CUDA流任务并行

       CUDA流表示一个GPU操作队列,并且该队列中的操作将以指定的顺序执行。可以将每个流视为GPU的一个任务,并且这些任务可以并行执行,即相同流顺序执行,不同流并行执行;不同流并行执行时不同流所要执行的任务要没有依赖关系;当不手动创建流时,cuda将会默认一个流操作。

       在硬件选择上,这里有一个概念,支持设备重叠功能,支持设备重叠功能的 GPU 能够在执行一个 CUDA C 核函数的同时,还能在设备和主机之间执行复制操作;这在流并行过程中很重要,我们假设有流A和流B,设备重叠就会允许流A在复制过程中同时流B进行核函数计算,这会大大加快速度;

cudaDeviceProp   prop;
int  whichDevice;
cudaGetDevice(&whichDevice);
cudaGetDevice(&prop, whichDevice);
if(prop.deviceOverlap){
   std::cout<<"the device  will handle overlaps"<<std::endl;
}

        我们知道cudaMemcpy与CPU操作是同步的,为了实现设备重叠,cuda提供了cudaMemcpyAsync用于数据拷贝操作,它是异步的,不会等待复制完成就会执行程序的下一步;

        但注意,cudaMemcpyAsync仅对分页锁定的主存储器有效,如果传入指向可分页存储器的指针,那么将返回一个错误;

        页锁定的主机内存由cudaHostAlloc()分配。页锁定的主机内存也称为固定内存或不可分页内存,它的重要属性就是:操作系统将不会对这块内存分页并交换到磁盘上,从而确保了该内存始终驻留在物理内存中。因此,操作系统能够安全的使用应用程序

### 实现方法 在CUDA中使用并行进行矩阵乘法,主要思路是将矩阵乘法任务分割成多个子任务,每个子任务在不同的CUDA中独立执行,从而实现并行计算,提高整体性能。具体的步骤如下: 1. **初始化CUDA**:创建多个CUDA,每个可以独立调度和执行任务。 2. **分配内存**:在主机和设备上分别分配矩阵所需的内存。 3. **将数据复制到设备**:将矩阵数据从主机内存复制到设备内存,可以使用异步复制操作,以便在复制数据的同时进行其他操作。 4. **启动核函数**:在不同的CUDA中启动矩阵乘法的核函数,每个处理一部分矩阵数据。 5. **将结果从设备复制回主机**:使用异步复制操作将计算结果从设备内存复制回主机内存。 6. **同步**:等待所有中的操作完成。 7. **释放内存**:释放主机和设备上分配的内存。 ### 示例代码 ```python import numpy as np import pycuda.driver as cuda import pycuda.autoinit from pycuda.compiler import SourceModule # 定义矩阵乘法的核函数 mod = SourceModule(""" __global__ void matrix_multiply(float *a, float *b, float *c, int m, int n, int k) { int row = blockIdx.y * blockDim.y + threadIdx.y; int col = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x; if (row < m && col < k) { float sum = 0.0; for (int i = 0; i < n; i++) { sum += a[row * n + i] * b[i * k + col]; } c[row * k + col] = sum; } } """) matrix_multiply = mod.get_function("matrix_multiply") # 矩阵大小 m = 1024 n = 1024 k = 1024 # 生成随机矩阵 a = np.random.randn(m, n).astype(np.float32) b = np.random.randn(n, k).astype(np.float32) c = np.zeros((m, k)).astype(np.float32) # 分配设备内存 a_gpu = cuda.mem_alloc(a.nbytes) b_gpu = cuda.mem_alloc(b.nbytes) c_gpu = cuda.mem_alloc(c.nbytes) # 创建CUDA stream1 = cuda.Stream() stream2 = cuda.Stream() # 异步复制数据到设备 cuda.memcpy_htod_async(a_gpu, a, stream1) cuda.memcpy_htod_async(b_gpu, b, stream2) # 定义线程块和网格大小 block_size = (16, 16, 1) grid_size = ((k + block_size[0] - 1) // block_size[0], (m + block_size[1] - 1) // block_size[1]) # 在不同的中启动核函数 matrix_multiply(a_gpu, b_gpu, c_gpu, np.int32(m), np.int32(n), np.int32(k), block=block_size, grid=grid_size, stream=stream1) # 异步复制结果回主机 cuda.memcpy_dtoh_async(c, c_gpu, stream1) # 同步 stream1.synchronize() stream2.synchronize() # 验证结果 c_np = np.dot(a, b) error = np.linalg.norm(c - c_np) print("Error:", error) ```
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