PyTorch 分布式训练和启动脚本torch.distributed.launch torchrun slurm

1、DataParallel

如果当前有4个GPU，batch_size=16，那么模型将被复制到每一个GPU上，在前向传播时，每一个gpu将分到4个batch，每个gpu独立计算依据分到的batch计算出结果的梯度，然后将梯度返回到第一个GPU上，第一个GPU再进行梯度融合、模型更新。在下一次前向传播的时候，将更新后的模型再复制给每一个GPU。

1、DP在每个训练批次（batch）中，因为模型的权重都是在一个进程上先算出来然后再把他们分发到每个GPU上，所以网络通信就成为了一个瓶颈，而GPU使用率也通常很低。

2、因为它在每一次的前向传播的时候把模型也复制了（即每次更新都复制一遍模型），并且单进程多线程会造成GIL contention（全局解释器锁争用）这里进程计算权重使通信成为瓶颈造成了大量的时间浪费，因此引入了DDP。

2、DistributedDataParallel

DDP采用多进程控制多GPU，共同训练模型，一份代码会被pytorch自动分配到n个进程并在n个GPU上运行。 DDP运用Ring-Reduce通信算法在每个GPU间对梯度进行通讯，交换彼此的梯度，从而获得所有GPU的梯度。对比DP，不需要在进行模型本体的通信，因此可以加速训练。

参考https://zhuanlan.zhihu.com/p/489011749

在所有节点上运行命令来初始化上面创建的 DDP 作业：

torchrun --nnodes**=**2 --nproc_per_node**=**8 --rdzv_id**=**100 --rdzv_backend**=**c10d --rdzv_endpoint**=**$MASTER_ADDR:29400 elastic_ddp.py

这里torchrun将启动8个进程并调用elastic_ddp.py 其启动的节点上的每个进程，但用户还需要应用slurm等集群管理工具才能在2个节点上实际运行此命令。

srun --nodes=2 ./torchrun_script.sh

启动脚本

无论 DDP 应用程序如何启动，每个进程都需要一种机制来了解其rank等，使用torch提供的分布式脚本可以通过环境变量将世界大小、全局等级、主地址和主端口以及本地等级作为命令行参数传递给每个实例，初始化的时候选择环境变量初始化就很方便（就不应该使用启动子进程torch.multiprocessing.spawn 了）。

torch.distributed.launch

python -m torch.distributed.launch --nproc_per_node 8 test.py

https://github.com/pytorch/pytorch/blob/main/torch/distributed/launch.py

import torchimport os
import timeprint("|| MASTER_ADDR:",os.environ["MASTER_ADDR"],"|| MASTER_PORT:",os.environ["MASTER_PORT"],"|| LOCAL_RANK:",os.environ["LOCAL_RANK"],"|| RANK:",os.environ["RANK"], "|| WORLD_SIZE:",os.environ["WORLD_SIZE"])

单机启动八个worker的运行结果

/home  $ python -m torch.distributed.launch   --nproc_per_node 8 test.py                                            2 ↵
*****************************************
Setting OMP_NUM_THREADS environment variable for each process to be 1 in default, to avoid your system being overloaded, please further tune the variable for optimal performance in your application as needed.
*****************************************
|| MASTER_ADDR: 127.0.0.1 || MASTER_PORT: 29500 || LOCAL_RANK: 0 || RANK: 0 || WORLD_SIZE: 8
|| MASTER_ADDR: 127.0.0.1 || MASTER_PORT: 29500 || LOCAL_RANK: 1 || RANK: 1 || WORLD_SIZE: 8
|| MASTER_ADDR: 127.0.0.1 || MASTER_PORT: 29500 || LOCAL_RANK: 5 || RANK: 5 || WORLD_SIZE: 8
|| MASTER_ADDR: 127.0.0.1 || MASTER_PORT: 29500 || LOCAL_RANK: 4 || RANK: 4 || WORLD_SIZE: 8
|| MASTER_ADDR: 127.0.0.1 || MASTER_PORT: 29500 || LOCAL_RANK: 3 || RANK: 3 || WORLD_SIZE: 8
|| MASTER_ADDR: 127.0.0.1 || MASTER_PORT: 29500 || LOCAL_RANK: 2 || RANK: 2 || WORLD_SIZE: 8
|| MASTER_ADDR: 127.0.0.1 || MASTER_PORT: 29500 || LOCAL_RANK: 6 || RANK: 6 || WORLD_SIZE: 8
|| MASTER_ADDR: 127.0.0.1 || MASTER_PORT: 29500 || LOCAL_RANK: 7 || RANK: 7 || WORLD_SIZE: 8

多机


/home# python -m torch.distributed.launch --nproc_per_node 8 --nnodes 2 --node_rank 0 --master_addr "替换成你的IP地址" --master_port 1234 test.py|| MASTER_ADDR: IP地址 || MASTER_PORT: 1234 || LOCAL_RANK: 3 || RANK: 3 || WORLD_SIZE: 16
|| MASTER_ADDR: IP地址 || MASTER_PORT: 1234 || LOCAL_RANK: 4 || RANK: 4 || WORLD_SIZE: 16
|| MASTER_ADDR: IP地址 || MASTER_PORT: 1234 || LOCAL_RANK: 5 || RANK: 5 || WORLD_SIZE: 16
|| MASTER_ADDR:|| MASTER_ADDR: IP地址  IP地址|| MASTER_PORT:  || MASTER_PORT:1234  1234|| LOCAL_RANK:  || LOCAL_RANK:1  7|| RANK:  || RANK:1  7|| WORLD_SIZE:  || WORLD_SIZE:16
16
|| MASTER_ADDR: IP地址 || MASTER_PORT: 1234 || LOCAL_RANK: 6 || RANK: 6 || WORLD_SIZE: 16
|| MASTER_ADDR: IP地址 || MASTER_PORT: 1234 || LOCAL_RANK: 2 || RANK: 2 || WORLD_SIZE: 16
|| MASTER_ADDR: IP地址 || MASTER_PORT: 1234 || LOCAL_RANK: 0 || RANK: 0 || WORLD_SIZE: 16第二个机器运行同样的命令（除了noderank❯ python -m torch.distributed.launch --nproc_per_node 8 --nnodes 2 --node_rank 1 --master_addr "IP地址" --master_port 1234 test.py*****************************************
|| MASTER_ADDR: IP地址 || MASTER_PORT: 1234 || LOCAL_RANK: 0 || RANK: 8 || WORLD_SIZE: 16
|| MASTER_ADDR: IP地址 || MASTER_PORT: 1234 || LOCAL_RANK: 1 || RANK: 9 || WORLD_SIZE: 16
|| MASTER_ADDR: IP地址 || MASTER_PORT: 1234 || LOCAL_RANK: 3 || RANK: 11 || WORLD_SIZE: 16
|| MASTER_ADDR: IP地址 || MASTER_PORT: 1234 || LOCAL_RANK: 4 || RANK: 12 || WORLD_SIZE: 16
|| MASTER_ADDR: IP地址 || MASTER_PORT: 1234 || LOCAL_RANK: 2 || RANK: 10 || WORLD_SIZE: 16
|| MASTER_ADDR: IP地址 || MASTER_PORT: 1234 || LOCAL_RANK: 5 || RANK: 13 || WORLD_SIZE: 16
|| MASTER_ADDR: IP地址 || MASTER_PORT: 1234 || LOCAL_RANK: 6 || RANK: 14 || WORLD_SIZE: 16
|| MASTER_ADDR: IP地址 || MASTER_PORT: 1234 || LOCAL_RANK: 7 || RANK: 15 || WORLD_SIZE: 16