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 <signal.h>
  44
  45 #include "nlsop.h"
  46 #include "dfbapi.h"
  47 #include "random.h"
  48
  49 #include "network.h"
  50 #include "event.h"
  51
  52 #include "nlsop_general.h"
  53
  54 #define MAKE_AMORPH(N) *(N)|=AMORPH
  55 #define MAKE_CRYST(N) *(N)&=~AMORPH
  56
  57 /* globals */
  58
  59 char p_file[MAX_CHARS];
  60 char n_e_file[MAX_CHARS];
  61 char r_file[MAX_CHARS];
  62 t_net *gnet;
  63 d3_lattice *gd3_l;
  64 info *gmy_info;
  65 int *gi;
  66 unsigned char dc;
  67
  68 int get_data_and_calc(t_event *event,void *allineed);
  69
  70 int usage(char *prog)
  71 {
  72  puts("usage:");
  73  printf("%s -i ip -p port -r/P/n random/profile/neloss file\n",prog);
  74  return 1;
  75 }
  76
  77 /*
  78  * nlsop internal functions
  79  */
  80
  81 int sputter(d3_lattice *d3_l)
  82 {
  83  int i,size;
  84  int offh,offl;
  85
  86  size=d3_l->max_x*d3_l->max_y;
  87  offl=0;
  88  offh=size;
  89
  90  for(i=0;i<d3_l->max_z-1;i++)
  91  {
  92   memcpy(d3_l->status+offl,d3_l->status+offh,size);
  93   memcpy(d3_l->extra+offl,d3_l->extra+offh,size*sizeof(int));
  94   offl=offh;
  95   offh+=size;
  96  }
  97  memset(d3_l->status+offl,0,size);
  98  memset(d3_l->extra+offl,0,size);
  99
 100  return 1;
 101 }
 102
 103 int process_cell(d3_lattice *d3_l,u32 x,u32 y,u32 z,info *my_info,u32 nel_z)
 104 {
 105  unsigned char *thiz;
 106  int *conc;
 107  int i,j;
 108  int off;
 109  double p,q;
 110
 111  thiz=d3_l->status+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 112  conc=d3_l->extra+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 113  p=my_info->b*nel_z;
 114  for(i=-(my_info->range);i<=my_info->range;i++)
 115  {
 116   for(j=-(my_info->range);j<=my_info->range;j++)
 117   {
 118    if(!(i==0 && j==0))
 119    {
 120     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;
 121     if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) p+=my_info->s*(*(d3_l->extra+off))*URAND_MAX/(i*i+j*j);
 122    }
 123   }
 124  }
 125  p+=*conc*my_info->c*URAND_MAX;
 126  if(!(*thiz&AMORPH))
 127  {
 128   if(get_rand(URAND_MAX)<=p) MAKE_AMORPH(thiz);
 129  } else
 130  {
 131   /* assume 1-p probability */
 132   /* also look for neighbours ! */
 133   q=(URAND_MAX-p)>0?URAND_MAX-p:0;
 134   j=0;
 135   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;
 136   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;
 137   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;
 138   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;
 139   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;
 140   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;
 141
 142   p+=((q/6)*j);
 143   if(get_rand(URAND_MAX)>p) MAKE_CRYST(thiz);
 144  }
 145
 146  return 1;
 147 }
 148
 149 int distrib_c(d3_lattice *d3_l,info *my_info,int step,u32 rj_m,u32 *rj_g)
 150 {
 151  u32 x,y,z;
 152  int i,j,k,c;
 153  int offset,off;
 154  int carry;
 155
 156  /* put one c ion somewhere in the lattice */
 157  x=get_rand(d3_l->max_x);
 158  y=get_rand(d3_l->max_y);
 159  z=get_rand_reject(d3_l->max_z,rj_m,rj_g);
 160  *(d3_l->extra+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)+=1;
 161  (my_info->cc)++;
 162
 163  if(step%my_info->diff_rate==0)
 164  {
 165
 166  for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 167  {
 168   for(j=0;j<d3_l->max_y;j++)
 169   {
 170    for(k=0;k<d3_l->max_z;k++)
 171    {
 172     offset=i+j*d3_l->max_x+k*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 173     /* case amorph: amorph <- cryst diffusion */
