pytorch 两个GPU同时训练的解决方案

在PyTorch中,可以使用DataParallel模块来实现在多个GPU上同时训练模型。在本文中,我们将介绍如何使用DataParallel模块来实现在两个GPU上同时训练模型,并提供两个示例,分别是使用DataParallel模块在两个GPU上同时训练一个简单的卷积神经网络和在两个GPU上同时训练ResNet模型。

使用DataParallel模块在两个GPU上同时训练一个简单的卷积神经网络

以下是一个示例,展示如何使用DataParallel模块在两个GPU上同时训练一个简单的卷积神经网络。

import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import torch.nn.functional as F
from torch.utils.data import DataLoader
from torchvision import datasets, transforms

device = torch.device("cuda:0" if torch.cuda.is_available() else "cpu")

class Net(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(Net, self).__init__()
        self.conv1 = nn.Conv2d(1, 32, 3, 1)
        self.conv2 = nn.Conv2d(32, 64, 3, 1)
        self.dropout1 = nn.Dropout2d(0.25)
        self.dropout2 = nn.Dropout2d(0.5)
        self.fc1 = nn.Linear(9216, 128)
        self.fc2 = nn.Linear(128, 10)

    def forward(self, x):
        x = self.conv1(x)
        x = F.relu(x)
        x = self.conv2(x)
        x = F.relu(x)
        x = F.max_pool2d(x, 2)
        x = self.dropout1(x)
        x = torch.flatten(x, 1)
        x = self.fc1(x)
        x = F.relu(x)
        x = self.dropout2(x)
        x = self.fc2(x)
        output = F.log_softmax(x, dim=1)
        return output

model = Net().to(device)
if torch.cuda.device_count() > 1:
    print("Using", torch.cuda.device_count(), "GPUs!")
    model = nn.DataParallel(model)

transform = transforms.Compose([
    transforms.ToTensor(),
    transforms.Normalize((0.1307,), (0.3081,))
])

train_dataset = datasets.MNIST('data', train=True, download=True, transform=transform)
train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=64, shuffle=True)

optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.01, momentum=0.5)

def train(model, device, train_loader, optimizer, epoch):
    model.train()
    for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader):
        data, target = data.to(device), target.to(device)
        optimizer.zero_grad()
        output = model(data)
        loss = F.nll_loss(output, target)
        loss.backward()
        optimizer.step()
        if batch_idx % 10 == 0:
            print('Train Epoch: {} [{}/{} ({:.0f}%)]\tLoss: {:.6f}'.format(
                epoch, batch_idx * len(data), len(train_loader.dataset),
                100. * batch_idx / len(train_loader), loss.item()))

for epoch in range(1, 11):
    train(model, device, train_loader, optimizer, epoch)

在这个示例中,我们首先定义了一个简单的卷积神经网络模型,并使用nn.DataParallel()函数将模型复制到两个GPU上。接下来,我们定义了一个MNIST数据集,并使用DataLoader函数将其加载到内存中。然后,我们定义了一个优化器和一个训练函数。在训练函数中,我们首先将数据和目标张量移动到GPU上,然后使用nn.DataParallel()函数自动将模型复制到两个GPU上。最后,我们在每个epoch中调用训练函数来训练模型。

使用DataParallel模块在两个GPU上同时训练ResNet模型

以下是一个示例,展示如何使用DataParallel模块在两个GPU上同时训练ResNet模型。

import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import torch.nn.functional as F
from torch.utils.data import DataLoader
from torchvision import datasets, transforms

device = torch.device("cuda:0" if torch.cuda.is_available() else "cpu")

class BasicBlock(nn.Module):
    expansion = 1

    def __init__(self, in_planes, planes, stride=1):
        super(BasicBlock, self).__init__()
        self.conv1 = nn.Conv2d(in_planes, planes, kernel_size=3, stride=stride, padding=1, bias=False)
        self.bn1 = nn.BatchNorm2d(planes)
        self.conv2 = nn.Conv2d(planes, planes, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False)
        self.bn2 = nn.BatchNorm2d(planes)

