TSM – Modelování molekulárních struktur -1-
TSM
Modelování molekulárních
struktur
Petr Kulhánek
petr.kulhanek@ceitec.muni.cz
CEITEC – Středoevropský technologický institut, Masarykova univerzita,
Kamenice 5, 625 00 Brno
NCBR – Národní centrum pro výzkum biomolekul, Masarykova univerzita,
Kotlářská 2, 611 37 Brno
Cvičení II
TSM – Modelování molekulárních struktur -2Základní
příkazy
TSM – Modelování molekulárních struktur -3Příkazy
- nápověda
Manuálové stránky (aneb co dělat, když si nevím rady):
• man vypíše manuálovou stránku příkazu
$ man [section_number] topic
Dostupné sekce:
 Section 1 user commands
 Section 2 system calls
 Section 3 library functions
 Section 4 special files
 Section 5 file formats
jméno příkazu, funkce, tématu, kapitoly apod.
Číslo sekce je nutné udávat u témat se stejným jménem zařazených do různých sekcí.
 Section 6 games
 Section 7 conventions and miscellany
 Section 8 administration and privileged commands
 Section L math library functions
 Section N tcl functions
$ man 1 printf
$ man 3 printf
manuálová stránka příkazu printf
manuálová stránka funkce printf() jazyka C
TSM – Modelování molekulárních struktur -4Příkazy
- nápověda
Navigace v textu nápovědy:
● posun v textu po řádcích (kurzorové šipky nahoru a dolů nebo klávesy j a k)
● posun v textu po stránkách (PgDn a PgUp nebo klávesy f a b)
● vyhledávání ( /hledaný_text , klávesa n pro další vyhledávání )
● zavření nápovědy (klávesa q)
On-line manuálové stránky ve formátu HTML:
http://linux.die.net/man/
TSM – Modelování molekulárních struktur -5Příkazy
- přehled
Souborový systém:
• pwd vypíše cestu aktuálního pracovního adresáře
• cd změní aktuální pracovní adresář
• mkdir vytvoří adresář
• rmdir odstraní adresář
• ls vypíše obsah adresáře
• cp zkopíruje soubor či adresář
• mv přesune soubor či adresář
• rm odstraní soubor či adresář
Zjištovací příkazy:
• hostname vypíše jméno počítače
• id vypíše identifikační čísla uživatele
• whoami vypíše jméno přihlášeného uživatele
Souborový manažer
• mc http://www.midnight-commander.org/
TSM – Modelování molekulárních struktur -6Vytvoření
adresářů
• Vytvoření adresáře
$ mkdir jmeno_adresare
• Vytvoření vnořených adresářů
$ mkdir -p jmeno_adresare1/jmeno_adresare2
TSM – Modelování molekulárních struktur -7-
Kopírování
• Ke kopírování slouží příkaz “cp”
$ cp soubor1 soubor2
vytvoří kopii souboru “soubor1” s názvem “soubor2”
$ cp soubor1 soubor2 soubor3 adresar1/
kopíruje soubory “soubor1”, “soubor2”, “soubor3” do adresáře “adresar1”
$ cp -r adresar1 adresar2
vytvoří kopii adresáře “adresar1” s názvem “adresar2”; pokud adresář
“adresar2” již existuje, vytvoří kopii adresáře “adresar1” jako podadresář
adresáře “adresar2”
$ cp -r soubor1 adresar2 soubor3 adresar1/
kopíruje soubory “soubor1”, “soubor3” a adresář “adresar2” do adresáře
“adresar1”
TSM – Modelování molekulárních struktur -8-
Přesouvání
• K přesouvání nebo přejmenovávání slouží příkaz “mv”
$ mv soubor1 soubor2
přejmenuje soubor “soubor1” na “soubor2”
$ mv soubor1 soubor2 soubor3 adresar1/
přesune soubory “soubor1”, “soubor2”, “soubor3” do adresáře “adresar1”
$ mv adresar1 adresar2
přejmenuje adresář “adresar1” na “adresar2”; pokud adresář “adresar2” již
existuje, přesune adresář “adresar1” do adresáře “adresar2”
$ mv soubor1 adresar2 soubor3 adresar1/
přesune soubory “soubor1”, “soubor3” a adresář “adresar2” do adresáře
“adresar1”
TSM – Modelování molekulárních struktur -9-
Mazání
• K mazání slouží příkaz rm
$ rm soubor1
odstraní soubor "soubor1"
$ rm -r adresar1
odstraní adresář "adresar1"
TSM – Modelování molekulárních struktur -10Midnight
Commander
http://www.midnight-commander.org/Souborový manažer, který pracuje v terminálu.
