分布式并行训练基础样例(GPU)

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概述

本篇教程我们主要讲解,如何在GPU处理器硬件平台上,利用MindSpore通过数据并行及自动并行模式,使用CIFAR-10数据集训练ResNet-50网络。

完整的样例代码:distributed_training

目录结构如下:

└─sample_code
    ├─distributed_training
    │      rank_table_16pcs.json
    │      rank_table_8pcs.json
    │      rank_table_2pcs.json
    │      cell_wrapper.py
    │      model_accu.py
    │      resnet.py
    │      resnet50_distributed_training.py
    │      resnet50_distributed_training_gpu.py
    │      resnet50_distributed_training_grad_accu.py
    │      run.sh
    │      run_gpu.sh
    │      run_grad_accu.sh
    │      run_cluster.sh

其中,resnet.pyresnet50_distributed_training_gpu.py是定义网络结构的脚本。run_gpu.sh是执行脚本,其余文件为Ascend 910的样例代码。

准备环节

为了保证分布式训练的正常进行,我们需要先对分布式环境进行配置和初步的测试。在完成之后,再做CIFAR-10数据集的准备。

配置分布式环境

  • OpenMPI-4.0.3:MindSpore采用的多进程通信库。

    下载OpenMPI-4.0.3源码openmpi-4.0.3.tar.gz

    参考OpenMPI官网教程安装。

  • 主机间免密登陆(涉及多机训练时需要)。若训练涉及多机,则需要配置多机间免密登陆,可参考以下步骤进行配置:

    1. 每台主机确定同一个用户作为登陆用户(不推荐root);

    2. 执行ssh-keygen -t rsa -P ""生成密钥;

    3. 执行ssh-copy-id DEVICE-IP设置需要免密登陆的机器IP;

    4. 执行ssh DEVICE-IP,若不需要输入密码即可登录,则说明以上配置成功;

    5. 在所有机器上执行以上命令,确保两两互通。

调用集合通信库

在GPU硬件平台上,MindSpore分布式并行训练中的通信使用的是英伟达集合通信库NVIDIA Collective Communication Library(以下简称为NCCL)。

GPU平台上,MindSpore暂不支持用户进行:

get_local_rankget_local_sizeget_world_rank_from_group_rankget_group_rank_from_world_rankcreate_group操作。

下面是调用通信库的代码样例,设文件名为nccl_allgather.py:

# nccl_allgather.py
import numpy as np
import mindspore.ops as ops
import mindspore.nn as nn
import mindspore as ms
from mindspore.communication import init, get_rank


class Net(nn.Cell):
    def __init__(self):
        super(Net, self).__init__()
        self.allgather = ops.AllGather()

    def construct(self, x):
        return self.allgather(x)


if __name__ == "__main__":
    ms.set_context(mode=ms.GRAPH_MODE, device_target="GPU")
    init("nccl")
    value = get_rank()
    input_x = ms.Tensor(np.array([[value]]).astype(np.float32))
    net = Net()
    output = net(input_x)
    print(output)

其中,

  • mode=GRAPH_MODE:使用分布式训练需要指定运行模式为图模式(PyNative模式当前仅支持数据并行)。

  • device_target="GPU": 指定设备为GPU。

  • init("nccl"):使能NCCL通信,并完成分布式训练初始化操作。

  • get_rank():获得当前进程的rank号。

  • ops.AllGather: 在GPU上,该算子会调用NCCL的AllGather通信操作,其含义以及更多的例子可在分布式集合通信原语中找到。

在GPU硬件平台上,MindSpore采用OpenMPI的mpirun来启动进程,通常每一个进程对应一个计算设备。

mpirun -n DEVICE_NUM python nccl_allgather.py

其中,DEVICE_NUM为所在机器的GPU数量。以DEVICE_NUM=4为例,预期的输出为:

[[0.],
 [1.],
 [2.],
 [3.]]