 174     if(*(d3_l->status+offset)&AMORPH)
 175     {
 176      for(c=-1;c<=1;c++)
 177      {
 178       if(c!=0)
 179       {
 180        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;
 181        carry=0;
 182        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH)) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 183        if(carry!=0)
 184        {
 185         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 186         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 187        }
 188       }
 189      }
 190      for(c=-1;c<=1;c++)
 191      {
 192       if(c!=0)
 193       {
 194        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;
 195        carry=0;
 196        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH)) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 197        if(carry!=0)
 198        {
 199         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 200         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 201        }
 202       }
 203      }
 204      /* diff in z direction */
 205      if(k!=0)
 206      {
 207       off=i+j*d3_l->max_x+(k-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 208       carry=0;
 209       if(!*(d3_l->status+off)&AMORPH) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 210       if(carry!=0)
 211       {
 212        *(d3_l->extra+off)-=carry;
 213        *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 214       }
 215      }
 216      if(k!=d3_l->max_z-1)
 217      {
 218       off=i+j*d3_l->max_x+(k+1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 219       carry=0;
 220       if(!*(d3_l->status+off)&AMORPH) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 221       if(carry!=0)
 222       {
 223        *(d3_l->extra+off)-=carry;
 224        *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 225       }
 226      }
 227     }
 228    } /* for z */
 229   } /* for y */
 230  } /* for x */
 231
 232  } /* if step modulo diff_rate == 0 */
 233
 234  return 1;
 235 }
 236
 237 u32 get_reject_graph(info *my_info,d3_lattice *d3_l,char *file,u32 *graph) {
 238  double a,b;
 239  int i,j,k;
 240  int fd;
 241  char buf[32],*p;
 242  unsigned char *flag;
 243  u32 max;
 244
 245  max=0;
 246  if((fd=open(file,O_RDONLY))<0)
 247  {
 248   puts("cannot open file to calculate rejection graph");
 249   return -1;
 250  }
 251  if((flag=(unsigned char *)malloc(d3_l->max_z))==NULL)
 252  {
 253   puts("cannot malloc flag memory for rejection graph");
 254   return -1;
 255  }
 256  memset(flag,0,d3_l->max_z);
 257  memset(graph,0,d3_l->max_z*sizeof(u32));
 258  /* get fixpoints */
 259  k=1;
 260  while(k)
 261  {
 262   for(i=0;i<32;i++)
 263   {
 264    k=read(fd,&buf[i],1);
 265    if((buf[i]=='\n')||(k==0)) break;
 266   }
 267   if(k)
 268   {
 269    p=strtok(buf," ");
 270    a=atof(p)/10; /* nm */
 271    p=strtok(NULL," ");
 272    b=atof(p);
 273    if(a>d3_l->max_z*CELL_LENGTH) k=0;
 274    else
 275    {
 276     graph[(int)(a/CELL_LENGTH)]=(int)(URAND_MAX/100*b);
 277     flag[(int)(a/CELL_LENGTH)]=1;
 278    }
 279   }
 280  }
 281  /* do (linear) interpolation here! */
 282  i=0;
 283  a=0;
 284  while(i<d3_l->max_z)
 285  {
 286   /* graph[0] is 0! */
 287   j=i;
 288   i++;
 289   while(flag[i]==0&&i<d3_l->max_z) i++;
 290   for(k=j+1;k<i;k++) graph[k]=(int)((k-j)*((int)graph[i]-(int)graph[j])/(i-j))+graph[j];
 291   if(graph[i]>max) max=graph[i];
 292  }
 293
 294  free(flag);
 295
 296 #ifdef DEBUG_INTERPOL_PROFILE
 297  printf("debug: %s (interpolated profile)\n",file);
 298  for(i=0;i<d3_l->max_z;i++) printf("%d %d\n",i,graph[i]);
