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 #define MAKE_AMORPH(N) *(N)|=AMORPH
  53 #define MAKE_CRYST(N) *(N)&=~AMORPH
  54
  55 #define NLSOP_CLIENT 'c'
  56 #define NLSOP_NJOB 'N'
  57 #define NLSOP_CJOB 'C'
  58
  59 /* globals */
  60
  61 char p_file[MAX_CHARS];
  62 char n_e_file[MAX_CHARS];
  63 char r_file[MAX_CHARS];
  64 t_net *gnet;
  65 d3_lattice *gd3_l;
  66 info *gmy_info;
  67 int *gi;
  68 unsigned char dc;
  69
  70 int get_data_and_calc(t_event *event,void *allineed);
  71
  72 int usage(char *prog)
  73 {
  74  puts("usage:");
  75  printf("%s -i ip -p port -r/P/n random/profile/neloss file\n",prog);
  76  return 1;
  77 }
  78
  79 /*
  80  * nlsop internal functions
  81  */
  82
  83 int sputter(d3_lattice *d3_l)
  84 {
  85  int i,size;
  86  int offh,offl;
  87
  88  size=d3_l->max_x*d3_l->max_y;
  89  offl=0;
  90  offh=size;
  91
  92  for(i=0;i<d3_l->max_z-1;i++)
  93  {
  94   memcpy(d3_l->status+offl,d3_l->status+offh,size);
  95   memcpy(d3_l->extra+offl,d3_l->extra+offh,size*sizeof(int));
  96   offl=offh;
  97   offh+=size;
  98  }
  99  memset(d3_l->status+offl,0,size);
 100  memset(d3_l->extra+offl,0,size);
 101
 102  return 1;
 103 }
 104
 105 int process_cell(d3_lattice *d3_l,u32 x,u32 y,u32 z,info *my_info,u32 nel_z)
 106 {
 107  unsigned char *thiz;
 108  int *conc;
 109  int i,j;
 110  int off;
 111  double p,q;
 112
 113  thiz=d3_l->status+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 114  conc=d3_l->extra+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 115  p=my_info->b*nel_z;
 116  for(i=-(my_info->range);i<=my_info->range;i++)
 117  {
 118   for(j=-(my_info->range);j<=my_info->range;j++)
 119   {
 120    if(!(i==0 && j==0))
 121    {
 122     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;
 123     if(*(d3_l->status+off)&AMORPH) p+=my_info->s*(*(d3_l->extra+off))*URAND_MAX/(i*i+j*j);
 124    }
 125   }
 126  }
 127  p+=*conc*my_info->c*URAND_MAX;
 128  if(!(*thiz&AMORPH))
 129  {
 130   if(get_rand(URAND_MAX)<=p) MAKE_AMORPH(thiz);
 131  } else
 132  {
 133   /* assume 1-p probability */
 134   /* also look for neighbours ! */
 135   q=(URAND_MAX-p)>0?URAND_MAX-p:0;
 136   j=0;
 137   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;
 138   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;
 139   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;
 140   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;
 141   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;
 142   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;
 143
 144   p+=((q/6)*j);
 145   if(get_rand(URAND_MAX)>p) MAKE_CRYST(thiz);
 146  }
 147
 148  return 1;
 149 }
 150
 151 int distrib_c(d3_lattice *d3_l,info *my_info,int step,u32 rj_m,u32 *rj_g)
 152 {
 153  u32 x,y,z;
 154  int i,j,k,c;
 155  int offset,off;
 156  int carry;
 157
 158  /* put one c ion somewhere in the lattice */
 159  x=get_rand(d3_l->max_x);
 160  y=get_rand(d3_l->max_y);
 161  z=get_rand_reject(d3_l->max_z,rj_m,rj_g);
 162  *(d3_l->extra+x+y*d3_l->max_x+z*d3_l->max_x*d3_l->max_y)+=1;
 163  (my_info->cc)++;
 164
 165  if(step%my_info->diff_rate==0)
 166  {
 167
 168  for(i=0;i<d3_l->max_x;i++)
 169  {
 170   for(j=0;j<d3_l->max_y;j++)
 171   {
 172    for(k=0;k<d3_l->max_z;k++)
 173    {
 174     offset=i+j*d3_l->max_x+k*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 175     /* case amorph: amorph <- cryst diffusion */
 176     if(*(d3_l->status+offset)&AMORPH)