输出日志在程序执行后,可在log/1/rank.0中找到。若得到以上输出,则说明OpenMPI和NCCL工作正常,进程正常启动。

下载数据集

本样例采用CIFAR-10数据集,由10类32*32的彩色图片组成,每类包含6000张图片,共60000张。其中训练集共50000张图片,测试集共10000张图片。

下载CIFAR-10数据集,如果点击下载不成功,请尝试复制链接地址后下载。

Linux机器可采用以下命令下载到终端当前路径并解压数据集,解压后的数据所在文件夹为cifar-10-batches-bin

wget http://www.cs.toronto.edu/~kriz/cifar-10-binary.tar.gz
tar -zxvf cifar-10-binary.tar.gz

数据并行模式加载数据集

分布式训练时,数据是以数据并行的方式导入的。下面我们以CIFAR-10数据集为例,介绍以数据并行方式导入CIFAR-10数据集的方法,data_path是指数据集的路径,即cifar-10-batches-bin文件夹的路径。

import mindspore as ms
import mindspore.dataset as ds
import mindspore.dataset.transforms as transforms
import mindspore.dataset.vision as vision
from mindspore.communication import get_rank, get_group_size


def create_dataset(data_path, repeat_num=1, batch_size=32, rank_id=0, rank_size=1):
    resize_height = 224
    resize_width = 224
    rescale = 1.0 / 255.0
    shift = 0.0

    # get rank_id and rank_size
    rank_id = get_rank()
    rank_size = get_group_size()
    data_set = ds.Cifar10Dataset(data_path, num_shards=rank_size, shard_id=rank_id)

    # define map operations
    random_crop_op = vision.RandomCrop((32, 32), (4, 4, 4, 4))
    random_horizontal_op = vision.RandomHorizontalFlip()
    resize_op = vision.Resize((resize_height, resize_width))
    rescale_op = vision.Rescale(rescale, shift)
    normalize_op = vision.Normalize((0.4465, 0.4822, 0.4914), (0.2010, 0.1994, 0.2023))
    changeswap_op = vision.HWC2CHW()
    type_cast_op = transforms.TypeCast(ms.int32)

    c_trans = [random_crop_op, random_horizontal_op]
    c_trans += [resize_op, rescale_op, normalize_op, changeswap_op]

    # apply map operations on images
    data_set = data_set.map(operations=type_cast_op, input_columns="label")
    data_set = data_set.map(operations=c_trans, input_columns="image")

    # apply shuffle operations
    data_set = data_set.shuffle(buffer_size=10)

    # apply batch operations
    data_set = data_set.batch(batch_size=batch_size, drop_remainder=True)

    # apply repeat operations
    data_set = data_set.repeat(repeat_num)

    return data_set

其中,与单机不同的是,在数据集接口需要传入num_shardsshard_id参数,分别对应卡的数量和逻辑序号,建议通过NCCL接口获取:

  • get_rank:获取当前设备在集群中的ID。

  • get_group_size:获取集群数量。

数据并行场景加载数据集时,建议对每卡指定相同的数据集文件,若是各卡加载的数据集不同,可能会影响计算精度。

定义网络

在GPU硬件平台上,网络的定义和Ascend 910 AI处理器一致。 数据并行自动并行模式下,网络定义方式与单机写法一致,可以参考 ResNet网络样例脚本

  • 半自动并行模式时,未配置策略的算子默认以数据并行方式执行。

  • 自动并行模式支持通过策略搜索算法自动获取高效的算子并行策略,同时也支持用户对算子手动配置特定的并行策略。

  • 如果某个parameter被多个算子使用,则每个算子对这个parameter的切分策略需要保持一致,否则将报错。

定义损失函数及优化器

与在Ascend的分布式并行训练基础样例一致。

定义损失函数

自动并行以算子为粒度切分模型,通过算法搜索得到最优并行策略,所以与单机训练不同的是,为了有更好的并行训练效果, 损失函数建议使用MindSpore算子来实现,而不是直接用封装好的损失函数类。