 299 #endif
 300
 301  return max;
 302 }
 303
 304 void send_data(int signum) {
 305
 306   int c;
 307
 308   c=gd3_l->max_x*gd3_l->max_y*gd3_l->max_z;
 309
 310   network_send(gnet->connection[0].fd,&dc,1);
 311   /*
 312   network_send(gnet->connection[0].fd,(unsigned char *)gd3_l,
 313                sizeof(d3_lattice));
 314   network_send(gnet->connection[0].fd,(unsigned char *)gmy_info,sizeof(info));
 315   */
 316   network_send(gnet->connection[0].fd,gd3_l->status,c*sizeof(unsigned char));
 317   network_send(gnet->connection[0].fd,(unsigned char *)gd3_l->extra,
 318                c*sizeof(int));
 319   network_send(gnet->connection[0].fd,(unsigned char *)gi,sizeof(int));
 320
 321 }
 322
 323
 324 /*
 325  * main program
 326  */
 327
 328 int main(int argc,char **argv)
 329 {
 330
 331   char server_ip[16];
 332   int port;
 333   t_net net;
 334   t_event event;
 335   unsigned char data[256];
 336   int i;
 337
 338   gnet=&net;
 339
 340   /* default values */
 341   strcpy(server_ip,"");
 342   strcpy(p_file,IMP_PROFILE);
 343   strcpy(n_e_file,NEL_PROFILE);
 344   strcpy(r_file,"");
 345   port=1025;
 346
 347   /* parse/check argv */
 348   for(i=1;i<argc;i++) {
 349     if(argv[i][0]=='-') {
 350       switch(argv[i][1]) {
 351         case 'h':
 352           usage(argv[0]);
 353           return -1;
 354         case 'i':
 355           strncpy(server_ip,argv[++i],16);
 356           break;
 357         case 'r':
 358           strcpy(r_file,argv[++i]);
 359           break;
 360         case 'P':
 361           strcpy(p_file,argv[++i]);
 362           break;
 363         case 'n':
 364           strcpy(n_e_file,argv[++i]);
 365           break;
 366         case 'p':
 367           port=atoi(argv[++i]);
 368           break;
 369         default:
 370           usage(argv[0]);
 371           return -1;
 372       }
 373     }
 374   }
 375   if(!strcmp(server_ip,"")) {
 376     usage(argv[0]);
 377     return -1;
 378   }
 379
 380   /* event init */
 381   event_init(&event,1);
 382   event_set_timeout(&event,0,0);
 383
 384   /* connect to server */
 385   network_init(&net,1);
 386   network_set_connection_info(&net,0,server_ip,port);
 387   if(network_connect(&net,0)==N_E_CONNECT) {
 388     printf("unable to connect to server, aborting ...\n");
 389     return -1;
 390   }
 391   network_select(&net,0);
 392
 393   /* tell server: i am a client, i may work for you */
 394   data[0]=NLSOP_CLIENT;
 395   network_send(net.connection[0].fd,data,1);
 396
 397   /* wait for job */
 398   event_math(net.connection[0].fd,&event,READ,ADD);
 399   printf("idle, waiting for jobs ...\n");
 400   event_start(&event,NULL,get_data_and_calc,NULL);
 401
 402   return 1;
 403 }
 404
 405 int get_data_and_calc(t_event *event,void *allineed) {
 406
 407   d3_lattice d3_l;
 408   info my_info;
 409   u32 *c_profile;
 410   u32 *n_e_loss;
 411   u32 ne_max,ip_max;
 412   u32 *nel_z;
 413   u32 x_c,y_c,z_c;
 414   int i,j;
 415   int c_step;
 416   unsigned char data[256];
 417
 418   t_net *net;
 419
 420   c_step=0;
 421   ne_max=0;
 422   ip_max=0;
 423
 424   net=gnet;
 425   gd3_l=&d3_l;
 426   gmy_info=&my_info;
 427   gi=&i;
 428   dc=0;
 429
 430   printf("got a new job ...\n");
 431
 432   /* get info (+data) */
 433   network_receive(net->connection[0].fd,data,1);
 434   if(data[0]==NLSOP_NJOB || data[0]==NLSOP_CJOB) {
 435     network_receive(net->connection[0].fd,(unsigned char *)&d3_l,
 436                     sizeof(d3_lattice));
 437     network_receive(net->connection[0].fd,(unsigned char *)&my_info,
