Branch data Line data Source code
1 : : // *****************************************************************************
2 : : /*!
3 : : \file src/Inciter/RieCG.hpp
4 : : \copyright 2012-2015 J. Bakosi,
5 : : 2016-2018 Los Alamos National Security, LLC.,
6 : : 2019-2021 Triad National Security, LLC.,
7 : : 2022-2024 J. Bakosi
8 : : All rights reserved. See the LICENSE file for details.
9 : : \brief RieCG: Riemann, MUSCL, Runge-Kutta, edge-based continuous Galerkin
10 : : */
11 : : // *****************************************************************************
12 : :
13 : : #pragma once
14 : :
15 : : #include <vector>
16 : : #include <map>
17 : :
18 : : #include "Types.hpp"
19 : : #include "Fields.hpp"
20 : : #include "Table.hpp"
21 : : #include "DerivedData.hpp"
22 : : #include "NodeDiagnostics.hpp"
23 : :
24 : : #include "NoWarning/riecg.decl.h"
25 : :
26 : : namespace inciter {
27 : :
28 : : //! RieCG Charm++ chare array used to advance PDEs in time with RieCG
29 : : class RieCG : public CBase_RieCG {
30 : :
31 : : public:
32 : : #if defined(__clang__)
33 : : #pragma clang diagnostic push
34 : : #pragma clang diagnostic ignored "-Wunused-parameter"
35 : : #pragma clang diagnostic ignored "-Wdeprecated-declarations"
36 : : #elif defined(STRICT_GNUC)
37 : : #pragma GCC diagnostic push
38 : : #pragma GCC diagnostic ignored "-Wunused-parameter"
39 : : #pragma GCC diagnostic ignored "-Wdeprecated-declarations"
40 : : #elif defined(__INTEL_COMPILER)
41 : : #pragma warning( push )
42 : : #pragma warning( disable: 1478 )
43 : : #endif
44 : : // Include Charm++ SDAG code. See http://charm.cs.illinois.edu/manuals/html/
45 : : // charm++/manual.html, Sec. "Structured Control Flow: Structured Dagger".
46 : : RieCG_SDAG_CODE
47 : : #if defined(__clang__)
48 : : #pragma clang diagnostic pop
49 : : #elif defined(STRICT_GNUC)
50 : : #pragma GCC diagnostic pop
51 : : #elif defined(__INTEL_COMPILER)
52 : : #pragma warning( pop )
53 : : #endif
54 : :
55 : : //! Constructor
56 : : explicit RieCG( const CProxy_Discretization& disc,
57 : : const std::map< int, std::vector< std::size_t > >& bface,
58 : : const std::map< int, std::vector< std::size_t > >& bnode,
59 : : const std::vector< std::size_t >& triinpoel );
60 : :
61 : : #if defined(__clang__)
62 : : #pragma clang diagnostic push
63 : : #pragma clang diagnostic ignored "-Wundefined-func-template"
64 : : #endif
65 : : //! Migrate constructor
66 : : // cppcheck-suppress uninitMemberVar
67 : 1028 : explicit RieCG( CkMigrateMessage* m ) : CBase_RieCG( m ) {}
68 : : #if defined(__clang__)
69 : : #pragma clang diagnostic pop
70 : : #endif
71 : :
72 : : //! Configure Charm++ custom reduction types initiated from this chare array
73 : : static void registerReducers();
74 : :
75 : : //! Return from migration
76 : : void ResumeFromSync() override;
77 : :
78 : : //! Start setup for solution
79 : : void setup( tk::real v );
80 : :
81 : : // Start time stepping
82 : : void start();
83 : :
84 : : //! Advance equations to next time step
85 : : void advance( tk::real newdt );
86 : :
87 : : //! Start (re-)computing domain and boundary integrals
