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<body dir="ltr">
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
Hi,</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
<br>
</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
I am trying to solve a nonlinear problem with matrix-free SNES where I would like to provide both the matrix vector product and the preconditioner myself. For that purpose, I use the following construction.</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
<br>
</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
  // Set up the matrix free evaluation of the Jacobian times a vector</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
  // by setting the appropriate function in snes.</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
  PetscCall(MatCreateShell(PETSC_COMM_WORLD, PETSC_DECIDE, PETSC_DECIDE,</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
                           nEqns, nEqns, this, &mJac));</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
  PetscCall(MatShellSetOperation(mJac, MATOP_MULT,</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
                                 (void (*)(void))JacobianTimesVector));</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
<br>
</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
  PetscCall(SNESSetJacobian(mSnes, mJac, nullptr, nullptr, nullptr));</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
<br>
</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
  // Set the function to be used as preconditioner for the krylov solver.</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
  KSP ksp;</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
  PC  pc;</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
  PetscCall(SNESGetKSP(mSnes, &ksp));</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
  PetscCall(KSPGetPC(ksp, &pc));</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
  PetscCall(PCSetType(pc, PCSHELL));</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
  PetscCall(PCSetApplicationContext(pc, this));</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
  PetscCall(PCShellSetApply(pc, Preconditioner));</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
<br>
</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
For small problems this construction works, and it does exactly what I expect it to do. However, when I increase the problem size, I get a memory allocation failure in SNESSolve, because it looks like SNES attempts to allocate memory for a full dense matrix
 for the preconditioner, which is not used. This is the call stack when the error occurs.</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
<br>
</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
[0]PETSC ERROR: #1 PetscMallocAlign() at /home/vdweide/petsc/src/sys/memory/mal.c:53</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
[0]PETSC ERROR: #2 PetscTrMallocDefault() at /home/vdweide/petsc/src/sys/memory/mtr.c:175</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
[0]PETSC ERROR: #3 PetscMallocA() at /home/vdweide/petsc/src/sys/memory/mal.c:421</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
[0]PETSC ERROR: #4 MatSeqDenseSetPreallocation_SeqDense() at /home/vdweide/petsc/src/mat/impls/dense/seq/dense.c:3357</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
[0]PETSC ERROR: #5 MatSeqDenseSetPreallocation() at /home/vdweide/petsc/src/mat/impls/dense/seq/dense.c:3338</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
[0]PETSC ERROR: #6 MatDuplicateNoCreate_SeqDense() at /home/vdweide/petsc/src/mat/impls/dense/seq/dense.c:372</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
[0]PETSC ERROR: #7 MatDuplicate_SeqDense() at /home/vdweide/petsc/src/mat/impls/dense/seq/dense.c:399</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
[0]PETSC ERROR: #8 MatDuplicate() at /home/vdweide/petsc/src/mat/interface/matrix.c:4964</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
[0]PETSC ERROR: #9 DMCreateMatrix_Shell() at /home/vdweide/petsc/src/dm/impls/shell/dmshell.c:195</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
[0]PETSC ERROR: #10 DMCreateMatrix() at /home/vdweide/petsc/src/dm/interface/dm.c:1501</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
[0]PETSC ERROR: #11 SNESSetUpMatrices() at /home/vdweide/petsc/src/snes/interface/snes.c:794</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
[0]PETSC ERROR: #12 SNESSetUp_NEWTONLS() at /home/vdweide/petsc/src/snes/impls/ls/ls.c:290</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
[0]PETSC ERROR: #13 SNESSetUp() at /home/vdweide/petsc/src/snes/interface/snes.c:3395</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
[0]PETSC ERROR: #14 SNESSolve() at /home/vdweide/petsc/src/snes/interface/snes.c:4831</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
[0]PETSC ERROR: #15 SolveCurrentStage() at SolverClass.cpp:502</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
<br>
</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
In the function SNESSetUpMatrices the source looks as follows</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
<br>
</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
 784   } else if (!snes->jacobian_pre) {</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
 785     PetscDS   prob;</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
 786     Mat       J, B;</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
 787     PetscBool hasPrec = PETSC_FALSE;</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
 788 </div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
 789     J = snes->jacobian;</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
 790     PetscCall(DMGetDS(dm, &prob));</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
 791     if (prob) PetscCall(PetscDSHasJacobianPreconditioner(prob, &hasPrec));</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
 792     if (J) PetscCall(PetscObjectReference((PetscObject)J));</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
 793     else if (hasPrec) PetscCall(DMCreateMatrix(snes->dm, &J));</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
 794     PetscCall(DMCreateMatrix(snes->dm, &B));</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
 795     PetscCall(SNESSetJacobian(snes, J ? J : B, B, NULL, NULL));</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
 796     PetscCall(MatDestroy(&J));</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
 797     PetscCall(MatDestroy(&B));</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
 798   }</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(12, 100, 192);">
<br>
</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
It looks like in line 794 it is attempted to create the preconditioner, because it was (intentionally) not provided. </div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
<br>
</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
Hence my question. Is it possible to use matrix-free SNES with a user provided matrix vector product (via MatShell) and a user provided preconditioner operation without SNES allocating the memory for a dense matrix? If so, what do I need to change in the construction
 above to make it work?<br>
<br>
If needed, I can provide the source code for which this problem occurs.</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
Thanks,</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
<br>
</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
Edwin</div>
<pre><div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);"><i>---------------------------------------------------
</i>Edwin van der Weide
Department of Mechanical Engineering
University of Twente
Enschede, the Netherlands</div></pre>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
<br>
</div>
<div style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
<br>
<br>
<br>
</div>
<div class="elementToProof" style="font-family: Aptos, Aptos_EmbeddedFont, Aptos_MSFontService, Calibri, Helvetica, sans-serif; font-size: 12pt; color: rgb(0, 0, 0);">
<br>
</div>
</body>
</html>