nlsop_client.c

   1 /*
   2  * client nlsop code
   3  *
   4  * author: frank zirkelbach (frank.zirkelbach@physik.uni-augsburg.de)
   5  *
   6  * this program tries helping to understand the amorphous depuration
   7  * and recrystallization of SiCx while ion implantation at temperatures
   8  * below 400 degree celsius.
   9  * hopefully the program will simulate the stabilization of the
  10  * selforganizing lamella structure in the observed behaviour.
  11  *
  12  * refs:
  13  *  - J. K. N. Lindner. Habil.Schrift, Universitaet Augsburg.
  14  *  - Maik Haeberlen. Diplomarbeit, Universitaet Augsburg.
  15  *
  16  * Copyright (C) 2004 Frank Zirkelbach
  17  *
  18  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  19  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  20  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  21  * (at your option) any later version.
  22  *
  23  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  24  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  25  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  26  * GNU General Public License for more details.
  27  *
  28  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  29  * along with this program; if not, write to the Free Software
  30  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  31  *
  32  */
  33
  34 #define _GNU_SOURCE
  35 #include <stdio.h>
  36 #include <stdlib.h>
  37 #include <string.h>
  38 #include <sys/types.h>
  39 #include <sys/stat.h>
  40 #include <fcntl.h>
  41 #include <unistd.h>
  42
  43 #include "nlsop.h"
  44 #include "dfbapi.h"
  45 #include "random.h"
  46
  47 #include "../api/network.h"
  48 #include "../api/event.h"
  49 #include "../api/list.h"
  50
  51 #define MAKE_AMORPH(N) *(N)|=AMORPH
  52 #define MAKE_CRYST(N) *(N)&=~AMORPH
  53
  54 int usage(char *prog)
  55 {
  56  puts("usage:");
  57  printf("%s <server ip>\n",prog);
  58  return 1;
  59 }
  60
  61 /*
  62  * nlsop internal functions
  63  */
  64
  65 int sputter(d3_lattice *d3_l)
  66 {
  67  int i,size;
  68  int offh,offl;
  69
  70  size=d3_l->max_x*d3_l->max_y;
  71  offl=0;
  72  offh=size;
  73
  74  for(i=0;i<d3_l->max_z-1;i++)
  75  {
  76   memcpy(d3_l->status+offl,d3_l->status+offh,size);
  77   memcpy(d3_l->extra+offl,d3_l->extra+offh,size*sizeof(int));
  78   offl=offh;
  79   offh+=size;
  80  }
  81  memset(d3_l->status+offl,0,size);
  82  memset(d3_l->extra+offl,0,size);
  83
  84  return 1;
  85 }
  86
  87 int process_cell(d3_lattice *d3_l,u32 x,u32 y,u32 z,info *my_info,u32 nel_z)
  88 {
  89  unsigned char *thiz;
  90  int *conc;
  91  int i,j;
  92  int off;
  93  double p,q;
  94
  95  thiz=d3_l->status+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
  96  conc=d3_l->extra+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
  97  p=my_info->b*nel_z;
  98  for(i=-(my_info->range);i<=my_info->range;i++)
  99  {
 100   for(j=-(my_info->range);j<=my_info->range;j++)
 101   {
 102    if(!(i==0 && j==0))
 103    {
 104     off=((x+d3_l->max_x+i)%d3_l->max_x)+((y+d3_l->max_y+j)%d3_l->max_x)*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 105     if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) p+=my_info->s*(*(d3_l->extra+off))*URAND_MAX/(i*i+j*j);
 106    }
 107   }
 108  }
 109  p+=*conc*my_info->c*URAND_MAX;
