source: palm/trunk/SOURCE/pmc_handle_communicator_mod.f90 @ 4739

Last change on this file since 4739 was 4650, checked in by raasch, 4 years ago

bugfix for r4649

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 19.7 KB
Line 
1!> @file pmc_handle_communicator_mod.f90
2!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of the PALM model system.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU General
6! Public License as published by the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
7! (at your option) any later version.
8!
9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the
10! implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General
11! Public License for more details.
12!
13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with PALM. If not, see
14! <http://www.gnu.org/licenses/>.
15!
16! Copyright 1997-2020 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
18!
19!
20! Current revisions:
21! -----------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: pmc_handle_communicator_mod.f90 4650 2020-08-25 14:35:50Z maronga $
27! bugfix for r4649
28!
29! 4649 2020-08-25 12:11:17Z raasch
30! File re-formatted to follow the PALM coding standard
31!
32!
33! 4629 2020-07-29 09:37:56Z raasch
34! Support for MPI Fortran77 interface (mpif.h) removed
35!
36! 4360 2020-01-07 11:25:50Z suehring
37! Corrected "Former revisions" section
38!
39! 3888 2019-04-12 09:18:10Z hellstea
40! Missing MPI_BCAST of anterpolation_buffer_width added.
41!
42! 3885 2019-04-11 11:29:34Z kanani
43! Changes related to global restructuring of location messages and introduction of additional debug
44! messages
45!
46! 3819 2019-03-27 11:01:36Z hellstea
47! Adjustable anterpolation buffer introduced on all nest boundaries, it is controlled by the new
48! nesting_parameters parameter anterpolation_buffer_width.
49!
50! 3655 2019-01-07 16:51:22Z knoop
51! nestpar renamed to nesting_parameters
52!
53! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
54! Initial revision by K. Ketelsen
55!
56! Description:
57! ------------
58! Handle MPI communicator in PALM model coupler
59!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
60 MODULE PMC_handle_communicator
61#if defined( __parallel )
62    USE kinds
63
64    USE MPI
65
66    USE pmc_general,                                                                               &
67        ONLY: pmc_max_models,                                                                      &
68              pmc_status_error,                                                                    &
69              pmc_status_ok
70
71
72    USE control_parameters,                                                                        &
73        ONLY: message_string
74
75    IMPLICIT NONE
76
77!
78!-- ATTENTION: Do not change the order of variable declarations in the following TYPE definition,
79!-- because the order must follow the order in which the layout data is given in the NAMELIST file.
80    TYPE pmc_layout
81
82       CHARACTER(LEN=32) ::  name  !<
83
84       INTEGER ::  id            !<
85       INTEGER ::  parent_id     !<
86       INTEGER ::  npe_total     !<
87
88       REAL(wp) ::  lower_left_x  !<
89       REAL(wp) ::  lower_left_y  !<
90
91    END TYPE pmc_layout
92
93    PUBLIC  pmc_status_ok, pmc_status_error  !<
94
95    INTEGER, PARAMETER, PUBLIC ::  pmc_error_npes        = 1  !< illegal number of processes
96    INTEGER, PARAMETER, PUBLIC ::  pmc_namelist_error    = 2  !< error(s) in nesting_parameters namelist
97    INTEGER, PARAMETER, PUBLIC ::  pmc_no_namelist_found = 3  !< no couple layout namelist found
98
99    INTEGER ::  m_my_cpl_id   !< coupler id of this model
100    INTEGER ::  m_ncpl        !< number of couplers given in nesting_parameters namelist
101    INTEGER ::  m_parent_id   !< coupler id of parent of this model
102    INTEGER ::  m_world_comm  !< global nesting communicator
103
104    TYPE(pmc_layout), PUBLIC, DIMENSION(pmc_max_models) ::  m_couplers  !< information of all couplers
105
106    INTEGER, PUBLIC ::  m_model_comm          !< communicator of this model
107    INTEGER, PUBLIC ::  m_model_npes          !<
108    INTEGER, PUBLIC ::  m_model_rank          !<
109    INTEGER, PUBLIC ::  m_to_parent_comm      !< communicator to the parent
110    INTEGER, PUBLIC ::  m_world_rank          !<
111    INTEGER         ::  m_parent_remote_size  !< number of processes in the parent model
112    INTEGER         ::  m_world_npes          !<
113    INTEGER         ::  peer_comm             !< peer_communicator for inter communicators
114
115    INTEGER, DIMENSION(pmc_max_models), PUBLIC ::  m_to_child_comm   !< communicator to the child(ren)
116    INTEGER, DIMENSION(:), POINTER, PUBLIC ::  pmc_parent_for_child  !<
117
118
119    INTERFACE pmc_get_model_info
120       MODULE PROCEDURE pmc_get_model_info
121    END INTERFACE pmc_get_model_info
122
123    INTERFACE pmc_is_rootmodel
124       MODULE PROCEDURE pmc_is_rootmodel
125    END INTERFACE pmc_is_rootmodel
126
127    PUBLIC pmc_get_model_info, pmc_init_model, pmc_is_rootmodel   !<
128
129
130
131 CONTAINS
132
133
134!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
135! Description:
136! ------------
137!> @Todo: Missing subroutine description.
