parallel_do_op.cc 13.4 KB
Newer Older
Y
Yang Yang 已提交
1 2
/* Copyright (c) 2016 PaddlePaddle Authors. All Rights Reserve.

Y
Yang Yang 已提交
3 4 5
Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
you may not use this file except in compliance with the License.
You may obtain a copy of the License at
Y
Yang Yang 已提交
6

Y
Yang Yang 已提交
7
    http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
Y
Yang Yang 已提交
8

Y
Yang Yang 已提交
9 10 11 12 13
Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
See the License for the specific language governing permissions and
limitations under the License. */
Y
Yang Yang 已提交
14 15

#include <vector>
Y
Yang Yang 已提交
16

Y
Yang Yang 已提交
17 18
#include "paddle/framework/executor.h"
#include "paddle/framework/op_registry.h"
Y
Yang Yu 已提交
19
#include "paddle/framework/threadpool.h"
Y
Yang Yu 已提交
20
#include "paddle/operators/detail/safe_ref.h"
Y
Yang Yang 已提交
21 22 23 24

namespace paddle {
namespace operators {

Y
Yang Yu 已提交
25 26 27
static constexpr char kInputs[] = "inputs";
static constexpr char kParameters[] = "parameters";
static constexpr char kPlaces[] = "places";
Y
Yang Yang 已提交
28

Y
Yang Yu 已提交
29 30
static constexpr char kOutputs[] = "outputs";
static constexpr char kParallelScopes[] = "parallel_scopes";
Y
Yang Yang 已提交
31

Y
Yang Yu 已提交
32
static constexpr char kParallelBlock[] = "sub_block";
Y
Yang Yang 已提交
33

Y
Yang Yang 已提交
34
using LoDTensor = framework::LoDTensor;
Y
Yang Yang 已提交
35
using SelectedRows = framework::SelectedRows;
Y
Yang Yang 已提交
36

Y
Yu Yang 已提交
37 38
static void SplitTensorAndMoveTensorToScopes(
    const framework::Scope &scope, std::vector<framework::Scope *> *sub_scopes,
Y
Yang Yang 已提交
39 40
    const std::vector<platform::Place> &places,
    const std::vector<std::string> &names) {
Y
Yu Yang 已提交
41
  size_t num_sub_scopes = 0;
Y
Yang Yang 已提交
42
  for (auto &argu : names) {
Y
Yang Yu 已提交
43 44 45 46
    const auto &tensor =
        detail::Ref(scope.FindVar(argu),
                    "Cannot find variable %s in the parent scope", argu)
            .Get<LoDTensor>();
Y
Yang Yang 已提交
47 48 49
    auto lod_tensors = tensor.SplitLoDTensor(places);

    for (auto &lod : lod_tensors) {
Y
Yang Yang 已提交
50
      VLOG(3) << lod.dims();
Y
Yang Yang 已提交
51
    }
Y
Yu Yang 已提交
52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63
    if (num_sub_scopes == 0) {
      num_sub_scopes = lod_tensors.size();
    } else {
      PADDLE_ENFORCE_EQ(num_sub_scopes, lod_tensors.size());
    }
    PADDLE_ENFORCE_NE(num_sub_scopes, 0);
    if (sub_scopes->size() == 0) {
      sub_scopes->reserve(num_sub_scopes);
      for (size_t i = 0; i < num_sub_scopes; ++i) {
        sub_scopes->emplace_back(&scope.NewScope());
      }
    }
Y
Yang Yang 已提交
64

Y
Yu Yang 已提交
65
    for (size_t i = 0; i < lod_tensors.size(); ++i) {
Y
Yang Yu 已提交
66 67 68
      *detail::Ref(sub_scopes->at(i)->Var(argu),
                   "Cannot find variable in the sub-scope", argu)
           .GetMutable<LoDTensor>() = lod_tensors[i];
Y
Yang Yang 已提交
69 70 71 72
    }
  }
}

