有机化学计算工具箱

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汇总类查阅

软件基础?

安装与调整

需要安装的包括：服务器相关的上传和命令软件和化学结构绘制查看软件。

SFTP软件与SSH软件

/For Windows:/

SFTP

WinSCP/Xftp免费许可证版/Filezilla

SSH

Putty/XShell免费许可证版

XShell和Xftp免费版的获取可以参考：

https://www.xshell.com/zh/free-for-home-school/

/For MacOS:/

SFTP

Filezilla

SSH

Termius

代码编辑器

Microsoft Visual Studio Code/Notepad++（不建议）

化学式绘制软件

Chemdraw 16-20

下载相关：https://www.yaomei.co/#chemoffice

【其中的百度盘的地址我后续都会备份，请先在这里面下。】

结构绘制软件

/For Windows:/

Gauss View 6.0

/For MacOS:/

Gauss View 5.0（Intel Core，32bit；64bit 参考下面）

/For MacOS (M1 chips):/

Crossover+Gauss View 6.0

安装方法参考自：全网首发！如何在 M1 chip 的 macOS 上优雅的使用 Gaussian 09 与 GaussView 6 - Metaphorme Zone

（原始地址已挂，考虑到Crossover也不贵，如果有兴趣的可以购买key，我也买了正版不过我现在没mac，有兴趣的可以找我要key用，限一个人）

安装环境：macOS Catalina 以上版本、GaussView 6

  • 安装 Crossover 21.2；（按住ctrl+点击打开安装）
  • 打开 Crossover，选择 安装 Windows 程序；【注意，Crossover是商业软件，请低调使用】
  • 点击左下角，查看所有应用程序；
  • 选择 未列出的应用程序，点击继续；
  • 选择上方的安装包 —> 下载安装程序 —> 选择下载的 GV6.0.16_win64.exe，点击继续；
  • 容器使用“新 Windows 10 64-bit 容器”，右边取个名字，然后按继续，就像 Windows 那样安装；
  • 安装需要序列号，可以在文件夹的文本文件中找到；
  • 既可通过启动区启动GV，也可也通过crossover启动。

结构查看软件

依然用Gauss View。

另外补充CYLview（双平台）：

http://www.cylview.org/download.html

相关操作暂时参考：

使用CYLview绘制高质量分子结构图和制作化学反应演示动画

看了一下，好像还可以导出优化过程中的能量变化曲线，可能有些用吧。

结构计算软件

因为我们服务器上已经配置好了Gaussian 16的linux版，因此这里不再对结构计算软件的相关内容进行说明。具体建议参考Gaussian的安装方法及运行时的相关问题进行浏览。M1芯片和64位MacOS系统参考上面的文章。

核心软件下载

Gaussian和Gview所有相关下载地址：

百度 密码csme

谷歌

参考自：CS_CCME_Posts 另外这个项目也很适合mark。

【其他计算内容涉及的软件后续还有可能在此处更新。】

服务器帐号的申请与环境的配置

本文中全部标为/示例文字/的部分请不要复制到SSH中。

系统环境

个人用服务器 超级计算机服务器均采用Linux系统，请参考查阅Linux系统相关使用教程。

武大超算使用手册：连接超算 · GitBook

Linux的基础知识

（Gaussian的安装方法及运行时的相关问题）

shell

Shell简单来说是一种操控系统，或者包装应用程序的操控界面。它包括指令行界面command-line interface (CLI)【如DOS】、图形用户界面graphical user interface (GUI)等【如Windows】。Linux下有很多种shell，诸如bash、csh、ksh等，相当于不同的文本终端的界面。不同的shell下一些命令不同，比如设置环境变量，在bash里用export命令，而在csh里用set命令。其中Bash是最常见的shell，也是大多数Linux系统默认的shell。

用户主目录

Linux下每个用户都有自己的主目录。默认情况下，你以命令行方式登录系统后，你当前所在的目录就是用户主目录，可以敲pwd命令显示当前的目录。如果你是普通用户的话，那么主目录将为/home/[用户名]/。如果你是root的话，那么主目录就是/root/。