138!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
139 SUBROUTINE pmc_init_model( comm, nesting_datatransfer_mode, nesting_mode,                         &
140                            anterpolation_buffer_width, pmc_status )
141
142    USE control_parameters,                                                                        &
143        ONLY:  message_string
144
145    USE pegrid,                                                                                    &
146        ONLY:  myid
147
148      IMPLICIT NONE
149
150    CHARACTER(LEN=7), INTENT(INOUT) ::  nesting_datatransfer_mode  !<
151    CHARACTER(LEN=8), INTENT(INOUT) ::  nesting_mode               !<
152
153    INTEGER, INTENT(INOUT) ::  anterpolation_buffer_width  !< Boundary buffer width for anterpolation
154    INTEGER, INTENT(INOUT) ::  comm                        !<
155    INTEGER, INTENT(INOUT) ::  pmc_status                  !<
156
157    INTEGER ::  childcount     !<
158    INTEGER ::  i              !<
159    INTEGER ::  ierr           !<
160    INTEGER ::  istat          !<
161    INTEGER ::  m_my_cpl_rank  !<
162    INTEGER ::  tag            !<
163
164    INTEGER, DIMENSION(pmc_max_models)   ::  activeparent  !< I am active parent for this child ID
165    INTEGER, DIMENSION(pmc_max_models+1) ::  start_pe      !<
166
167    pmc_status   = pmc_status_ok
168    comm         = -1
169    m_world_comm = MPI_COMM_WORLD
170    m_my_cpl_id  = -1
171    childcount   =  0
172    activeparent = -1
173    start_pe(:)  =  0
174
175    CALL MPI_COMM_RANK( MPI_COMM_WORLD, m_world_rank, istat )
176    CALL MPI_COMM_SIZE( MPI_COMM_WORLD, m_world_npes, istat )
177!
178!-- Only process 0 of root model reads
179    IF ( m_world_rank == 0 )  THEN
180
181       CALL read_coupling_layout( nesting_datatransfer_mode, nesting_mode,                         &
182                                  anterpolation_buffer_width, pmc_status )
183
184       IF ( pmc_status /= pmc_no_namelist_found  .AND.                                             &
185            pmc_status /= pmc_namelist_error )                                                     &
186       THEN
187!
188!--       Calculate start PE of every model
189          start_pe(1) = 0
190          DO  i = 2, m_ncpl+1
191             start_pe(i) = start_pe(i-1) + m_couplers(i-1)%npe_total
192          ENDDO
193
194!
195!--       The sum of numbers of processes requested by all the domains must be equal to the total
196!--       number of processes of the run
197          IF ( start_pe(m_ncpl+1) /= m_world_npes )  THEN
198             WRITE( message_string, '(2A,I6,2A,I6,A)' )                                            &
199                                                'nesting-setup requires different number of ',     &
200                                                'MPI procs (', start_pe(m_ncpl+1), ') than ',      &
201                                                'provided (', m_world_npes,')'
202             CALL message( 'pmc_init_model', 'PA0229', 3, 2, 0, 6, 0 )
203          ENDIF
204
205       ENDIF
206
207    ENDIF
208!
209!-- Broadcast the read status. This synchronises all other processes with process 0 of the root
210!-- model. Without synchronisation, they would not behave in the correct way (e.g. they would not
211!-- return in case of a missing NAMELIST).
212    CALL MPI_BCAST( pmc_status, 1, MPI_INTEGER, 0, MPI_COMM_WORLD, istat )
213
214    IF ( pmc_status == pmc_no_namelist_found )  THEN
215!
216!--    Not a nested run; return the MPI_WORLD communicator
217       comm = MPI_COMM_WORLD
218       RETURN
219
220    ELSEIF ( pmc_status == pmc_namelist_error )  THEN
221!
222!--    Only the root model gives the error message. Others are aborted by the message-routine with
223!--    MPI_ABORT. Must be done this way since myid and comm2d have not yet been assigned at this
224!--    point.