funkční klávesy F1, F2, F3, ...
Tab
označení více
souborů - Insert
Skrytí obou panelů: Ctrl+O Lze použít myš.
šipka nahoru
šipka dolů
TSM – Modelování molekulárních struktur -11-
Cvičení
1. Do adresáře ~/Downloads si stáhněte studijní materiály (Cvičení 2) k předmětu TSM ze
stránky:
2. Vytvořte adresář pokus v adresáři /scratch/vas_login
3. Vytvořte adresář studmat ve vašem domovském adresáři
4. Do adresáře studmat zkopírujte studijní materiály z adresáře ~/Downloads
5. Otevřete prezentaci (Cvičení 2) v programu okular
6. Prezentaci překopírujte do adresáře /scratch/vas_login/pokus
7. V adresáři /scratch/vas_login/pokus prezentaci přejmenujte na pokus.pdf
8. Prezentaci pokus.pdf otevřete v programu okular
9. Smažte prezentace v adresáři ~/Downloads
https://lcc.ncbr.muni.cz/~kulhanek/teaching/teaching.html
TSM – Modelování molekulárních struktur -12Textové
editory
TSM – Modelování molekulárních struktur -13-
kwrite
Rozšířená funkcionalita: kate
Spuštění:
$ kwrite
TSM – Modelování molekulárních struktur -14-
gedit
Spuštění:
$ gedit
TSM – Modelování molekulárních struktur -15-
Cvičení
1. Vytvořte textový soubor voda.xyz, který bude obsahovat strukturu molekuly vody ve
formátu xyz. Délka vazeb O-H bude 1 Å. Vazebný úhel H-O-H bude 90˚. Jedná se o
optimální geometrii molekuly vody? Jaký je optimální vazebný úhel H-O-H?
2. Správnost vytvořeného modelu ověřte v programu VMD. Vytvořenou struktury vody
zobrazíte následovně:
3. Soubor ve formátu xyz převeďte do formátu mol2 pomocí programu Open Babel.
4. Vytvořený soubor voda.mol2 otevřete v textovém editoru. Zkuste odhadnout význam
jednotlivých částí souboru.
