Linux-PC server Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

8 Zugang CiscoVPN innerhalb der Uni (ACI/OCI/PCI) direkt außerhalb (auch WLAN) Cisco-Client URZ-account Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

9 X-Server winaxe nach Installation: xsettings als Administrator ausführen Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

10 ssh-client putty X11-forwarding anschalten Konfiguration speichern Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

11 ssh-client putty Profil abspeichern Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

12 Zugang zu Server (Windows) 1. ggf. CiscoVPN starten 2. winaxe starten 3. putty starten, Profil laden Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

13 Zugang auf Server Textzugang schnell, von zuhause zum Kontrollieren von Rechnungen meist ausreichend shell: bash (bourne again shell) Graphischer Zugang Visualisierung von Molekülen Datenbanken (CSD) Komfort Kommando-Prompt Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

14 konsole komfortable Version der Texteingabe Teil der KDE-Oberfläche (Linux) konsole läuft lokal läuft auf dem Server! Die Ausgabe wird übertragen, Anzeige durch winaxe Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

15 Programme auf chi Dokumentation wichtigste Infos Account: ab Diplomand bei AK-Sekretariat Formular auf chi Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

16 Unix Essentials bash = bo(u)rn(e) again shell Dateisystem Grundlegende Befehle Nomenklatur für Beispiele: <name> : Namen einsetzen /home/<name> /home/kurs1 etc Cluster <chi> bzw. angegeber Name fett: Unix-Commando

17 Unix Dateisystem 1 Root = / Verzeichnistrenner: / (nicht \!) Wo bin ich: pwd Verzeichniswechsel: cd Home-Verzeichnis: /home/<name>

18 Unix Dateisystem 2 Relative und absolute Pfade: / vs. ~ Tilde: ~ cd /home/martin oder cd ~ Leerzeichen in Dateinamen vermeiden: Sonderzeichen: _ -, keine Umlaute! Besondere Dateien:. und.. cd.. : ein Verzeichnis nach oben cd. : aktuelles Verzeichnis

19 Unix Dateisystem 3 Rechte User, Group, others jeweils Dreiergruppen: (Oktalformat) rwx r = read, w = write, x = execute Modifikation von Benutzerrechten mit chmod a = all, u = user, g = group -rwxrwxrwx = 777 Gruppenrechte chmod g+rw hallo.txt chmod og-rwx hallo.txt Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

20 Reguläre Ausdrücke: regular expressions Selektive Platzhalter Alle Dateien : * (nicht *.*) Alle.com Dateien: *.com Alle hallo-<ziffer>: hallo-? Beispiel *.com : alle.com Dateien im aktuellen Verzeichnis

21 Unix Befehle: ls Auflisten von Dateien Eine Datei: ls hallo Alle.com Dateien: ls *.com (Fast) alle Dateien im Verzeichnis: Weitere Formen: ll = ls -l, la = ls -a nicht überall verfügbar ls * oder ls

22 Unix Befehle: pwd / cd Aktuelles Verzeichnis: pwd Verzeichniswechsel: cd pwd; cd. ; pwd; cd.. Verzeichnis: /home/muster/kurs/test/ cd /home/muster/kurs/test/ cd test2 cd ~/kurs/test/test2

23 Unix Befehle: touch Erzeugen leerer Dateien touch test ls test Später: Editoren: vi, emacs, nedit Löschen des Bildschirms : clear

24 Unix Befehle: mkdir/rmdir Erstellen von Verzeichnissen mkdir ~/test-dir mkdir /home/muster/test-dir mkdir../muster/test-dir Löschen von leeren Verzeichnissen rmdir ~/junk-dir

25 Unix Befehle: cp Kopieren von Dateien und Verzeichnissen Dateien: cp hallo hallo2 Verzeichnisse: cp r testdir testdir2 cp r testdir/. cp rv testdir/ testdir2 -r : rekursiv -v : verbose

26 Unix Befehle: mv Dateien verschieben/umbenennen Datei: mv hallo hallo_alt Verzeichnis: mv hallo hallo_alt Im Dateibaum: mv ~/test1.com dir2 wenn dir2 existiert (als Verzeichnis): dir2/test1.com wenn nicht : Umbenennen in dir2 (Datei)

27 Unix Befehle: Löschen von Dateien/Verzeichnissen ACHTUNG: KEIN Papierkorb! rm hallo Interaktiv: rm i hallo Rekursiv: rm r test-dir Ohne Nachfrage: rm rf *!! besser: cd folder_to_delete pwd rm ri * cd.. rmdir folder_to_delete rm

28 Unix Befehle: man/info Hilfesysteme: 1. man 2. info Eingabe von: man man Bsp: man less : Hilfe über Aufrufparameter. info less : moderneres Hilfesystem. Einfachster Zugang über emacs. (C-h i)

29 Unix: Prozesse Befehle parallel ausführen cp r alles backup & Anzeige mit: jobs Kontrolle über die Shell: CTRL-z fg und bg %1& Vorsicht!