225       IF ( m_world_rank == 0 )  THEN
226          message_string = 'errors in \$nesting_parameters'
227          CALL message( 'pmc_init_model', 'PA0223', 3, 2, 0, 6, 0 )
228       ENDIF
229
230    ENDIF
231
232    CALL MPI_BCAST( m_ncpl,          1, MPI_INTEGER, 0, MPI_COMM_WORLD, istat )
233    CALL MPI_BCAST( start_pe, m_ncpl+1, MPI_INTEGER, 0, MPI_COMM_WORLD, istat )
234!
235!-- Broadcast coupling layout
236    DO  i = 1, m_ncpl
237       CALL MPI_BCAST( m_couplers(i)%name, LEN( m_couplers(i)%name ),                              &
238                       MPI_CHARACTER, 0, MPI_COMM_WORLD, istat )
239       CALL MPI_BCAST( m_couplers(i)%id,           1, MPI_INTEGER, 0,                              &
240                       MPI_COMM_WORLD, istat )
241       CALL MPI_BCAST( m_couplers(i)%Parent_id,    1, MPI_INTEGER, 0,                              &
242                       MPI_COMM_WORLD, istat )
243       CALL MPI_BCAST( m_couplers(i)%npe_total,    1, MPI_INTEGER, 0,                              &
244                       MPI_COMM_WORLD, istat )
245       CALL MPI_BCAST( m_couplers(i)%lower_left_x, 1, MPI_REAL,    0,                              &
246                       MPI_COMM_WORLD, istat )
247       CALL MPI_BCAST( m_couplers(i)%lower_left_y, 1, MPI_REAL,    0,                              &
248                       MPI_COMM_WORLD, istat )
249    ENDDO
250    CALL MPI_BCAST( nesting_mode, LEN( nesting_mode ), MPI_CHARACTER, 0, MPI_COMM_WORLD, istat )
251    CALL MPI_BCAST( nesting_datatransfer_mode, LEN(nesting_datatransfer_mode), MPI_CHARACTER, 0,   &
252                    MPI_COMM_WORLD, istat )
253    CALL MPI_BCAST( anterpolation_buffer_width, 1, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD, istat )
254!
255!-- Assign global MPI processes to individual models by setting the couple id
256    DO  i = 1, m_ncpl
257       IF ( m_world_rank >= start_pe(i)  .AND.  m_world_rank < start_pe(i+1) )  THEN
258          m_my_cpl_id = i
259          EXIT
260       ENDIF
261    ENDDO
262    m_my_cpl_rank = m_world_rank - start_pe(i)
263!
264!-- MPI_COMM_WORLD is the communicator for ALL models (MPI-1 approach). The communictors for the
265!-- individual models as created by MPI_COMM_SPLIT. The color of the model is represented by the
266!-- coupler id
267    CALL MPI_COMM_SPLIT( MPI_COMM_WORLD, m_my_cpl_id, m_my_cpl_rank, comm, istat )
268!
269!-- Get size and rank of the model running on this process
270    CALL  MPI_COMM_RANK( comm, m_model_rank, istat )
271    CALL  MPI_COMM_SIZE( comm, m_model_npes, istat )
272!
273!-- Broadcast (from process 0) the parent id and id of every model
274    DO  i = 1, m_ncpl
275       CALL MPI_BCAST( m_couplers(i)%parent_id, 1, MPI_INTEGER, 0, MPI_COMM_WORLD, istat )
276       CALL MPI_BCAST( m_couplers(i)%id,        1, MPI_INTEGER, 0, MPI_COMM_WORLD, istat )
277    ENDDO
278!
279!-- Save the current model communicator for pmc internal use
280    m_model_comm = comm
281
282!
283!-- Create intercommunicator between the parent and children.
284!-- MPI_INTERCOMM_CREATE creates an intercommunicator between 2 groups of different colors. The
285!-- grouping was done above with MPI_COMM_SPLIT. A duplicate of MPI_COMM_WORLD is created and used
286!-- as peer communicator (peer_comm) for MPI_INTERCOMM_CREATE.
287    CALL MPI_COMM_DUP( MPI_COMM_WORLD, peer_comm, ierr )
288    DO  i = 2, m_ncpl
289       IF ( m_couplers(i)%parent_id == m_my_cpl_id )  THEN
290!
291!--       Identify all children models of the current model and create inter-communicators to
292!--       connect between the current model and its children models.
293          tag = 500 + i
294          CALL MPI_INTERCOMM_CREATE( comm, 0, peer_comm, start_pe(i), tag, m_to_child_comm(i),     &
295                                     istat )
296          childcount = childcount + 1
297          activeparent(i) = 1
298       ELSEIF ( i == m_my_cpl_id)  THEN
299!
