PyTorch 显存分配不均匀

在使用 PyTorch 进行深度学习训练时,可能会遇到 GPU 0 的显存占用明显高于其他 GPU 的情况。这可能导致显存不足,影响训练效率。排查思路:

  1. 开启两个 Shell,Shell A 用于运行训练脚本,Shell B 用于实时监控显存。
  2. 在 Shell A 运行训练脚本。
  3. 在另一个 shell 中运行 nvidia-smi -l 1。这个命令会每秒刷新一次 nvidia-smi 的结果,方便实时观察各 GPU 显存的变化情况。
  4. 观察 GPU 0 何时开始占用较高显存
  5. 在适当时机终止训练脚本,检查 traceback,确定代码中的异常行号。

可能的原因有很多,比如使用 DP 而不是 DDP、没有执行 torch.cuda.set_device 等,网上由很多博客已经介绍的比较详细了。这里分享一种相对少见的情况:torch.load 没有指定 map_location='cpu'

多卡训练脚本一般会定期保存 ckpt。为了防止多个进程同时写入 ckpt 文件,一般只会保存 0 号进程的 ckpt。如果在保存前没有将权重移动到 cpu 上,使用 torch.load 加载 ckpt 的时候就会加载到 GPU 0。

解决方案:

model = torch.load("model.pth", "cpu")