在Loss部分,我们采用SoftmaxCrossEntropyWithLogits的展开形式,即按照数学公式, 将其展开为多个MindSpore算子进行实现,样例代码如下:

import mindspore.ops as ops
import mindspore as ms
import mindspore.nn as nn


class SoftmaxCrossEntropyExpand(nn.Cell):
    def __init__(self, sparse=False):
        super(SoftmaxCrossEntropyExpand, self).__init__()
        self.exp = ops.Exp()
        self.sum = ops.ReduceSum(keep_dims=True)
        self.onehot = ops.OneHot()
        self.on_value = ms.Tensor(1.0, ms.float32)
        self.off_value = ms.Tensor(0.0, ms.float32)
        self.div = ops.RealDiv()
        self.log = ops.Log()
        self.sum_cross_entropy = ops.ReduceSum(keep_dims=False)
        self.mul = ops.Mul()
        self.mul2 = ops.Mul()
        self.mean = ops.ReduceMean(keep_dims=False)
        self.sparse = sparse
        self.max = ops.ReduceMax(keep_dims=True)
        self.sub = ops.Sub()

    def construct(self, logit, label):
        logit_max = self.max(logit, -1)
        exp = self.exp(self.sub(logit, logit_max))
        exp_sum = self.sum(exp, -1)
        softmax_result = self.div(exp, exp_sum)
        if self.sparse:
            label = self.onehot(label, ops.shape(logit)[1], self.on_value, self.off_value)
        softmax_result_log = self.log(softmax_result)
        loss = self.sum_cross_entropy((self.mul(softmax_result_log, label)), -1)
        loss = self.mul2(ops.scalar_to_array(-1.0), loss)
        loss = self.mean(loss, -1)

        return loss

定义优化器

采用Momentum优化器作为参数更新工具,这里定义与单机一致,不再展开,具体可以参考样例代码中的实现。

训练网络

训练之前,我们需要先配置一些自动并行的参数。set_auto_parallel_context是配置并行训练模式的接口,必须在初始化网络之前调用。常用参数包括:

  • parallel_mode:分布式并行模式,默认为单机模式ParallelMode.STAND_ALONE。在本例中,可选择数据并行ParallelMode.DATA_PARALLEL及自动并行ParallelMode.AUTO_PARALLEL

  • parameter_broadcast:训练开始前自动广播0号卡上数据并行的参数权值到其他卡上,默认值为False

  • gradients_mean:反向计算时,框架内部会将数据并行参数分散在多台机器的梯度值进行收集,得到全局梯度值后再传入优化器中更新。默认值为False,设置为True对应allreduce_mean操作,False对应allreduce_sum操作。

  • device_numglobal_rank建议采用默认值,框架内会调用NCCL接口获取。

如脚本中存在多个网络用例,请在执行下个用例前调用reset_auto_parallel_context将所有参数还原到默认值。

在下面的样例中我们指定并行模式为自动并行,用户如需切换为数据并行模式只需将parallel_mode改为DATA_PARALLEL

PyNative模式当前支持数据并行,使用方法和图模式下的数据并行一致,只需将mode指定为PYNATIVE_MODE即可。

import mindspore as ms
from mindspore.nn import Momentum
from mindspore.communication import init
from resnet import resnet50

ms.set_context(mode=ms.GRAPH_MODE, device_target="GPU")
init("nccl")


def test_train_cifar(epoch_size=10):
    ms.set_auto_parallel_context(parallel_mode=ms.ParallelMode.AUTO_PARALLEL, gradients_mean=True)
    loss_cb = ms.LossMonitor()
    dataset = create_dataset(data_path)
    batch_size = 32
    num_classes = 10
    net = resnet50(batch_size, num_classes)
    loss = SoftmaxCrossEntropyExpand(sparse=True)
    opt = Momentum(filter(lambda x: x.requires_grad, net.get_parameters()), 0.01, 0.9)
    model = ms.Model(net, loss_fn=loss, optimizer=opt)
    model.train(epoch_size, dataset, callbacks=[loss_cb], dataset_sink_mode=True)