 177     {
 178      for(c=-1;c<=1;c++)
 179      {
 180       if(c!=0)
 181       {
 182        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;
 183        carry=0;
 184        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH)) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 185        if(carry!=0)
 186        {
 187         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 188         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 189        }
 190       }
 191      }
 192      for(c=-1;c<=1;c++)
 193      {
 194       if(c!=0)
 195       {
 196        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;
 197        carry=0;
 198        if(!(*(d3_l->status+off)&AMORPH)) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 199        if(carry!=0)
 200        {
 201         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 202         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 203        }
 204       }
 205      }
 206      if(my_info->z_diff)
 207      {
 208       if(k!=0)
 209       {
 210        off=i+j*d3_l->max_x+(k-1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 211        carry=0;
 212        if(!*(d3_l->status+off)&AMORPH) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 213        if(carry!=0)
 214        {
 215         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 216         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 217        }
 218       }
 219       if(k!=d3_l->max_z-1)
 220       {
 221        off=i+j*d3_l->max_x+(k+1)*d3_l->max_x*d3_l->max_y;
 222        carry=0;
 223        if(!*(d3_l->status+off)&AMORPH) carry=(int)(my_info->dr_ac*(*(d3_l->extra+off)));
 224        if(carry!=0)
 225        {
 226         *(d3_l->extra+off)-=carry;
 227         *(d3_l->extra+offset)+=carry;
 228        }
 229       }
 230      }
 231     }
 232    } /* for z */
 233   } /* for y */
 234  } /* for x */
 235
 236  } /* if step modulo diff_rate == 0 */
 237
 238  return 1;
 239 }
 240
 241 u32 get_reject_graph(info *my_info,d3_lattice *d3_l,char *file,u32 *graph) {
 242  double a,b;
 243  int i,j,k;
 244  int fd;
 245  char buf[32],*p;
 246  unsigned char *flag;
 247  u32 max;
 248
 249  max=0;
 250  if((fd=open(file,O_RDONLY))<0)
 251  {
 252   puts("cannot open file to calculate rejection graph");
 253   return -1;
 254  }
 255  if((flag=(unsigned char *)malloc(d3_l->max_z))==NULL)
 256  {
 257   puts("cannot malloc flag memory for rejection graph");
 258   return -1;
 259  }
 260  memset(flag,0,d3_l->max_z);
 261  memset(graph,0,d3_l->max_z*sizeof(u32));
 262  /* get fixpoints */
 263  k=1;
 264  while(k)
 265  {
 266   for(i=0;i<32;i++)
 267   {
 268    k=read(fd,&buf[i],1);
 269    if((buf[i]=='\n')||(k==0)) break;
 270   }
 271   if(k)
 272   {
 273    p=strtok(buf," ");
 274    a=atof(p)/10; /* nm */
 275    p=strtok(NULL," ");
 276    b=atof(p);
 277    if(a>d3_l->max_z*CELL_LENGTH) k=0;
 278    else
 279    {
 280     graph[(int)(a/CELL_LENGTH)]=(int)(URAND_MAX/100*b);
 281     flag[(int)(a/CELL_LENGTH)]=1;
 282    }
 283   }
 284  }
 285  /* do (linear) interpolation here! */
 286  i=0;
 287  a=0;
 288  while(i<d3_l->max_z)
 289  {
 290   /* graph[0] is 0! */
 291   j=i;
 292   i++;
 293   while(flag[i]==0&&i<d3_l->max_z) i++;
 294   for(k=j+1;k<i;k++) graph[k]=(int)((k-j)*((int)graph[i]-(int)graph[j])/(i-j))+graph[j];
 295   if(graph[i]>max) max=graph[i];
 296  }
 297
 298  free(flag);
 299
 300 #ifdef DEBUG_INTERPOL_PROFILE
