pytorch单机多卡的正确打开方式 以及可能会遇到的问题和相应的解决方法

pytorch 单机多卡的正确打开方式

pytorch 使用单机多卡,大体上有两种方式

  • 简单方便的 torch.nn.DataParallel(很 low,但是真的很简单很友好)
  • 使用 torch.distributed 加速并行训练(推荐,但是不友好)

首先讲一下这两种方式分别的优缺点

  • nn.DataParallel
    优点:就是简单
    缺点就是:所有的数据要先load到主GPU上,然后再分发给每个GPU去train,注意这时候
    主GPU的显存占用很大
    ,你想提升batch_size,那你的主GPU就会限制你的batch_size,所以其实多卡提升速度的效果很有限
    注意: 模型是会被copy到每一张卡上的,而且对于每一个BATCH的数据,你设置的batch_size会被分成几个部分,分发给每一张卡,意味着,batch_size最好是卡的数量n的倍数,比如batch_size=6,而你有n=4张卡,那你实际上代码跑起来只能用3张卡,因为6整除3
  • torch.distributed
    优点: 避免了nn.DataParallel的主要缺点,数据不会再分发到主卡上,所以所有卡的显存占用很均匀
    缺点: 不友好,调代码需要点精力,有很多需要注意的问题,我后面会列出

接下来展示如何使用两种方法以及相关注意事项

一、torch.nn.DataParallel

主要的修改就是用nn.DataParallel处理一下你的model
model = nn.DataParallel(model.cuda(), device_ids=gpus, output_device=gpus[0])

这个很简单,就直接上个例子,根据这个例子去改你的代码就好,主要就是注意对model的修改
注意model要放在主GPU上:model.to(device)

# main.py
import torch
import torch.distributed as dist

gpus = [0, 1, 2, 3]
torch.cuda.set_device('cuda:{}'.format(gpus[0]))

train_dataset = ...
train_loader = torch.utils.data.DataLoader(train_dataset, batch_size=...)

model = ...
model = nn.DataParallel(model.to(device), device_ids=gpus, output_device=gpus[0]) #注意model要放在主GPU上

optimizer = optim.SGD(model.parameters())

for epoch in range(100):
   for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader):
      images = images.cuda(non_blocking=True)
      target = target.cuda(non_blocking=True)
      ...
      output = model(images)
      loss = criterion(output, target)
      ...
      optimizer.zero_grad()
      loss.backward()
      optimizer.step()

二、torch.distributed加速

与 DataParallel 的单进程控制多 GPU 不同,在 distributed 的帮助下,只需要编写一份代码,torch 就会自动将其分配给多个进程,分别在多个 GPU 上运行。

要想把大象装冰箱,总共分四步!!

(1)要使用torch.distributed,你需要在你的main.py(也就是你的主py脚本)中的主函数中加入一个参数接口:--local_rank

parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument('--local_rank', default=-1, type=int,
                    help='node rank for distributed training')
args = parser.parse_args()
print(args.local_rank)

(2)使用 init_process_group 设置GPU 之间通信使用的后端和端口:

dist.init_process_group(backend='nccl')

(3)使用 DistributedSampler 对数据集进行划分:

train_sampler = torch.utils.data.distributed.DistributedSampler(train_dataset)
train_loader = torch.utils.data.DataLoader(train_dataset, batch_size=..., sampler=train_sampler)

(4)使用 DistributedDataParallel 包装模型

model = torch.nn.parallel.DistributedDataParallel(model, device_ids=[args.local_rank])
  • 举个栗子,参照这个例子去设置你的代码结构
# main.py
import torch
import argparse
import torch.distributed as dist
#(1)要使用`torch.distributed`,你需要在你的`main.py(也就是你的主py脚本)`中的主函数中加入一个**参数接口:`--local_rank`**
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument('--local_rank', default=-1, type=int,
                    help='node rank for distributed training')
args = parser.parse_args()
#(2)使用 init_process_group 设置GPU 之间通信使用的后端和端口:
dist.init_process_group(backend='nccl')
torch.cuda.set_device(args.local_rank)
#(3)使用 DistributedSampler 对数据集进行划分:
train_dataset = ...
train_sampler = torch.utils.data.distributed.DistributedSampler(train_dataset)
train_loader = torch.utils.data.DataLoader(train_dataset, batch_size=..., sampler=train_sampler)
#(4)使用 DistributedDataParallel 包装模型
model = ...
model = torch.nn.parallel.DistributedDataParallel(model, device_ids=[args.local_rank])
optimizer = optim.SGD(model.parameters())

for epoch in range(100):
   for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader):
      images = images.cuda(non_blocking=True)
      target = target.cuda(non_blocking=True)
      ...
      output = model(images)
      loss = criterion(output, target)
      ...
      optimizer.zero_grad()
      loss.backward()
      optimizer.step()

然后,使用以下指令,执行你的主脚本,其中--nproc_per_node=4表示你的单个节点的GPU数量

CUDA_VISIBLE_DEVICES=0,1,2,3 python -m torch.distributed.launch --nproc_per_node=4 main.py

问题来了!!

你可能会在完成代码之后遇到各种问题,我这里列举一些要注意的点,去避坑
如果你遇到的莫名奇妙报错的问题,尝试这样去修改你的代码

  • device 的设置
    你需要设置一个device参数,用来给你的数据加载到GPU上,由于你的数据会在不同线程中被加载到不同的GPU上,你需要传给他们一个参数device,用于a.to(device)的操作(a是一个tensor)
    device如下设置
device = torch.device("cuda", args.local_rank)

你也可以通过设置当前cuda,使用a.cuda()把张量放到GPU上,但是不推荐,可能会有一些问题

torch.cuda.set_device(args.local_rank)
  • find_unused_parameters=True
    这个是为了解决你的模型中定义了一些在forward函数中没有用到的网络层,会被视为“unused_layer”,这会引发错误,所以你在使用 DistributedDataParallel 包装模型的时候,传一个find_unused_parameters=True的参数来避免这个问题,如下:
encoder=nn.parallel.DistributedDataParallel(encoder, device_ids=[args.local_rank],find_unused_parameters=True)
  • num_workers
    很好理解,尽量不要给你的DataLoader设置numworkers参数,可能会有一些问题(不要太强迫症)
  • shuffle=False
    你的DataLoader不要设置shuffle=True
valid_loader = torch.utils.data.DataLoader(
        part_valid_set, batch_size=BATCH, shuffle=False, num_workers=num_workers,sampler=valid_sampler)

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