pytorch中多卡训练

 - pytorch中多卡训练的过程是怎样的?

 - 每张卡都有模型的话BN的参数一样吗?

 - pytorch的DistributedDataParallel每个GPU上的模型参数是完全一样的么?

参数一样,但某些时刻梯度不一样。

DDP工作模式下,流程可以想像成:

  • 并行计算各自的loss
  • 并行backward
  • 不同卡之间同步梯度
  • 反向传播

因为不同卡之间的随机初始化是相同的,DDP可以保证不同进程之间的model参数总是一样的.

你看源码的时候应该也看到了类注释里的NOTICE和WARNING,遵守就可以保证进程之间参数一致. 当然还是不放心可以把evaluation在每个进程都做一次,应当输出一样的结果.


 - 多卡训练的时候batchsize变大了精度反而掉了,这是为什么?有想过怎么解决吗?

多卡训练 large batchsize:

理论上的优点:

数据中的噪声影响可能会变小,可能容易接近最优点;

缺点和问题:

降低了梯度的variance;(理论上,对于凸优化问题,低的梯度variance可以得到更好的优化效果; 但是实际上Keskar et al验证了增大batchsize会导致差的泛化能力);

对于非凸优化问题,损失函数包含多个局部最优点,小的batchsize有噪声的干扰可能容易跳出局部最优点,而大的batchsize有可能停在局部最优点跳不出来。

解决方法:

增大learning_rate,但是可能出现问题,在训练开始就用很大的learning_rate 可能导致模型不收敛 

使用warming up  减少large learning_rate 模型不收敛的问题

warmup

链接:深度学习训练策略--学习率预热Warmup

在训练初期就用很大的learning_rate可能会导致训练不收敛的问题,warmup的思想是在训练初期用小的学习率,随着训练慢慢变大学习率,直到base learning_rate,再使用其他decay(CosineAnnealingLR)的方式训练

<think>好的,我现在需要回答用户关于在PyTorch中实现GPU服务器上的分布式训练的问题。首先,我得回忆一下PyTorch的分布式训练模块和相关API。记得PyTorch提供了几种分布式训练的方式,比如DataParallel和DistributedDataParallel。用户提到的是GPU服务器,所以应该是指单机的情况,但可能也涉及机的情况。 根据用户提供的引用内容,特别是引用[1]中的代码片段`torch.cuda.set_device(args.local_rank)`,这通常是在使用DistributedDataParallel(DDP)时设置每个进程使用的GPU。DDP相比DataParallel更高效,因为它避免了GIL锁的问题,并且每个进程处理一个GPU,减少了数据传输的开销。 接下来,我需要整理实现分布式训练的主要步骤。首先,初始化进程组,这可以通过`torch.distributed.init_process_group`来完成。然后,每个进程需要知道自己对应的GPU,也就是设置`local_rank`。之后,加载数据时要使用分布式采样器DistributedSampler,确保每个进程读取不同的数据部分。模型需要包装在DistributedDataParallel中,以便同步梯度。最后,训练循环需要适当调整,比如在每个epoch开始时设置sampler的epoch,以打乱数据。 还要注意启动方式,PyTorch推荐使用`torch.distributed.launch`或`torchrun`来启动个进程。用户可能需要了解如何通过命令行启动训练脚本,例如指定总进程数和当前进程的rank。 另外,用户可能关心性能优化,比如如何调整学习率,或者如何处理模型保存和加载。在保存模型时,只需在其中一个进程中保存即可,避免重复。测试阶段可能需要将所有进程的结果汇总,使用`torch.distributed.all_reduce`等函数。 需要确保示例代码的正确性,包括正确初始化进程组,设置设备,使用Sampler,以及模型包装。同时,提醒用户注意可能的常见错误,比如端口冲突,需要指定不同的主地址和端口,或者在机情况下正确设置节点信息。 最后,生成相关问题时要覆盖分布式训练的不同方面,比如初始化方法、DDP的优势、数据分割、启动方式、模型保存和测试处理等,这样用户可以根据问题进一步深入。</think>以下是在PyTorch中实现GPU分布式训练的逐步指南: ### 1. 分布式训练核心步骤 #### (1) 初始化进程组 ```python import torch.distributed as dist dist.init_process_group( backend='nccl', # NVIDIA GPU推荐使用NCCL后端 init_method='env://', # 通过环境变量自动获取地址和端口 world_size=args.world_size, # 总进程数=GPU数量 rank=args.local_rank ) ``` 这是分布式训练的基础设置,必须在其他操作之前调用[^2]。 #### (2) 设备绑定与模型设置 ```python torch.cuda.set_device(args.local_rank) # 绑定当前进程到指定GPU model = Model().cuda() model = DDP(model, device_ids=[args.local_rank]) # 分布式数据并行包装 ``` ### 2. 数据加载关键配置 ```python from torch.utils.data.distributed import DistributedSampler train_sampler = DistributedSampler( dataset, num_replicas=args.world_size, rank=args.local_rank ) loader = DataLoader( dataset, batch_size=args.batch_size, sampler=train_sampler, num_workers=4 ) ``` 每个GPU只会处理数据集的$ \frac{1}{N} $部分($N$为GPU总数)[^1]。 ### 3. 完整训练脚本示例 ```python import torch import torch.nn as nn import torch.distributed as dist from torch.nn.parallel import DistributedDataParallel as DDP def main(): # 初始化分布式环境 dist.init_process_group(backend='nccl') local_rank = int(os.environ['LOCAL_RANK']) torch.cuda.set_device(local_rank) # 模型定义 model = Net().cuda() ddp_model = DDP(model, device_ids=[local_rank]) # 数据加载 dataset = MyDataset() sampler = DistributedSampler(dataset) loader = DataLoader(dataset, sampler=sampler) # 优化器 optimizer = torch.optim.SGD(ddp_model.parameters(), lr=0.01) # 训练循环 for epoch in range(100): sampler.set_epoch(epoch) # 保证每个epoch的数据shuffle不同 for x, y in loader: x, y = x.cuda(), y.cuda() pred = ddp_model(x) loss = nn.CrossEntropyLoss()(pred, y) loss.backward() optimizer.step() ``` ### 4. 启动方式 使用PyTorch官方启动工具: ```bash # 单机8训练 python -m torch.distributed.launch \ --nproc_per_node=8 \ --nnodes=1 \ --node_rank=0 \ train_script.py ``` ### 关键注意事项 1. 学习率调整:总batch_size = 单batch_size × GPU数量,通常需要线性缩放学习率 2. 模型保存:只需在rank 0进程保存即可 3. 指标计算:使用`torch.distributed.all_reduce`进行跨进程指标聚合
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