 301  printf("debug: %s (interpolated profile)\n",file);
 302  for(i=0;i<d3_l->max_z;i++) printf("%d %d\n",i,graph[i]);
 303 #endif
 304
 305  return max;
 306 }
 307
 308 void send_data(int signum) {
 309
 310   int c;
 311
 312   c=gd3_l->max_x*gd3_l->max_y*gd3_l->max_z;
 313
 314   network_send(gnet->connection[0].fd,&dc,1);
 315   /*
 316   network_send(gnet->connection[0].fd,(unsigned char *)gd3_l,
 317                sizeof(d3_lattice));
 318   network_send(gnet->connection[0].fd,(unsigned char *)gmy_info,sizeof(info));
 319   */
 320   network_send(gnet->connection[0].fd,gd3_l->status,c*sizeof(unsigned char));
 321   network_send(gnet->connection[0].fd,(unsigned char *)gd3_l->extra,
 322                c*sizeof(int));
 323   network_send(gnet->connection[0].fd,(unsigned char *)gi,sizeof(int));
 324
 325 }
 326
 327
 328 /*
 329  * main program
 330  */
 331
 332 int main(int argc,char **argv)
 333 {
 334
 335   char server_ip[16];
 336   int port;
 337   t_net net;
 338   t_event event;
 339   unsigned char data[256];
 340   int i;
 341
 342   gnet=&net;
 343
 344   /* default values */
 345   strcpy(server_ip,"");
 346   strcpy(p_file,IMP_PROFILE);
 347   strcpy(n_e_file,NEL_PROFILE);
 348   strcpy(r_file,"");
 349   port=1025;
 350
 351   /* parse/check argv */
 352   for(i=1;i<argc;i++) {
 353     if(argv[i][0]=='-') {
 354       switch(argv[i][1]) {
 355         case 'h':
 356           usage(argv[0]);
 357           return -1;
 358         case 'i':
 359           strncpy(server_ip,argv[++i],16);
 360           break;
 361         case 'r':
 362           strcpy(r_file,argv[++i]);
 363           break;
 364         case 'P':
 365           strcpy(p_file,argv[++i]);
 366           break;
 367         case 'n':
 368           strcpy(n_e_file,argv[++i]);
 369           break;
 370         case 'p':
 371           port=atoi(argv[++i]);
 372           break;
 373         default:
 374           usage(argv[0]);
 375           return -1;
 376       }
 377     }
 378   }
 379   if(!strcmp(server_ip,"")) {
 380     usage(argv[0]);
 381     return -1;
 382   }
 383
 384   /* event init */
 385   event_init(&event,1);
 386   event_set_timeout(&event,0,0);
 387
 388   /* connect to server */
 389   network_init(&net,1);
 390   network_set_connection_info(&net,0,server_ip,port);
 391   if(network_connect(&net,0)==N_E_CONNECT) {
 392     printf("unable to connect to server, aborting ...\n");
 393     return -1;
 394   }
 395   network_select(&net,0);
 396
 397   /* tell server: i am a client, i may work for you */
 398   data[0]=NLSOP_CLIENT;
 399   network_send(net.connection[0].fd,data,1);
 400
 401   /* wait for job */
 402   event_math(net.connection[0].fd,&event,READ,ADD);
 403   event_start(&event,NULL,get_data_and_calc,NULL);
 404
 405   return 1;
 406 }
 407
 408 int get_data_and_calc(t_event *event,void *allineed) {
 409
 410   d3_lattice d3_l;
 411   info my_info;
 412   u32 *c_profile;
 413   u32 *n_e_loss;
 414   u32 ne_max,ip_max;
 415   u32 *nel_z;
 416   u32 x_c,y_c,z_c;
 417   int i,j;
 418   int resave;
 419   int c_step;
 420 #define DC_QUIT (1<<0)
 421 #define DC_OK (1<<1)
 422 #define DC_END (1<<2)
 423   unsigned char data[256];
 424
 425   t_net *net;
 426
 427   resave=RESAVE;
 428   c_step=0;
 429   ne_max=0;
 430   ip_max=0;
 431
 432   net=gnet;
 433   gd3_l=&d3_l;
 434   gmy_info=&my_info;
 435   gi=&i;
 436   dc=0;
 437
 438   /* get info (+data) */
 439   network_receive(net->connection[0].fd,data,1);