$ module add vmd
$ vmd voda.xyz
$ module add openbabel
$ babel voda.xyz voda.mol2
TSM – Modelování molekulárních struktur -16-
Virtualizace
TSM – Modelování molekulárních struktur -17Přehled
nástrojů pro virtualizaci
VirtualBox www.virtualbox.org
Podporovaný hostitelský OS: MS Windows, Mac OS X, Linux
Licence: freeware + proprietární rozšíření pro nekomerční použití
KVM součástí kernelu Linuxu
Podporovaný hostitelský OS: Linux
Podpůrné programy: virt-manager, qemu
Licence: freeware
VMWare http://www.vmware.com/
Podporovaný hostitelský OS: MS Windows, Linux
Licence: komerční
TSM – Modelování molekulárních struktur -18MS
Windows na klastru WOLF
Spuštění MS Windows XP ve virtuálním stroji (hypervisor VirtualBox)
$ /win/win
TSM – Modelování molekulárních struktur -19Ovládání
virtuálního stroje
Přepnutí do/z Fullscreen
Host = (pravá klávesa Ctrl)
(pod MSWindows a Linuxem)
Zmáčknutí kláves Ctrl+Alt+Del
TSM – Modelování molekulárních struktur -20Vypnutí
virtuálního stroje
správný způsob vypnutí
špatný způsob
vypnutí
TSM – Modelování molekulárních struktur -21MS
Windows
jako klient
TSM – Modelování molekulárních struktur -22MS
Windows jako klient - přehled
Přihlašování do Unixu z MS Windows (textový terminál):
putty (http://www.chiark.greenend.org.uk/~sgtatham/putty/)
ssh (např. z prostředí Cygwin; http://www.cygwin.com/)
Kopírování dat mezi Unixem a MS Windows:
WinSCP (http://winscp.net)
scp (např. z prostředí Cygwin; http://www.cygwin.com/)
Export displeje z Unixu do MS Windows (X11 server):
Xming (http://sourceforge.net/projects/xming/)
cygwin (http://www.cygwin.com/)
Přihlašování z Unixu do MS Windows (vzdálená plocha):
rdesktop
TSM – Modelování molekulárních struktur -23Putty
– nastavení
wolf.ncbr.muni.cz
adresa vzdáleného stroje Správné fungování klávesy backspace.
TSM – Modelování molekulárních struktur -24Putty
– nastavení II
selekce myší kompatibilní s Unixovými
terminály
neproporcionální písmo
(všechny znaky mají stejnou šířku)
TSM – Modelování molekulárních struktur -25-
WinSCP
WinSCP http://winscp.net/eng/docs/lang:cs
Program pro přenos souborů mezi MS Windows a počítači podporující SFTP či
SCP protokoly (převážně unixového a linuxového typu).
lokální stroj
vzdálený stroj
TSM – Modelování molekulárních struktur -26Textové
soubory MS Win  Linux
Textové soubory vytvořené pod MS Windows a Linuxem nejsou zcela
kompatibilní, protože každý operační systém používá jiné kódování konce řádku.
Linux: \n (line feed 0x0A)
MS Windows: \r+\n (carriage return 0x0D, line feed 0x0A)
Ke konverzi souborů lze použít programy d2u a u2d (na klastru WOLF).
1) Aktivace modulu cats
$ module add cats
2) Konverze MS Windows => Linux
$ d2u soubor.com
3) Konverze Linux => MS Windows
$ u2d soubor.log
TSM – Modelování molekulárních struktur -27-
Cvičení
1. Spusťte virtuální stroj s MS Windows XP (/win/win).
2. Spusťte aplikaci Putty (Aplikaci stáhněte z internetu).
3. Pomocí terminálu Putty se přihlaste na stroj wolf.ncbr.muni.cz.
4. Monitorujte, kdo je na stroj wolf.ncbr.muni.cz přihlášen (příkazy w nebo who).
5. Zkuste v terminálu Putty spustit aplikaci kwrite. Proč spuštění aplikace selže?
6. Spusťte aplikaci WinSCP (Aplikaci stáhněte z internetu jako Portable executables).
7. Do virtuálního stroje stáhněte soubor voda.xyz. Soubor otevřete v programu
Poznámkový blok (Notepad). Zobrazí se obsah souboru správně?
8. Opravte kódování konců řádků v souboru voda.xyz (na straně Linuxu) a soubor znovu
otevřete ve virtuálním stroji v programu Poznámkový blok.
TSM – Modelování molekulárních struktur -28Vzdálené
přihlášení
TSM – Modelování molekulárních struktur -29Vzdálené
přihlášení
Existuje několik možností vzdáleného přihlášení (rsh, XDMCP, apod.) avšak
nejpoužívanějším a nejbezpečnějším je použití příkazu ssh (secure shell).