然后再手动将权重分配到合适的 GPU。

<think>嗯,用户现在想了解如何使用GPU运行PyTorch代码。我之前已经回答过关于云服务器运行代码的问题,现在需要针对GPU和PyTorch进行具体指导。首先,我需要确认用户的基本需求:他们可能已经熟悉了在云服务器上运行代码的基本步骤,但现在需要利用GPU加速PyTorch任务,比如深度学习模型训练。 用户可能的背景是研究人员、学生或者开发者,正在尝试进行机器学习项目,但遇到了需要GPU加速的情况。他们可能太清楚如何检查GPU是否可用,如何安装合适的驱动和CUDA,或者在代码中如何正确使用GPU。此外,他们可能对云服务提供商的选择和配置也熟悉,特别是在GPU实例方面。 接下来,我需要考虑回答的结构。先概述使用GPU的重要性,然后分步骤详细说明,包括硬件准备、环境配置、代码修改、监控和维护等。同时,需要包含常见问题解答,比如安装失败、CUDA版本兼容等问题。还要注意提醒用户选择合适的云服务商,特别是GPU实例的创建和管理,因为这部分在之前的回答中已经涉及过云服务器的基本操作,可能需要更具体的指导。 需要确保回答的步骤清晰,命令准确,特别是PyTorch的安装命令,同CUDA版本对应的安装命令同,容易出错。此外,代码示例要展示如何将模型和数据转移到GPU上,以及如何设置多GPU训练。可能还需要提到环境隔离,比如使用conda或virtualenv,避免依赖冲突。 另外,用户可能会遇到GPU内存足的情况,需要指导如何监控GPU使用情况,以及如何处理内存问题,比如调整批次大小。安全方面,虽然之前提到了防火墙和密钥管理,但在GPU实例中可能还需要注意额外的安全组设置,比如开放Jupyter Notebook的端口。 最后,总结关键点,强调环境配置、代码调整和资源监控的重要性,并提示进一步学习的资源,如官方文档和社区支持。需要保持语言简洁,技术细节准确,同时避免过于冗长,确保用户能逐步跟随操作解决问题。</think>--- ### **使用 GPU 运行 PyTorch 代码完整指南** --- #### **一、核心原理** PyTorch 通过 **CUDA** 框架调用 NVIDIA GPU 加速计算,需满足以下条件: 1. **硬件**:NVIDIA 显卡(如 RTX 3090、A100 等) 2. **软件**:正确安装 GPU 驱动 + CUDA 工具包 + PyTorch GPU 版本 3. **代码**:显式指定数据与模型在 GPU 上运行 --- #### **二、详细操作步骤** --- ##### **1. 硬件与云服务准备** - **本地 GPU**: - 确认显卡支持 CUDA(查看 [NVIDIA CUDA 兼容列表](https://developer.nvidia.com/cuda-gpus)) - 显存 ≥ 4GB(低于此容量可能无法运行复杂模型) - **云服务器 GPU 实例**: - **推荐平台**:AWS EC2(如 `p3.2xlarge`)、Google Cloud(`n1-standard-4 + Tesla T4`)、阿里云(`GN6i`) - **镜像选择**:优先使用预装 CUDA 的镜像(如 `Ubuntu 20.04 + CUDA 11.8`) --- ##### **2. 环境配置** - **步骤 1:安装 NVIDIA 驱动**(本地 GPU 需手动安装,云服务器通常预装) ```bash # Ubuntu 示例 sudo apt install nvidia-driver-535 reboot ``` - **步骤 2:安装 CUDA 工具包** ```bash # 从 NVIDIA 官网下载对应版本(需匹配 PyTorch 要求) wget https://developer.download.nvidia.com/compute/cuda/11.8.0/local_installers/cuda_11.8.0_520.61.05_linux.run sudo sh cuda_11.8.0_520.61.05_linux.run ``` - **步骤 3:安装 PyTorch GPU 版本** ```bash # 通过 PyTorch 官网生成对应命令(需匹配 CUDA 版本) # 示例:CUDA 11.8 pip3 install torch torchvision torchaudio --index-url https://download.pytorch.org/whl/cu118 ``` --- ##### **3. 验证 GPU 可用性** - **检查驱动与 CUDA**: ```bash nvidia-smi # 查看 GPU 状态(输出应包含 GPU 型号和 CUDA 版本) ``` - **在 Python 中验证**: ```python import torch print(torch.cuda.is_available()) # 输出 True 表示 GPU 可用 print(torch.cuda.get_device_name(0)) # 显示第 0 号 GPU 型号 ``` --- ##### **4. 代码适配 GPU** - **将数据与模型移动到 GPU**: ```python device = torch.device("cuda:0" if torch.cuda.is_available() else "cpu") # 模型迁移 model = YourModel().to(device) # 数据迁移 inputs = inputs.to(device) labels = labels.to(device) ``` - **使用 `torch.cuda` 加速**: ```python with torch.cuda.amp.autocast(): # 混合精度训练(节省显存) outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, labels) ``` --- ##### **5. 多 GPU 并行训练** - **DataParallel(单机多卡)**: ```python model = torch.nn.DataParallel(model, device_ids=[0, 1]) # 使用 GPU 0 和 1 ``` - **DistributedDataParallel(跨机器多卡)**: ```python torch.distributed.init_process_group(backend='nccl') model = torch.nn.parallel.DistributedDataParallel(model) ``` --- ##### **6. 监控与优化** - **实时监控 GPU 使用**: ```bash watch -n 1 nvidia-smi # 每秒刷新 GPU 状态 ``` - **减少显存占用技巧**: - 降低 `batch_size` - 使用 `torch.utils.checkpoint`(梯度检查点技术) - 清理缓存:`torch.cuda.empty_cache()` --- #### **三、常见问题与解决** 1. **`CUDA out of memory`**: - 检查 `batch_size` 是否过大 - 使用 `torch.cuda.empty_cache()` 释放未使用的缓存 2. **PyTorch 无法检测到 GPU**: - 确认 PyTorch 版本与 CUDA 版本匹配 - 运行 `nvcc --version` 检查 CUDA 安装 3. **多卡训练速度未提升**: - 检查数据加载是否成为瓶颈(使用 `DataLoader` 的 `num_workers` 参数) - 确保数据在 GPU 之间均匀分配 --- #### **四、核心公式** $$ \text{GPU加速比} = \frac{\text{CPU单核计算时间}}{\text{GPU计算时间}} \times \text{并行效率} $$ --- #### **五、总结** - **关键步骤**: 1. 确保硬件与驱动支持 CUDA 2. 安装匹配的 PyTorch GPU 版本 3. 显式迁移模型和数据到 GPU 4. 监控显存使用并优化 - **进阶优化**: - 混合精度训练(`amp` 模块) - 使用 `torch.profiler` 分析性能瓶颈 - **文档参考**: - [PyTorch 官方 GPU 指南](https://pytorch.org/docs/stable/notes/cuda.html) - [NVIDIA CUDA 工具包文档](https://docs.nvidia.com/cuda/)
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