深挖Lammps的源代码
Lammps是一个分子动力学模拟软件，擅长并行运算。我打算用一点时间（几周），深挖一下Lammps的源代码。
我的目标是： - 掌握Lammps的项目结构 - 掌握Lammps的工作流程 - 掌握MD模拟的流程 - 修改，并编译Lammps的源代码
此外，我打算总结一套深挖项目代码的通用流程。
一些有用的链接： - Lammps的官方网站 - Lammps的源代码 - Lammps的文档 - Lammps的文章
Lammps的项目结构
Lammps项目遵守典型的C++科研类项目架构。本段为不熟悉c++项目架构的读者简单介绍一下各文件/文件夹的内容：
顶层文件
- README：项目的简介，目录，相关文档的位置。
- LICENSE：项目的许可证，即说明其他人可以如何使用这个项目。
- CITATION.cff：如何引用这个项目。
代码
- src/：Lammps的源代码，实现各种Lammps的核心功能。这也是深挖的主要目标。
- lib/：一些Lammps的插件/扩张（比如GPU加速，机器学习势能，python）的源代码或接口，需要单独编译。
- cmake/：CMake构建脚本与模块，用于编译Lammps（即从c++源代码生成可执行程序）
- python/和fortran/：Lammps的python和fortran接口，允许用户使用python或fortran调用Lammps。
- potentials/：Lammps的势函数，包含了Lammps支持的所有势函数文件。
工具
- tools/：一些预处理/后处理，类型转换的小程序。
- unittest/：Lammps的单元测试代码，测试Lammps的功能是否正常。
- bench/：用于测试不同编译条件下Lammps的性能。
文档
- doc/：Lammps的文档，包括用户手册、开发者手册、教程等。
- examples/：Lammps的示例脚本和输入文件。
其他
- .github/: 一些和提交有关的文件，包括CI（持续集成）工作流、Issue/PR 模板、贡献指南。
- third_party/：指向第三方库的链接。
Lammps的工作流程
初始化
当运行Lammps时，会首先运行src/main.cpp中的main()函数。该函数是Lammps的入口函数。这其中：
auto lammps = new LAMMPS(argc, argv, lammps_comm);会创建一个LAMMPS对象。该对象管理Lammps的所有功能。
（注：在VSCode右键点击LAMMPS，选择go to definition，可以自动打开src/lammps.h文件，然后寻找同名的src/lammps.cpp文件，即可找到对应的定义。具体而言，它从src/lammps.cpp文件的第132行开始。对于其他的类或函数，也可以用类似的方法找到其声明或定义。）
在LAMMPS类的定义中：
首先，其创建Memory，Error对象，用于内存管理和错误处理。
在第238行，其读取命令行参数（比如-h，-in）并设置flag。
然后，第492行定义了partition并行的逻辑。
在第701行初始化kokkos（gpu/并行加速模块，如果用到的话），引用模块，输入模块等。
在第715行，初始化input对象，用于读取、解析和执行用户提供的LAMMPS输入脚本命令。
在第740行，调用了create()和post_create()函数，用于初始化核心模拟组件类，包括：
- comm（并行计算中的通信）
- neighbor（邻居列表构建和管理）
- domain（管理模拟盒子和边界）
- atom（管理原子数据）
- group（管理原子组）
- force（管理力场力）
- modify（fix命令和compute命令）
- output（管理输出）
- update（管理模拟过程中的时间步进，积分，最小化算法）
- timer（性能计时）
- python（python接口）
等对象，及配置加速器包（kokkos，intel，gpu和openmp）。
读取并逐行执行输入文件
main()函数在初始化lammps对象完成后，会执行lammps->input->file();来读取输入文件。具体而言，首先调用lammps对象的input类，然后调用其内部的file()函数读取并逐行执行命令（src/input.cpp
第195行）。
在file()函数中，其使用mpi rank
0的进程从infile逐行读取文件，然后广播至其他进程。之后，各进程使用parse解析命令，然后调用execute_command(第313行)函数来调用相关处理函数，执行每一行命令。
在execute_command中，一些命令被硬编码了专门的处理函数，比如bond_coeff，dump，thermo等，在其中再调用其他模块中相关的函数来执行。
另一些命令在command_map中被映射到相应的处理函数，比如run，则调用其对应的command函数（第868行）。