强烈推荐浅谈将Pytorch模型从CPU转换成GPU

Posted 2021-05-02 奇点

主要内容：最近将Pytorch程序迁移到GPU上去的一些工作和思考 环境：Ubuntu 16.04.3 Python版本：3.5.2   Pytorch版本：0.3.0

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序言

大家知道，在深度学习中使用GPU来对模型进行训练是可以通过并行化其计算来提高运行效率，这里就不多谈了。

最近申请到了实验室的服务器来跑程序，成功将我简陋的程序改成了“高大上”GPU版本。

看到网上没有太多这方面的介绍（TensorFlow的倒是不少~），这里决定将我的一些思考和工作记录下来。

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 如何进行迁移

由于我使用的是Pytorch写的模型，网上给出了一个非常简单的转换方式: 对模型和相应的数据使用.cuda()处理。通过这种方式，我们就可以将内存中的数据复制到GPU的显存中去。从而可以通过GPU来进行运算了。

网上说的非常简单，但是实际使用过程中还是遇到了一些疑惑。下面分数据和模型两方面的迁移来进行说明介绍。

判定使用GPU

下载了对应的GPU版本的Pytorch之后，要确保GPU是可以进行使用的，通过`torch.cuda.is_available()`的返回值来进行判断。返回`True`则具有能够使用的GPU。

通过`torch.cuda.device_count()`可以获得能够使用的GPU数量。其他就不多赘述了。

常常通过如下判定来写可以跑在GPU和CPU上的通用模型：

if torch.cuda.is_available():
    ten1 = ten1.cuda()
    MyModel = MyModel.cuda() 

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对应数据的迁移

数据方面常用的主要是两种 —— Tensor和Variable。实际上这两种类型是同一个东西，因为Variable实际上只是一个容器，这里先视其不同。

将Tensor迁移到显存中去

不论是什么类型的Tensor（FloatTensor或者是LongTensor等等），一律直接使用方法.cuda()即可。

例如：

ten1 = torch.FloatTensor(2)

>>>>  6.1101e+24
 	  4.5659e-41
	  [torch.FloatTensor of size 2]
	 ten1_cuda = ten1.cuda()

>>>>   6.1101e+24
	   4.5659e-41[torch.cuda.FloatTensor of size 2 (GPU 0)]

其数据类型会由`torch.FloatTensor`变为`torch.cuda.FloatTensor （GPU 0）`这样代表这个数据现在存储在

`GPU 0`的显存中了。

如果要将显存中的数据复制到内存中，则对cuda数据类型使用`.cpu()`方法即可。

将Variable迁移到显存中去

在模型中，我们最常使用的是Variable这个容器来装载使用数据。主要是由于Variable可以进行反向传播来进行自动求导。

同样地，要将Variable迁移到显存中，同样只需要使用`.cuda()`即可实现。

这里笔者先前有一个小疑问，对Variable直接使用`.cuda`和对Tensor进行`.cuda`然后再放置到Variable中结果是否一致呢。答案是肯定的。

ten1 = torch.FloatTensor(2)

>>>  6.1101e+24
     4.5659e-41
    [torch.FloatTensor of size 2]

ten1_cuda = ten1.cuda()

>>>>  6.1101e+24
      4.5659e-41
    [torch.cuda.FloatTensor of size 2 (GPU 0)]

V1_cpu = autograd.Variable(ten1)>>>> Variable containing:
     6.1101e+24
     4.5659e-41
    [torch.FloatTensor of size 2]

V2 = autograd.Variable(ten1_cuda)

>>>> Variable containing:
     6.1101e+24
     4.5659e-41
    [torch.cuda.FloatTensor of size 2 (GPU 0)]

V1 = V1_cpu.cuda()>>>> Variable containing:
     6.1101e+24
     4.5659e-41
    [torch.cuda.FloatTensor of size 2 (GPU 0)]

最终我们能发现他们都**能够达到相同的目的**，但是他们完全一样了吗？我们使用`V1 is V2`发现，结果是否定的。

对于V1，我们是直接对Variable进行操作的,这样子V1的`.grad_fn`中会记录下创建的方式。因此这二者并不是完全相同的。

数据迁移小结

`.cuda()`操作默认使用GPU 0也就是第一张显卡来进行操作。当我们想要存储在其他显卡中时可以使用`.cuda(<显卡号数>)`来将数据存储在指定的显卡中。还有很多种方式，具体参考官方文档。

对于不同存储位置的变量，我们是不可以对他们直接进行计算的。存储在不同位置中的数据是不可以直接进行交互计算的。

换句话说也就是上面例子中的`torch.FloatTensor`是不可以直接与`torch.cuda.FloatTensor`进行基本运算的。位于不同GPU显存上的数据也是不能直接进行计算的。

对于Variable，其实就仅仅是一种能够记录操作信息并且能够自动求导的容器，实际上的关键信息并不在Variable本身，而更应该侧重于Variable中存储的data。

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模型迁移

这里使用基本的单层感知机来进行举例(线性模型)。

data1 = torch.FloatTensor(2)

data2 = data1.cuda# 创建一个输入维度为2，输出维度为2的单层神经网络

linear = torch.nn.Linear(2, 2)

>>>> Linear(in_features=2, out_features=2)

linear_cuda = linear.cuda()

>>>> Linear(in_features=2, out_features=2)

我们很惊奇地发现对于模型来说，不像数据那样使用了`.cuda()`之后会改变其的数据类型。模型看起来没有任何的变化。

但是他真的没有改变吗。

我们将`data1`投入`linear_cuda`中去可以发现，系统会报错，而将`.cuda`之后的data2投入`linear_cuda`才能正常工作。并且输出的也是具有cuda的数据类型。

那是怎么一回事呢？

这是因为这些所谓的模型，其实也就是对输入参数做了一些基本的矩阵运算。所以我们对`模型.cuda()`实际上也相当于将模型使用到的参数存储到了显存上去。

对于上面的例子，我们可以通过观察参数来发现区别所在。

linear.weight

>>>> Parameter containing:
    -0.6847  0.2149
    -0.5473  0.6863
    [torch.FloatTensor of size 2x2]

linear_cuda.weight

>>>> Parameter containing:
    -0.6847  0.2149
    -0.5473  0.6863
    [torch.cuda.FloatTensor of size 2x2 (GPU 0)]

自己模型的迁移

对于自己创建的模型类，由于继承了`torch.nn.Module`，则可同样使用`.cuda()`来将模型中用到的所有参数都存储到显存中去。

这里笔者曾经有一个疑问：当我们对模型存储到显存中去之后，那么这个模型中的方法后面所创建出来的Tensor是不是都会默认变成cuda的数据类型。答案是否定的，具体留给读者自己去做实验。

模型小结

对于模型而言，我们可以将其看做是一种类似于Variable的容器。我们对它进行`.cuda()`处理，是将其中的参数放到显存上去（因为实际使用的时候也是通过这些参数做运算）。

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总结

Pytorch使用起来直接简单，迁移方式也是简单明了。而对于多GPU和CPU的协同使用则还需要进一步地加强学习。

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