文件权限

Linux下每个文件都有称为权限的属性，可以用chmod命令来修改。权限包括是否可执行、是否可读取、是否可修改。比如chmod +x ./yourfile 就会把当前目录下的yourfile加上可执行权限，再比如chmod 750 /user/test.exe命令就会把/user/test.exe文件设为750权限。这里750的百位数、十位数、个位数分别对应这个文件对于当前用户的权限、对于与当前用户同组用户的权限、对于其它组用户的权限。7对应完整的权限，即可执行、可读取、可写入，5代表可读取、可执行，而0代表所有权限都没有。更多关于chmod的知识请自行google。

.bashrc文件

每个用户主目录下都会有.bashrc文件，这是个文本文件，里面记录了当你每次登录bash shell的终端的时候都会自动执行的命令。因此如果有些命令你希望每次登录终端时都能生效，那么把命令写入.bashrc文件即可。.bashrc文件里有一些自带的内容，那些都不用管，自己加新的命令往此文件末尾添加即可。Linux下所有开头为.的文件都是隐藏文件，直接用ls命令看不到，而得用诸如ls -a才能看到。如果你是在系统自带的图形界面的文件浏览器下，得按一次Ctrl+H才能看到隐藏文件。显然，.bashrc文件也是个隐藏文件。

高斯软件的配置

正常的高斯安装方法

参考自：Gaussian的安装方法及运行时的相关问题 - 思想家公社的门口：量子化学·分子模拟·二次元

  • 假设当前用户名是a，要把Gaussian安装到自己的主目录下，且用的是bash，那么安装过程为：
  • 把Gaussian压缩包解压到/home/a/目录下
  • 建立一个文件夹用于储存Gaussian运行过程中产生的临时文件，位置随意。比如此例我们建立/home/a/g09/scratch。
  • 用vi或者gedit等文本编辑器打开/home/a/.bashrc，在里面加入以下语句然后保存文件。
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export g09root=/home/a
export GAUSS_SCRDIR=/home/a/g09/scratch
source /home/a/g09/bsd/g09.profile
  • 其中，g09root环境变量用来说明Gaussian目录被放在了哪个目录下。GAUSS_SCRDIR环境变量用来说明哪个文件夹作为临时文件夹。source命令用来执行Gaussian自带的脚本文件，其中包含了各种配置Gaussian运行环境的命令。
  • 重新进入终端使以上内容生效（如果你是用Linux图形环境，就关闭终端窗口，然后重新打开。如果你是通过ssh方式登录服务器，就断开连接，然后重新连接服务器）
  • Gaussian目录下的Default.Route用来设定默认用的计算资源（如果没有此文件就新建一个），-M-设置默认用的最大内存量（一般用MB或GB为单位），-P-设置默认用多少CPU核数来并行计算。比如我们想默认用36个核心、最大60GB内存做计算，

就在/home/a/g09/Default.Route里面写入以下内容

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-M- 60GB
-P- 36
  • 此文件中的设置优先级低于输入文件里的%mem和%nproc设置。因此，输入文件里没写%mem的时候才会用这里的-M-设置，输入文件里没写%nproc的时候才会使用这里的-P-设置（如果你既没在这里设-P-也没写%nproc，那么程序只用单核计算。如果你既没在这里设-M-也没写%mem，那么G09最多用256MB内存，G16最多用800MB内存）。
  • 最后，切换到/home/a/g09/目录，_运行chmod 750 -R_命令_，之后Gaussian就可以使用了。这里-R_代表对当前目录下所有文件和所有子目录下的文件都设置权限。
  • 如果你用的是Gaussian 16，只需把上面过程中所有g09改成g16即可，其它没有任何差别。

武大超算这边的执行方法

先通过ftp将g16转移到自己的超算文件夹中，再通过以下代码进行解压和赋权：

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cd g16/
tar xvfJ E6B-114X.tbJ /*转移和解压相关的软件压缩包*/
chmod 750 -R * /*将该目录增加可执行权限*/
cd bin/
chmod 750 -R *