 110  if(!(*thiz&AMORPH))
 111  {
 112   if(get_rand(URAND_MAX)<=p) MAKE_AMORPH(thiz);
 113  } else
 114  {
 115   /* assume 1-p probability */
 116   /* also look for neighbours ! */
 117   q=(URAND_MAX-p)>0?URAND_MAX-p:0;
 118   j=0;
 119   j+=(*(d3_l->status+((x+d3_l->max_x+1)%d3_l->max_x)+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&AMORPH)?1:0;
 120   j+=(*(d3_l->status+((x+d3_l->max_x-1)%d3_l->max_x)+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&AMORPH)?1:0;
 121   j+=(*(d3_l->status+x+((y+1+d3_l->max_y)%d3_l->max_y)*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&AMORPH)?1:0;
 122   j+=(*(d3_l->status+x+((y-1+d3_l->max_y)%d3_l->max_y)*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&AMORPH)?1:0;
 123   j+=(*(d3_l->status+x+y*d3_l->max_x+((z+1+d3_l->max_z)%d3_l->max_z)*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&AMORPH)?1:0;
 124   j+=(*(d3_l->status+x+y*d3_l->max_x+((z-1+d3_l->max_z)%d3_l->max_z)*d3_l->max_x*d3_l->max_y)&AMORPH)?1:0;
 125
 126   p+=((q/6)*j);
 127   if(get_rand(URAND_MAX)>p) MAKE_CRYST(thiz);
 128  }
 129
 130  return 1;
 131 }
 132
 133 int distrib_c(d3_lattice *d3_l,info *my_info,int step,u32 rj_m,u32 *rj_g)
 134 {
 135  u32 x,y,z;
 136  int i,j,k,c;
 137  int offset,off;
 138  int carry;
 139
 140  /* put one c ion somewhere in the lattice */
 141  x=get_rand(d3_l->max_x);
 142  y=get_rand(d3_l->max_y);
 143  z=get_rand_reject(d3_l->max_z,rj_m,rj_g);
 144  *(d3_l->extra+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)+=1;
 145  (my_info->cc)++;
 146
 147  if(step%my_info->diff_rate==0)
 148  {
 149
 150  for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 151  {
 152   for(j=0;j<d3_l->max_y;j++)
 153   {
 154    for(k=0;k<d3_l->max_z;k++)
 155    {
 156     offset=i+j*d3_l->max_x+k*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 157     /* case amorph: amorph <- cryst diffusion */
 158     if(*(d3_l->status+offset)&AMORPH)
 159     {
 160      for(c=-1;c<=1;c++)
 161      {
 162       if(c!=0)
 163       {
 164        off=((i+d3_l->max_x+c)%d3_l->max_x)+j*d3_l->max_x+k*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 165        carry=0;
 166        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH)) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 167        if(carry!=0)
 168        {
 169         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 170         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 171        }
 172       }
 173      }
 174      for(c=-1;c<=1;c++)
 175      {
 176       if(c!=0)
 177       {
 178        off=i+((j+c+d3_l->max_y)%d3_l->max_y)*d3_l->max_x+k*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 179        carry=0;
 180        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH)) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 181        if(carry!=0)
 182        {
 183         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 184         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 185        }
 186       }
 187      }
 188      if(my_info->z_diff)
 189      {
 190       if(k!=0)
 191       {
 192        off=i+j*d3_l->max_x+(k-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 193        carry=0;
 194        if(!*(d3_l->status+off)&AMORPH) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 195        if(carry!=0)
