TensorFlow for distributed
TensorFlow for distributed
本目录包括了运行时分布式TensorFlow的实现,其底层使用了gRPC 作为进程内通信的支持库。
Quick start
首先,需要构建一个TensorFlow的服务端可执行版本(grpc_tensorflow_server
) 以及一个基于gRPC的客户端。目前只能基于源代码进行自构建, 但是会包含在未来发布的二进制版本中。可以使用如下命令进行构建:
# CPU-only build.
$ bazel --output_base=/data/tensorflow_distributed build -c opt //tensorflow/core/distributed_runtime/rpc:grpc_tensorflow_server
bazel --output_base=/home/data/tensorflow_distributed build -c opt //tensorflow/core/distributed_runtime/rpc:grpc_tensorflow_server
# GPU build.
$ cd /data/
tensorflow
$ bazel
--output_base=/data/tensorflow_distributed build -c opt --config=cuda //tensorflow/core/distributed_runtime/rpc:grpc_tensorflow_server
如果是从最新的源代码创建的Python依赖包,它会自动包含一个基于gRPC的客户端。如果使用的是一个之前发布的二进制版本,需要根据这个安装说明来重新编译安装。在你成功地构建了分布式的TensorFlow组件之后,可以通过如下方式来启动服务器并且判断你的安装是否成功:
# Start a TensorFlow server as a single-process "cluster".
#
启动示例1:
$
/data/tensorflow_distributed/tensorflow/bazel-out/local_linux-opt/bin/tensorflow/core/distributed_runtime/rpc/grpc_tensorflow_server --cluster_spec='ps|tf1:2222;tf1:2223' --job_name=ps --task_index=0 &
$
/data/tensorflow_distributed/tensorflow/bazel-out/local_linux-opt/bin/tensorflow/core/distributed_runtime/rpc/grpc_tensorflow_server --cluster_spec='ps|tf1:2222;tf1:2223' --job_name=ps --task_index=1 &
启动示例2:
$/data/tensorflow_distributed/tensorflow/bazel-out/local_linux-opt/bin/tensorflow/core/distributed_runtime/rpc/grpc_tensorflow_server --cluster_spec='ps|tf3:2222;tf4:2223','wk|tf3:2224;tf4:2225' --job_name=ps --task_id=0 &(tf3上启动)
$/data/tensorflow_distributed/tensorflow/bazel-out/local_linux-opt/bin/tensorflow/core/distributed_runtime/rpc/grpc_tensorflow_server --cluster_spec='ps|tf3:2222;tf4:2223','wk|tf3:2224;tf4:2225' --job_name=ps --task_id=1 &(tf4上启动)
$/data/tensorflow_distributed/tensorflow/bazel-out/local_linux-opt/bin/tensorflow/core/distributed_runtime/rpc/grpc_tensorflow_server --cluster_spec='ps|tf3:2222;tf4:2223','wk|tf3:2224;tf4:2225' --job_name=wk --task_id=0 &(tf3上启动)
$/data/tensorflow_distributed/tensorflow/bazel-out/local_linux-opt/bin/tensorflow/core/distributed_runtime/rpc/grpc_tensorflow_server --cluster_spec='ps|tf3:2222;tf4:2223','wk|tf3:2224;tf4:2225' --job_name=wk --task_id=1 &(tf4上启动)
然后启动Python的交互器并且启动一个Session:
$ python
>>> import tensorflow as tf
>>> c = tf.constant("Hello, distributed TensorFlow!")
>>> sess = tf.Session("grpc://localhost:2222")
>>> sess.run(c)
'Hello, distributed TensorFlow!'
补充:安装完后需要重新登录服务器,否则出现无法import tensorflow
集群定义
命令行参数 grpc_tensorflow_server
定义了集群之间的关系. 参数 --cluster_spec
决定了集群中工作对象的多少, 譬如有一系列的jobs, 而每个jobs又包含了多个task 终端。 所有集群中的处理过程都必须设置相同的 --cluster_spec
参数, 例子如下:
`local\ | localhost:2222` | /job:local/task:0 |
|
`local\ | localhost:2222;localhost:2223` | /job:local/task:0 `/job:local/task:1` |
|
`worker\ | worker0:2222;worker1:2222;worker2:2222,``ps\ | ps0:2222;ps1:2222` | /job:worker/task:0 `/job:worker/task:1/job:worker/task:2 /job:ps/task:0`/job:ps/task:1 |
--cluster_spec='...' |
Available tasks
|
---|
还有 --job_name
与 --task_index
标志位指明了哪些任务会运行在当前处理过程上。 具体而言,--job_name=local --task_index=0
意思就是该过程会被标志为/job:local/task:0
, 然后所有在该过程上的TensorFlow的设备都会使用这个前缀。
N.B.
