GPU使用笔记 (pytorch)

1. 实时查看nvidia GPU使用情况（适用于Linux和Windows）

$ nvidia-smi   # 显示当前GPU使用情况
$ watch -n 1 -d nvidia-smi   # 每隔1s刷新一次,时间参数可以更改

2.使用多GPU加速训练

torch.cuda.is_available()     返回True表示有GPU。
torch.cuda.device_count()   可以获得能够使用的GPU数量。

2.1 单GPU

把数据从内存转移到GPU，一般针对张量（我们需要的数据）和模型。 对张量（类型为FloatTensor或者是LongTensor等），一律直接使用方法.to(device)或.cuda()即可。

# 定义device，其中需要注意的是“cuda:0”代表起始的device_id为0，如果直接是“cuda”，同样默认是从0开始。
device = torch.device("cuda:0" if torch.cuda.is_available() else "cpu")  
# 数据
for batch_idx, (img, label) in enumerate(train_loader):
    img=img.to(device)
    label=label.to(device)
# 网络模型
model = Net()
model.to(device)   

请注意，仅调用my_tensor.to（device）会在GPU上返回my_tensor的新副本，而不是重写my_tensor。 您需要将其分配给新的张量，并在GPU上使用该张量。即 img=img.to(device)，不能简单的写为img.to(device)。

2.2多GPU加速

在多个GPU上执行forward, backward propagations是很自然的。 但是，Pytorch默认仅使用一个GPU。单机多GPUs主要采用的DataParallel函数，而不是DistributedParallel，后者一般用于多主机多GPUs，当然也可用于单机多GPUs。

使用时先将model传入torch.nn.DataParallel函数，然后to(device)即可。官方代码文档如下：nn.DataParallel   教程文档如下：tutorial.

model = Net()  # 网络模型
if torch.cuda.device_count() > 1:
    model = torch.nn.DataParallel(model)  
model.to(device)

 这时，默认所有存在的显卡都会被使用。如果你只想利用其中一部分，如只使用编号为0、1的两个GPU，那么可以采用以下方式，需要注意：device_ids的起始编号要与之前定义的device中的“cuda:0”相一致，不然会报错。

gpu_ids = [1, 2]
model = nn.DataParallel(model，device_ids= gpu_ids)

 其实 DataParallel 这个函数有两个可选参数 device_ids, output_device, 前者是指在哪些 gpu 上运行, 默认是全部可见 gpu 上, 后者是指最终将 loss 汇总到哪个 gpu 上, 默认是 cuda:0 .

2.3 多GPU运行原理

服务器首先将数据和模型拷贝到 cuda:0 上, cuda:0 也就是我们前面定义的起始 device. 由于申明了 DataParallel, pytorch 会在多个 gpu 上并行地将 model apply 到 data 上. 为了达到这个目的, 需要完成如下步骤:

1.     将数据从 cuda:0 上拷贝到多个 gpu 上
2.     将模型以及参数从 cuda:0 上拷贝到多个 gpu 上
3.     在多个 gpu 上进行 forward, 并计算 loss
4.     将 loss 汇总到 cuda:0 上
5.     在 cuda:0 上进行 backward

多 gpu 运行的过程导致一些问题:

1. 在 forward 的过程中, 对于网络中参数的更改是无效的,因为 forward 结束后, gpu 上的网络就会被清除.
2. 会导致 gpu 内存使用出现 imbalanced 的情况
3. 反复拷贝模型参数

2.4 使用GPU注意事项

使用GPU可以提升我们训练的速度，如果使用不当，可能影响使用效率，具体使用时要注意以下几点：

1. GPU的数量尽量为偶数，奇数的GPU有可能会出现异常中断的情况；
2. GPU很快，但数据量较小时，效果可能没有单GPU好，甚至还不如CPU；
3. 如果内存不够大，使用多GPU训练的时候可通过设置pin_memory为False，当然使用精度稍微低一点的数据类型有时也效果。

3. 模型保存与加载

3.1 加载和保存模型的两种方式

1. 保存和加载整个模型。这种方式再重新加载的时候不需要自定义网络结构，保存时已经把网络结构保存了下来，比较死板不能调整网络结构。

torch.save(model, 'model.pkl')  # 其实后缀名是啥都行，无所谓
model = torch.load('model.pkl')

2.仅保存和加载模型参数(推荐使用)。这种方式再重新加载的时候需要自己定义网络，并且其中的参数名称与结构要与保存的模型中的一致（可以是部分网络，比如只使用VGG的前几层），相对灵活，便于对网络进行修改。

torch.save(model.state_dict(), 'params.pkl')
model.load_state_dict(torch.load('params.pkl'))

 3.2 多GPU训练模型的保存与加载

由于多GPU训练使用了 nn.DataParallel(net, device_ids=gpu_ids) 对网络进行封装，因此在原始网络结构中添加了一层module。网络结构如下：

DataParallel(
  (module): Net(
    (conv1): Conv2d(3, 6, kernel_size=(5, 5), stride=(1, 1))
    (conv2): Conv2d(6, 16, kernel_size=(5, 5), stride=(1, 1))
    (fc1): Linear(in_features=400, out_features=120, bias=True)
    (fc2): Linear(in_features=120, out_features=84, bias=True)
    (fc3): Linear(in_features=84, out_features=10, bias=True)
  )
)

而不使用多GPU训练的网络结构如下：

Net(
  (conv1): Conv2d(3, 6, kernel_size=(5, 5), stride=(1, 1))
  (conv2): Conv2d(6, 16, kernel_size=(5, 5), stride=(1, 1))
  (fc1): Linear(in_features=400, out_features=120, bias=True)
  (fc2): Linear(in_features=120, out_features=84, bias=True)
  (fc3): Linear(in_features=84, out_features=10, bias=True)
)

由于在测试模型时不需要用到多GPU测试，因此在保存模型时应该把module层去掉。如下：

if len(gpu_ids) > 1:
    torch.save(model.module.state_dict(), "model.pth")  
    # torch.save(model.module,'model.pkl')  # 保存整个模型
else:
    t.save(model.state_dict(), "model.pth")

cpu加载GPU训练的模型 ，可采用map_location='cpu'，如果采用多GPU训练的模型保存时忘记去掉module层，可以加载模型后，提取module层内的内容重新赋给模型。

model = torch.load('xxx.pkl', map_location='cpu')
model = model.module  # 去掉module层

4. vscode 远程调试服务器代码

使用Remote-SSH插件