【DDP踩坑记录】在0卡上出现多个进程

博客围绕DDP训练展开,指出使用DDP训练时0卡常出现多个进程,导致显存占用不均、计算效率低的问题。分析了多个进程或显存占用不均匀的可能原因,如使用tensor.cuda()使新数据默认在0卡初始化、torch.load参数默认加载到0卡等。
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在使用DDP:DistributedDataParallel时,0卡上总是有多个进程

问题描述

在使用DDP训练时,发现0卡(或默认的第一张卡)上总是出现多个进程,这样就大大耽误我的计算效率!因为第一张卡爆了整个训练过程都要停下来!

这篇很棒,很多踩坑记录,我也是从这里得到我的解决方案:
https://www.zhihu.com/question/351342218

一个好的DDP程序:
应该是每张卡都占用的差不多,不会差特别多(不然就直接写DP了)

多个进程或显存占用不均匀可能的原因

  1. 使用tensor.cuda() ,使得新数据都默认在0卡上初始化;
  2. torch.load参数默认加载到0卡上,
    解决方法:
//将数据放到cpu上
checkpoint = torch.load("checkpoint.pth",map_location=torch.device('cpu')) 

//将数据放到当前进程所在的卡上;
checkpoint = torch.load("checkpoint.pth",map_location=f"cuda:{local_rank}")
  1. !!!实例化 model 时,如果你的模型在初始化时,其实也实例化了其他部件(将模型中的module作为一个可学习模型),一定要注意其实例化要加载到当前的gpu上!!** (我找了好久,原来在模型里面)** ;