88 : : void feop();
89 : :
90 : : //! Receive contributions to boundary point normals on chare-boundaries
91 : : void comnorm( const std::unordered_map< int,
92 : : std::unordered_map< std::size_t, std::array<tk::real,4> > >& inbnd );
93 : :
94 : : //! Receive contributions to node gradients on chare-boundaries
95 : : void comgrad( const std::unordered_map< std::size_t,
96 : : std::vector< tk::real > >& ingrad );
97 : :
98 : : //! Receive contributions to right-hand side vector on chare-boundaries
99 : : void comrhs( const std::unordered_map< std::size_t,
100 : : std::vector< tk::real > >& inrhs );
101 : :
102 : : //! Evaluate residuals
103 : : void evalres( const std::vector< tk::real >& l2res );
104 : :
105 : : //! Receive new mesh from Refiner
106 : : void resizePostAMR(
107 : : const std::vector< std::size_t >& ginpoel,
108 : : const tk::UnsMesh::Chunk& chunk,
109 : : const tk::UnsMesh::Coords& coord,
110 : : const std::unordered_map< std::size_t, tk::UnsMesh::Edge >& addedNodes,
111 : : const std::unordered_map< std::size_t, std::size_t >& addedTets,
112 : : const std::set< std::size_t >& removedNodes,
113 : : const std::unordered_map< int, std::unordered_set< std::size_t > >&
114 : : nodeCommMap,
115 : : const std::map< int, std::vector< std::size_t > >& bface,
116 : : const std::map< int, std::vector< std::size_t > >& bnode,
117 : : const std::vector< std::size_t >& triinpoel );
118 : :
119 : : //! Const-ref access to current solution
120 : : //! \return Const-ref to current solution
121 : : const tk::Fields& solution() const { return m_u; }
122 : :
123 : : //! Compute integral quantities for output
124 : : void integrals();
125 : :
126 : : //! Evaluate whether to continue with next time step
127 : : void step();
128 : :
129 : : // Evaluate whether to do load balancing
130 : : void evalLB( int nrestart );
131 : :
132 : : //! Evaluate whether to continue with next time step stage
133 : : void stage();
134 : :
135 : : /** @name Charm++ pack/unpack serializer member functions */
136 : : ///@{
137 : : //! \brief Pack/Unpack serialize member function
138 : : //! \param[in,out] p Charm++'s PUP::er serializer object reference
139 : 3346 : void pup( PUP::er &p ) override {
140 : : p | m_disc;
141 : 3346 : p | m_nrhs;
142 : 3346 : p | m_nnorm;
143 : 3346 : p | m_nbpint;
144 : 3346 : p | m_nbeint;
145 : 3346 : p | m_ndeint;
146 : 3346 : p | m_ngrad;
147 : 3346 : p | m_bnode;
148 : 3346 : p | m_bface;
149 : 3346 : p | m_triinpoel;
150 : 3346 : p | m_bpoinid;
151 : 3346 : p | m_bpoinin;
152 : 3346 : p | m_u;
153 : : // do not pup these, will recompute after migration anyway
154 [ + + ]: 3346 : if (p.isUnpacking()) {
155 : : m_un.resize( m_u.nunk(), m_u.nprop() );
156 : : m_rhs.resize( m_u.nunk(), m_u.nprop() );
157 : 1028 : m_grad.resize( m_u.nunk(), m_u.nprop()*3 );
158 : : }
159 : 3346 : p | m_rhsc;
160 : 3346 : p | m_gradc;
161 : : p | m_diag;
162 : 3346 : p | m_bnorm;
163 : 3346 : p | m_bnormc;
164 : 3346 : p | m_bndpoinint;
165 : 3346 : p | m_domedgeint;
166 : : p | m_dsupedge;
167 : : p | m_dsupint;
168 : 3346 : p | m_besym;
169 : 3346 : p | m_dirbcmasks;