注意：我才发现组里使用的g16的版本（C01）和网上流传的版本（A03）不一样而且压缩包格式也不同，请注意一下。

任务进度提交、查看常用代码

参考自：连接超算 · GitBook

ls /*显示当前目录下的内容*/

cd /*转移到某一目录下*/

qstat -a /*显示当前提交任务的运行状态*/

如：

sinfo /*显示当前服务器的核心/线程占用情况*/

其中 STATE 常见的有：

  • alloc，节点已经被分配给作业任务
  • down，节点当前不可用
  • drain，节点被管理员设置为退出服务
  • idle，节点当前空闲
  • mix，节点有部分计算资源已被分配，还有部分资源空闲可用

squeue /*显示当前提交任务的排队情况*/

显示的信息包括以下内容：

  • JobID，作业编号
  • PARTITION，作业在哪个分区上运行
  • NAME，作业名称，默认是作业脚本的名字
  • USER，作业的所有者
  • ST，作业当前状态，详见 Job State Codes ，常见的有
    • CG 作业正在完成
    • F 作业失败
    • PD 作业正在等待分配资源
    • R 作业正在运行
  • TIME，作业已运行时间
  • NODES，作业占用的计算节点数
  • NODELIST，作业占用的计算节点名

CPU脚本示例：

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#!/bin/bash

#SBATCH --account=admin——teacher
#SBATCH --partition=hpib
#SBATCH --nodes=1
#SBATCH --ntasks=16

命名为myjob.sh，然后 sbatch myjob.sh 即可

常见错误排除

我在配置环境中，曾遇到无法正常输出文件的情况。

经检查，发现问题出自使用的脚本中，没有正确指定高斯临时文件的位置。

Before:

output.write(“GAUSS_SCRDIR=/scratch/myname/gaussian16_scrdir\n”)

After:

output.write(“GAUSS_SCRDIR=/scratch/myname\n”)

前者是在自用服务器copy来的脚本，可见脚本之间并不存在完全通用的情况。

Gauss View使用基础

相关教材推荐

南开大学的

量子化学与分子力学/分子模拟

中国科大超级计算中心的

Gaussian 09 用户参考手册（1.02 版）PDF

GaussView程序介绍

阿部穣里老师的课件：量子化学演習 2020オンライン

（备份：https://disk.yandex.com/d/locju4Q3clPaow）

倒是很详细的说了GaussView的使用方法和调用Gw16的相关内容，直接打开【GaussView と Gaussian の基本的な使い方】这篇PDF看看就行。

相关操作要点：

  • .gjf文件
  • 原子的增减与替换
  • 添加固定模版结构
  • 结构参数的微调
  • 结构状态（多重态）的调整方法
  • 查看循环次数/优化过程
  • 错误信息的排查

软件进阶?

输入文件的处理

正常的输入文件是无法直接投到高斯工作的，需要通过修改文件进行调整。

未经调整的文件：

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%chk=root\sample.chk
# hf/3-21g geom=connectivity
Title Card Required
0 1
 C                 A    B    C
 H                 A    B    C
 1 2 1.0 3 1.0 4 1.0 5 1.0
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_
_（此处大多需要预留两行，用下划线代替）

调整后的文件：

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%mem=60000MB
%nprocshared=16
# opt freq b3lyp/6-31g(d) 5d empiricaldispersion=gd3bj
Title Card Required
0 1
 C                 A    B    C
 H                 A    B    C
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_（此处大多需要预留两行，用下划线代替）

Control files&system resources

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%chk=h2o # 链接0部分
%mem=64GB 
%nproc=26

主要设置运行该计算时需要调用的系统参数。

上面的后两排最为常用。

%mem=N

设置用于作业的动态内存(RAM)调用量。默认值为6MW。N后面可以有一个单位名称：KB、MB、GB、KW、MW或GW。

%nproc(l)=N or %nprocshared=N

设置作业最多可使用的处理器个数（核心）上限。

%chk=file

查找检查点文件(.chk)并命名

%rwf=file

查找并命名单个统一的.rwf文件

%KJob LN [M]

告诉程序第M次发生N号序列程序后停止运行

%save

在Link0在运行结束时保存临时文件

%subst LN dir

给Link0来自备用目录的一个可执行文件链接

计算模型与计算方法的选择

在固定开头的下方一般有以下三个部分：

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#p hf/sto-3g opt /*计算模型的选择（执行路径部分）*/
 water optimization /*计算类型*/
Title Card Required
0 1 /*价态与多重态（分子说明部分）*/
 C                 A   B    C
 H                 A   B    C       /*坐标*/
 O                 A   B    C
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 _（此处大多需要预留两行，用下划线代替）

关于其中内容的解读和基组选择等内容，可以参考课题1中的大量介绍内容。

输出文件的理解

（待更新）