source: palm/trunk/SOURCE/pmc_handle_communicator_mod.f90 @ 4843

Last change on this file since 4843 was 4843, checked in by raasch, 3 years ago

local namelist parameter added to switch off the module although the respective module namelist appears in the namelist file, further copyright updates

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 21.3 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 1997-2021 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
18!
19!
20! Current revisions:
21! -----------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: pmc_handle_communicator_mod.f90 4843 2021-01-15 15:22:11Z raasch $
27! local namelist parameter added to switch off the module although the respective module namelist
28! appears in the namelist file
29!
30! 4828 2021-01-05 11:21:41Z Giersch
31! Canopy-restricted anterpolation introduced. New namelist parameter anterpolation_starting_height
32! introduced for controlling canopy-restricted anterpolation.
33!
34! 4650 2020-08-25 14:35:50Z raasch
35! bugfix for r4649
36!
37! 4649 2020-08-25 12:11:17Z raasch
38! File re-formatted to follow the PALM coding standard
39!
40!
41! 4629 2020-07-29 09:37:56Z raasch
42! Support for MPI Fortran77 interface (mpif.h) removed
43!
44! 4360 2020-01-07 11:25:50Z suehring
45! Corrected "Former revisions" section
46!
47! 3888 2019-04-12 09:18:10Z hellstea
48! Missing MPI_BCAST of anterpolation_buffer_width added.
49!
50! 3885 2019-04-11 11:29:34Z kanani
51! Changes related to global restructuring of location messages and introduction of additional debug
52! messages
53!
54! 3819 2019-03-27 11:01:36Z hellstea
55! Adjustable anterpolation buffer introduced on all nest boundaries, it is controlled by the new
56! nesting_parameters parameter anterpolation_buffer_width.
57!
58! 3655 2019-01-07 16:51:22Z knoop
59! nestpar renamed to nesting_parameters
60!
61! 1762 2016-02-25 12:31:13Z hellstea
62! Initial revision by K. Ketelsen
63!
64! Description:
65! ------------
66! Handle MPI communicator in PALM model coupler
67!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
68 MODULE PMC_handle_communicator
69#if defined( __parallel )
70    USE kinds
71
72    USE MPI
73
74    USE pmc_general,                                                                               &
75        ONLY: pmc_max_models,                                                                      &
76              pmc_status_error,                                                                    &
77              pmc_status_ok
78
79
80    USE control_parameters,                                                                        &
81        ONLY: message_string
82
83    IMPLICIT NONE
84
85!
86!-- ATTENTION: Do not change the order of variable declarations in the following TYPE definition,
87!-- because the order must follow the order in which the layout data is given in the NAMELIST file.
88    TYPE pmc_layout
89
90       CHARACTER(LEN=32) ::  name  !<
91
92       INTEGER ::  id            !<
93       INTEGER ::  parent_id     !<
94       INTEGER ::  npe_total     !<
95
96       REAL(wp) ::  lower_left_x  !<
97       REAL(wp) ::  lower_left_y  !<
98
99    END TYPE pmc_layout
100
101    PUBLIC  pmc_status_ok, pmc_status_error  !<
102
103    INTEGER, PARAMETER, PUBLIC ::  pmc_error_npes        = 1  !< illegal number of processes
104    INTEGER, PARAMETER, PUBLIC ::  pmc_namelist_error    = 2  !< error(s) in nesting_parameters namelist
105    INTEGER, PARAMETER, PUBLIC ::  pmc_no_namelist_found = 3  !< no couple layout namelist found
106
107    INTEGER ::  m_my_cpl_id   !< coupler id of this model
108    INTEGER ::  m_ncpl        !< number of couplers given in nesting_parameters namelist
109    INTEGER ::  m_parent_id   !< coupler id of parent of this model
110    INTEGER ::  m_world_comm  !< global nesting communicator
111