300!--       Create an inter-communicator to connect between the current model and its parent model.
301          tag = 500 + i
302          CALL MPI_INTERCOMM_CREATE( comm, 0, peer_comm, start_pe(m_couplers(i)%parent_id), tag,   &
303                                     m_to_parent_comm, istat )
304       ENDIF
305    ENDDO
306!
307!-- If I am a parent, count the number of children I have. Although this loop is symmetric on all
308!-- processes, the "activeparent" flag is true (==1) on the respective individual process only.
309    ALLOCATE( pmc_parent_for_child(childcount+1) )
310
311    childcount = 0
312    DO  i = 2, m_ncpl
313       IF ( activeparent(i) == 1 )  THEN
314          childcount = childcount + 1
315          pmc_parent_for_child(childcount) = i
316       ENDIF
317    ENDDO
318!
319!-- Get the size of the parent model
320    IF ( m_my_cpl_id > 1 )  THEN
321       CALL MPI_COMM_REMOTE_SIZE( m_to_parent_comm, m_parent_remote_size, istat )
322    ELSE
323!
324!--    The root model does not have a parent
325       m_parent_remote_size = -1
326    ENDIF
327!
328!-- Set myid to non-zero value except for the root domain. This is a setting for the message routine
329!-- which is called at the end of pmci_init. That routine outputs messages for myid = 0, only.
330!-- However, myid has not been assigened so far, so that all processes of the root model would
331!-- output a message. To avoid this, set myid to some other value except for process 0 of the root
332!-- domain.
333    IF ( m_world_rank /= 0 )  myid = 1
334
335 END SUBROUTINE PMC_init_model
336
337
338!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
339! Description:
340! ------------
341!> @Todo: Missing subroutine description.
342!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
343 SUBROUTINE pmc_get_model_info( comm_world_nesting, cpl_id, cpl_name, cpl_parent_id, lower_left_x, &
344                                lower_left_y, ncpl, npe_total, request_for_cpl_id )
345!
346!-- Provide module private variables of the pmc for PALM
347
348    USE kinds
349
350    IMPLICIT NONE
351
352    CHARACTER(LEN=*), INTENT(OUT), OPTIONAL ::  cpl_name   !<
353
354    INTEGER, INTENT(IN), OPTIONAL ::  request_for_cpl_id   !<
355
356    INTEGER, INTENT(OUT), OPTIONAL ::  comm_world_nesting  !<
357    INTEGER, INTENT(OUT), OPTIONAL ::  cpl_id              !<
358    INTEGER, INTENT(OUT), OPTIONAL ::  cpl_parent_id       !<
359    INTEGER, INTENT(OUT), OPTIONAL ::  ncpl                !<
360    INTEGER, INTENT(OUT), OPTIONAL ::  npe_total           !<
361
362    INTEGER ::  requested_cpl_id                           !<
363
364    REAL(wp), INTENT(OUT), OPTIONAL ::  lower_left_x       !<
365    REAL(wp), INTENT(OUT), OPTIONAL ::  lower_left_y       !<
366
367!
368!-- Set the requested coupler id
369    IF ( PRESENT( request_for_cpl_id ) )  THEN
370       requested_cpl_id = request_for_cpl_id
371!
372!--    Check for allowed range of values
373       IF ( requested_cpl_id < 1  .OR.  requested_cpl_id > m_ncpl )  RETURN
374    ELSE
375       requested_cpl_id = m_my_cpl_id
376    ENDIF
377!
378!-- Return the requested information
379    IF ( PRESENT( comm_world_nesting )  )  THEN
380       comm_world_nesting = m_world_comm
381    ENDIF
382    IF ( PRESENT( cpl_id )        )  THEN
383       cpl_id = requested_cpl_id
384    ENDIF
385    IF ( PRESENT( cpl_parent_id ) )  THEN
386       cpl_parent_id = m_couplers(requested_cpl_id)%parent_id
387    ENDIF
388    IF ( PRESENT( cpl_name )      )  THEN
389       cpl_name = m_couplers(requested_cpl_id)%name
390    ENDIF
391    IF ( PRESENT( ncpl )          )  THEN
392       ncpl = m_ncpl
393    ENDIF
394    IF ( PRESENT( npe_total )     )  THEN
395       npe_total = m_couplers(requested_cpl_id)%npe_total
396    ENDIF
397    IF ( PRESENT( lower_left_x )  )  THEN
398       lower_left_x = m_couplers(requested_cpl_id)%lower_left_x
399    ENDIF
400    IF ( PRESENT( lower_left_y )  )  THEN
401       lower_left_y = m_couplers(requested_cpl_id)%lower_left_y
402    ENDIF
403
404 END SUBROUTINE pmc_get_model_info
405
406
407
408 LOGICAL function pmc_is_rootmodel( )
409
410    IMPLICIT NONE
411
412    pmc_is_rootmodel = ( m_my_cpl_id == 1 )
413
414 END FUNCTION pmc_is_rootmodel
415
416
417
418!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
419! Description:
420! ------------
421!> @Todo: Missing subroutine description.
