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Pytorch分布式训练/多卡训练(二) —— Data Parallel并行(DDP)(2.3)(torch.multiprocessing(spawn) Apex)

news 来源：原创 2024/5/9 11:32:30

使用 torch.multiprocessing 取代torch.distributed.launch启动器

我们可以手动使用 torch.multiprocessing 进行多进程控制。绕开 torch.distributed.launch 自动控制开启和退出进程的一些小毛病

使用时，只需要调用 torch.multiprocessing.spawn，torch.multiprocessing 就会帮助我们自动创建进程。
import torch.multiprocessing as mp

mp.spawn(main_worker, nprocs=4, args=(4, myargs))
这里spawn 开启了 nprocs=4 个进程，每个进程执行 main_worker 并向其中传入 local_rank（当前进程 index）和 args（即 4 和 myargs）作为参数

这样我们就将原本需要 torch.distributed.launch 管理的执行内容，封装进 main_worker 函数中

值得注意的是，由于没有 torch.distributed.launch 读取的默认环境变量作为配置，我们需要手动为 init_process_group 指定参数

添加 multiprocessing 后并行训练部分主要与如下代码段有关
# main.py
import torch
import torch.distributed as dist
import torch.multiprocessing as mp

mp.spawn(main_worker, nprocs=4, args=(4, myargs))

def main_worker(proc, nprocs, args):

   dist.init_process_group(backend='nccl', init_method='tcp://127.0.0.1:23456', world_size=4, rank=gpu)
   torch.cuda.set_device(args.local_rank)

   train_dataset = ...
   train_sampler = torch.utils.data.distributed.DistributedSampler(train_dataset)

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

   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()
在使用时，直接使用 python 运行就可以了：
python main.py
使用 Apex 再加速

Apex 是 NVIDIA 开源的用于混合精度训练和分布式训练库。

注意apex不只是混合精度库，也是一个分布式训练库！！！

Apex 对混合精度训练的过程进行了封装，改两三行配置就可以进行混合精度的训练，从而大幅度降低显存占用，节约运算时间。此外，Apex 也提供了对分布式训练的封装，针对 NVIDIA 的 NCCL 通信库进行了优化。

在混合精度训练上，Apex 的封装十分优雅。直接使用 amp.initialize 包装模型和优化器，apex 就会自动帮助我们管理模型参数和优化器的精度了，根据精度需求不同可以传入其他配置参数。
from apex import amp

model, optimizer = amp.initialize(model, optimizer)
在分布式训练的封装上，Apex 在胶水层的改动并不大，主要是优化了 NCCL 的通信。因此，大部分代码仍与 torch.distributed 保持一致。使用的时候只需要将

torch.nn.parallel.DistributedDataParallel 替换为 apex.parallel.DistributedDataParallel 用于包装模型。在 API 层面，相对于 torch.distributed ，它可以自动管理一些参数（可以少传一点）：
from apex.parallel import DistributedDataParallel

model = DistributedDataParallel(model)
# # torch.distributed
# model = torch.nn.parallel.DistributedDataParallel(model, device_ids=[args.local_rank])
# model = torch.nn.parallel.DistributedDataParallel(model, device_ids=[args.local_rank], output_device=args.local_rank)
在正向传播计算 loss 时，Apex 需要使用 amp.scale_loss 包装，用于根据 loss 值自动对精度进行缩放：
with amp.scale_loss(loss, optimizer) as scaled_loss:
   scaled_loss.backward()
汇总一下，Apex 的并行训练部分主要与如下代码段有关
# main.py
import torch
import argparse
import torch.distributed as dist

from apex.parallel import DistributedDataParallel

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

dist.init_process_group(backend='nccl')
torch.cuda.set_device(args.local_rank)

train_dataset = ...
train_sampler = torch.utils.data.distributed.DistributedSampler(train_dataset)

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

model = ...
model, optimizer = amp.initialize(model, optimizer)
model = 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()
      with amp.scale_loss(loss, optimizer) as scaled_loss:
         scaled_loss.backward()
      optimizer.step()
在使用时，调用 torch.distributed.launch 启动器启动：
CUDA_VISIBLE_DEVICES=0,1,2,3 python -m torch.distributed.launch --nproc_per_node=4 main.py