112    TYPE(pmc_layout), PUBLIC, DIMENSION(pmc_max_models) ::  m_couplers  !< information of all couplers
113
114    INTEGER, PUBLIC ::  m_model_comm          !< communicator of this model
115    INTEGER, PUBLIC ::  m_model_npes          !<
116    INTEGER, PUBLIC ::  m_model_rank          !<
117    INTEGER, PUBLIC ::  m_to_parent_comm      !< communicator to the parent
118    INTEGER, PUBLIC ::  m_world_rank          !<
119    INTEGER         ::  m_parent_remote_size  !< number of processes in the parent model
120    INTEGER         ::  m_world_npes          !<
121    INTEGER         ::  peer_comm             !< peer_communicator for inter communicators
122
123    INTEGER, DIMENSION(pmc_max_models), PUBLIC ::  m_to_child_comm   !< communicator to the child(ren)
124    INTEGER, DIMENSION(:), POINTER, PUBLIC ::  pmc_parent_for_child  !<
125
126
127    INTERFACE pmc_get_model_info
128       MODULE PROCEDURE pmc_get_model_info
129    END INTERFACE pmc_get_model_info
130
131    INTERFACE pmc_is_rootmodel
132       MODULE PROCEDURE pmc_is_rootmodel
133    END INTERFACE pmc_is_rootmodel
134
135    PUBLIC pmc_get_model_info, pmc_init_model, pmc_is_rootmodel   !<
136
137
138
139 CONTAINS
140
141
142!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
143! Description:
144! ------------
145!> @Todo: Missing subroutine description.
146!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
147 SUBROUTINE pmc_init_model( comm, nesting_datatransfer_mode, nesting_mode,                         &
148                            anterpolation_buffer_width, anterpolation_starting_height, pmc_status )
149
150    USE control_parameters,                                                                        &
151        ONLY:  message_string
152
153    USE pegrid,                                                                                    &
154        ONLY:  myid
155
156      IMPLICIT NONE
157
158    CHARACTER(LEN=7), INTENT(INOUT) ::  nesting_datatransfer_mode  !<
159    CHARACTER(LEN=8), INTENT(INOUT) ::  nesting_mode               !<
160
161    INTEGER, INTENT(INOUT) ::  anterpolation_buffer_width  !< Boundary buffer width for anterpolation
162    INTEGER, INTENT(INOUT) ::  comm                        !<
163    INTEGER, INTENT(INOUT) ::  pmc_status                  !<
164
165    REAL(wp), INTENT(INOUT) ::  anterpolation_starting_height  !< steering parameter for canopy restricted anterpolation
166   
167    INTEGER ::  childcount     !<
168    INTEGER ::  i              !<
169    INTEGER ::  ierr           !<
170    INTEGER ::  istat          !<
171    INTEGER ::  m_my_cpl_rank  !<
172    INTEGER ::  tag            !<
173
174    INTEGER, DIMENSION(pmc_max_models)   ::  activeparent  !< I am active parent for this child ID
175    INTEGER, DIMENSION(pmc_max_models+1) ::  start_pe      !<
176
177    pmc_status   = pmc_status_ok
178    comm         = -1
179    m_world_comm = MPI_COMM_WORLD
180    m_my_cpl_id  = -1
181    childcount   =  0
182    activeparent = -1
183    start_pe(:)  =  0
184
185    CALL MPI_COMM_RANK( MPI_COMM_WORLD, m_world_rank, istat )
186    CALL MPI_COMM_SIZE( MPI_COMM_WORLD, m_world_npes, istat )
187!
188!-- Only process 0 of root model reads
189    IF ( m_world_rank == 0 )  THEN
190
191       CALL read_coupling_layout( nesting_datatransfer_mode, nesting_mode,                         &
192            anterpolation_buffer_width, anterpolation_starting_height,                             &
193            pmc_status )
194
195       IF ( pmc_status /= pmc_no_namelist_found  .AND.                                             &
196            pmc_status /= pmc_namelist_error )                                                     &
197       THEN
198!
199!--       Calculate start PE of every model
200          start_pe(1) = 0
201          DO  i = 2, m_ncpl+1
202             start_pe(i) = start_pe(i-1) + m_couplers(i-1)%npe_total
203          ENDDO
204
205!
