tensorflow使用GPU训练时的显存占用问题

本文介绍如何使用nvidia-smi命令查看GPU状态,并通过CUDA_VISIBLE_DEVICES环境变量指定可见GPU。此外,还介绍了如何在Python代码中指定GPU及设置GPU内存使用策略。

转自:https://www.cnblogs.com/helloyy/p/7878201.html

查看机器上GPU情况

命令: nvidia-smi

功能:显示机器上gpu的情况

命令: nvidia-smi -l

功能:定时更新显示机器上gpu的情况

命令:watch -n 3 nvidia-smi

功能:设定刷新时间(秒)显示GPU使用情况

其中左上侧有0、1、2、3的编号,表示GPU的编号,在后面指定GPU时需要使用这个编号。

在终端执行程序时指定GPU

CUDA_VISIBLE_DEVICES=1 python your_file.py

这样在跑你的网络之前,告诉程序只能看到1号GPU,其他的GPU它不可见

可用的形式如下:

CUDA_VISIBLE_DEVICES=1 Only device 1 will be seen
CUDA_VISIBLE_DEVICES=0,1 Devices 0 and 1 will be visible
CUDA_VISIBLE_DEVICES=”0,1” Same as above, quotation marks are optional
CUDA_VISIBLE_DEVICES=0,2,3 Devices 0, 2, 3 will be visible; device 1 is masked

CUDA_VISIBLE_DEVICES=”” No GPU will be visible

在Python代码中指定GPU

import os

os.environ[“CUDA_DEVICE_ORDER”] = “PCI_BUS_ID”
os.environ[“CUDA_VISIBLE_DEVICES”] = “0”

设置定量的GPU使用量

config = tf.ConfigProto()
config.gpu_options.per_process_gpu_memory_fraction = 0.9 # 占用GPU90%的显存
session = tf.Session(config=config)

设置最小的GPU使用量

config = tf.ConfigProto()
config.gpu_options.allow_growth = True
session = tf.Session(config=config)