422!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
423 SUBROUTINE read_coupling_layout( nesting_datatransfer_mode, nesting_mode,                         &
424                                  anterpolation_buffer_width, pmc_status )
425
426    IMPLICIT NONE
427
428    CHARACTER(LEN=7), INTENT(INOUT) ::  nesting_datatransfer_mode  !<
429    CHARACTER(LEN=8), INTENT(INOUT) ::  nesting_mode               !<
430
431    INTEGER, INTENT(INOUT)      ::  anterpolation_buffer_width  !< Boundary buffer width for anterpolation
432    INTEGER(iwp), INTENT(INOUT) ::  pmc_status                  !<
433
434    INTEGER(iwp) ::  bad_llcorner  !<
435    INTEGER(iwp) ::  i             !<
436    INTEGER(iwp) ::  istat         !<
437
438    TYPE(pmc_layout), DIMENSION(pmc_max_models) ::  domain_layouts  !<
439
440    NAMELIST /nesting_parameters/  domain_layouts,                                                 &
441                                   nesting_datatransfer_mode,                                      &
442                                   nesting_mode,                                                   &
443                                   anterpolation_buffer_width
444
445!
446!-- Initialize some coupling variables
447    domain_layouts(1:pmc_max_models)%id = -1
448    m_ncpl =   0
449
450    pmc_status = pmc_status_ok
451!
452!-- Open the NAMELIST-file and read the nesting layout
453    CALL check_open( 11 )
454    READ ( 11, nesting_parameters, IOSTAT = istat )
455!
456!-- Set filepointer to the beginning of the file. Otherwise process 0 will later be unable to read
457!-- the inipar-NAMELIST
458    REWIND ( 11 )
459
460    IF ( istat < 0 )  THEN
461!
462!--    No nesting_parameters-NAMELIST found
463       pmc_status = pmc_no_namelist_found
464       RETURN
465    ELSEIF ( istat > 0 )  THEN
466!
467!--    Errors in reading nesting_parameters-NAMELIST
468       pmc_status = pmc_namelist_error
469       RETURN
470    ENDIF
471!
472!-- Output location message
473    CALL location_message( 'initialize communicators for nesting', 'start' )
474!
475!-- Assign the layout to the corresponding internally used variable m_couplers
476    m_couplers = domain_layouts
477!
478!-- Get the number of nested models given in the nesting_parameters-NAMELIST
479    DO  i = 1, pmc_max_models
480!
481!--    When id=-1 is found for the first time, the list of domains is finished
482       IF ( m_couplers(i)%id == -1  .OR.  i == pmc_max_models )  THEN
483          IF ( m_couplers(i)%id == -1 )  THEN
484             m_ncpl = i - 1
485             EXIT
486          ELSE
487             m_ncpl = pmc_max_models
488          ENDIF
489       ENDIF
490    ENDDO
491!
492!-- Make sure that all domains have equal lower left corner in case of vertical nesting
493    IF ( nesting_mode == 'vertical' )  THEN
494       bad_llcorner = 0
495       DO  i = 1, m_ncpl
496          IF ( domain_layouts(i)%lower_left_x /= 0.0_wp .OR.                                       &
497               domain_layouts(i)%lower_left_y /= 0.0_wp )  THEN
498             bad_llcorner = bad_llcorner + 1
499             domain_layouts(i)%lower_left_x = 0.0_wp
500             domain_layouts(i)%lower_left_y = 0.0_wp
501          ENDIF
502       ENDDO
503       IF ( bad_llcorner /= 0)  THEN
504          WRITE( message_string, *)  'at least one dimension of lower ',                           &
505                                     'left corner of one domain is not 0. ',                       &
506                                     'All lower left corners were set to (0, 0)'
507          CALL message( 'read_coupling_layout', 'PA0427', 0, 0, 0, 6, 0 )
508       ENDIF
509    ENDIF
510
511    CALL location_message( 'initialize communicators for nesting', 'finished' )
512
513 END SUBROUTINE read_coupling_layout
514
515#endif
516 END MODULE pmc_handle_communicator
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.