GROMACS的安装方法（含全程视频演示）

sobereva

注：GROMACS通常在Linux下运行，本文只讲在Linux下的编译和安装方法。GROMACS在Windows下也照样可以完美编译和运行，参见《GROMACS的原生Windows版的编译和安装方法》（http://sobereva.com/458），里面还提供了笔者编译好的Windows版。

GROMACS的安装方法

Installation method of GROMACS

文/Sobereva@北京科音

First release: 2019-Jan-2  Last update: 2024-Mar-23

本文对最流行的分子动力学GROMACS程序在Linux下的安装方法进行详细说明。当新出的GROMACS版本的安装方法和本文所述出现较大差异时，本文也会做相应的更新。PS：之前笔者也写过老版本GROMACS安装方法，见《Gromacs 5.1.1与4.6.7编译方法》（http://sobereva.com/247）和《Gromacs 4.0.4、4.5.5版安装方法》（http://sobereva.com/29），但这俩文章对于目前版本来说已经没有意义了。

下面介绍的是GROMACS 2018系列最后一个版本2018.8版的安装，对GROMACS 2018及之后的各个版本经测试也完全适用（一直到2024.1版我都测试过）。本文是针对计算化学工作者最常用的CentOS 7.6操作系统写的，对于其它Linux系统的用户，安装方法可能与本文有异。本文的CentOS 7.6是按照《在VMware 15中安装CentOS 7.6的完整过程视频演示》（http://sobereva.com/454）演示的方式完全新装的。本文假定读者是root用户，程序将被安装到/sob目录下。如果你是普通用户，请随机应变，恰当设置路径。本文所示的安装过程中主机全程都能访问Internet。本文编译用的C++编译器是操作系统自带的gcc，虽然用Intel C++编译器也可以，但编译出的程序的速度没有显著差别。

从GROMACS 2020开始，要求gcc编译器版本>=5，而CentOS 7.x的gcc版本是4.8.5，因此2020版没法直接在CentOS 7.x下装。要么升级gcc版本（有一定风险，方法自行google），要么用老一点的GROMACS，要么用CentOS >=8.0版。从GROMACS 2021开始，还要求cmake版本必须>=3.17，而CentOS 8的软件源里的cmake版本偏老，因此必须按照下文所述手动安装cmake。另外值得一提的是，如果你的gcc很新而GROMACS版本较老，也可能编译不过去，比如我发现Rocky Linux 9自带的gcc 11.2.1编译GROMACS 2018.8就无法编译通过。

下面安装的是纯CPU运算、单精度、能单机并行但不能跨节点并行的版本。如果需要GPU加速或跨节点或双精度运算，看文末的附注。本文用make的时候使用了-j选项以通过并行编译降低编译耗时，但个别情况下可能导致编译出错，在虚拟机下编译还有卡住的可能，届时请去掉-j再试。下文的安装过程有全程视频演示，初学者不熟悉Linux的话请严格效仿着安装：https://www.bilibili.com/video/av39749252/。

顺带一提，如果你刚接触GROMACS，想一次性完整系统学习分子动力学模拟知识和GROMACS程序的话，非常推荐参加北京科音分子动力学与GROMACS培训班（http://www.keinsci.com/workshop/KGMX_content.html）。


1 安装cmake 3.x

GROMACS 2018需要系统里有cmake 3.x才能编译。CentOS 7.6自带的cmake版本太老，因此需要先装cmake 3.x。

首先运行以下命令，添加EPEL源
yum install epel-release

然后在终端里输入yum install cmake3即可下载和安装cmake包，遇到提示的时候都输入y。之后输入cmake3 /V命令，如果显示出了3.x的版本号就说明没问题了。