Y
Yang Yang 已提交
73 74 75
inline void CopyOrShare(const framework::Variable &src,
                        const platform::Place &dst_place,
                        framework::Variable *dst) {
Y
Yang Yang 已提交
76 77 78
  if (src.IsType<LoDTensor>()) {
    if (src.Get<LoDTensor>().place() == dst_place) {
      dst->GetMutable<LoDTensor>()->ShareDataWith(src.Get<LoDTensor>());
D
dzhwinter 已提交
79
      dst->GetMutable<LoDTensor>()->set_lod(src.Get<LoDTensor>().lod());
Y
Yang Yang 已提交
80 81
    } else {
      Copy(src.Get<LoDTensor>(), dst_place, dst->GetMutable<LoDTensor>());
D
dzhwinter 已提交
82
      framework::LoD lod(src.Get<LoDTensor>().lod());
D
dzhwinter 已提交
83 84
      lod.CopyToPeer(dst_place);
      dst->GetMutable<LoDTensor>()->set_lod(lod);
Y
Yang Yang 已提交
85 86 87 88 89
    }
  } else if (src.IsType<SelectedRows>()) {
    auto &src_sr = src.Get<SelectedRows>();
    auto *dst_sr = dst->GetMutable<SelectedRows>();
    dst_sr->set_height(src_sr.height());
Y
Yang Yang 已提交
90 91
    if (src_sr.value().place() == dst_place) {
      dst_sr->mutable_value()->ShareDataWith(src_sr.value());
D
dzhwinter 已提交
92
      dst_sr->set_rows(src_sr.rows());
Y
Yang Yang 已提交
93 94
    } else {
      Copy(src_sr.value(), dst_place, dst_sr->mutable_value());
D
dzhwinter 已提交
95
      framework::Vector<int64_t> lod(src_sr.rows());
D
dzhwinter 已提交
96 97
      lod.CopyToPeer(dst_place);
      dst_sr->set_rows(lod);
Y
Yang Yang 已提交
98
    }
Y
Yang Yang 已提交
99 100 101 102 103
  } else {
    PADDLE_THROW("Expect LoDTensor/SelectedRows, get %s", src.Type().name());
  }
}

Y
Yang Yang 已提交
104 105 106 107 108 109
void WaitOnPlace(const platform::Place place) {
  platform::DeviceContextPool &pool = platform::DeviceContextPool::Instance();
  auto &dev_ctx = *pool.Get(place);
  dev_ctx.Wait();
}

110 111 112 113 114 115 116 117 118
void WaitOnPlaces(const std::vector<platform::Place> places) {
  platform::DeviceContextPool &pool = platform::DeviceContextPool::Instance();

  for (auto &place : places) {
    auto &dev_ctx = *pool.Get(place);
    dev_ctx.Wait();
  }
}

Y
Yang Yang 已提交
119
class ParallelDoOp : public framework::OperatorBase {
Y
Yang Yang 已提交
120 121 122 123 124
 public:
  ParallelDoOp(const std::string &type,
               const framework::VariableNameMap &inputs,
               const framework::VariableNameMap &outputs,
               const framework::AttributeMap &attrs)
Y
Yu Yang 已提交
125
      : framework::OperatorBase(type, inputs, outputs, attrs) {}
Y
Yang Yang 已提交
126 127

  void Run(const framework::Scope &scope,
Y
Yang Yang 已提交
128 129 130 131 132 133
           const platform::Place &place) const override {
    // get device context from pool
    platform::DeviceContextPool &pool = platform::DeviceContextPool::Instance();
    auto &dev_ctx = *pool.Get(place);

    auto *block = Attr<framework::BlockDesc *>(kParallelBlock);
Y
Yang Yang 已提交
134
    auto *program = block->Program();
Y
Yang Yang 已提交
135

136
    auto &places = scope.FindVar(Input(kPlaces))->Get<platform::PlaceList>();
Y
Yang Yang 已提交
137

Y
Yang Yang 已提交
138 139 140
    auto &sub_scopes = *scope.FindVar(Output(kParallelScopes))
                            ->GetMutable<std::vector<framework::Scope *>>();

141
    // split input
Y
Yu Yang 已提交
142
    SplitTensorAndMoveTensorToScopes(scope, &sub_scopes, places,
Y
Yang Yang 已提交
143
                                     Inputs(kInputs));
Y
Yu Yang 已提交
144

145 146 147 148 149
    // copy parameter
    for (auto &param : Inputs(kParameters)) {
      PADDLE_ENFORCE(scope.FindVar(param)->IsType<LoDTensor>(),
                     "Only support parameter type as LoDTensor");
      auto &src = scope.FindVar(param)->Get<LoDTensor>();
Y
Yu Yang 已提交
150
      for (size_t i = 0; i < sub_scopes.size(); ++i) {
151 152 153 154
        auto &place = places[i];
        auto *sub_scope = sub_scopes[i];
        auto *dst = sub_scope->Var(param)->GetMutable<LoDTensor>();
        framework::Copy(src, place, dst);
D
dzhwinter 已提交
155
        dst->set_lod(src.lod());
156 157 158
      }
    }
    WaitOnPlaces(places);
Y
Yang Yang 已提交
159