手动来指明这些运行参数可能是非常冗长的,特别是对一个大型集群而言。我们正在研发可以程式化启动的工具,譬如使用一些类似于Kubernetes集群管理器。如果有啥集群管理工具你觉得挺好的希望加入进来,可以在GitHub issue上提出你的建议。
标注模型中的分布式设备
为了将某个操作放在某个特殊的处理过程上,在分布式环境下依然可以使用tf.device()
函数,之前是用来指明是放在CPU还是GPU上的。譬如:
with tf.device("/job:ps/task:0"):
weights_1 = tf.Variable(...)
biases_1 = tf.Variable(...)
with tf.device("/job:ps/task:1"):
weights_2 = tf.Variable(...)
biases_2 = tf.Variable(...)
with tf.device("/job:worker/task:7"):
input, labels = ...
layer_1 = tf.nn.relu(tf.matmul(input, weights_1) + biases_1)
logits = tf.nn.relu(tf.matmul(layer_1, weights_2) + biases_2)
# ...
train_op = ...
with tf.Session("grpc://worker7:2222") as sess:
for _ in range(10000):
sess.run(train_op)
在上面的例子中,Variables在job ps
的两个task上被创建,然后计算密集型的部分创建在job work
上。TensorFlow会自动地在不同的job之间传输数据。(从job
到work
是前向传递,而从worker
到ps
是梯度应用)。
Replicated Computation
一个常见的训练配置(数据并行训练)包含了job ps
上共享参数以及job work
上的多个任务来训练相同的模型。每个task一般会运行在不同的机器上。现在还是有很多办法可以在TensorFlow中来实现这一种结构的,我们未来也会提供更简单的实现方式,主要途径有:
构建单一的包含了一系列参数的图(in
tf.Variable
nodes pinned to/job:ps
), 并且创建多个模型的副本来映射到/job:worker
中的不同tasks。每个model的副本有一个不同的train_op
,并且对于每个workeri
而言一个或者多个的客户端线程可以调用sess.run(train_ops[i])
。这种方法使用了单一的tf.Session
,它的工作目标是集群中的某个workers。As above, but where the gradients from all workers are averaged. See the
CIFAR-10 multi-GPU trainer
for an example of this form of replication. The implements synchronous training
另一种分布式训练器的方法使用多张图,一张图对应一个worker,并且每张图都包含了一系列的参数的集合(
/job:ps
)和一份模型的赋值。而容器的机制就是在不同的图之间共享变量:一旦某个变量构造完成,可选的container
参数会由图中每份复制的相同值来决定。对于较大的模型而言,这种方法会更加有效,毕竟整个图更小了一点。
这种方法使用多个tf.Session
对象:每个worker过程都会包含一个,不过不同的Session会指向不同的目标worker。这个tf.Session
对象即可以在单一的Python客户端中创建,也可以在多个客户端中创建。
术语
Client
一个典型的客户端一般会构建一个TensorFlow的图并且使用tensorflow::Session
来完成与集群的交互。客户端一般会用Python或者C++编写,一般来说一个客户端可以同时与多个服务端进行交互(参考上文的重复训练),并且一个服务端也可以同时服务于多个客户端。
Cluster
一个TensorFlow集群会包含一个或者多个TensorFlow的服务端,被切分为一系列命名的job,而每个job又会负责一系列的tasks。一个集群一般会专注于一个相对高层的目标,譬如用多台机器并行地训练一个神经网络。
Job
一个job会包含一系列的致力于某个相同目标的task。譬如,一个叫ps
(意思是参数服务)的job会用于处理存储于更新Variables相关的工作。而一个叫worker
的job会用于承载那些用于计算密集型的无状态节点。一般来说一个job中的tasks会运行在不同的机器中。
Master service
Master Service是一个RPC服务用于与一系列远端的分布式设备进行交互。Master Service实现了tensorflow::Session
接口, 并且用来协调多个worker service。
Task
一个Task一般会关联到某个单一的TensorFlow服务端的处理过程,属于一个特定的job并且在该job的任务列表中有个唯一的索引。
TensorFlow server
用于运行grpc_tensorflow_server的处理过程,是一个集群中的一员,并且想外暴露了一个Master Service与一个Worker Service。
Worker service
一个执行部分TensorFlow图部分内容的RPC服务。
————————————————————————————————————————————
运行实例
部署文件 mlp_mnist_dist.py 到安装tensorflow的机器例如 10.100.208.23/24
分别在机器上运行
在 10.100.208.23上运行
python mlp_mnist_dist.py --ps_hosts=10.100.208.23:2222,10.100.208.23:2223 --worker_hosts=10.100.208.24:2224,10.100.208.24:2225 --job_name=ps --task_index=0
