Erweiterung der Molekulardynamik um innere Freiheitsgrade: Modellierung und verteilte Simulationen auf dem Grid:
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München
Verl. Dr. Hut
2011
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IMAGE 1
INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
1.1 MOLEKULARE SIMULATION IN DER VERFAHRENSTECHNIK: STAERKEN UND PROBLEME
. . 1
1.2 ZIELE DIESER ARBEIT 3
1.3 BEITRAEGE DIESER ARBEIT 4
1.4 GLIEDERUNG DIESER ARBEIT 5
2 GRUNDLAGEN DER MOLEKULARDYNAMIK 7
2.1 VORGEHENSWEISE 7
2.1.1 INTEGRATION DER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 9
2.1.2 ZEITSCHRITT IN DER MOLEKULARDYNAMIK 10
2.1.3 SYSTEMGROESSE 11
2.1.4 PERIODISCHE RANDBEDINGUNG UND MINIMUM-IMAGE-KONVENTION . . 12
2.1.5 ABSCHNEIDEKORREKTUR 12
2.2 MOLEKULARE MODELLE UND KRAAFELDER 13
2.2.1 STARRE UND FLEXIBLE MOLEKULARE MODELLE 13
2.2.2 WECHSELWIRKUNGSPOTENTIALE 16
2.2.2.1 INTERMOLEKULARE WECHSELWIRKUNGEN 16
2.2.2.2 INTRAMOLEKULARE WECHSELWIRKUNGEN 21
2.2.3 VORHANDENE KRAFTFELDER 24
2.3 DURCHFUEHRUNG VON MD-SIMULATIONEN 26
2.3.1 PRINZIPIELLER ABLAUF VON MD-SIMULATIONEN 26
2.3.2 ENSEMBLES 28
2.3.3 REDUZIERTE GROESSEN 29
2.4 VORHANDENE PROGRAMME 29
2.5 ZUSAMMENFASSUNG 31
3 ERWEITERUNG DES MS2-CODES UM INNERE FREIHEITSGRADE: VON DER IDEE ZUR
REALISIERUNG 33
3.1 IDEE: VON STARREN ZU FLEXIBLEN MOLEKUELEN 33
3.1.1 STARRES MOLEKULARES MODELL IN MS2 33
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1010823418
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
3.1.2 MODELLERWEITERUNG 37
3.2 REALISIERUNG 39
3.2.1 MS2-CODESTRUKTUR 39
3.2.2 KLASSENDIAGRAMM 41
3.2.3 ABLAUF VON MD-SIMULATIONEN IM MS2-PROGRAMM 45
3.3 AUFBAU EINES FLEXIBLEN MOLEKULAREN MODELLS FUER MS2 46
3.4 VALIDIERUNG VON MD-SIMULATIONEN 48
3.5 PARALLELISIERUNGSSTRATEGIE 48
3.6 ANDERE ERWEITERUNGEN 50
3.6.1 SHAKE-ALGORITHMUS 50
3.6.2 CHEMISCHES POTENTIAL 52
3.7 ZUSAMMENFASSUNG 55
4 RELEVANTE ASPEKTE DES GRID-COMPUTING 57
4.1 GRID-DEFINITION 57
4.2 GRID-MIDDLEWARE 60
4.3 GRID-SERVICES 62
4.3.1 WEB-SERVICES 62
4.3.2 SERVICEORIENTIERTE ARCHITEKTUR 63
4.3.3 OGSA UND OGSI 64
4.3.4 WSRF 65
4.4 GLOBUS TOOLKIT 4 65
4.4.1 GLOBUS-CONTAINER 66
4.4.2 SICHERHEIT 68
4.4.3 DATENMANAGEMENT 69
4.4.4 AUSFUEHRUNGSMANAGEMENT 70
4.4.5 INFORMATIONSMANAGEMENT 70
4.4.6 COMMON RUNTIME 71
4.4.7 UEBERGANG ZUM GLOBUS TOOLKIT 5 71
4.5 GRID-PORTALE 71
4.6 ZUSAMMENFASSUNG 73
5 GRID-WORKFLOW-MANAGEMENT-SYSTEME FUER DIE AUSFUEHRUNG WISSENSCHAFT-
