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: 2025-Feb-15

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2025.x版我都测试过）。本文最初是针对当时计算化学工作者最常用的CentOS 7操作系统写的，实测对CentOS/RockyLinux 8、9也完全适用。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/RockyLinux >=8.0版。
从GROMACS 2021开始，还要求cmake版本必须>=3.17，而CentOS/RockyLinux 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。
从GROMACS 2025开始，还要求gcc 11，CentOS/RockyLinux 8的gcc太老而无法安装。还要求cmake版本必须>=3.28，RockyLinux 9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较新而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程序的使用和实际应用的话，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，或者当前系统对应的软件源里的cmake版本太老（如果已经装了cmake可以运行cmake -V命令查看版本），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。

sobereva

NFUPenG 发表于 2025-5-8 19:03
请问SOB老师，我按照上面的步骤安装完Gromacs后发现只有在root账户下输入gmx -version才有显示，该怎么将权 ...

建议在自己账户可读写的目录下装gromacs，如sob用户，安装到/home/sob/gmx2018.8

NFUPenG

请问SOB老师，我按照上面的步骤安装完Gromacs后发现只有在root账户下输入gmx -version才有显示，该怎么将权限赋予我普通的账户。

sobereva

moiumuio 发表于 2025-2-17 00:07
Greeting teacher,
Although compile time increased significantly, it was a successful installment. ...

-j means compilation in parallel mode. All CPU cores will be used for compiling the code, while sometimes this may make the compilation get stuck.

moiumuio

sobereva 发表于 2025-2-16 13:45
Please remove -j and retry

Greeting teacher,
Although compile time increased significantly, it was a successful installment. Thank you, teacher. But can I ask what -j means in Linux ?

sobereva

moiumuio 发表于 2025-2-16 12:03
Hi everyone,
When I install gromacs with make -j install, then the installment happened until 96% a ...

Please remove -j and retry

moiumuio

Hi everyone,
When I install gromacs with make -j install, then the installment happened until 96% and then crashed. I have tried for several times but when it reached 96% it crashed again.

sobereva

Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 2024-12-4 08:25
因故重装笔记本上Rocky Linux 9.3虚拟机系统（目前只能分配16核、20 GB内存）时，先编译了CP2K 2024.3版再 ...

可能会损失些性能。但鉴于在虚拟机里用CPU跑的情况对性能一般不那么看重，不是什么大问题。也可以尝试编译更新版本gromacs，或许没这个问题。

Uus/pMeC6H4-/キ

因故重装笔记本上Rocky Linux 9.3虚拟机系统（目前只能分配16核、20 GB内存）时，先编译了CP2K 2024.3版再安装GROMACS 2018.8，遇到fftw库相关问题。

根据博文http://sobereva.com/586，采用11.5.0版gcc和gfortran编译器，设置了--target-cpu=native来运行的CP2K工具链自动配备好cmake 3.30.0、fftw 3.3.10、openmpi 5.0.5；而后CP2K本体正常编译完成，source那个setup文件再检查echo $CMAKE_PREFIX_PATH的输出也能找到上述fftw的安装目录。

根据这帖提前修复一个无关故障后，试图直接执行GROMACS安装步骤中cmake这步，会报错中止：

1. -- Checking for module 'fftw3f'
   
2. --   Package 'fftw3f', required by 'virtual:world', not found
   
3. -- pkg-config could not detect fftw3f, trying generic detection
   
4. Could not find fftw3f library named libfftw3f, please specify its location in CMAKE_PREFIX_PATH or FFTWF_LIBRARY by hand (e.g. -DFFTWF_LIBRARY='/path/to/libfftw3f.so')
   
5. CMake Error at cmake/gmxManageFFTLibraries.cmake:89 (MESSAGE):
   
6.   Cannot find FFTW 3 (with correct precision - libfftw3f for mixed-precision
   
7.   GROMACS or libfftw3 for double-precision GROMACS).  Either choose the right
   
8.   precision, choose another FFT(W) library (-DGMX_FFT_LIBRARY), enable the
   
9.   advanced option to let GROMACS build FFTW 3 for you
   
10.   (-DGMX_BUILD_OWN_FFTW=ON), or use the really slow GROMACS built-in fftpack
    
11.   library (-DGMX_FFT_LIBRARY=fftpack).