其中,

  • dataset_sink_mode=True:表示采用数据集的下沉模式,即训练的计算下沉到硬件平台中执行。

  • LossMonitor:能够通过回调函数返回Loss值,用于监控损失函数。

运行脚本

在GPU硬件平台上,MindSpore采用OpenMPI的mpirun进行分布式训练。 在完成了模型、损失函数和优化器的定义之后,我们就完成了模型的并行策略的配置, 下面直接执行运行脚本。

单机多卡训练

下面以使用8张卡的分布式训练脚本为例,演示如何运行脚本:

样例的运行脚本:run_gpu.sh

如果通过root用户执行脚本,mpirun需要加上--allow-run-as-root参数。

#!/bin/bash

echo "=============================================================================================================="
echo "Please run the script as: "
echo "bash run_gpu.sh DATA_PATH"
echo "For example: bash run_gpu.sh /path/dataset"
echo "It is better to use the absolute path."
echo "=============================================================================================================="
DATA_PATH=$1
export DATA_PATH=${DATA_PATH}

rm -rf device
mkdir device
cp ./resnet50_distributed_training_gpu.py ./resnet.py ./device
cd ./device
echo "start training"
mpirun -n 8 pytest -s -v ./resnet50_distributed_training_gpu.py > train.log 2>&1 &

脚本会在后台运行,日志文件会保存到device目录下,共跑了10个epoch,每个epoch有234个step,关于Loss部分结果保存在train.log中。将loss值grep出来后,示例如下:

epoch: 1 step: 1, loss is 2.3025854
epoch: 1 step: 1, loss is 2.3025854
epoch: 1 step: 1, loss is 2.3025854
epoch: 1 step: 1, loss is 2.3025854
epoch: 1 step: 1, loss is 2.3025854
epoch: 1 step: 1, loss is 2.3025854
epoch: 1 step: 1, loss is 2.3025854
epoch: 1 step: 1, loss is 2.3025854

多机多卡训练

在运行多机多卡训练前,需要保证每个节点上都有相同的OpenMPI、NCCL、Python以及MindSpore版本。

mpirun -H

若训练涉及多机,则需要额外在mpirun命令中设置多机配置。你可以直接在mpirun命令中用-H选项进行设置,比如

mpirun -n 16 -H DEVICE1_IP:8,DEVICE2_IP:8 python hello.py

表示在ip为DEVICE1_IP和DEVICE2_IP的机器上分别起8个进程运行程序。

mpirun –hostfile

GPU的多机多卡的执行也可以通过构造hostfile文件来进行。 为方便调试,建议用这种方法来执行多机多卡脚本。 之后使用mpirun --hostfile $HOST_FILE的形式来执行。下面我们以hostfile启动方式来给出详细的多机多卡配置。

hostfile文件每一行格式为[hostname] slots=[slotnum],hostname可以是ip或者主机名。需要注意的是,不同机器上的用户名需要相同,但是hostname不可以相同。如下,表示在DEVICE1上有8张卡;ip为192.168.0.1的机器上也有8张卡:

DEVICE1 slots=8
192.168.0.1 slots=8

两机十六卡的执行脚本如下,需要传入变量DATA_PATHHOSTFILE,表示数据集的路径和hostfile文件的路径。我们需要设置mpi中mca的btl参数来指定进行mpi通信的网卡,否则可能会在调用mpi接口时初始化失败。btl参数指定了节点间采用tcp协议,节点内采用环路进行通信。btl_tcp_if_include指定节点间通信所经过的网卡的ip地址需要在给定的子网中。更多mpirun的选项设置可见OpenMPI的官网。

#!/bin/bash

DATA_PATH=$1
HOSTFILE=$2

rm -rf device
mkdir device
cp ./resnet50_distributed_training_gpu.py ./resnet.py ./device
cd ./device
echo "start training"
mpirun -n 16 --mca btl tcp,self --mca btl_tcp_if_include 192.168.0.0/24 --hostfile $HOSTFILE -x DATA_PATH=$DATA_PATH -x PATH -mca pml ob1 mpirun_gpu_clusher.sh &