$ ssh [user@]hostname [command]
Syntaxe:
jméno uživatele;
pokud není uvedeno, použije se
jméno přihlášeného uživatele
jméno počítače
[] - možno vynechat
Příklady použití:
$ ssh wolf.wolf.inet
$ ssh wolf01.wolf.inet w
příkaz, který se má vykonat; pokud
není uveden, zpřístupní se
příkazová řádka v interaktivním
režimu
TSM – Modelování molekulárních struktur -30Prvotní
vzdálené přihlášení
[kulhanek@wolf01 ~]$ ssh wolf02
The authenticity of host 'wolf02 (10.251.28.102)' can't be established.
ECDSA key fingerprint is 1f:9d:f3:d3:1d:24:28:12:56:30:99:ef:2d:68:d2:cf.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no)? yes
Warning: Permanently added 'wolf02,10.251.28.102' (ECDSA) to the list of known hosts.
[kulhanek@wolf02 ~]$
Při prvním přihlášení je nutné potvrdit autenticitu stroje, na který se hlásíme. Ve
věrohodné síti můžeme otisku palce potvrdit. V nezabezpečeném prostředí je
však vhodné otisk palce stroje ověřit nezávislou cestou (např. zasláním otisku
palce poštou od správce vzdáleného stroje).
TSM – Modelování molekulárních struktur -31Přihlašování
bez hesla (uvnitř klastru WOLF)
[kulhanek@wolf01 ~]$ cd .ssh
[kulhanek@wolf01 .ssh]$ ssh-keygen
Generating public/private rsa key pair.
Enter file in which to save the key (/home/kulhanek/.ssh/id_rsa):
Enter passphrase (empty for no passphrase):
Enter same passphrase again:
Your identification has been saved in /home/kulhanek/.ssh/id_rsa.
Your public key has been saved in /home/kulhanek/.ssh/id_rsa.pub.
The key fingerprint is:
e9:07:0b:fc:17:23:b3:c5:1a:8a:0c:1a:98:8f:fe:28 kulhanek@wolf01.wolf.inet
Nic se nezadává!
2. Vložení veřejného klíče do seznamu autorizovaných klíčů:
[kulhanek@wolf01 .ssh]$ cat id_rsa.pub >> authorized_keys
Výhody:
 nemusí se neustále zadávat heslo
 bezpečnější použití příkazů ssh a scp ve
skriptech
 urychlení práce
Nevýhody:
 v případě kompromitace jednoho
počítače, jsou kompromitovány
všechny počítače se vzájemně
autorizovanými veřejnými klíči.
Podrobnější popis: man ssh
1. Vytvoření dvojice veřejného a soukromého klíče:
TSM – Modelování molekulárních struktur -32-
Cvičení
1. Aktivujte si přihlašování bez hesla v rámci klastru WOLF.
2. Ověřte funkčnost přihlašování bez hesla. Přihlaste se na uzel wolf01. Kdo je na uzlu
přihlášen (příkaz w nebo who)?
TSM – Modelování molekulárních struktur -33Dávkové
systémy
TSM – Modelování molekulárních struktur -34Dávkové
zpracovaní
Dávkové zpracování je vykonávání série programů (tzv. dávek) na počítači bez účasti
uživatele. Dávky jsou připraveny předem, takže mohou být zpracovány předány bez účasti
uživatele. Všechna vstupní data jsou předem připravena v souborech (skriptech) nebo
zadána pomocí parametrů na příkazovém řádku. Dávkové zpracování je opakem
interaktivního zpracování, kdy uživatel až teprve za běhu programu poskytuje požadované
vstupy.
