Pytorch基础操作 —— 2.数据与模型在CPU与GPU之间的拷贝与传递

柔光的暖阳◎ 2022-08-28 08:55 614阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  GPU 与 CPU 的运算对比
 *  张量或模型所在的设备位置
 *  检查自己的设备是否支持CUDA
 *  把数据或模型从CPU转到GPU上
 *  把数据或模型拷贝到多张GPU上
 *  把数据或模型拷贝到回CPU上

# GPU 与 CPU 的运算对比 #

首先不是所有的电脑都有GPU，我们这里的GPU要强调，必须是 **Nvidia** 家的显卡，所以你无论是Intel的独显，还是AMD家的独显，都没法使用到以下的特性加速你的计算过程，那就更不要提什么核显这种了。

GPU相对CPU来说更擅长科学计算，这是因为GPU舍弃，或大大简化了CPU需要负担的复杂任务执行的Control单元，而同时有更多负责加减乘除运算的ALU单元。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5omT56CB55qE6Zi_6YCa_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center]

为了更直观对比两者在计算性能上的差异，我们做一个实验。

import torch
    import time
    
    
    with torch.no_grad():
        # 程序计时开始
        time_start = time.time()
    
        tensor1 = torch.randn(100, 1000, 1000)
        tensor2 = torch.randn(100, 1000, 1000)
    
        result = tensor1 * tensor2
        for i in range(1000):
            result = result + tensor1 * tensor2
    
        # 程序片段后插入以下两行
        time_end = time.time()
        print('Time cost on CPU = %fs' % (time_end - time_start))
    
    
        # 程序计时开始
        time_start = time.time()
    
        tensor1 = torch.randn(100, 1000, 1000).cuda()
        tensor2 = torch.randn(100, 1000, 1000).cuda()
    
        result = tensor1 * tensor2
        for i in range(1000):
            result = result + tensor1 * tensor2
    
        # 程序片段后插入以下两行
        time_end = time.time()
        print('Time cost on GPU = %fs' % (time_end - time_start))

这是一个程序计时，我们模拟的是两个高维度的张量数据的计算，这种运算规模在亿级以上。使用CPU的计算结果是：

Time cost on CPU = 178.318684s

而到了GPU上，则表现为

Time cost on GPU = 4.024427s

我现在使用的设备主要是Dell G7，主要的配置是

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5omT56CB55qE6Zi_6YCa_size_15_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center]

可以看到GPU其实是一颗很羸弱的1060，但是同样维度的张量计算却比CPU块了不止一倍。这就是GPU的恐怖计算能力。

# 张量或模型所在的设备位置 #

我们在创建了张量，或者网络模型后，有时候会好奇这些模型、数据存储在哪里，所以可以通过下面这条命令来查看。

tensor.device

这对于模型也是一样的。

next(model.parameters()).device

我们来看看怎么用的

import torch
    
    
    class UserDefinedModel(torch.nn.Module):
    
        def __init__(self):
            super().__init__()
            self.linear = torch.nn.Linear(100, 30)
    
        def forward(self, data):
            return self.linear(data)
    
    
    tensor1 = torch.randn(100, 1000, 1000)
    tensor2 = tensor1.cuda()
    
    cpu_model = UserDefinedModel()
    gpu_model = UserDefinedModel().cuda()
    
    print("tensor on", tensor1.device)
    print("tensor on", tensor2.device)
    
    print("model on", next(cpu_model.parameters()).device)
    print("model on", next(gpu_model.parameters()).device)

输出结果：

tensor on cpu
    tensor on cuda:0
    model on cpu
    model on cuda:0

# 检查自己的设备是否支持CUDA #

现在你可能会问，我有什么办法可以知道自己的设备是否支持CUDA呢？你可以执行下面这个命令来获得自己的设备支持情况。

import torch
    
    if torch.cuda.is_available():
    	print("CUDA available")
    else:
    	print("CPU only")

# 把数据或模型从CPU转到GPU上 #

由于 torch 同时支持GPU与CPU计算, 这使得它的应用性可以更广泛的覆盖到不同的设备上. 你可以根据自己设备的特点, 来决定如何更好的使用 torch。

目前对于科学计算来说，Nvidia家的显卡能更好的支持科学计算, 所以自然而然的, 当需要消耗大量资源的矩阵计算出现时, 最好是把这类计算全部放到GPU上更为合算. 所以我们可以通过以下命令，把数据写入到GPU的运存上

拷贝方法很简单，可以这样做：

**CPU  → \\rightarrow → GPU**

if torch.cuda.is_available():
      tensor = tensor.cuda()

你也可以这样：

import torch
    
    # 检查支持什么设备
    device = torch.device("cuda:0" if torch.cuda.is_available() else "cpu")
    
    # 把数据拷贝到适合的设备上
    tensor1 = torch.randn(10, 10).to(device)
    print(tensor1.device)

相对来说，上面的方法相对比较温和一些

# 把数据或模型拷贝到多张GPU上 #

如果你有多张GPU，通常是渲染工作站，有多过一张的CUDA卡，那么也可以通过指定的形式，把数据传拷贝到指定的 GPU 设备的运存上

tensor_cuda_0 = tensor.to('cuda:0')
    	tensor_cuda_1 = tensor.to('cuda:1')
    	tensor_cuda_2 = tensor.to('cuda:2')
    	...

也可以使用上面提到过的device方法

import torch
    
    # 检查支持什么设备
    device1 = torch.device("cuda:0" if torch.cuda.is_available() else "cpu")
    device2 = torch.device("cuda:1" if torch.cuda.is_available() else "cpu")
    device3 = torch.device("cuda:2" if torch.cuda.is_available() else "cpu")
    device4 = torch.device("cuda:3" if torch.cuda.is_available() else "cpu")
    ...
    
    tensor_cuda_0 = tensor.to(device1)
    tensor_cuda_1 = tensor.to(device2)
    tensor_cuda_2 = tensor.to(device3)
    ...

或者直接用.cuda()

tensor1 = torch.randn(10, 10).cuda()

这个指令会把数据传送到默认的CUDA设备上，如果有多块设备要制定，可以这样

tensor1 = torch.randn(10, 10).cuda(0)
    tensor2 = torch.randn(10, 10).cuda(1)
    tensor3 = torch.randn(10, 10).cuda(2)
    ...

# 把数据或模型拷贝到回CPU上 #

如果想要把数据从 GPU 拷贝到回 CPU 的运存上，那么就执行如下命令：

tensor = tensor.to('cpu')

除此以外，目前的torch还支持使用 cpu() ，以函数的形式进行拷贝。

tensor = tensor.cpu()

[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5omT56CB55qE6Zi_6YCa_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center]: /images/20220828/131ef602b1ca42cda688a19b8356ae6b.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5omT56CB55qE6Zi_6YCa_size_15_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center]: /images/20220828/b34f332404114d0a9ed171e7591d813c.png