206!--       The sum of numbers of processes requested by all the domains must be equal to the total
207!--       number of processes of the run
208          IF ( start_pe(m_ncpl+1) /= m_world_npes )  THEN
209             WRITE( message_string, '(2A,I6,2A,I6,A)' )                                            &
210                                                'nesting-setup requires different number of ',     &
211                                                'MPI procs (', start_pe(m_ncpl+1), ') than ',      &
212                                                'provided (', m_world_npes,')'
213             CALL message( 'pmc_init_model', 'PA0229', 3, 2, 0, 6, 0 )
214          ENDIF
215
216       ENDIF
217
218    ENDIF
219!
220!-- Broadcast the read status. This synchronises all other processes with process 0 of the root
221!-- model. Without synchronisation, they would not behave in the correct way (e.g. they would not
222!-- return in case of a missing NAMELIST).
223    CALL MPI_BCAST( pmc_status, 1, MPI_INTEGER, 0, MPI_COMM_WORLD, istat )
224
225    IF ( pmc_status == pmc_no_namelist_found )  THEN
226!
227!--    Not a nested run; return the MPI_WORLD communicator
228       comm = MPI_COMM_WORLD
229       RETURN
230
231    ELSEIF ( pmc_status == pmc_namelist_error )  THEN
232!
233!--    Only the root model gives the error message. Others are aborted by the message-routine with
234!--    MPI_ABORT. Must be done this way since myid and comm2d have not yet been assigned at this
235!--    point.
236       IF ( m_world_rank == 0 )  THEN
237          message_string = 'errors in \$nesting_parameters'
238          CALL message( 'pmc_init_model', 'PA0223', 3, 2, 0, 6, 0 )
239       ENDIF
240
241    ENDIF
242
243    CALL MPI_BCAST( m_ncpl,          1, MPI_INTEGER, 0, MPI_COMM_WORLD, istat )
244    CALL MPI_BCAST( start_pe, m_ncpl+1, MPI_INTEGER, 0, MPI_COMM_WORLD, istat )
245!
246!-- Broadcast coupling layout
247    DO  i = 1, m_ncpl
248       CALL MPI_BCAST( m_couplers(i)%name, LEN( m_couplers(i)%name ),                              &
249                       MPI_CHARACTER, 0, MPI_COMM_WORLD, istat )
250       CALL MPI_BCAST( m_couplers(i)%id,           1, MPI_INTEGER, 0,                              &
251                       MPI_COMM_WORLD, istat )
252       CALL MPI_BCAST( m_couplers(i)%Parent_id,    1, MPI_INTEGER, 0,                              &
253                       MPI_COMM_WORLD, istat )
254       CALL MPI_BCAST( m_couplers(i)%npe_total,    1, MPI_INTEGER, 0,                              &
255                       MPI_COMM_WORLD, istat )
256       CALL MPI_BCAST( m_couplers(i)%lower_left_x, 1, MPI_REAL,    0,                              &
257                       MPI_COMM_WORLD, istat )
258       CALL MPI_BCAST( m_couplers(i)%lower_left_y, 1, MPI_REAL,    0,                              &
259                       MPI_COMM_WORLD, istat )
260    ENDDO
261    CALL MPI_BCAST( nesting_mode, LEN( nesting_mode ), MPI_CHARACTER, 0, MPI_COMM_WORLD, istat )
262    CALL MPI_BCAST( nesting_datatransfer_mode, LEN(nesting_datatransfer_mode), MPI_CHARACTER, 0,   &
263                    MPI_COMM_WORLD, istat )
264    CALL MPI_BCAST( anterpolation_buffer_width, 1, MPI_INT, 0, MPI_COMM_WORLD, istat )
265    CALL MPI_BCAST( anterpolation_starting_height, 1, MPI_REAL, 0, MPI_COMM_WORLD, istat )
266!
267!-- Assign global MPI processes to individual models by setting the couple id
268    DO  i = 1, m_ncpl
269       IF ( m_world_rank >= start_pe(i)  .AND.  m_world_rank < start_pe(i+1) )  THEN
270          m_my_cpl_id = i
271          EXIT
272       ENDIF
273    ENDDO
274    m_my_cpl_rank = m_world_rank - start_pe(i)
275!