考虑到不同机器上的一些环境变量可能会不一样,我们采用mpirun启动一个mpirun_gpu_cluster.sh的形式,在不同机器上的该脚本文件中指定所需的环境变量。此处我们配置了NCCL_SOCKET_IFNAME,来指定NCCL进行通信时的网卡。

#!/bin/bash
# mpirun_gpu_clusher.sh
# 你可以在这里设置每台机器上不同的环境变量,如下面的网卡名字

export NCCL_SOCKET_IFNAME="en5" # 需进行节点间通信的网卡的名字,不同机器上可能不一致,使用ifconfig查看。
pytest -s -v ./resnet50_distributed_training_gpu.py > train.log 2>&1 &

分布式训练模型参数保存与加载

在GPU上进行分布式训练时,模型参数的保存和加载的方法与Ascend上一致,可参考分布式训练模型参数保存和加载

不依赖OpenMPI进行训练

出于训练时的安全及可靠性要求,MindSpore GPU还支持不依赖OpenMPI的分布式训练

OpenMPI在分布式训练的场景中,起到在Host侧同步数据以及进程间组网的功能;MindSpore通过复用Parameter Server模式训练架构,取代了OpenMPI能力。

参考Parameter Server模式训练教程,将多个MindSpore训练进程作为Worker启动,并且额外启动一个Scheduler,对脚本做少量修改,即可执行不依赖OpenMPI的分布式训练

执行Worker脚本前需要导出环境变量,如环境变量设置:

export MS_SERVER_NUM=0                # Server number
export MS_WORKER_NUM=8                # Worker number
export MS_SCHED_HOST=127.0.0.1        # Scheduler IP address
export MS_SCHED_PORT=6667             # Scheduler port
export MS_ROLE=MS_WORKER              # The role of this process: MS_SCHED represents the scheduler, MS_WORKER represents the worker, MS_PSERVER represents the Server

在此模式下,不建议启动MS_PSERVER角色的进程,因为此角色在数据并行训练中无影响。

运行脚本

在GPU硬件平台上,下面以使用8张卡的分布式训练脚本为例,演示如何运行脚本:

样例的运行目录:distributed_training

相比OpenMPI方式启动,此模式需要调用Parameter Server模式中的set_ps_context接口,告诉MindSpore此次任务使用了PS模式训练架构:

import mindspore as ms
from mindspore.communication import init

if __name__ == "__main__":
    ms.set_context(mode=ms.GRAPH_MODE, device_target="GPU")
    ms.set_ps_context(config_file_path="/path/to/config_file.json", enable_ssl=True,
                              client_password="123456", server_password="123456")
    init("nccl")
    ...

其中,

  • mode=GRAPH_MODE:使用分布式训练需要指定运行模式为图模式(PyNative模式当前仅支持数据并行)。

  • init("nccl"):使能NCCL通信,并完成分布式训练初始化操作。

  • 默认情况下,安全加密通道是关闭的,需要通过set_ps_context正确配置安全加密通道或者关闭安全加密通道后,才能调用init(“nccl”),否则初始化组网会失败。

若想使用安全加密通道,请配置:

set_ps_context(config_file_path="/path/to/config_file.json", enable_ssl=True, client_password="123456", server_password="123456")

详细参数配置说明请参考Python API mindspore.set_ps_context,以及本文档安全认证章节。

脚本内容run_gpu_cluster.sh如下,在启动Worker和Scheduler之前,需要添加相关环境变量设置:

#!/bin/bash

echo "=========================================="
echo "Please run the script as: "
echo "bash run_gpu_cluster.sh DATA_PATH"
echo "For example: bash run_gpu_cluster.sh /path/dataset"
echo "It is better to use the absolute path."
echo "==========================================="
DATA_PATH=$1
export DATA_PATH=${DATA_PATH}

rm -rf device
mkdir device
cp ./resnet50_distributed_training_gpu.py ./resnet.py ./device
cd ./device
echo "start training"