 196        {
 197         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 198         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 199        }
 200       }
 201       if(k!=d3_l->max_z-1)
 202       {
 203        off=i+j*d3_l->max_x+(k+1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 204        carry=0;
 205        if(!*(d3_l->status+off)&AMORPH) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 206        if(carry!=0)
 207        {
 208         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 209         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 210        }
 211       }
 212      }
 213     }
 214    } /* for z */
 215   } /* for y */
 216  } /* for x */
 217
 218  } /* if step modulo diff_rate == 0 */
 219
 220  return 1;
 221 }
 222
 223 /* save to file --> send to server :)  --> T O D O <-- */
 224 int send_data( ) {
 225
 226   return 1;
 227 }
 228
 229 int save_to_file(char *sf,d3_lattice *d3_l,info *my_inf)
 230 {
 231  int sf_fd,c;
 232
 233  if((sf_fd=open(sf,O_WRONLY|O_CREAT))<0)
 234  {
 235   puts("cannot open save file");
 236   return -1;
 237  }
 238  if(write(sf_fd,d3_l,sizeof(d3_lattice))<sizeof(d3_lattice))
 239  {
 240   puts("failed saving d3 lattice struct");
 241   return -1;
 242  }
 243  if(write(sf_fd,my_inf,sizeof(info))<sizeof(info))
 244  {
 245   puts("failed saving info struct");
 246   return-1;
 247  }
 248  c=d3_l->max_x*d3_l->max_y*d3_l->max_z;
 249  if(write(sf_fd,d3_l->status,c*sizeof(unsigned char))<c*sizeof(unsigned char))
 250  {
 251   puts("failed saving status of d3 lattice sites");
 252   return -1;
 253  }
 254  if(write(sf_fd,d3_l->extra,c*sizeof(int))<c*sizeof(int))
 255  {
 256   puts("failed saving sites concentration");
 257   return -1;
 258  }
 259  close(sf_fd);
 260
 261  return 1;
 262 }
 263
 264 /* load from file --> receive from server :) --> T O D O <-- */
 265 int receive_data(  ) {
 266
 267   return 1;
 268 }
 269
 270 int load_from_file(char *lf,d3_lattice *d3_l,info *my_inf)
 271 {
 272
 273  int lf_fd,c,pos,end,data,data_len,strip;
 274
 275  if((lf_fd=open(lf,O_RDONLY))<0)
 276  {
 277   puts("cannot open load file");
 278   return -1;
 279  }
 280  if(read(lf_fd,d3_l,sizeof(d3_lattice))<sizeof(d3_lattice))
 281  {
 282   puts("failed reading d3 lattice struct");
 283   return -1;
 284  }
 285  pos=lseek(lf_fd,0,SEEK_CUR);
 286  printf("psition: %d (%d)\n",pos,sizeof(d3_lattice));
 287  data=d3_l->max_x*d3_l->max_y*d3_l->max_z;
 288  data_len=data*(sizeof(int)+sizeof(unsigned char));
 289  printf("there are %d volumes so we need %d of bytes\n",data,data_len);
 290  end=lseek(lf_fd,0,SEEK_END);
 291  c=end-pos-data_len;
 292  printf("end: %d => length: %d => guessed info size: %d bytes\n",end,end-pos,c);
 293  strip=sizeof(info)-c;
 294  printf("as real programs info size is %d, we strip %d bytes\n",sizeof(info),strip);
 295  lseek(lf_fd,pos,SEEK_SET);
 296  c=sizeof(info);
 297  if(strip>0) c-=strip;
 298  if(c<0)
 299  {
 300   puts("info smaller then strip size");
 301   return -1;
 302  }
 303  if(read(lf_fd,my_inf,c)<c)
 304  {
 305   puts("failed reading info struct");
 306   return-1;
 307  }
 308  if(strip>0) memset(my_inf+c,0,strip);
 309  if(strip<0) lseek(lf_fd,(-1*strip),SEEK_CUR);
 310  c=d3_l->max_x*d3_l->max_y*d3_l->max_z;