276!-- MPI_COMM_WORLD is the communicator for ALL models (MPI-1 approach). The communictors for the
277!-- individual models as created by MPI_COMM_SPLIT. The color of the model is represented by the
278!-- coupler id
279    CALL MPI_COMM_SPLIT( MPI_COMM_WORLD, m_my_cpl_id, m_my_cpl_rank, comm, istat )
280!
281!-- Get size and rank of the model running on this process
282    CALL  MPI_COMM_RANK( comm, m_model_rank, istat )
283    CALL  MPI_COMM_SIZE( comm, m_model_npes, istat )
284!
285!-- Broadcast (from process 0) the parent id and id of every model
286    DO  i = 1, m_ncpl
287       CALL MPI_BCAST( m_couplers(i)%parent_id, 1, MPI_INTEGER, 0, MPI_COMM_WORLD, istat )
288       CALL MPI_BCAST( m_couplers(i)%id,        1, MPI_INTEGER, 0, MPI_COMM_WORLD, istat )
289    ENDDO
290!
291!-- Save the current model communicator for pmc internal use
292    m_model_comm = comm
293
294!
295!-- Create intercommunicator between the parent and children.
296!-- MPI_INTERCOMM_CREATE creates an intercommunicator between 2 groups of different colors. The
297!-- grouping was done above with MPI_COMM_SPLIT. A duplicate of MPI_COMM_WORLD is created and used
298!-- as peer communicator (peer_comm) for MPI_INTERCOMM_CREATE.
299    CALL MPI_COMM_DUP( MPI_COMM_WORLD, peer_comm, ierr )
300    DO  i = 2, m_ncpl
301       IF ( m_couplers(i)%parent_id == m_my_cpl_id )  THEN
302!
303!--       Identify all children models of the current model and create inter-communicators to
304!--       connect between the current model and its children models.
305          tag = 500 + i
306          CALL MPI_INTERCOMM_CREATE( comm, 0, peer_comm, start_pe(i), tag, m_to_child_comm(i),     &
307                                     istat )
308          childcount = childcount + 1
309          activeparent(i) = 1
310       ELSEIF ( i == m_my_cpl_id)  THEN
311!
312!--       Create an inter-communicator to connect between the current model and its parent model.
313          tag = 500 + i
314          CALL MPI_INTERCOMM_CREATE( comm, 0, peer_comm, start_pe(m_couplers(i)%parent_id), tag,   &
315                                     m_to_parent_comm, istat )
316       ENDIF
317    ENDDO
318!
319!-- If I am a parent, count the number of children I have. Although this loop is symmetric on all
320!-- processes, the "activeparent" flag is true (==1) on the respective individual process only.
321    ALLOCATE( pmc_parent_for_child(childcount+1) )
322
323    childcount = 0
324    DO  i = 2, m_ncpl
325       IF ( activeparent(i) == 1 )  THEN
326          childcount = childcount + 1
327          pmc_parent_for_child(childcount) = i
328       ENDIF
329    ENDDO
330!
331!-- Get the size of the parent model
332    IF ( m_my_cpl_id > 1 )  THEN
333       CALL MPI_COMM_REMOTE_SIZE( m_to_parent_comm, m_parent_remote_size, istat )
334    ELSE
335!
336!--    The root model does not have a parent
337       m_parent_remote_size = -1
338    ENDIF
339!
340!-- Set myid to non-zero value except for the root domain. This is a setting for the message routine
341!-- which is called at the end of pmci_init. That routine outputs messages for myid = 0, only.
342!-- However, myid has not been assigened so far, so that all processes of the root model would
343!-- output a message. To avoid this, set myid to some other value except for process 0 of the root
344!-- domain.
345    IF ( m_world_rank /= 0 )  myid = 1
346
347 END SUBROUTINE PMC_init_model
348
349
350!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
351! Description:
352! ------------
353!> @Todo: Missing subroutine description.
