分布式訓練：在多臺機器上訓練

　　在更大的批量上訓練時，我們要如何控制多個服務器的算力呢?

　　最簡單的選擇是使用 PyTorch 的 DistributedDataParallel，它幾乎可以說是以上討論的 DataParallel 的直接替代元件。

　　但要注意：盡管代碼看起來很相似，但在分布式設定中訓練模型要改變工作流程，因為你必須在每個節(jié)點上啟動一個獨立的 Python 訓練腳本。正如我們將看到的，一旦啟動，這些訓練腳本可以通過使用 PyTorch 分布式后端一起同步化。

　　在實踐中，這意味著每個訓練腳本將擁有：

　　它自己的優(yōu)化器，并在每次迭代中執(zhí)行一個完整的優(yōu)化步驟，不需要進行參數傳播(DataParallel 中的步驟 2);

　　一個獨立的 Python 解釋器：這也將避免 GIL-freeze，這是在單個 Python 解釋器上驅動多個并行執(zhí)行線程時會出現的問題。

　　當多個并行前向調用由單個解釋器驅動時，在前向傳播中大量使用 Python 循環(huán)/調用的模型可能會被 Python 解釋器的 GIL 放慢速度。通過這種設置，DistributedDataParallel 甚至在單臺機器設置中也能很方便地替代 DataParallel。

　　現在我們直接討論代碼和用途。

　　DistributedDataParallel 是建立在 torch.distributed 包之上的，這個包可以為同步分布式運算提供低級原語，并能以不同的性能使用多種后端(tcp、gloo、mpi、nccl)。在這篇文章中，我將選擇一種簡單的開箱即用的方式來使用它，但你應該閱讀文檔和 Séb Arnold 寫的教程來深入理解這個模塊。

　　文檔：https://pytorch.org/docs/stable/distributed.html

　　教程：https://pytorch.org/tutorials/intermediate/dist_tuto.html

　　我們將考慮使用具有兩個 4 - GPU 服務器(節(jié)點)的簡單但通用的設置：

　　主服務器(服務器 1)擁有一個可訪問的 IP 地址和一個用于通信的開放端口。

　　改寫 Python 訓練腳本以適應分布式訓練

　　首先我們需要改寫腳本，從而令其可以在每臺機器(節(jié)點)上獨立運行。我們將實現完全的分布式訓練，并在每個節(jié)點的每塊 GPU 上運行一個獨立的進程，因此總共需要 8 個進程。

　　我們的訓練腳本有點長，因為需要為同步化初始化分布式后端，封裝模型并準備數據，以在數據的一個子集上來訓練每個進程(每個進程都是獨立的，因此我們需要自行處理)。以下是更新后的代碼：

　　from torch.utils.data.distributed import DistributedSampler

　　from torch.utils.data import DataLoader

　　# Each process runs on 1 GPU device specified by the local_rank argument.

　　parser = argparse.ArgumentParser()

　　parser.add_argument("--local_rank", type=int)

　　args = parser.parse_args()

　　# Initializes the distributed backend which will take care of sychronizing nodes/GPUs

　　torch.distributed.init_process_group(backend='nccl')

　　# Encapsulate the model on the GPU assigned to the current process

　　device = torch.device('cuda', arg.local_rank)

　　model = model.to(device)

　　distrib_model = torch.nn.parallel.DistributedDataParallel(model,

　　device_ids=[args.local_rank],

　　output_device=args.local_rank)

　　# Restricts data loading to a subset of the dataset exclusive to the current process

　　sampler = DistributedSampler(dataset)

　　dataloader = DataLoader(dataset, sampler=sampler)

　　for inputs, labels in dataloader:

　　predictions = distrib_model(inputs.to(device)) # Forward pass

　　loss = loss_function(predictions, labels.to(device)) # Compute loss function

　　loss.backward() # Backward pass

　　optimizer.step() # Optimizer step

　　啟動 Python 訓練腳本的多個實例

　　我們就快完成了，只需要在每個服務器上啟動訓練腳本的一個實例。

　　為了運行腳本，我們將使用 PyTorch 的 torch.distributed.launch 工具。它將用來設置環(huán)境變量，并用正確的 local_rank 參數調用每個腳本。

　　第一臺機器是最主要的，它應該對于所有其它機器都是可訪問的，因此擁有一個可訪問的 IP 地址(我們的案例中是 192.168.1.1)以及一個開放端口(在我們的案例中是 1234)。在第一臺機器上，我們使用 torch.distributed.launch 來運行訓練腳本：

　　python -m torch.distributed.launch --nproc_per_node=4 --nnodes=2 --node_rank=0 --master_addr="192.168.1.1" --master_port=1234 OUR_TRAINING_SCRIPT.py (--arg1 --arg2 --arg3 and all other arguments of our training script) # Optimizer step

　　在第二臺機器上，我們類似地啟動腳本：

　　python -m torch.distributed.launch --nproc_per_node=4 --nnodes=2 --node_rank=1 --master_addr="192.168.1.1" --master_port=1234 OUR_TRAINING_SCRIPT.py (--arg1 --arg2 --arg3 and all other arguments of our training script)

　　這兩個命令是相同的，除了—node_rank 參數，其在第一臺機器上被設為 0，在第二臺機器上被設為 1(如果再加一臺機器，則設為 2，以此類推…)。