Výhody dávkového zpracování
 sdílení zdrojů počítače mezi mnoha uživateli a programy
 odložení zpracování dávek do doby, kdy je počítač méně vytížen
 odstranění prodlev způsobeným čekáním na vstup od uživatele
 maximalizace využití počítače zlepšuje využití investic (zejména u dražších počítačů)
zdroj: www.wikipedia.cz, upraveno
TSM – Modelování molekulárních struktur -35Nástroje
pro dávkové spouštění
 OpenPBS
http://www.mcs.anl.gov/research/projects/openpbs/
 PBSPro
http://www.pbsworks.com
 Oracle Grid Engine
http://www.oracle.com/us/products/tools/oracle-grid-engine-075549.html
 Open Grid Scheduler
http://gridscheduler.sourceforge.net/
 Torque
http://www.adaptivecomputing.com/products/open-source/torque/
open source
je použit jako dávkový systém v MetaCentrum VO, na klastrech SOKAR a WOLF
TSM – Modelování molekulárních struktur -36-
Infinity
https://lcc.ncbr.muni.cz/whitezone/development/infinity/
TSM – Modelování molekulárních struktur -37Přehled
příkazů
Správa software:
• site aktivace logických výpočetních zdrojů
• module aktivace/deaktivace software
Správa úloh:
• pqueues přehled front z dávkového systému dostupných uživateli
• pnodes přehled výpočetních uzlů dostupných uživateli
• pqstat přehled všech úloh zadaných do dávkového systému
• pjobs přehled úloh uživatele zadaných do dávkového systému
• psubmit zadání úlohy do dávkového systému
• pinfo informace o úloze
• pgo přihlásí uživatele na výpočetní uzel, kde se úloha vykonává
• paliases definovaní aliasů
TSM – Modelování molekulárních struktur -38-
Úloha
Úloha musí splňovat následující podmínky:
• každá úloha se spouští v samostatném adresáři
• všechny vstupní data úlohy musí být v adresáři úlohy
• adresáře úloh nesmí být do sebe zanořené
• průběh úlohy je řízen skriptem nebo vstupním souborem (u automaticky
detekovaných úloh)
• skript úlohy musí být v bashi
• ve skriptu úlohy se nesmí používat absolutní cesty, všechny cesty musí být uvedeny
relativně k adresáři úlohy
/home/kulhanek
job1
job2
/home/kulhanek
job1
job2
TSM – Modelování molekulárních struktur -39Spuštění
úlohy
Úlohu spouštíme v adresáři úlohy příkazem psubmit.
psubmit destination job [resources] [syncmode]
destination (kam) je buď:
• název_fronty
• název_uzlu@název_fronty
job je buď:
• název skriptu úlohy
• název vstupního souboru pro automaticky rozpoznávané úlohy
resources jsou požadované zdroje pro úlohu, pokud není uvedeno, požaduje se běh na 1
CPU
syncmode určuje způsob kopírování dat mezi adresářem úlohy a výpočetním uzlem,
výchozím módem je "sync"
TSM – Modelování molekulárních struktur -40Monitorování
běhu úlohy
K monitorování průběhu úlohy lze použít příkaz pinfo, který se spouští buď v adresáři úlohy
nebo v pracovním adresáři na výpočetním uzlu. Dalšími možnostmi jsou příkazy pjobs a
pqstat.
Pokud je úloha spuštěna na výpočetním uzlu, je možné použít příkaz pgo, který se naloguje
na výpočetní uzel a změní aktuální adresář do pracovního adresáře úlohy.
TSM – Modelování molekulárních struktur -41Servisní
soubory
V adresáři úlohy vznikají při zadání úlohy do dávkového systému a dále v průběhu života
úlohy a po jejím ukončení servisní soubory. Jejich význam je následující:
• *.info kontrolní soubor s informacemi o průběhu úlohy
• *.infex vlastní skript (wrapper), který se spouští dávkovým systémem
• *.infout standardní výstup z běhu *.infex skriptu, nutno analyzovat při
nestandardním ukončení úlohy
• *.nodes seznam uzlů vyhrazených pro úlohu
• *.gpus seznam GPU karet vyhrazenych pro úlohu
• *.key unikátní identifikátor úlohy
• *.stdout standardní výstup z běhu skriptu úlohy
TSM – Modelování molekulárních struktur -42Cvičení
I
1. Vytvořte textový soubor obsahující následující text. Soubor nazvěte get_hostname a
uložte jej do samostatného adresáře uloha01.