LICHER PROZESSABLAEUFE 75
5.1 WISSENSCHAFTLICHE WORKFLOWS UND WORKFLOW-MANAGEMENT-SYSTEME 76
5.2 BEWERTUNGSKRITERIEN FUER WORKFLOW-MANAGEMENT-SYSTEME 78
5.3 ANALYSE BESTEHENDER WORKFLOW-MANAGEMENT-SYSTEME 79
5.3.1 ASKALON 80
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
5.3.2 ICENI 81
5.3.3 G-ECLIPSE 82
5.3.4 KARAJAN 83
5.3.5 KEPLER 83
5.3.6 K-WF-GRID 84
5.3.7 PEGASUS 86
5.3.8 TAVERNA 87
5.3.9 TRIANA 88
5.3.10 UNICORE 89
5.3.11 WS-PGRADE/P-GRADE 90
5.3.12 WS-VLAM 92
5.4 FAZIT DER EVALUATION 93
5.5 ZUSAMMENFASSUNG 96
6 ERWEITERUNG DES GRIDSFEA-FRAMEWORKS UM EINE WORKFLOW-
FUNKTIONALITAET 97
6.1 GRIDSFEA 97
6.2 WS-VLAM 99
6.3 EINBAU VON WS-VLAM IN DAS GRIDSFEA-FRAMEWORK 102
6.4 UNIVERSELLE PARAMETERSTUDIEN FUER WORKFLOWS 103
6.5 CHECKPOINTING 107
6.5.1 CHECKPOINTING MIT DEM GRIDSFEA-FRAMEWORK 108
6.5.2 WORKFLOWCHECKPOINTING 109
6.6 ZUSAMMENFASSUNG 111
7 MOLEKULARDYNAMIK AUF DEM GRID: DURCHFUEHRUNG UND ERGEBNISSE 113 7.1
DURCHFUEHRUNG EINES RECHENEXPERIMENTS 113
7.1.1 VORAUSSETZUNGEN 113
7.1.2 ERSTELLUNG EINES WORKFLOWS 114
7.1.3 ERSTELLUNG EINER NEUEN WORKFLOWKOMPONENTE 116
7.2 SZENARIEN 119
7.2.1 SIMULATION VON ALKANEN 119
7.2.2 MODELLENTWICKLUNG FUER PHASENGLEICHGEWICHTSSIMULATIONEN 124 7.3
ZUSAMMENFASSUNG 128
8 ABSCHLIESSENDE BEMERKUNGEN UND AUSBLICK 131
8.1 ZUSAMMENFASSUNG UND BEWERTUNG 131
8.1.1 MODELLIERUNG UND SIMULATION VON MOLEKUELEN MIT INNEREN FREIHEITS-
GRADEN 131
IMAGE 4
INHALTSVERZEICHNIS
8.1.2 EINSATZERLEICHTERUNG DER GRID-TECHNOLOGIE ZUR DURCHFUEHRUNG MOLE-
KULARER SIMULATIONEN 132
8.1.3 GRID-WORKFLOWS FUER MOLEKULARE SIMULATIONEN IN DER
VERFAHRENSTECHNIKL32 8.2 AUSBLICK 133
8.2.1 ERWEITERUNG VON MS2 HINSICHTLICH MC-SIMULATIONEN VON MOLEKUELEN MIT
INNEREN FREIHEITSGRADEN 133
8.2.2 OPTIMIERUNGEN VON MS2 134
8.2.3 WEITERE MOEGLICHE WORKFLOWSZENARIEN 135
8.2.4 EINSATZ AUF EINEM HOCHLEISTUNGS-GRID-SYSTEM 136
ANHANG A 139
A.L EINGABEDATEIEN FUER DAS MS2-PROGRAMM 139
A.L.L POTENTIALMODELLDATEI FUER EIN STARRES MOLEKULARES MODELL 139 A.1.2
POTENTIALMODELLDATEI FUER EIN MOLEKULARES MODELL MIT INNEREN FREI-
HEITSGRADEN 140
A.L.3 DATEI MIT DEN SIMULATIONSPARAMETERN 143
A.2 WORKFLOWMODULE 146
A.2.1 JAVA MODULVORLAGE 146
A.2.2 MODUL FUER MS2 147
A.3 SIMULATIONSERGEBNISSE FUER ALKANE 149
A.4 BERECHNUNG DER SIMULATIONSPARAMETER FUER EINE MODELLKLASSE 150
LITERATURVERZEICHNIS 151 |
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