 311  if((d3_l->status=(unsigned char*)malloc(c*sizeof(unsigned char)))==NULL)
 312  {
 313   puts("cannot allocate status buffer");
 314   return -1;
 315  }
 316  if((d3_l->extra=(int *)malloc(c*sizeof(int)))==NULL)
 317  {
 318   puts("cannot allocate concentration buffer");
 319   return -1;
 320  }
 321  if(read(lf_fd,d3_l->status,c*sizeof(unsigned char))<c*sizeof(unsigned char))
 322  {
 323   puts("failed reading status of d3 lattice sites");
 324   return -1;
 325  }
 326  if(read(lf_fd,d3_l->extra,c*sizeof(int))<c*sizeof(int))
 327  {
 328   puts("failed reading sites concentration");
 329   return -1;
 330  }
 331  close(lf_fd);
 332
 333  return 1;
 334 }
 335
 336 u32 get_reject_graph(info *my_info,d3_lattice *d3_l,char *file,u32 *graph) {
 337  double a,b;
 338  int i,j,k;
 339  int fd;
 340  char buf[32],*p;
 341  unsigned char *flag;
 342  u32 max;
 343
 344  max=0;
 345  if((fd=open(file,O_RDONLY))<0)
 346  {
 347   puts("cannot open file to calculate rejection graph");
 348   return -1;
 349  }
 350  if((flag=(unsigned char *)malloc(d3_l->max_z))==NULL)
 351  {
 352   puts("cannot malloc flag memory for rejection graph");
 353   return -1;
 354  }
 355  memset(flag,0,d3_l->max_z);
 356  memset(graph,0,d3_l->max_z*sizeof(u32));
 357  /* get fixpoints */
 358  k=1;
 359  while(k)
 360  {
 361   for(i=0;i<32;i++)
 362   {
 363    k=read(fd,&buf[i],1);
 364    if((buf[i]=='\n')||(k==0)) break;
 365   }
 366   if(k)
 367   {
 368    p=strtok(buf," ");
 369    a=atof(p)/10; /* nm */
 370    p=strtok(NULL," ");
 371    b=atof(p);
 372    if(a>d3_l->max_z*CELL_LENGTH) k=0;
 373    else
 374    {
 375     graph[(int)(a/CELL_LENGTH)]=(int)(URAND_MAX/100*b);
 376     flag[(int)(a/CELL_LENGTH)]=1;
 377    }
 378   }
 379  }
 380  /* do (linear) interpolation here! */
 381  i=0;
 382  a=0;
 383  while(i<d3_l->max_z)
 384  {
 385   /* graph[0] is 0! */
 386   j=i;
 387   i++;
 388   while(flag[i]==0&&i<d3_l->max_z) i++;
 389   for(k=j+1;k<i;k++) graph[k]=(int)((k-j)*((int)graph[i]-(int)graph[j])/(i-j))+graph[j];
 390   if(graph[i]>max) max=graph[i];
 391  }
 392
 393  free(flag);
 394
 395 #ifdef DEBUG_INTERPOL_PROFILE
 396  printf("debug: %s (interpolated profile)\n",file);
 397  for(i=0;i<d3_l->max_z;i++) printf("%d %d\n",i,graph[i]);
 398 #endif
 399
 400  return max;
 401 }
 402
 403
 404
 405 /*
 406  * main program
 407  */
 408
 409 int main(int argc,char **argv)
 410 {
 411
 412   u32 x,y,z,x_c,y_c,z_c;
 413   int i,j;
 414   int resave;
 415   int c_step;
 416   char server_ip[16];
 417   int port;
 418   char p_file[MAX_CHARS];
 419   char n_e_file[MAX_CHARS];
 420   char r_file[MAX_CHARS];
 421   d3_lattice d3_l;
 422   info my_info;
 423   u32 *c_profile;
 424   u32 *n_e_loss;
 425   u32 ne_max,ip_max;
 426   u32 *nel_z;
 427   unsigned char err_dc,dc;
 428 #define DC_QUIT (1<<0)
 429 #define DC_OK (1<<1)
 430 #define DC_END (1<<2)
 431   t_net net;
 432
 433   /* default values */
 434   resave=RESAVE;
 435   c_step=0;
 436   strcpy(server_ip,"");
 437   strcpy(p_file,IMP_PROFILE);
 438   strcpy(n_e_file,NEL_PROFILE);
 439   strcpy(r_file,"");
 440   ne_max=0;
 441   ip_max=0;
 442   err_dc=0;
 443   dc=0;
 444   port=1025;
 445
 446   /* parse/check argv */
 447   for(i=1;i<argc;i++) {
 448     if(argv[i][0]=='-') {
 449       switch(argv[i][1]) {
 450         case 'h':
 451           usage(argv[0]);
