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