170 : 3346 : p | m_prebcnodes;
171 : 3346 : p | m_prebcvals;
172 : 3346 : p | m_symbcnodeset;
173 : 3346 : p | m_symbcnodes;
174 : 3346 : p | m_symbcnorms;
175 : 3346 : p | m_farbcnodeset;
176 : 3346 : p | m_farbcnodes;
177 : 3346 : p | m_farbcnorms;
178 : 3346 : p | m_surfint;
179 : 3346 : p | m_stage;
180 : 3346 : p | m_dtp;
181 : 3346 : p | m_tp;
182 : 3346 : p | m_finished;
183 : 3346 : }
184 : : //! \brief Pack/Unpack serialize operator|
185 : : //! \param[in,out] p Charm++'s PUP::er serializer object reference
186 : : //! \param[in,out] i RieCG object reference
187 : : friend void operator|( PUP::er& p, RieCG& i ) { i.pup(p); }
188 : : //@}
189 : :
190 : : private:
191 : : //! Discretization proxy
192 : : CProxy_Discretization m_disc;
193 : : //! Counter for right-hand side vector nodes updated
194 : : std::size_t m_nrhs;
195 : : //! Counter for receiving boundary point normals
196 : : std::size_t m_nnorm;
197 : : //! Counter for receiving boundary point integrals
198 : : std::size_t m_nbpint;
199 : : //! Counter for receiving boundary edge integrals
200 : : std::size_t m_nbeint;
201 : : //! Counter for receiving domain edge integrals
202 : : std::size_t m_ndeint;
203 : : //! Counter for receiving gradients
204 : : std::size_t m_ngrad;
205 : : //! Boundary node lists mapped to side set ids used in the input file
206 : : std::map< int, std::vector< std::size_t > > m_bnode;
207 : : //! Boundary face lists mapped to side set ids used in the input file
208 : : std::map< int, std::vector< std::size_t > > m_bface;
209 : : //! Boundary triangle face connecitivity where BCs are set by user
210 : : std::vector< std::size_t > m_triinpoel;
211 : : //! Streamable boundary point local ids
212 : : std::vector< std::size_t > m_bpoinid;
213 : : //! Streamable boundary point integrals
214 : : std::vector< tk::real > m_bpoinin;
215 : : //! Unknown/solution vector at mesh nodes
216 : : tk::Fields m_u;
217 : : //! Unknown/solution vector at mesh nodes at previous time
218 : : tk::Fields m_un;
219 : : //! Right-hand side vector (for the high order system)
220 : : tk::Fields m_rhs;
221 : : //! Receive buffer for communication of the right hand side
222 : : //! \details Key: global node id, value: rhs for all scalar components per
223 : : //! node.
224 : : std::unordered_map< std::size_t, std::vector< tk::real > > m_rhsc;
225 : : //! Diagnostics object
226 : : NodeDiagnostics m_diag;
227 : : //! Boundary point normals
228 : : //! \details Outer key: side set id. Inner key: global node id of boundary
229 : : //! point, value: weighted normals, inverse distance square, nodal area.
230 : : std::unordered_map< int,
231 : : std::unordered_map< std::size_t, std::array<tk::real,4> > > m_bnorm;
232 : : //! Boundary point normals receive buffer
233 : : //! \details Outer key: side set id. Inner key: global node id of boundary
234 : : //! point, value: weighted normals and inverse distance square.
235 : : decltype(m_bnorm) m_bnormc;
236 : : //! Boundary point integrals
237 : : //! \details Key: global node id of boundary point, value: boundary point
238 : : //! integral contributions.