注1：如果用yum的时候出现乱七八糟的提示安装不了，把操作系统重启一下往往就好了。

注2：如果你没有管理员权限或者不方便用yum安装cmake，可以去http://www.cmake.org/cmake/resources/software.html下载cmake包（下载Source distributions的，别下载成binary的），然后解压，进入其目录，运行
./bootstrap --prefix=/sob/cmake3 -- -DCMAKE_USE_OPENSSL=OFF
make -j
make install
就新产生了/sob/cmake3目录。然后删掉cmake解压的目录。之后在~/.bashrc里加入export PATH=$PATH:/sob/cmake3/bin。重新进入终端后，cmake命令就可以用了。


2 安装FFTW库

GROMACS 2018依赖于快速傅立叶变换库FFTW 3.3.8，可以在http://www.fftw.org/fftw-3.3.8.tar.gz下载。将其压缩包解压，进入此目录后运行
./configure --prefix=/sob/fftw338 --enable-sse2 --enable-avx --enable-float --enable-shared
以上语句代表FFTW将被安装到/sob/fftw338目录。如果你的CPU相对较新，支持AVX2指令集，可再加上--enable-avx2选项以获得更好性能。

然后运行make -j install开始编译，过一会儿编译完毕后，就出现了/sob/fftw338目录。然后可以把FFTW的解压目录和压缩包删掉了。


3 安装GROMACS

下载GROMACS 2018.8压缩包，地址为http://ftp.gromacs.org/pub/gromacs/gromacs-2018.8.tar.gz。然后将之拷到/sob目录下解压。进入解压后的目录，在终端里依次运行
mkdir build
cd build
export CMAKE_PREFIX_PATH=/sob/fftw338
cmake3 .. -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/sob/gmx2018.8（如果你是用的CentOS 8或更新的系统，或者手动编译的cmake，这里cmake3改为cmake。另外，这一步运行后也仔细看看屏幕上的提示，了解当前CPU支持的最佳的SIMD指令集有没有正确判断对。如果你的CPU较新却用较老的GROMACS，可能支持的SIMD根本没识别出来，此时GROMACS的mdrun运行速度会非常慢）
make install -j
在Intel四核机子下不到10分钟就能编译完毕（对2024.1版，我在双路EPYC 7R32 96个物理核心的机子上只花了1分钟左右就编译完毕）。

此时程序就被编译和安装到了/sob/gmx2018.8目录下。修改用户目录下的.bashrc文件（比如运行gedit ~/.bashrc），在末尾加入source /sob/gmx2018.8/bin/GMXRC，然后保存。

之后关闭终端窗口，再次打开终端，输入gmx -version，看看是否输出了GROMACS的相关信息，是的话就说明安装成功了。之后可以把GROMACS压缩包和解压出来的目录删掉。

注意，在使用gmx mdrun跑任务时，如果一开始提示WARNING: Using the slow plain C kernels. This should not happen during routine usage on supported platforms，说明编译时没有利用CPU的SIMD指令集（正常情况理应自动检测并利用），这样编译出来的mdrun的运行速度往往比理想情况慢N倍。此时需要重新编译，在使用cmake3的时候明确指定要用的指令集，比如如果你的CPU支持AVX2指令集（XEON v3系列及之后都支持）就加上-DGMX_SIMD=AVX2_256。


注1：在安装GROMACS过程中自动安装FFTW库

实际上，FFTW库可以不必手动安装，因为可以在安装GROMACS时自动下载并安装FFTW库。但由于国内链接FFTW官网服务器往往比较慢，自动下载FFTW库可能中途卡住或者过程巨慢，因此还是建议手动方式安装FFTW库。如果你确实打算自动安装FFTW库的话，将上文第2节直接忽略掉，也不必设export CMAKE_PREFIX_PATH=/sob/fftw338，把第3节的cmake3那一步额外加上-DGMX_BUILD_OWN_FFTW=ON选项即可，这样编译GROMACS时就会自动在FFTW官网上下载FFTW包并自动编译之。

