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示例 18：报错排查练习、版本迁移与并行性能测试

配套教程：第18章 常见错误排查、性能调优与版本迁移

目的

  1. 排查练习：broken_scf.inp 故意放了 6 个常见错误（A–F），按报错顺序逐个修正，最终得到 broken_scf_fixed.inp；
  2. 版本迁移：一对可 diff 的输入（2025 写法 / 2026.2 写法）、一个按文本扫描旧语法的脚本，以及一份迁移清单；
  3. 性能调优：在一个整节点上比较多种 MPI×OpenMP 组合的耗时。

文件说明

文件 说明
broken_scf.inp 故意出错的 fcc Cu（4 原子惯用胞，k 点 8×8×8）输入，错误用 (A)–(F) 标注
broken_scf_fixed.inp 修正版：UZH q11 基组/赝势、对角化 + Broyden + Fermi–Dirac 展宽 + ADDED_MOS；DOS 输出用 NEWDOS 变量在新旧语法间切换
legacy_si_cellopt_2025.inp Si 8 原子晶胞优化，2025 写法（CELL_OPT TYPE、&PRINT &PDOS），在 2026.2 上会报错
si_cellopt_2026_2.inp 同一计算的 2026.2 写法
check_migration.sh 文本扫描：找出 2026.2 删除/改动的关键字（不展开 @INCLUDE，@IF 块内的发现只作 INFO）
migrate_2025_to_2026_2.md 2025.x → 2026.2 迁移清单（输入、构建、Python 工具）
job_mpi_omp_hybrid.sh Slurm 整节点基准：依次运行若干 MPI×OpenMP 组合，汇总到 bench_summary.dat

运行步骤

1. 排查练习

cd CP2K/examples/18-troubleshooting
export CP2K_DATA_DIR=/path/to/cp2k/data

cp2k.psmp -c broken_scf.inp                               # 第 1 轮：语法检查
bash check_migration.sh broken_scf.inp                    # 文本扫描（与 CP2K 版本无关）
# 修一处、跑一次：
cp2k.psmp -i broken_scf.inp -o broken_scf.out; tail -25 broken_scf.out

在 CP2K 2026.2 上，错误按下面的顺序出现（每修好一个，下一个才会暴露）：

顺序 标记 阶段 典型报错（节选） 修正
1 A 解析输入 found an unknown keyword TYPE in section CELL_OPT 删除 TYPE；本例是单点计算，整个 &MOTION 都可以删
2 B 解析输入 unknown subsection PDOS of section PRINT 改用 &PRINT &DOS &PDOS（2026.2）或删除
3 C 读取基组 The requested basis set <DZVP-MOLOPT-SR-GTH> for element <Cu> was not found in the basis set files BASIS_MOLOPT_UZH 改成文件中真实存在的名字 DZVP-MOLOPT-PBE-GTH-q11
4 D SCF 初始化 OT not possible with kpoint calculations 删除 &OT，改用对角化
5 E 无报错 ——（CP2K 不会按名字里的 -qN 去核对基组与赝势） 把 GTH-PBE-q1 改成 GTH-PBE-q11，并在输出中核对电子数
6 F SCF 迭代 很可能出现 SCF run NOT converged（或收敛到错误的整数占据态） 加 &SMEAR（显式 METHOD）、ADDED_MOS、Broyden 混合、MAX_SCF 100

在 2026.1 及更早版本上，A 和 B 不是错误，练习从 C 开始。

修正版的运行：

cp2k.psmp -i broken_scf_fixed.inp -o fixed.out                     # CP2K >= 2026.2
cp2k.psmp -E NEWDOS=0 -i broken_scf_fixed.inp -o fixed.out         # CP2K <= 2026.1
grep "Number of electrons" fixed.out | head -2                       # q11: 4 x 11 = 44
grep -E "SCF run converged|Fermi energy" fixed.out | tail -2
ls cu_fixed*.pdos cu_fixed-RESTART.kp

2. 版本迁移

diff legacy_si_cellopt_2025.inp si_cellopt_2026_2.inp
bash check_migration.sh legacy_si_cellopt_2025.inp si_cellopt_2026_2.inp
cp2k.psmp -c si_cellopt_2026_2.inp                     # 2026.2
cp2k.psmp -c legacy_si_cellopt_2025.inp                # 2025.x / 2026.1

3. MPI × OpenMP 基准

sbatch job_mpi_omp_hybrid.sh                                   # 默认用 broken_scf_fixed.inp，自动按节点核数生成组合
sbatch job_mpi_omp_hybrid.sh si_cellopt_2026_2.inp "32x1 16x2 8x4"
cat bench_summary.dat

预期结果 / 如何检查

  • 修正版：输出中 Number of electrons 为 44，SCF 在 MAX_SCF 以内收敛，打印 Fermi energy 与 Electronic entropic energy；生成 cu_fixed-RESTART.kp（k 点计算写 .kp）；
  • check_migration.sh legacy_si_cellopt_2025.inp 报告两个 ERROR（第 14 行 TYPE、第 57 行 &PDOS），对 si_cellopt_2026_2.inp 报告 0 个；
  • bench_summary.dat 每行一个组合；status 一列若出现 MPI_ranks_reported=1 之类的标记，说明 MPI 环境错配（多个串行进程各自运行），见教程第 4 节。

本仓库没有附带参考输出；不同组合的快慢取决于硬件、MPI 库、编译选项和体系大小，没有通用的最优值。

注意事项

  • broken_scf.inp 只用于练习，不要拿它的结果做任何分析；
  • check_migration.sh 是基于文本的启发式检查，可能漏报或误报；以目标版本的 cp2k.psmp -c 为准；
  • 基准测试请用与生产计算同体系、同参数的短任务（几个 SCF 或 MD 步），不要用玩具分子；记得把输入引用的坐标文件一起复制到 bench_* 目录（脚本中有注释说明）；
  • Cu 的晶格常数 3.615 Å 是室温实验值的近似，仅作示例；本例的 CUTOFF、k 点和展宽温度未经收敛测试。