python mlp_mnist_dist.py --ps_hosts=10.100.208.23:2222,10.100.208.23:2223 --worker_hosts=10.100.208.24:2224,10.100.208.24:2225 --job_name=ps --task_index=1
在10.100.208.24上运行
python mlp_mnist_dist.py --ps_hosts=10.100.208.23:2222,10.100.208.23:2223 --worker_hosts=10.100.208.24:2224,10.100.208.24:2225 --job_name=worker --task_index=0
python mlp_mnist_dist.py --ps_hosts=10.100.208.23:2222,10.100.208.23:2223 --worker_hosts=10.100.208.24:2224,10.100.208.24:2225 --job_name=worker --task_index=1
启动时需要互相依赖,所以会有连接失败的error,待所连接的进程启动后就可以了
运行后 ,只有一个worker会完成,日志如下
Extracting ./MNIST_data/train-images-idx3-ubyte.gz
Extracting ./MNIST_data/train-labels-idx1-ubyte.gz
Extracting ./MNIST_data/t10k-images-idx3-ubyte.gz
Extracting ./MNIST_data/t10k-labels-idx1-ubyte.gz
job : worker/0 step : 0 ,training accuracy : 0.96
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简单测试用例:
import tensorflow as tf
def main() :
with tf.device("/job:ps/task:0/cpu:0"):
a = tf.Variable(1)
with tf.device("/job:ps/task:0/cpu:1"):
b = tf.Variable(1)
with tf.Session("grpc://localhost:22223",config=tf.ConfigProto(allow_soft_placement=True,log_device_placement=True)) as sess:
init_ab = tf.initialize_all_variables();
sess.run(init_ab)
result = sess.run(a+b)
print(result)
if __name__ == '__main__':
main()
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问题解决:
1.如果并没有 grpc_tensorflow_server
可执行文件的话可以用 ./tensorflow/tools/dist_test/server/grpc_tensorflow_server.py 代替
2.在指定device时指定了cpu/gpu如果报错
tensorflow.python.framework.errors.InvalidArgumentError: Cannot assign a device to node 'Variable_1': Could not satisfy explicit device specification '/job:ps/task:0/device:CPU:1' because no devices matching that specification are registered in this process; available devices: /job:ps/replica:0/task:0/cpu:0, /job:worker/replica:0/task:0/cpu:0
[[Node: Variable_1 = Variable[container="", dtype=DT_INT32, shape=[], shared_name="", _device="/job:ps/task:0/device:CPU:1"]()]]
解决方法 https://github.com/tensorflow/tensorflow/issues/2285
就是在生命session时加入参数 allow_soft_placement=True
例如 :with tf.Session("grpc://localhost:22223",config=tf.ConfigProto(allow_soft_placement=True,log_device_placement=True)) as sess:
如果是用Supervisor
sess = sv.prepare_or_wait_for_session(server.target,config=tf.ConfigProto(allow_soft_placement=True,log_device_placement=True))
3.如果编译时发生错误
ERROR: error loading package 'tensorflow/core/distributed_runtime/rpc': Extension file not found. Unable to load package for '//google/protobuf:protobuf.bzl': BUILD file not found on package path.
在源码目录下 执行 git submodule update --init 命令来下载依赖
https://github.com/bazelbuild/bazel/issues/605
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