30 Unix: bash History: mit Pfeiltasten Ergänzung mit TAB CTRL-a und CTRL-e Sprung an Anfang/Ende der Zeile Letzter Befehl mit!<name> history dann!123 führt entsprechnenden Befehl aus Exit aus der Shell: exit oder CTRL-d (nicht X)

31 Pager less Anzeige einer Datei ohne sie zu verändern wichtig bei laufenden Rechnungen! less <dateiname> Quit : q Follow mode: SHIFT-f Anfang: p Ende SHIFT-g SPC, b, Suche: /SCF, dann n oder SHIFT-n

32 Prozessanzeige top Anzeige über Auslastung der CPUs load-anzeige maximal 1 pro Core Beenden (in top) eigner Prozesse: mit k(ill) Anzeige von Prozessen: PID: process ID beenden mit kill <PID> ps Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

33 Unix: Editoren Gebräuchlichste Editoren vi emacs nedit schnell, mächtig, kryptisch sehr gut, aber umfangreich einfach, intuitiv, nicht überall verfügbar Funktion 1/Einarbeitungszeit

34 Editor vi Einfüge- und Kommandomodus, Umschalten mit ESC, Kommando mit : Insert :i Replace :r (ein Zeichen), :R Löschen :dd (eine Zeile), :x (Zeichen) ESC :wq write and quit Hilfe: vi :help

35 Editor nedit (N)irwana (Edit)or menügesteuert Aufruf: nedit datei & Copy & paste Menü / Help

36 Editor (x)emacs Anleitung: Graphischer Modus auch für Einsteiger. sowohl emacs als auch xemacs Textmodus mit emacs nw (für console) Komplexer Editor (aber gut!) META-Taste = ALT, also M-x = ALT-x Hilfe: CTRL-h i (Hilfe-Index) Probieren: M-x doctor RET

37 Kommandos emacs C- : ctrl-taste M- : Alt-Taste Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

38 cluster 45 Opteron Rechner, 100+ Cores 16 AMD MP Rechner, 32 Cores Master Quad-Xeon Arbeitskreis-Rechenknoten Chi (master node) AMD XP x2 AMD Opteron 45x2 AMD Quad Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

39 cluster Schlangensystem Anzeige laufender Rechnungen listnodes Jobs werden der Reihe nach verarbeitet. Status R: running Q: queued Anhalten/Löschen von Jobs killjob <jobid>

40 Beispiel Quantenmechanik Gaussian 03 Input erstellen Abschicken

41 Inputs erstellen xyz Koordinaten Z-Matrix (redundant coordinates) Alles Textdateien! Mit jedem Editor zu öffnen

42 Eingabe: Z-Matrix Beschreibung des Moleküls in internen Koordinaten (keine Translation, keine Rotation) Bindungen, Winkel, Diederwinkel (Torsionen) Vorteil: klare Beschreibung (e.g. Torsionsprofil von Ethan)

43 Z-Matrix 1. Atom: keine Freiheitsgrade! 2. Atom: Bindung zu Atom: Bindung und Winkel 3+. Atom: Bindung, Winkel, Torsion Rein geometrische Beschreibung, kein Kraftfeld! (Elektronendichte)

44 Eingabe: g03 H 2 O #P HF/6-31G* opt iop(6/7=3) geom=printinputorient gfinput Leerzeile Water optimization Leerzeile 0 1 H1 O2 H1 r1 H3 O2 r1 H1 a1 Variables: r1 1.0 a Leerzeile

45 XYZ Input Leichter aus anderen Programmen / Formaten zu erhalten; Reihenfolge der Atome unwichtig (keine Abhängigkeiten) Für große Moleküle empfehlenswert

46 Eingabe XYZ #P HF/6-31G* opt iop(6/7=3) geom=printinputorient gfinput Leerzeile Formaldehyde optimization Leerzeile 0 1 C z1 O H H Variables: z1 Leerzeile

47 Rechnung abschicken Input erstellen (mit nedit/emacs/vi) h2o.com 2. Abschicken: g03 h2o.com 3. Schlangensystem: listnodes 4. less h2o.out (kein &!) 5. In less: SHIFT-f (follow mode) 6. In less: CTRL-c, (q)

48 QM-Rechnung Endung.com.out Files Inhalt g03 Eingabedatei g03 Ausgabedatei.chk.bz2 Komprimiertes Checkpointfile.fchk.bz2 Formatiertes Checkpointfile

49 Visualisierung z.b. molden 1. Eingabe von: molden & 2. Öffnen der h2o.out Datei 3. Visualisierung der Optimierung etc. 4. Orbitale, HOMO/LUMO 5. Ändern der Z-Matrix möglich. andere Möglichkeiten gaussview 3.0 (g03v) molekel

50 Tools grep Durchsuchen von Textdateien Beispiel: SCF Done in h2o.out grep "SCF Done" h2o.out grep "SCF Done" h2o.out less siehe: man grep

51 Tools bzip2/bunzip2 Komprimieren von Dateien Komprimieren bzip2 h2o.out Ergebnis : h2o.out.bz2 Dekomprimieren bunzip2 h2o.out.bz2 Ergebnis: h2o.out analog mit gzip/gunzip (Endung.gz)