 438                     sizeof(info));
 439     c_step=0;
 440     j=d3_l.max_x*d3_l.max_y*d3_l.max_z;
 441     d3_l.status=(unsigned char *)malloc(j*sizeof(unsigned char));
 442     if(d3_l.status==NULL) {
 443       printf("status alloc failed\n");
 444       return -1;
 445     }
 446     d3_l.extra=(int *)malloc(j*sizeof(int));
 447     if(d3_l.extra==NULL) {
 448       printf("extra malloc failed\n");
 449       return -1;
 450     }
 451     if(data[0]==NLSOP_CJOB) {
 452       network_receive(net->connection[0].fd,d3_l.status,
 453                       j*sizeof(unsigned char));
 454       network_receive(net->connection[0].fd,(unsigned char *)d3_l.extra,
 455                       j*sizeof(int));
 456       network_receive(net->connection[0].fd,(unsigned char *)&c_step,
 457                       sizeof(int));
 458     }
 459   }
 460
 461   printf("starting simulation with following parameters:\n");
 462   printf("b = %f | c = %f | s = %f\n",my_info.b,my_info.c,my_info.s);
 463   printf("diff every %d steps | diff rate = %f\n",my_info.diff_rate,
 464                                                   my_info.dr_ac);
 465   printf("current step: %d | total steps: %d\n",my_info.steps,c_step);
 466   printf("...\n");
 467
 468   /* care for signals */
 469   dc=DC_QUIT;
 470   signal(SIGTERM,send_data);
 471
 472   /* rand init */
 473   if(!strcmp(r_file,"")) rand_init(NULL);
 474   else rand_init(r_file);
 475
 476   /* compute graphs for random number rejection method */
 477   if((c_profile=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL) {
 478     puts("failed allocating memory for carbon profile graph");
 479     return -1;
 480   }
 481   if((n_e_loss=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL) {
 482     puts("failed allocating memory for nuclear energy loss graph");
 483     return -1;
 484   }
 485   ip_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,p_file,c_profile);
 486   ne_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,n_e_file,n_e_loss);
 487
 488   /* array nel_z[] keeping nuclear energy loss values scaled to URAND_MAX */
 489   nel_z=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int));
 490   if(nel_z==NULL) {
 491     printf("failed allocating nel_z array mem\n");
 492     return -1;
 493   }
 494   for(i=0;i<d3_l.max_z;i++) nel_z[i]=URAND_MAX*(1.0*n_e_loss[i]/ne_max);
 495
 496   /* this should be obsolete - z is high enough - we check now! */
 497   if(c_profile[d3_l.max_z-1]!=0) {
 498     printf("max_z (%d) too small - sputtering not possible\n",d3_l.max_z);
 499     return -1;
 500   }
 501
 502   /* sputtering really possible ?*/
 503   if(n_e_loss[d3_l.max_z-1]!=0)
 504     printf("warning: max_z (%d) too small, there may be amorphous volumes\n",
 505            d3_l.max_z);
 506
 507   /*
 508    * start of simulation
 509    */
 510
 511   i=(c_step?c_step:0);
 512   while(i<my_info.steps) {
 513     for(j=0;j<my_info.cpi;j++) {
 514       x_c=get_rand(d3_l.max_x);
 515       y_c=get_rand(d3_l.max_y);
 516       // z_c=get_rand_reject(d3_l.max_z,ne_max,n_e_loss);
 517       z_c=get_rand(d3_l.max_z);
 518       process_cell(&d3_l,x_c,y_c,z_c,&my_info,nel_z[z_c]);
 519     }
 520     distrib_c(&d3_l,&my_info,i,ip_max,c_profile);
 521     i++;
 522     if(i%my_info.save_rate==0) {
 523       dc=DC_OK;
 524       send_data(0);
 525       dc=DC_QUIT;
 526     }
 527     if(i%my_info.s_rate==0) sputter(&d3_l);
 528   }
 529
 530   /* finished */
 531   dc=DC_END;
 532   send_data(0);
 533   dc=DC_QUIT;
 534
 535   /* shutdown/free/close everything now ... */
 536
 537   return 1;
 538 }