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<think> 我们正在解决调用多个GPU时在第一步epoch的问题。根据提供的引用和用户需求,我们需要整合信息并提供解决方案。 引用中提到: [1]:同步数据并行的概念,即所有GPU计算完梯度后平均更新,速度取决于最慢的GPU。 [2]:PyTorch多GPU训练需要结合CUDA和cuDNN进行优化。 [3]:多GPU训练的三种策略之一:网络分区。 [4]:使用horovodrun或mpirun启动多GPU训练。 用户问题:调用多个GPU时在第一步epoch。 可能的原因及解决方案: 1. 数据加载或预处理瓶颈:如果数据加载速度跟不上,GPU可能会等待数据。解决方案包括使用数据预加载、多进程数据加载(如PyTorch的DataLoader的num_workers设置)、将数据放在高速存储(如SSD)或内存中。 2. 同步等待(如引用[1]):同步数据并行中,如果一个GPU较慢(可能是由于数据不均、硬件差异等),整个训练会住。检查是否有某个GPU使用率异常(如使用nvidia-smi),尝试重新分配数据或排除故障GPU。 3. 通信瓶颈:GPU之间的梯度同步需要通信,如果网络带宽不足或延迟高,会导致顿。使用更快的通信后端(如NCCL),并确保机器内GPU连接良好(如使用PCIe switch或NVLink)。 4. 死锁或编程错误:在多进程编程中,死锁可能导致程序在第一步。检查代码中是否存在同步操作不当(如屏障设置错误)或者进程间通信问题。 5. 资源不足:如CPU内存不足,导致数据无法及时提供给GPU。监控系统资源使用情况(如使用top或htop)。 6. 软件版本不兼容:检查CUDA、PyTorch、NCCL等版本是否兼容,并更新到推荐版本。 7. 启动命令问题:如引用[4]中的启动命令,确保启动命令正确(如使用horovodrun或torch.distributed.launch)。 具体步骤: 1. 检查数据加载:将数据加载部分单独测试,确保数据能够快速加载。在PyTorch中,可以设置DataLoader的pin_memory=True(如果使用GPU)以及适当增加num_workers。 2. 监控GPU状态:使用nvidia-smi -l 1(每秒刷新)观察各个GPU的使用率(如Volatile GPU-Util)和显存占用。如果有一个GPU使用率为0,则该GPU可能有问题。 3. 简化测试:使用一个小的数据集(如仅一个batch)运行,看是否能通过第一步。如果小数据集能通过,则问题可能出在数据加载速度或资源不足。 4. 检查代码中的同步点:确保所有进程都正确地进行了同步操作。例如,在使用DistributedDataParallel时,确保每个进程的数据划分正确,并且没有额外的同步操作导致死锁。 5. 使用调试工具:如PyTorch的分布式调试(torch.distributed.init_process_group(backend='nccl', init_method='env://'))后,可以设置torch.distributed.barrier()来同步,但注意不要在不该同步的地方同步。 6. 更新软件:确保所有GPU驱动、CUDA、PyTorch、NCCL等为兼容版本。 根据引用[2],我们可能需要更深入的优化,包括: - 使用混合精度训练(FP16)减少通信量和计算量。 - 梯度累积:减少通信频率(但这里第一步就住,可能不适用)。 示例解决方案(以PyTorch为例): 假设用户使用的是PyTorch的DistributedDataParallel(DDP)进行多GPU训练。 步骤1:检查数据加载器 ```python # 示例:正确设置DataLoader train_loader = torch.utils.data.DataLoader(dataset, batch_size=..., shuffle=False, num_workers=4, pin_memory=True, sampler=torch.utils.data.distributed.DistributedSampler(dataset)) ``` 注意:在DDP中,shuffle应设置为False,而使用DistributedSampler来分配数据。 步骤2:检查进程组初始化 确保每个进程都正确初始化: ```python torch.distributed.init_process_group(backend='nccl', init_method='env://', world_size=args.world_size, rank=args.rank) ``` 步骤3:检查模型是否被正确包装 ```python model = torch.nn.parallel.DistributedDataParallel(model, device_ids=[local_rank]) ``` 如果上述步骤都正确,但问题仍然存在,可以尝试: - 使用torch.cuda.synchronize()在每一步后同步,以定位住的位置。 - 在代码中添加日志(每个进程单独输出到不同文件),观察在哪一行。 最后,根据引用[4],启动命令是否正确?例如: 使用PyTorch的分布式启动: ```bash python -m torch.distributed.launch --nproc_per_node=4 --nnodes=1 --node_rank=0 train.py ``` 或者使用Horovod(需安装): ```python import horovod.torch as hvd hvd.init() ``` 启动命令为: ```bash horovodrun -np 4 -H localhost:4 python train.py ``` 总结:需要从数据加载、通信同步、资源分配和代码正确性等多个角度排查。 生成相关问题: 1. 如何监控多GPU训练中各GPU的使用情况? 2. 在PyTorch中如何使用DistributedDataParallel进行多GPU训练? 3. 多GPU训练中数据加载有哪些优化方法? </think> ### 调用多个GPU时在第一步epoch的解决方案 出现多GPU训练在第一个epoch的问题,通常由以下原因及解决方案构成: --- #### 1. **数据加载瓶颈**(最常见原因) - **问题**: 数据预处理或加载速度跟不上GPU计算需求,导致GPU空闲等待。 - **解决方案**: - 使用`num_workers`参数加速数据加载(PyTorch示例): ```python dataloader = DataLoader(dataset, batch_size=64, shuffle=True, num_workers=4) ``` - 启用内存锁页(`pin_memory=True`)减少CPU到GPU传输延迟: ```python dataloader = DataLoader(dataset, pin_memory=True, ...) ``` - 将数据预加载到内存或使用SSD存储[^1]。 --- #### 2. **同步通信阻塞** - **问题**: 同步数据并行中,某GPU未完成计算会阻塞所有GPU(尤其设备性能不均时)[^1]。 - **解决方案**: - 检查GPU负载均衡:执行`nvidia-smi -l 1`观察各GPU利用率。 - 移除异常设备:禁用性能异常的GPU(如通过`CUDA_VISIBLE_DEVICES=0,1,3`排除2号)。 - 尝试异步训练(但可能影响收敛)[^2]。 --- #### 3. **分布式初始化错误** - **问题**: 多进程初始化失败导致进程挂起。 - **解决方案**: - 确保进程组正确初始化(PyTorch示例): ```python torch.distributed.init_process_group( backend='nccl', # 推荐NCCL后端 init_method='env://' ) ``` - 验证环境变量一致性:保证所有进程的`MASTER_ADDR`和`MASTER_PORT`一致[^4]。 --- #### 4. **资源死锁** - **问题**: GPU显存不足或CPU内存耗尽。 - **解决方案**: - 降低`batch_size`或使用梯度累积: ```python # 梯度累积(每4步更新一次) optimizer.step() if (step+1) % 4 == 0 else None ``` - 监控资源:使用`htop`检查CPU内存,`nvidia-smi`监控显存。 --- #### 5. **框架特定问题** - **PyTorch用户**: - 确认使用`DistributedSampler`: ```python sampler = DistributedSampler(dataset) dataloader = DataLoader(dataset, sampler=sampler) ``` - **Horovod用户**(引用[4]): - 检查启动命令:`horovodrun -np 4 -H localhost:4 python train.py` - 验证是否每个进程绑定独立GPU: ```python hvd.local_rank() # 确保各进程使用不同GPU ``` --- ### 关键排查流程 ```mermaid graph TD A[在第一个epoch] --> B{检查数据加载} B -->|是| C[增加num_workers/pin_memory] B -->|否| D{检查GPU负载} D -->|不均衡| E[禁用异常GPU] D -->|均衡| F{检查分布式初始化} F -->|错误| G[修正环境变量/后端] F -->|正确| H{检查资源} H -->|显存不足| I[减小batch_size] H -->|CPU不足| J[减少num_workers] ``` --- ### 相关问题 1. 如何监控多GPU训练中各GPU的实时利用率? 2. PyTorch中`DistributedDataParallel`和`DataParallel`有何本质区别? 3. 数据并行训练中如何处理不同型号GPU的性能差异问题? [^1]: 同步数据并行的性能瓶颈分析 [^2]: 多GPU训练的底层优化原理 [^3]: 网络分区策略的应用场景 [^4]: 分布式训练的启动命令规范
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