52 Tools zip Erstellen von Archiven (Windows-compatibel) zip r zipfile.zip g03-files/ erstellt komprimiertes Archiv mit allen Dateien in g03-files unix-tool: tar Erstellen gzip: tar czvf tarfile.tar.gz g03-files bzip2: tar cjvf tarfile.tar.bz2 g03-files Entpacken tar xzvf tarfile.tar.gz tar xjvf tarfile.tar.bz2

53 Tools bc "Taschenrechner" bc -l quit

54 Tools > >> < << File-IO umleiten und Pipes cat hallo > hallo2 Inhalt der Datei hallo nach hallo2 schreiben cat hallo >> hallo2 Inhalt der Datei hallo an Datei hallo2 anfügen (append) grep "SCF Done" h2o.out less Suche nach Zeilen mit SCF Done und Anzeige in less grep "A" *.out grep "B" less Pipe-Symbol : Verknüpfung von Input und Output

55 Tools (windows) winzip Kopieren von Dateien zwischen Windows und Linux frei erhältlich Explorer-Interface (zwei Fenster nebeneinander) sicher, einfach

56 Tools Dateiformate Umwandlung verschiedener Formate mit newzmat z.b. Aus dem checkpoint file eine neue Eingabestruktur: 1. bunzip2 h2o.chk.bz2 2. newzmat 03 ichk h2o.chk ocart h2o-o.com 3. bzip2 h2o.chk.bz2 andere Möglichkeiten babel maestro (graphische Oberfläche) mercury (graphisch, Teil der CSD-Datenbank) molekel Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie QM-Methoden in der Anorganischen Chemie WS05/06

57 Beispiele SCF Rechnung Gaussian03 Anwendung Universität Heidelberg - Institut für Anorganische Chemie Dr. Bodo Martin

58 QM-Rechnung Typen Rechnungstypen Single point SP (default) Geometry optimization OPT Frequency calculation FREQ Eigenschaftsberechnungen etc. Programme gaussian 03, turbomol, jaguar, dalton, nwchem..

59 QM-Rechnung SCF Self Consistent Field Iteratives Verfahren zum Optimieren der Dichte: Abbruch wenn P n = P n-1 Geometrie-Optimierung Zyklus SCF Done Converged? Stationary Point Found.

60 Beispielrechnung Mn 2 O 2 (NH 3 ) 8 Beispiel und Graphiken von Antiferromagnetische Kopplung Mn(II) : 5 ungepaarte d Elektronen Antiferromagnetisches Singlet (5 -Elektronen auf einem Mn, 5 -Elektronen auf dem anderen Mn) kann GZ sein Berechnen Strategie: mit dem neutralen System (halbgefüllte d-schalen) starten, dann dies als Startpunkt für weitere Rechnungen Keine Probleme mit Ladungen, Symmetrie, WF-Konvergenzproblemen etc. 60

61 Mn 2 O 2 (NH 3 ) 8 Molekül erstellen mit Gaussview 3.0 schrittweise: Mn oktaedrisch H-Atome CH 3 -Gruppen NH 3 -Gruppen Symmetrie D 2h 61

62 Mn 2 O 2 (NH 3 ) 8 Molekül erstellen mit Gaussview 3.0 Mehrfaches Anpassen der Gruppen / Symmetrie nötig 62

63 Mn 2 O 2 (NH 3 ) 8 Molekül rechnen mit Gaussian 03: zuerst den HS-State (Multiplizität 11) Eingabe über graphisches Frontend.. bis auf die Multiplizität. Textdateien! 63

64 Mn 2 O 2 (NH 3 ) 8 1. Abschicken der Rechnung Checkpoint File-Name Geom=connectivity: für gaussview Strenge SCF-Konvergenz 2. Testen: Wellenfunktion ok? Opt=Stable zu Anfang wichtig 64

65 Mn 2 O 2 (NH 3 ) 8 2. Testen: Wellenfunktion ok? Nein! 3. erneute Optimierung mit berechneter WF Erneuter Check mit stable ok 65

66 Mn 2 O 2 (NH 3 ) 8 4. Problem: in D2h sind beide Mn gleich; für open-shell singlet aber 5 alpha, 5 beta Symmetrie brechen durch Ladung: broken symmetry 4. Editieren der Orbitalbesetzung von Gaussview Start 66

67 Mn 2 O 2 (NH 3 ) 8 4. Anzeige der Orbitale, dann Zuordung zu linkem oder rechtem Mn-Atom Isolevel modifizieren für d-orbitale 67

68 Mn 2 O 2 (NH 3 ) 8 4. Zuordnung je nach größtem Koeffizienten nach zu Mn-Atom Umsortieren nach Besetzung 68

69 Mn 2 O 2 (NH 3 ) 8 5. Rechnung als Singlett, (Modifikationen in Textfile..) Guess=alpha Umsortieren der Orbitale Singlett Kontrolle: Ladung auf den Mn-Atomen ca. 4 Stable-Rechnung 69

70 Mn 2 O 2 (NH 3 ) 8 Ergebnis 70