分布式并行训练基础样例（GPU）

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.py和resnet50_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_rank、get_local_size、get_world_rank_from_group_rank、get_group_rank_from_world_rank、create_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_shards和shard_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。 数据并行及自动并行模式下，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_tensor(-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_num和global_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.train import Model, LossMonitor
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 = 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 = 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_PATH和HOSTFILE，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。用户可以点击多卡启动方式查看多卡启动方式在不同平台的支持情况。

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.train import CheckpointConfig, ModelCheckpoint
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1Scheduler和Worker1到Worker4：

#!/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Worker5到Worker8(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.py中set_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_RECOVERY 和 MS_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 = CheckpointConfig(save_checkpoint_steps=100, keep_checkpoint_max=5)
ckpoint_cb = 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)。