354!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
355 SUBROUTINE pmc_get_model_info( comm_world_nesting, cpl_id, cpl_name, cpl_parent_id, lower_left_x, &
356                                lower_left_y, ncpl, npe_total, request_for_cpl_id )
357!
358!-- Provide module private variables of the pmc for PALM
359
360    USE kinds
361
362    IMPLICIT NONE
363
364    CHARACTER(LEN=*), INTENT(OUT), OPTIONAL ::  cpl_name   !<
365
366    INTEGER, INTENT(IN), OPTIONAL ::  request_for_cpl_id   !<
367
368    INTEGER, INTENT(OUT), OPTIONAL ::  comm_world_nesting  !<
369    INTEGER, INTENT(OUT), OPTIONAL ::  cpl_id              !<
370    INTEGER, INTENT(OUT), OPTIONAL ::  cpl_parent_id       !<
371    INTEGER, INTENT(OUT), OPTIONAL ::  ncpl                !<
372    INTEGER, INTENT(OUT), OPTIONAL ::  npe_total           !<
373
374    INTEGER ::  requested_cpl_id                           !<
375
376    REAL(wp), INTENT(OUT), OPTIONAL ::  lower_left_x       !<
377    REAL(wp), INTENT(OUT), OPTIONAL ::  lower_left_y       !<
378
379!
380!-- Set the requested coupler id
381    IF ( PRESENT( request_for_cpl_id ) )  THEN
382       requested_cpl_id = request_for_cpl_id
383!
384!--    Check for allowed range of values
385       IF ( requested_cpl_id < 1  .OR.  requested_cpl_id > m_ncpl )  RETURN
386    ELSE
387       requested_cpl_id = m_my_cpl_id
388    ENDIF
389!
390!-- Return the requested information
391    IF ( PRESENT( comm_world_nesting )  )  THEN
392       comm_world_nesting = m_world_comm
393    ENDIF
394    IF ( PRESENT( cpl_id )        )  THEN
395       cpl_id = requested_cpl_id
396    ENDIF
397    IF ( PRESENT( cpl_parent_id ) )  THEN
398       cpl_parent_id = m_couplers(requested_cpl_id)%parent_id
399    ENDIF
400    IF ( PRESENT( cpl_name )      )  THEN
401       cpl_name = m_couplers(requested_cpl_id)%name
402    ENDIF
403    IF ( PRESENT( ncpl )          )  THEN
404       ncpl = m_ncpl
405    ENDIF
406    IF ( PRESENT( npe_total )     )  THEN
407       npe_total = m_couplers(requested_cpl_id)%npe_total
408    ENDIF
409    IF ( PRESENT( lower_left_x )  )  THEN
410       lower_left_x = m_couplers(requested_cpl_id)%lower_left_x
411    ENDIF
412    IF ( PRESENT( lower_left_y )  )  THEN
413       lower_left_y = m_couplers(requested_cpl_id)%lower_left_y
414    ENDIF
415
416 END SUBROUTINE pmc_get_model_info
417
418
419
420 LOGICAL function pmc_is_rootmodel( )
421
422    IMPLICIT NONE
423
424    pmc_is_rootmodel = ( m_my_cpl_id == 1 )
425
426 END FUNCTION pmc_is_rootmodel
427
428
429
430!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
431! Description:
432! ------------
433!> @Todo: Missing subroutine description.