        self.shortcut = nn.Sequential()
        if stride != 1 or in_planes != self.expansion*planes:
            self.shortcut = nn.Sequential(
                nn.Conv2d(in_planes, self.expansion*planes, kernel_size=1, stride=stride, bias=False),
                nn.BatchNorm2d(self.expansion*planes)
            )

    def forward(self, x):
        out = nn.functional.relu(self.bn1(self.conv1(x)))
        out = self.bn2(self.conv2(out))
        out += self.shortcut(x)
        out = nn.functional.relu(out)
        return out

class ResNet(nn.Module):
    def __init__(self, block, num_blocks, num_classes=10):
        super(ResNet, self).__init__()
        self.in_planes = 64

        self.conv1 = nn.Conv2d(3, 64, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False)
        self.bn1 = nn.BatchNorm2d(64)
        self.layer1 = self._make_layer(block, 64, num_blocks[0], stride=1)
        self.layer2 = self._make_layer(block, 128, num_blocks[1], stride=2)
        self.layer3 = self._make_layer(block, 256, num_blocks[2], stride=2)
        self.layer4 = self._make_layer(block, 512, num_blocks[3], stride=2)
        self.linear = nn.Linear(512*block.expansion, num_classes)

    def _make_layer(self, block, planes, num_blocks, stride):
        strides = [stride] + [1]*(num_blocks-1)
        layers = []
        for stride in strides:
            layers.append(block(self.in_planes, planes, stride))
            self.in_planes = planes * block.expansion
        return nn.Sequential(*layers)

    def forward(self, x):
        out = nn.functional.relu(self.bn1(self.conv1(x)))
        out = self.layer1(out)
        out = self.layer2(out)
        out = self.layer3(out)
        out = self.layer4(out)
        out = nn.functional.avg_pool2d(out, 4)
        out = out.view(out.size(0), -1)
        out = self.linear(out)
        return out

def ResNet18():
    return ResNet(BasicBlock, [2,2,2,2])

model = ResNet18().to(device)
if torch.cuda.device_count() > 1:
    print("Using", torch.cuda.device_count(), "GPUs!")
    model = nn.DataParallel(model)

transform = transforms.Compose([
    transforms.RandomCrop(32, padding=4),
    transforms.RandomHorizontalFlip(),
    transforms.ToTensor(),
    transforms.Normalize((0.4914, 0.4822, 0.4465), (0.2023, 0.1994, 0.2010))
])

train_dataset = datasets.CIFAR10('data', train=True, download=True, transform=transform)
train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=128, shuffle=True)

optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.1, momentum=0.9, weight_decay=5e-4)
scheduler = optim.lr_scheduler.MultiStepLR(optimizer, milestones=[150, 250], gamma=0.1)

def train(model, device, train_loader, optimizer, epoch):
    model.train()
    for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader):
        data, target = data.to(device), target.to(device)
        optimizer.zero_grad()
        output = model(data)
        loss = F.cross_entropy(output, target)
        loss.backward()
        optimizer.step()
        if batch_idx % 10 == 0:
            print('Train Epoch: {} [{}/{} ({:.0f}%)]\tLoss: {:.6f}'.format(
                epoch, batch_idx * len(data), len(train_loader.dataset),
                100. * batch_idx / len(train_loader), loss.item()))

for epoch in range(1, 351):
    train(model, device, train_loader, optimizer, epoch)
    scheduler.step()

在这个示例中,我们首先定义了一个ResNet18模型,并使用nn.DataParallel()函数将模型复制到两个GPU上。接下来,我们定义了一个CIFAR10数据集,并使用DataLoader函数将其加载到内存中。然后,我们定义了一个优化器和一个学习率调度器。在训练函数中,我们首先将数据和目标张量移动到GPU上,然后使用nn.DataParallel()函数自动将模型复制到两个GPU上。最后,我们在每个epoch中调用训练函数来训练模型,并使用学习率调度器来调整学习率。

总结

本文介绍了如何使用DataParallel模块在两个GPU上同时训练模型,并提供了两个示例,分别是使用DataParallel模块在两个GPU上同时训练一个简单的卷积神经网络和在两个GPU上同时训练ResNet模型。在实现过程中,我们使用了PyTorch和其他些库,并介绍了一些常用的函数和技术。

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