 440   if(data[0]==NLSOP_NJOB || data[0]==NLSOP_CJOB) {
 441     network_receive(net->connection[0].fd,(unsigned char *)&d3_l,
 442                     sizeof(d3_lattice));
 443     network_receive(net->connection[0].fd,(unsigned char *)&my_info,
 444                     sizeof(info));
 445     c_step=0;
 446     j=d3_l.max_x*d3_l.max_y*d3_l.max_z;
 447     d3_l.status=(unsigned char *)malloc(j*sizeof(unsigned char));
 448     if(d3_l.status==NULL) {
 449       printf("status alloc failed\n");
 450       return -1;
 451     }
 452     d3_l.extra=(int *)malloc(j*sizeof(int));
 453     if(d3_l.extra==NULL) {
 454       printf("extra malloc failed\n");
 455       return -1;
 456     }
 457     if(data[0]==NLSOP_CJOB) {
 458       network_receive(net->connection[0].fd,d3_l.status,
 459                       j*sizeof(unsigned char));
 460       network_receive(net->connection[0].fd,(unsigned char *)d3_l.extra,
 461                       j*sizeof(int));
 462       network_receive(net->connection[0].fd,(unsigned char *)&c_step,
 463                       sizeof(int));
 464     }
 465   }
 466
 467   /* care for signals */
 468   dc=DC_QUIT;
 469   signal(SIGTERM,send_data);
 470
 471   /* rand init */
 472   if(!strcmp(r_file,"")) rand_init(NULL);
 473   else rand_init(r_file);
 474
 475   /* compute graphs for random number rejection method */
 476   if((c_profile=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL) {
 477     puts("failed allocating memory for carbon profile graph");
 478     return -1;
 479   }
 480   if((n_e_loss=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int)))==NULL) {
 481     puts("failed allocating memory for nuclear energy loss graph");
 482     return -1;
 483   }
 484   ip_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,p_file,c_profile);
 485   ne_max=get_reject_graph(&my_info,&d3_l,n_e_file,n_e_loss);
 486
 487   /* array nel_z[] keeping nuclear energy loss values scaled to URAND_MAX */
 488   nel_z=(u32 *)malloc(d3_l.max_z*sizeof(unsigned int));
 489   if(nel_z==NULL) {
 490     printf("failed allocating nel_z array mem\n");
 491     return -1;
 492   }
 493   for(i=0;i<d3_l.max_z;i++) nel_z[i]=URAND_MAX*(1.0*n_e_loss[i]/ne_max);
 494
 495   /* this should be obsolete - z is high enough - we check now! */
 496   if(c_profile[d3_l.max_z-1]!=0) {
 497     printf("max_z (%d) too small - sputtering not possible\n",d3_l.max_z);
 498     return -1;
 499   }
 500
 501   /* sputtering really possible ?*/
 502   if(n_e_loss[d3_l.max_z-1]!=0)
 503     printf("warning: max_z (%d) too small, there may be amorphous volumes\n",
 504            d3_l.max_z);
 505
 506   /*
 507    * start of simulation
 508    */
 509
 510   i=(c_step?c_step:0);
 511   while(i<my_info.steps) {
 512     for(j=0;j<my_info.cpi;j++) {
 513       x_c=get_rand(d3_l.max_x);
 514       y_c=get_rand(d3_l.max_y);
 515       // z_c=get_rand_reject(d3_l.max_z,ne_max,n_e_loss);
 516       z_c=get_rand(d3_l.max_z);
 517       process_cell(&d3_l,x_c,y_c,z_c,&my_info,nel_z[z_c]);
 518     }
 519     distrib_c(&d3_l,&my_info,i,ip_max,c_profile);
 520     if(i%resave==0 && i!=0) {
 521       dc=DC_OK;
 522       send_data(0);
 523       dc=DC_QUIT;
 524     }
 525     i++;
 526     if(i%my_info.s_rate==0) sputter(&d3_l);
 527   }
 528
 529   /* finished */
 530   dc=DC_END;
 531   send_data(0);
 532   dc=DC_QUIT;
 533
 534   /* shutdown/free/close everything now ... */
 535
 536   return 1;
 537 }