注2：编译支持CUDA GPU加速的版本

GROMACS目前支持对nVidia的GPU通过CUDA方式的加速，也支持以OpenCL方式对其它厂商的GPU实现GPU加速（但功能有局限性）。对于用CUDA方式加速，先去https://developer.nvidia.com/cuda-downloads下载CUDA toolkit并安装到默认路径，之后编译GROMACS方法同前，区别仅是cmake3这一步额外加上-DGMX_GPU=ON -DCUDA_TOOLKIT_ROOT_DIR=/usr/local/cuda选项（以实际CUDA tookit安装路径为准）。如果你装的是GROMACS >= 2021版，-DGMX_GPU=ON应改为-DGMX_GPU=CUDA。

之后运行gmx mdrun运算时，会自动使用机子里的GPU进行加速。如果又不想使用GPU加速了，那得按照上文方式编译一个只支持CPU运算的版本并放到不同的路径，并且把.bashrc改成source那个版本的GMXRC（如果编译时你没写-DGMX_GPU但也自动检测出CUDA toolkit并编译出了GPU版本，加上-DGMX_GPU=OFF强制避免编译成GPU版）。

注3：编译双精度版本

一般计算只需要按照前述编译单精度版本就够了，但如果模拟刚开始就崩溃，有时候用双精度版本可解决，但计算比单精度版慢将近一倍、trr/edr等文件体积大一倍。另外，做正则振动分析时在能量极小化和对角化Hessian矩阵的时候一般也需要用双精度版以确保数值精度。注意，编译双精度版本时不支持GPU加速。

要编译双精度版本的话，先按照前文方式编译一遍单精度版本，毕竟这之后在研究中肯定也得用。然后再重复一遍编译过程，但是在编译FFTW时去掉--enable-float，并且在使用cmake3命令时额外加上-DGMX_DOUBLE=ON选项。双精度版本的GROMACS可执行文件是gmx_d，而单精度是gmx，因此单精度和双精度的可执行文件可以同时存在于同一目录，互不冲突。

注4：编译GROMACS的MPI版本

GROMACS跨节点并行计算需要MPI库，支持OpenMPI>=1.6、MPICH>=1.4.1。在编译这种GROMACS之前首先要安装MPI库，这里用OpenMPI。去http://www.open-mpi.org下载OpenMPI最新版本，解压并进入此目录后运行以下命令，就会编译并安装OpenMPI到/sob/openmpi目录：
./configure --prefix=/sob/openmpi
make all install -j
之后在用户目录下的.bashrc末尾加入以下两行
export PATH=$PATH:/sob/openmpi/bin
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/sob/openmpi/lib
然后重新进入终端使以上语句生效。之后编译GROMACS的方法同前，但在cmake3那一步额外加上-DGMX_MPI=ON选项。编译出来的可执行文件是gmx_mpi，比单机版本的可执行文件多了_mpi后缀。运行时候使用比如这样的命令：mpirun -np 16 gmx_mpi mdrun。

注：对于root用户，OpenMPI要求每次执行mpirun命令都得带着-allow-run-as-root选项才行，这很烦人，但可以通过在编译OpenMPI之前修改OpenMPI的源代码来避免，见《root用户在用openmpi并行计算时避免加--allow-run-as-root的方法》（http://sobereva.com/409）。

顺带一提，笔者在答疑时经常看到有人明明用的是单机并行，却非要装个MPI版GROMACS，这需要批评。因为这不仅需要多做一步，而且比起用默认方式基于thread-MPI和OpenMP的并行方式效率还更低，因此单机并行装MPI版完全是自取其辱。

注5：关于AVX512指令集

编译GROMACS时，如果你的CPU相对较新，支持AVX512指令集的话，程序可能会自动基于AVX512指令集进行编译。但如果你的机子上的gcc版本太老，不支持AVX512的话就会报错。如果根据屏幕上的提示确认是由于gcc不支持AVX512指令集而无法进行编译，可以按照http://bbs.keinsci.com/thread-12687-1-1.html中的做法更新gcc，或者索性不用AVX512指令集，即cmake3那一步加上-DGMX_SIMD=AVX2_256来使用AVX2指令集。