复制代码

添加-DGMX_DOUBLE=ON来重新执行cmake，则弹出下述警告，但仍可识别出上述fftw并完成：

1. CMake Warning at cmake/gmxManageFFTLibraries.cmake:172 (message):
   
2.   The FFTW library was compiled with neither --enable-sse nor --enable-sse2;
   
3.   those would have enabled SSE(2) SIMD instructions.  This will give
   
4.   suboptimal performance.  You should (re)compile the FFTW library with
   
5.   --enable-sse2 and --enable-avx (and --enable-avx2 or --enable-avx512 if
   
6.   supported).

复制代码

后续make install -j也可以顺利结束并得到gmx_d可执行文件，gmx_d --version亦确认为非MPI版的双精度版本。检查CP2K目录下tools/toolchain/build/fftw-3.3.10/config.log可知工具链自动配备fftw时编译选项为--enable-mpi --enable-openmp --disable-shared --enable-static --enable-avx --enable-avx2，与博文http://sobereva.com/457中fftw编译选项的关键差异在于没有--enable-sse2和--enable-shared。

如果不想重新编译fftw及CP2K而就用这个GROMACS，上述问题是否会明显影响GROMACS跑分子动力学？

编辑：忘记说了，cmake一步还添加有-DGMX_SIMD=AVX2_256。如果不添加这个，上述fftw警告不会弹出，但真跑起来运动学就会有另一个警告，在博文457里也有提及。

1. WARNING: Using the slow plain C kernels. This should
   
2. not happen during routine usage on supported platforms.

复制代码

编辑2：哎，我应该在编译所有软件之前先仔细看一遍https://manual.gromacs.org/docum ... dex.html#using-fftw的，已经讲得很明确了。

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灵芝5 发表于 2024-9-9 13:47
老师，请问gromacs这个安装步骤在Ubuntu 20.04系统下也适用吗？

跟Ubuntu版本关系不大, 把cmake, fftw之类的跟着教程安装好就行的. 我也是20.04, 跟着教程安装成功了.

灵芝5

老师，请问gromacs这个安装步骤在Ubuntu 20.04系统下也适用吗？

sobereva

Prof.Huang 发表于 2024-6-6 15:35
老师您好，CentOS 8 Stream 编译2024.2版本的Gromacs报错如下，但是我的GCC版本已经利用gcc-toolset升级到 ...

可能升级方式不对、升级不充分之类。我没升级过

sobereva

mol 发表于 2024-6-6 08:54
谢谢老师，因为之前安装了gpu版本，那这样话流程应该是我再编译一个cpu版本，然后再编译一个cpu的双精度 ...

可以不刻意装CPU单精度版，mdrun运行时直接指定在CPU上跑就完了
双精度版则必须单独装

Prof.Huang

老师您好，CentOS 8 Stream 编译2024.2版本的Gromacs报错如下，但是我的GCC版本已经利用gcc-toolset升级到了gcc13版本，为啥还是显示GCC版本过低
CMake Error at cmake/gmxTestCompilerProblems.cmake:69 (message):
  GCC version 9 or later required.  Earlier versions don't have full C++17
  support.
Call Stack (most recent call first):
  CMakeLists.txt:97 (gmx_test_compiler_problems)

mol

sobereva 发表于 2024-6-6 00:41
GPU加速不支持双精度版本

谢谢老师，因为之前安装了gpu版本，那这样话流程应该是我再编译一个cpu版本，然后再编译一个cpu的双精度版本?

sobereva

mol 发表于 2024-6-5 09:38
您好sob老师，我在编译双精度版本（2019.6）时，出现如下报错：
CMake Error at cmake/gmxManageGPU.cmake ...

GPU加速不支持双精度版本