239 : : std::unordered_map< std::size_t, std::array<tk::real,3> > m_bndpoinint;
240 : : //! Domain edge integrals
241 : : std::unordered_map< tk::UnsMesh::Edge, std::array< tk::real, 3 >,
242 : : tk::UnsMesh::Hash<2>, tk::UnsMesh::Eq<2> > m_domedgeint;
243 : : //! Superedge (tet, face, edge) end points with local ids for domain edges
244 : : std::array< std::vector< std::size_t >, 3 > m_dsupedge;
245 : : //! Superedge (tet, face, edge) domain edge integrals
246 : : std::array< std::vector< tk::real >, 3 > m_dsupint;
247 : : //! Streamable boundary element symmetry BC flags
248 : : std::vector< std::uint8_t > m_besym;
249 : : //! Gradients in mesh nodes
250 : : tk::Fields m_grad;
251 : : //! Gradients receive buffer
252 : : std::unordered_map< std::size_t, std::vector< tk::real > > m_gradc;
253 : : //! Nodes and their Dirichlet BC masks
254 : : std::vector< std::size_t > m_dirbcmasks;
255 : : //! Nodes at pressure BCs
256 : : std::vector< std::size_t > m_prebcnodes;
257 : : //! Density and pressure values at pressure BCs
258 : : std::vector< tk::real > m_prebcvals;
259 : : //! Unique set of ordered nodes at which symmetry BCs are set
260 : : std::set< std::size_t > m_symbcnodeset;
261 : : //! Streamable nodes at which symmetry BCs are set
262 : : std::vector< std::size_t > m_symbcnodes;
263 : : //! Streamable normals at nodes at which symmetry BCs are set
264 : : std::vector< tk::real > m_symbcnorms;
265 : : //! Unique set of ordered nodes at which farfield BCs are set
266 : : std::set< std::size_t > m_farbcnodeset;
267 : : //! Streamable nodes at which farfield BCs are set
268 : : std::vector< std::size_t > m_farbcnodes;
269 : : //! Streamable normals at nodes at which farfield BCs are set
270 : : std::vector< tk::real > m_farbcnorms;
271 : : //! Streamable surface integral nodes and normals * dA on surfaces
272 : : std::map< int, std::pair< std::vector< std::size_t >,
273 : : std::vector< tk::real > > > m_surfint;
274 : : //! Runge-Kutta stage counter
275 : : std::size_t m_stage;
276 : : //! Time step size for each mesh node
277 : : std::vector< tk::real > m_dtp;
278 : : //! Physical time for each mesh node
279 : : std::vector< tk::real > m_tp;
280 : : //! True in the last time step
281 : : int m_finished;
282 : :
283 : : //! Access bound Discretization class pointer
284 : 870889 : Discretization* Disc() const {
285 : : Assert( m_disc[ thisIndex ].ckLocal() != nullptr, "ckLocal() null" );
286 : 1741778 : return m_disc[ thisIndex ].ckLocal();
287 : : }
288 : :
289 : : //! Prepare boundary condition data structures
290 : : void setupBC();
291 : :
292 : : //! Compute local contributions to domain edge integrals
293 : : void domint();
294 : :
295 : : //! Compute chare-boundary edges
296 : : void bndEdges();
297 : :
298 : : //! Compute boundary point normals
299 : : void bndint();
300 : :
301 : : //! Combine own and communicated portions of the boundary point normals
302 : : void bnorm();
303 : :
304 : : //! Convert integrals into streamable data structures
305 : : void streamable();
306 : :
307 : : //! Generate superedge-groups for domain-edge loops
308 : : void domsuped();
309 : :
310 : : //! Output mesh and particle fields to files
311 : : void out();
312 : :
313 : : //! Output mesh-based fields to file
314 : : void writeFields( CkCallback cb );
315 : :
316 : : //! Combine own and communicated portions of the integrals
317 : : void merge();
318 : :
319 : : //! Compute righ-hand side vector of transport equations
320 : : void rhs();
321 : :
322 : : //! Advance systems of equations
323 : : void solve();
324 : :
325 : : //! Optionally refine/derefine mesh
326 : : void refine();
327 : :
328 : : //! Compute time step size
329 : : void dt();
330 : :
331 : : //! Evaluate whether to save checkpoint/restart
332 : : void evalRestart();
333 : :
334 : : //! Apply boundary conditions
335 : : void BC( tk::real t );
336 : :
337 : : //! Compute gradients for next time step
338 : : void grad();
339 : :
340 : : //! Apply scalar source to solution
341 : : void src();
342 : : };
343 : :
344 : : } // inciter::
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