 452           return -1;
 453         case 'i':
 454           strncpy(server_ip,argv[++i],16);
 455           break;
 456         case 'r':
 457           strcpy(r_file,argv[++i]);
 458           break;
 459         case 'P':
 460           strcpy(p_file,argv[++i]);
 461           break;
 462         case 'n':
 463           strcpy(n_e_file,argv[++i]);
 464           break;
 465         case 'p':
 466           port=atoi(argv[++i]);
 467           break;
 468         default:
 469           usage(argv[0]);
 470           return -1;
 471       }
 472     }
 473   }
 474   if(!strcmp(server_ip,"")) {
 475     usage(argv[0]);
 476     return -1;
 477   }
 478
 479   /* connect to server and notify about free resource */
 480   network_init(&net,1);
 481   network_set_connection_info(&net,0,server_ip,port);
 482   network_connect(&net,0);
 483
 484   /* wait for job */
 485
 486   /* get info (+data) */
 487
 488   /* care for signals */
 489   err_dc=DC_QUIT;
 490   signal(SIGTERM,send_data(&d3_l,&my_info,i,&err_dc));
 491
 492   /* rand init */
 493   if(!strcmp(r_file,"")) rand_init(NULL);
 494   else rand_init(r_file);
 495
 496   /* compute graphs for random number rejection method */
 497   if((c_profile=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL) {
 498     puts("failed allocating memory for carbon profile graph");
 499     return -1;
 500   }
 501   if((n_e_loss=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL) {
 502     puts("failed allocating memory for nuclear energy loss graph");
 503     return -1;
 504   }
 505   ip_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,p_file,c_profile);
 506   ne_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,n_e_file,n_e_loss);
 507
 508   /* array nel_z[] keeping nuclear energy loss values scaled to URAND_MAX */
 509   nel_z=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int));
 510   if(nel_z==NULL) {
 511     printf("failed allocating nel_z array mem\n");
 512     return -1;
 513   }
 514   for(i=0;i<d3_l-max_z;i++) nel_z[i]=URAND_MAX*(1.0*n_e_loss[i]/ne_max);
 515
 516
 517   /* this should be obsolete - z is high enough - we check now! */
 518   if(c_profile[d3_l.max_z-1]!=0) {
 519     printf("max_z (%d) too small - sputtering not possible\n",d3_l.max_z);
 520     return -1;
 521   }
 522
 523   /* sputtering really possible ?*/
 524   if(n_e_loss[d3_l.max_z-1]!=0)
 525     printf("warning: max_z (%d) too small, there may be amorphous volumes\n",
 526            d3_l.max_z);
 527
 528   /*
 529    * start of simulation
 530    */
 531
 532   i=(c_step?c_step:0);
 533   while(i<my_info.steps) {
 534     for(j=0;j<my_info.cpi;j++) {
 535       x_c=get_rand(d3_l.max_x);
 536       y_c=get_rand(d3_l.max_y);
 537       // z_c=get_rand_reject(d3_l.max_z,ne_max,n_e_loss);
 538       z_c=get_rand(d3_l.max_z);
 539       process_cell(&d3_l,x_c,y_c,z_c,&my_info,nel_z[z_c]);
 540     }
 541     distrib_c(&d3_l,&my_info,i,ip_max,c_profile);
 542     if(i%resave==0 && i!=0) {
 543       dc=DC_OK;
 544       send_data(&d3_l,&my_info,i,&dc);
 545     }
 546     i++;
 547     if(i%my_info.s_rate==0) sputter(&d3_l);
 548   }
 549
 550   /* finished */
 551   dc=DC_END;
 552   send_data(&d3_l,&my_info,i,&dc);
 553
 554   /* shutdown/free/close everything now ... */
 555
 556   return 1;
 557 }