2. Nastavte souboru práva pro spuštění:
3. Vytvořený skript spusťte v terminálu. Co se stane?
4. Skript zadejte ke spuštení do dávkového systém. K zadání úlohy použijte frontu short.
5. Průběh úlohy monitorujte příkazem pinfo.
6. Na kterém výpočetním uzlu se úloha spustila? Analyzujte obsah souboru
get_hostname.stdout v textovém editoru.
#!/bin/bash
hostname
$ chmod u+x get_hostname
$ ./get_hostname
$ psubmit short get_hostname
TSM – Modelování molekulárních struktur -43Cvičení
II
1. Vytvořte textový soubor obsahující následující text. Soubor nazvěte long_job a uložte
jej do samostatného adresáře uloha02. Co dělá příkaz sleep (použijte manuálové
stránky)?
2. Skript zadejte ke spuštení do dávkového systém. K zadání úlohy použijte frontu short.
3. Průběh úlohy monitorujte příkazem pinfo. Úlohy ostatních uživatelů příkazem pqstat.
Obsazení jednotlivých výpočetních uzlů pak příkazem pnodes.
#!/bin/bash
hostname
sleep 240
$ psubmit short long_job
TSM – Modelování molekulárních struktur -44Programy
pro molekulové
modelovaní
TSM – Modelování molekulárních struktur -45-
Přehled
Nemesis
https://lcc.ncbr.muni.cz/whitezone/development/nemesis/
Program pro stavbu a vizualizaci molekul. Alfa verze pro Linux. Testovací verze
pro MS Windows na vyžádání.
Avogadro
http://avogadro.openmolecules.net/wiki/Main_Page
Program pro stavbu a vizualizaci molekul. Volně dostupný pro MS Windows a
Linux.
Přehled funkcionality: https://www.youtube.com/watch?v=xdmLoBlLmqs
VMD
http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/
Program pro vizualizaci molekul. Po bezplatné registraci dostupný pro MS
Windows a Linux.
Molekel
http://molekel.cscs.ch/wiki/pmwiki.php
Program pro vizualizaci molekulárních struktur.
TSM – Modelování molekulárních struktur -46Program
VMD
Representation
Program slouží k vizualizaci (bio)molekul a k analýze výsledků molekulárně dynamických
simulací. Program je volně dostupný (vyžaduje registraci) a je dostupný i pro operační
systém MS Windows.
http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/
TSM – Modelování molekulárních struktur -47Program
VMD
Selekce (volba) části molekuly:
protein – zvolí všechny aminokyseliny
water – zvolí všechny molekuly vody
chain X – zvolí řetězec X
resname X – zvolí residuum s názvem X
resid X – zvolí residuum s číslem X
Příklady:
chain A
chain A B C
resname ASP GLU
resid 1
resid 1 to 100
Bližší informace:
C2150 Zpracování informací a vizualizace v chemii
TSM – Modelování molekulárních struktur -48PDB
Databáze
www.pdb.org
Obsahuje struktury biomolekul určené metodami rentgenové strukturní
analýzy, nukleární magnetické rezonance, teoretické modely.
TSM – Modelování molekulárních struktur -49-
Cvičení
PDB:
• Najděte protein s PDB kódem 1UZV
VMD:
• Zobrazte strukturu 1UZV
• Zvýrazněte jednotlivé monomerní jednotky komplexu (model: surf, selekce:
chain A, chain B, ...)
• Zobrazte sekundární strukturu komplexu (NewCartoon, Color: Secondary
Structure). Který strukturní element ve struktuře převládá?
• Zobrazte navázaný ligand (resname FUC). Kolik ligandů je v komplexu
obsaženo?
• Zobrazte vápenaté ionty (resname CA). Kolik iontů je v komplexu obsaženo?