我本是个娃娃

It can be seen that the videos of GMX installation needn't to be sent to the members who are going to join the training course of GMX and Molecular dynamics

catenarygong

SOrry I didn't mention the icc/gcc part. Thanks for your information.

sobereva

刚测试了下，gmx2019按照此文方法编译也完全适用

lijiayisjtu

谢谢老师分享！

CayJ

SOB老师，那Windows系统该如何安装呢？

sobereva

CayJ 发表于 2019-1-17 21:26
SOB老师，那Windows系统该如何安装呢？

GROMACS的原生Windows版的编译和安装方法
http://sobereva.com/458（http://bbs.keinsci.com/thread-11848-1-1.html）

CayJ

sobereva 发表于 2019-1-18 00:18
GROMACS的原生Windows版的编译和安装方法
http://sobereva.com/458（http://bbs.keinsci.com/thread-118 ...

SOB老师，GROMACS的原生Windows版支持molclus计算吗？

sobereva

CayJ 发表于 2019-1-18 08:57
SOB老师，GROMACS的原生Windows版支持molclus计算吗？

和操作系统毫无关系
不管哪个系统下跑出来的轨迹都是一样的，都能用VMD载入并转换

xaomidaxue

安装提示升级gcc，升级了一个多小时https://www.cnblogs.com/lzpong/p/5755678.html，升级后显示gcc 6.0.1
但是编译的时候出现如下错误，请教一下sober老师该怎么处理，谢谢！
cmake3 .. -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/home/gromacs-2018
CMake Error at cmake/gmxTestCXX11.cmake:135 (message):
  GROMACS requires version 4.8.1 or later of the GNU C++ compiler for
  complete C++11 support
Call Stack (most recent call first):
  CMakeLists.txt:168 (gmx_test_cxx11)


-- Configuring incomplete, errors occurred!
See also "/home/gromacs-2018/build/CMakeFiles/CMakeOutput.log".
See also "/home/gromacs-2018/build/CMakeFiles/CMakeError.log".
[root@yezh build]# gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/local/libexec/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/6.1.0/lto-wrapper
Target: x86_64-pc-linux-gnu
Configured with: ../configure -enable-checking=release -enable-languages=c,c++ -disable-multilib
Thread model: posix
gcc version 6.1.0 (GCC)

sobereva

xaomidaxue 发表于 2019-1-20 15:36
安装提示升级gcc，升级了一个多小时https://www.cnblogs.com/lzpong/p/5755678.html，升级后显示gcc 6 ...

严格按照帖子操作。没有特殊情况别升级gcc，省得出现额外问题

xaomidaxue

sobereva 发表于 2019-1-20 16:37
严格按照帖子操作。没有特殊情况别升级gcc，省得出现额外问题

严格按照帖子来操作，还是提示上述错误，说Gromacs需要4.8.1以上的gcc版本，但是我的都是6.0.1的版本了，还不行，不知道怎么回事？fftw和cmake都是按照上面操作的，cmake是3.6.1的版本。会不会是gromac 编译的时候无法识别gcc的版本，导致报错。我的是cent os 6.7的版本，被我按照提示升级到了6.0.1了。
谢谢sober老师。

sobereva

xaomidaxue 发表于 2019-1-20 17:46
严格按照帖子来操作，还是提示上述错误，说Gromacs需要4.8.1以上的gcc版本，但是我的都是6.0.1的版本了， ...

8成是bug，太新了反倒认不对版本

xaomidaxue

sobereva 发表于 2019-1-20 18:32
8成是bug，太新了反倒认不对版本

多谢sober老师，我用4.8.1的版本试试

lao7

谢谢SOB。