# Launch 8 workers.
for((i=0;i<8;i++));
do
    export MS_WORKER_NUM=8
    export MS_SCHED_HOST=XXX.XXX.XXX.XXX  # Scheduler IP address
    export MS_SCHED_PORT=XXXX             # Scheduler port
    export MS_ROLE=MS_WORKER
    pytest -s -v ./resnet50_distributed_training_gpu.py > worker_$i.log 2>&1 &
done

# Launch 1 scheduler.
export MS_WORKER_NUM=8
export MS_SCHED_HOST=XXX.XXX.XXX.XXX  # Scheduler IP address
export MS_SCHED_PORT=XXXX             # Scheduler port
export MS_ROLE=MS_SCHED
pytest -s -v ./resnet50_distributed_training_gpu.py > scheduler.log 2>&1 &

执行如下指令:

./run_gpu_cluster.sh DATA_PATH

即可单机内部执行8卡分布式训练,若希望执行跨机训练,则需要将脚本拆分,如执行2机8卡训练,每台机器执行启动4Worker:

脚本run_gpu_cluster_1.sh在机器1上启动1SchedulerWorker1Worker4

#!/bin/bash

echo "=========================================="
echo "Please run the script as: "
echo "bash run_gpu_cluster.sh DATA_PATH"
echo "For example: bash run_gpu_cluster.sh /path/dataset"
echo "It is better to use the absolute path."
echo "==========================================="
DATA_PATH=$1
export DATA_PATH=${DATA_PATH}

rm -rf device
mkdir device
cp ./resnet50_distributed_training_gpu.py ./resnet.py ./device
cd ./device
echo "start training"

# Launch 1-4 workers.
for((i=0;i<4;i++));
do
    export MS_WORKER_NUM=8
    export MS_SCHED_HOST=XXX.XXX.XXX.XXX  # Scheduler IP address
    export MS_SCHED_PORT=XXXX             # Scheduler port
    export MS_ROLE=MS_WORKER
    pytest -s -v ./resnet50_distributed_training_gpu.py > worker_$i.log 2>&1 &
done

# Launch 1 scheduler.
export MS_WORKER_NUM=8
export MS_SCHED_HOST=XXX.XXX.XXX.XXX  # Scheduler IP address
export MS_SCHED_PORT=XXXX             # Scheduler port
export MS_ROLE=MS_SCHED
pytest -s -v ./resnet50_distributed_training_gpu.py > scheduler.log 2>&1 &

脚本run_gpu_cluster_2.sh在机器2上启动Worker5Worker8(无需再执行Scheduler):

#!/bin/bash

echo "=========================================="
echo "Please run the script as: "
echo "bash run_gpu_cluster.sh DATA_PATH"
echo "For example: bash run_gpu_cluster.sh /path/dataset"
echo "It is better to use the absolute path."
echo "==========================================="
DATA_PATH=$1
export DATA_PATH=${DATA_PATH}

rm -rf device
mkdir device
cp ./resnet50_distributed_training_gpu.py ./resnet.py ./device
cd ./device
echo "start training"

# Launch 5-8 workers.
for((i=4;i<8;i++));
do
    export MS_WORKER_NUM=8
    export MS_SCHED_HOST=XXX.XXX.XXX.XXX  # Scheduler IP address
    export MS_SCHED_PORT=XXXX             # Scheduler port
    export MS_ROLE=MS_WORKER
    pytest -s -v ./resnet50_distributed_training_gpu.py > worker_$i.log 2>&1 &
done

在两台主机分别执行:

./run_gpu_cluster_1.sh DATA_PATH
./run_gpu_cluster_2.sh DATA_PATH

即可执行2机8卡分布式训练任务。

若希望启动数据并行模式训练,需要将脚本resnet50_distributed_training_gpu.pyset_auto_parallel_context入参并行模式改为DATA_PARALLEL:

set_auto_parallel_context(parallel_mode=ParallelMode.DATA_PARALLEL, gradients_mean=True)