<think>根据用户需求,用户希望在使用TensorFlow GPU运行显存足的情况下利用共享显存。根据引用内容,对于支持DX12的显卡,可以通过安装特定的包来启用共享显存。 引用内容提到:安装tensorflow-cpu/pytorch-cpu和微软的tensorflow-directml-plugin/pytorch-directml-plugin,就可以通过DirectX 12运行,这样深度学习框架就可以使用共享显存。但是这里有一个关键点:用户当前使用的是TensorFlow GPU版本,而引用中建议安装的是tensorflow-cpu版本。这似乎与用户当前的环境冲突。 实际上,引用中描述的方法是通过DirectML(DirectX 12的机器学习扩展)来利用共享显存,这通常是在没有NVIDIA显卡的情况下使用AMD或Intel显卡的解决方案。而用户的问题是基于TensorFlow使用GPU运行(通常指NVIDIA GPU显存足的情况。 因此,需要区分两种情况: 1. 使用NVIDIA GPU(通常支持CUDA)显存足的解决方案。 2. 在没有NVIDIA GPU的系统中(如使用AMD或Intel集成显卡)使用共享显存。 根据用户的问题,用户当前是使用GPU运行(即NVIDIA GPU显存足,那么解决方案应该围绕如何让TensorFlowNVIDIA GPU使用共享显存(即系统内存)展开。 对于NVIDIA GPU,当显存TensorFlow默认会自动使用系统内存(共享显存)。但我们可以通过配置TensorFlow来允许GPU显存增长,这样可以在显存使用系统内存作为补充。 具体步骤: 1. 允许GPU显存动态增长:通过设置`tf.config.experimental.set_memory_growth`,这样TensorFlow会按需分配显存,而是一开始就占用所有显存。但这并能直接使用系统内存作为显存。 2. 设置虚拟设备并启用内存扩充:从TensorFlow 2.2开始,支持将CPU内存作为GPU内存的扩展。这可以通过创建虚拟GPU设备并设置内存限制,然后启用内存扩充(memory expansion)功能来实现。 然而,实际上,TensorFlow并没有直接提供“共享显存”的配置选项(即使用系统内存作为显存)。在NVIDIA GPU上,当显存,通常的做法是: - 减少批量大小。 - 使用梯度累积。 - 使用更小的模型。 - 使用混合精度训练。 但有一种技术称为“内存分页”(memory paging),即当GPU显存,自动将部分数据转移到CPU内存,但这会严重影响性能。 在TensorFlow中,我们可以通过设置`tf.config.experimental.set_virtual_device_configuration`来配置虚拟GPU设备,并设置一个较小的显存限制,这样当显存超出限制TensorFlow使用主机内存(系统内存)作为补充。但请注意,这会导致性能下降。 配置示例: ```python gpus = tf.config.list_physical_devices('GPU') if gpus: # 设置虚拟GPU设备,限制显存为2GB,并允许内存扩充(使用系统内存) tf.config.set_logical_device_configuration( gpus[0], [tf.config.LogicalDeviceConfiguration(memory_limit=2048)]) # 单位是MB logical_gpus = tf.config.list_logical_devices('GPU') print(len(gpus), "Physical GPU,", len(logical_gpus), "Logical GPUs") ``` 这样,当显存使用超过2GBTensorFlow就会使用系统内存。但是,这种方式下,系统内存的使用是由TensorFlow自动管理的,需要额外安装插件。 另外,引用中提到的tensorflow-directml-plugin是针对非NVIDIA显卡的,适用于用户当前的情况(使用NVIDIA GPU)。 因此,针对用户的具体情况(使用NVIDIA GPU显存足),推荐的方法是: 1. 配置虚拟设备以限制GPU显存使用并允许使用系统内存(如上代码所示)。 2. 或者,使用`tf.config.experimental.set_memory_growth`(动态显存增长),这样虽然会直接使用系统内存,但可以避免一开始就占用全部显存,从而让其他需要显存的操作有机会执行。 动态显存增长的配置: ```python gpus = tf.config.list_physical_devices('GPU') if gpus: try: for gpu in gpus: tf.config.experimental.set_memory_growth(gpu, True) except RuntimeError as e: print(e) ``` 注意:使用虚拟设备设置显存限制并允许内存扩充的方式,在TensorFlow官方文档中称为“内存扩充”,但实际使用,性能可能会受到较大影响。因此,建议优先考虑优化模型或数据。 综上所述,回答用户问题: 用户希望在使用TensorFlow GPU运行显存使用共享显存(即系统内存)。对于NVIDIA GPU,可以通过配置虚拟GPU设备并设置显存限制,从而允许TensorFlow显存使用系统内存。具体配置代码如上。但请注意,这可能会显著降低训练速度,因为系统内存的访问速度远低于显存。 因此,建议用户: 1. 首先尝试优化模型和减小批量大小。 2. 如果必须使用共享显存,则按照上述虚拟设备配置方法进行设置。 引用中提到的tensorflow-directml-plugin适用于NVIDIA GPU,因此无需安装。 </think>### TensorFlow GPU运行显存使用共享显存的方法 当TensorFlow GPU运行遇到显存,可以通过以下步骤启用共享显存(系统内存+显存组合使用): #### 解决方案步骤(支持DX12的显卡) 1. **安装必要组件**: ```bash pip install tensorflow-cpu pip install tensorflow-directml-plugin ``` 2. **启用DirectML共享显存**(在Python代码中配置): ```python import tensorflow as tf # 启用DirectML后端 tf.config.experimental.set_directml_device() # 验证可用设备(应显示DML设备) print(tf.config.list_physical_devices('Device')) ``` 3. **显存配置**(可选): ```python # 设置显存使用策略 physical_devices = tf.config.list_physical_devices('Device') tf.config.set_logical_device_configuration( physical_devices[0], [tf.config.LogicalDeviceConfiguration(memory_limit=4096)] # 限制专用显存使用量(MB) ) ``` #### 关键原理说明 1. **共享显存机制**: - 通过`tensorflow-directml-plugin`启用DirectX 12 API - DirectML将系统内存作为显存扩展,类似游戏引擎的内存管理[^1] - 当GPU专用显存自动调用共享内存空间 2. **适用场景**: - 显存需求 > GPU物理显存容量的模型 - 集成显卡/入门级独显设备 - 需要大batch size的场景 #### 注意事项 1. **硬件要求**: - 仅支持Windows 10/11(Linux/Mac需虚拟机) - 显卡需支持DirectX 12(NVIDIA 900系+/AMD Rx 300系+/Intel HD 4000+) 2. **性能影响**: - 共享显存速度比专用显存慢3-8倍 - 建议仅用于推理或小型训练任务 - 大规模训练推荐升级硬件或使用GPU > 📌 **替代方案**:若使用NVIDIA显卡,考虑`TF_FORCE_GPU_ALLOW_GROWTH=true`与环境变量组合,但无法直接调用共享显存[^1]。
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