434!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
435 SUBROUTINE read_coupling_layout( nesting_datatransfer_mode, nesting_mode,                         &
436                                  anterpolation_buffer_width, anterpolation_starting_height,       &
437                                  pmc_status )
438
439    IMPLICIT NONE
440
441    CHARACTER(LEN=7), INTENT(INOUT) ::  nesting_datatransfer_mode  !<
442    CHARACTER(LEN=8), INTENT(INOUT) ::  nesting_mode               !<
443
444    INTEGER, INTENT(INOUT)      ::  anterpolation_buffer_width  !< Boundary buffer width for anterpolation
445    INTEGER(iwp), INTENT(INOUT) ::  pmc_status                  !<
446
447    REAL(wp), INTENT(INOUT) ::  anterpolation_starting_height   !< steering parameter for canopy restricted anterpolation
448
449    INTEGER(iwp) ::  bad_llcorner  !<
450    INTEGER(iwp) ::  i             !<
451    INTEGER(iwp) ::  io_status     !<
452
453    LOGICAL ::  switch_off_module = .FALSE.  !< local namelist parameter to switch off the module
454                                             !< although the respective module namelist appears in
455                                             !< the namelist file
456
457    TYPE(pmc_layout), DIMENSION(pmc_max_models) ::  domain_layouts  !<
458
459    NAMELIST /nesting_parameters/  anterpolation_buffer_width,                                     &
460                                   anterpolation_starting_height,                                  &
461                                   domain_layouts,                                                 &
462                                   nesting_datatransfer_mode,                                      &
463                                   nesting_mode,                                                   &
464                                   switch_off_module
465
466
467!
468!-- Initialize some coupling variables
469    domain_layouts(1:pmc_max_models)%id = -1
470    m_ncpl =   0
471
472    pmc_status = pmc_no_namelist_found
473!
474!-- Open the NAMELIST-file and read the nesting layout
475    CALL check_open( 11 )
476    READ ( 11, nesting_parameters, IOSTAT = io_status )
477!
478!-- Set filepointer to the beginning of the file. Otherwise process 0 will later be unable to read
479!-- the inipar-NAMELIST
480    REWIND ( 11 )
481
482    IF ( io_status == 0 )  THEN
483!
484!--    nesting_parameters namelist was found and read correctly. Enable the nesting by setting
485!--    the palm model coupler status respectively.
486       IF ( .NOT. switch_off_module )  THEN
487          pmc_status = pmc_status_ok
488       ELSE
489          RETURN
490       ENDIF
491    ELSEIF ( io_status < 0 )  THEN
492!
493!--    No nesting_parameters-NAMELIST found
494       RETURN
495    ELSEIF ( io_status > 0 )  THEN
496!
497!--    Errors in reading nesting_parameters-NAMELIST
498       pmc_status = pmc_namelist_error
499       RETURN
500    ENDIF
501
502!
503!-- Output location message
504    CALL location_message( 'initialize communicators for nesting', 'start' )
505!
506!-- Assign the layout to the corresponding internally used variable m_couplers
507    m_couplers = domain_layouts
508!
509!-- Get the number of nested models given in the nesting_parameters-NAMELIST
510    DO  i = 1, pmc_max_models
511!
512!--    When id=-1 is found for the first time, the list of domains is finished
513       IF ( m_couplers(i)%id == -1  .OR.  i == pmc_max_models )  THEN
514          IF ( m_couplers(i)%id == -1 )  THEN
515             m_ncpl = i - 1
516             EXIT
517          ELSE
518             m_ncpl = pmc_max_models
519          ENDIF
520       ENDIF
521    ENDDO
522!
523!-- Make sure that all domains have equal lower left corner in case of vertical nesting
524    IF ( nesting_mode == 'vertical' )  THEN
525       bad_llcorner = 0
526       DO  i = 1, m_ncpl
527          IF ( domain_layouts(i)%lower_left_x /= 0.0_wp .OR.                                       &
528               domain_layouts(i)%lower_left_y /= 0.0_wp )  THEN
529             bad_llcorner = bad_llcorner + 1
530             domain_layouts(i)%lower_left_x = 0.0_wp
531             domain_layouts(i)%lower_left_y = 0.0_wp
532          ENDIF
533       ENDDO
534       IF ( bad_llcorner /= 0)  THEN
535          WRITE( message_string, *)  'at least one dimension of lower ',                           &
536                                     'left corner of one domain is not 0. ',                       &
537                                     'All lower left corners were set to (0, 0)'
538          CALL message( 'read_coupling_layout', 'PA0427', 0, 0, 0, 6, 0 )
539       ENDIF
540    ENDIF
541
542    CALL location_message( 'initialize communicators for nesting', 'finished' )
543
544 END SUBROUTINE read_coupling_layout
545
546#endif
547 END MODULE pmc_handle_communicator
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.