脚本会在后台运行,日志文件会保存到当前目录下,共跑了10个epoch,每个epoch有234个step,关于Loss部分结果保存在worker_*.log中。将loss值grep出来后,示例如下:

epoch: 1 step: 1, loss is 2.3025854
epoch: 1 step: 1, loss is 2.3025854
epoch: 1 step: 1, loss is 2.3025854
epoch: 1 step: 1, loss is 2.3025854
epoch: 1 step: 1, loss is 2.3025854
epoch: 1 step: 1, loss is 2.3025854
epoch: 1 step: 1, loss is 2.3025854
epoch: 1 step: 1, loss is 2.3025854

安全认证

要支持节点/进程间的SSL安全认证,要开启安全认证,通过Python API mindspore.set_ps_context配置enable_ssl=True(不传入时默认为False,表示不启用SSL安全认证),config_file_path指定的config.json配置文件需要添加如下字段:

{
  "server_cert_path": "server.p12",
  "crl_path": "",
  "client_cert_path": "client.p12",
  "ca_cert_path": "ca.crt",
  "cipher_list": "ECDHE-R SA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-RSA-AES256-GCM-SHA384:ECDHE-ECDSA-AES256-GCM-SHA384:DHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:DHE-DSS-AES128-GCM-SHA256:DHE-RSA-AES256-GCM-SHA384:DHE-DSS-AES256-GCM-SHA384:DHE-PSK-AES128-GCM-SHA256:DHE-PSK-AES256-GCM-SHA384:DHE-PSK-CHACHA20-POLY1305:ECDHE-RSA-CHACHA20-POLY1305:ECDHE-PSK-CHACHA20-POLY1305:DHE-RSA-AES128-CCM:DHE-RSA-AES256-CCM:DHE-RSA-CHACHA20-POLY1305:DHE-PSK-AES128-CCM:DHE-PSK-AES256-CCM:ECDHE-ECDSA-AES128-CCM:ECDHE-ECDSA-AES256-CCM:ECDHE-ECDSA-CHACHA20-POLY1305",
  "cert_expire_warning_time_in_day": 90
}
  • server_cert_path: 服务端包含了证书和秘钥的密文的p12文件(SSL专用证书文件)路径。

  • crl_path: 吊销列表(用于区分无效不可信证书和有效可信证书)的文件路径。

  • client_cert_path: 客户端包含了证书和秘钥的密文的p12文件(SSL专用证书文件)路径。

  • ca_cert_path: 根证书路径。

  • cipher_list: 密码套件(支持的SSL加密类型列表)。

  • cert_expire_warning_time_in_day: 证书过期的告警时间。

p12文件中的秘钥为密文存储,在启动时需要传入密码,具体参数请参考Python API mindspore.set_ps_context中的client_password以及server_password字段。

容灾恢复

模型训练对分布式训练架构的可靠性、可服务性要求比较高,MindSpore支持数据并行下容灾恢复,多卡数据并行训练场景集群(多个Worker和1个Scheduler)中存在进程异常退出,被重新拉起后,训练任务继续能正常执行;

场景约束: 在图模式下,采用MindData进行数据下沉模式训练,开启数据并行模式,采用上述的非OpenMPI的方式拉起Worker进程。

在上述场景下,训练过程中如果有节点挂掉,保证在相同的环境变量(MS_ENABLE_RECOVERYMS_RECOVERY_PATH)下,重新拉起对应进程对应的脚本后训练可继续,并且不影响精度收敛。

1) 开启容灾:

通过环境变量开启容灾:

export MS_ENABLE_RECOVERY=1             #开启容灾
export MS_RECOVERY_PATH=“/xxx/xxx”      #配置持久化路径文件夹,Worker和Scheduler进程在执行过程中会进行必要的持久化,如用于恢复组网的节点信息以及训练业务中间状态等

2)配置checkpoint保存间隔,样例如下:

ckptconfig = ms.CheckpointConfig(save_checkpoint_steps=100, keep_checkpoint_max=5)
ckpoint_cb = ms.ModelCheckpoint(prefix='train', directory="./ckpt_of_rank_/"+str(get_rank()), config=ckptconfig)

每个Worker都开启保存checkpoint,并用不同的路径(如上述样例中的directory的设置使用了rank id,保证路径不会相同),防止同名checkpoint保存冲突。checkpoint用于异常进程恢复和正常进程回滚,训练的回滚是指集群中各个Worker都恢复到最新的checkpoint对应的状态,同时数据侧也回退到对应的step,然后继续训练。保存checkpoint的间隔是可配置的,这个间隔决定了容灾恢复的粒度,间隔越小,恢复到上次保存checkpoint所回退的step数就越小,但保存checkpoint频繁也可能会影响训练效率,间隔越大则效果相反。keep_checkpoint_max至少设置为2(防止checkpoint保存失败)。

样例的运行目录:distributed_training

涉及到的脚本有run_gpu_cluster_recovery.sh, resnet50_distributed_training_gpu_recovery.py, resnet.py。脚本内容run_gpu_cluster_recovery.sh如下:

#!/bin/bash

echo "=========================================="
echo "Please run the script as: "
echo "bash run_gpu_cluster_recovery.sh DATA_PATH"
echo "For example: bash run_gpu_cluster_recovery.sh /path/dataset"
echo "It is better to use the absolute path."
echo "==========================================="
DATA_PATH=$1
export DATA_PATH=${DATA_PATH}

export MS_ENABLE_RECOVERY=1      # Enable recovery
export MS_RECOVERY_PATH=/XXX/XXX # Set recovery path

rm -rf device
mkdir device
cp ./resnet50_distributed_training_gpu_recovery.py ./resnet.py ./device
cd ./device
echo "start training"

# Launch 1 scheduler.
export MS_WORKER_NUM=8
export MS_SCHED_HOST=XXX.XXX.XXX.XXX  # Scheduler IP address
export MS_SCHED_PORT=XXXX             # Scheduler port
export MS_ROLE=MS_SCHED
export MS_NODE_ID=sched               # The node id for Scheduler
pytest -s -v ./resnet50_distributed_training_gpu_recovery.py > scheduler.log 2>&1 &

# Launch 8 workers.
for((i=0;i<8;i++));
do
    export MS_WORKER_NUM=8
    export MS_SCHED_HOST=XXX.XXX.XXX.XXX  # Scheduler IP address
    export MS_SCHED_PORT=XXXX             # Scheduler port
    export MS_ROLE=MS_WORKER
    export MS_NODE_ID=worker_$i           # The node id for Workers
    pytest -s -v ./resnet50_distributed_training_gpu_recovery.py > worker_$i.log 2>&1 &
done

在启动Worker和Scheduler之前,需要添加相关环境变量设置, 如Scheduler的IP和Port,当前进程的角色是Worker还是Scheduler。

执行下面的命令即可启动一个单机8卡的数据并行训练

bash run_gpu_cluster_recovery.sh YOUR_DATA_PATH"

分布式训练开始,若训练过程中遇到异常,如进程异常退出,然后再重新启动对应的进程,训练流程即可恢复: 例如训练中途Scheduler进程异常退出,可执行下列命令重新启动Scheduler:

export DATA_PATH=YOUR_DATA_PATH
export MS_ENABLE_RECOVERY=1           # Enable recovery
export MS_RECOVERY_PATH=/XXX/XXX      # Set recovery path

cd ./device

# Launch 1 scheduler.
export MS_WORKER_NUM=8
export MS_SCHED_HOST=XXX.XXX.XXX.XXX  # Scheduler IP address
export MS_SCHED_PORT=XXXX             # Scheduler port
export MS_ROLE=MS_SCHED
export MS_NODE_ID=sched               # The node id for Scheduler
pytest -s -v ./resnet50_distributed_training_gpu_recovery.py > scheduler.log 2>&1 &

Worker和Scheduler的组网会自动恢复。

Worker进程出现异常退出处理方式类似(注:Worker进程出现异常退出,需要等30s后再拉起才能恢复训练,在这之前,Scheduler为了防止网络抖动和恶意注册,拒绝相同node id的Worker再次注册)。