Y
Yang Yu 已提交
160 161
    std::vector<std::future<void>> workers;
    workers.reserve(places.size());
Y
Yu Yang 已提交
162
    for (size_t place_idx = 0; place_idx < sub_scopes.size(); ++place_idx) {
Y
Yang Yang 已提交
163 164 165
      auto &place = places[place_idx];
      auto *cur_scope = sub_scopes[place_idx];

Y
Yang Yu 已提交
166 167
      workers.emplace_back(framework::Async([program, cur_scope, place, block] {
        framework::Executor executor(place);
Y
Yang Yang 已提交
168 169 170 171 172
        executor.Run(*program, cur_scope, block->ID(),
                     false /*create_local_scope*/);
      }));
    }
    for (auto &worker : workers) {
Y
Yang Yu 已提交
173
      worker.wait();
Y
Yang Yang 已提交
174
    }
175
    WaitOnPlaces(places);
Y
Yang Yang 已提交
176 177 178 179

    // merge output
    for (auto &o_name : Outputs(kOutputs)) {
      std::vector<const framework::LoDTensor *> lod_tensors;
Y
Yang Yu 已提交
180
      lod_tensors.reserve(sub_scopes.size());
Y
Yang Yang 已提交
181
      for (auto *sub_scope : sub_scopes) {
Y
Yang Yu 已提交
182
        lod_tensors.emplace_back(&sub_scope->FindVar(o_name)->Get<LoDTensor>());
Y
Yang Yang 已提交
183 184 185 186 187 188
      }

      auto *lod_tensor_to_be_merged =
          scope.FindVar(o_name)->GetMutable<LoDTensor>();
      lod_tensor_to_be_merged->MergeLoDTensor(lod_tensors, dev_ctx.GetPlace());
    }
189
    WaitOnPlaces(places);
Y
Yang Yang 已提交
190
  }
Y
Yang Yang 已提交
191 192 193 194
};

class ParallelDoOpProtoMaker : public framework::OpProtoAndCheckerMaker {
 public:
Y
Yang Yang 已提交
195
  ParallelDoOpProtoMaker(OpProto *proto, framework::OpAttrChecker *op_checker)
Y
Yang Yang 已提交
196 197 198 199 200 201
      : OpProtoAndCheckerMaker(proto, op_checker) {
    AddInput(kInputs, "").AsDuplicable();
    AddInput(kParameters, "").AsDuplicable();
    AddInput(kPlaces, "");
    AddOutput(kOutputs, "").AsDuplicable();
    AddOutput(kParallelScopes, "");
Y
Yang Yang 已提交
202
    AddAttr<framework::BlockDesc *>(kParallelBlock, "");
Y
Yang Yang 已提交
203 204 205 206 207 208
    AddComment(R"DOC(
ParallelDo Operator.
)DOC");
  }
};

Y
Yu Yang 已提交
209
class ParallelDoGradOp : public framework::OperatorBase {
Y
Yang Yang 已提交
210 211 212 213 214
 public:
  ParallelDoGradOp(const std::string &type,
                   const framework::VariableNameMap &inputs,
                   const framework::VariableNameMap &outputs,
                   const framework::AttributeMap &attrs)
Y
Yu Yang 已提交
215
      : framework::OperatorBase(type, inputs, outputs, attrs) {}
Y
Yang Yang 已提交
216 217

  void Run(const framework::Scope &scope,
Y
Yang Yang 已提交
218 219
           const platform::Place &place) const override {
    auto *block = Attr<framework::BlockDesc *>(kParallelBlock);
Y
Yang Yang 已提交
220 221 222 223 224
    auto *program = block->Program();

    auto &sub_scopes = scope.FindVar(Input(kParallelScopes))
                           ->Get<std::vector<framework::Scope *>>();

225
    auto &places = scope.FindVar(Input(kPlaces))->Get<platform::PlaceList>();
Y
Yang Yang 已提交
226 227

    // feed output@grad
Y
Yu Yang 已提交
228 229 230
    SplitTensorAndMoveTensorToScopes(
        scope, const_cast<std::vector<framework::Scope *> *>(&sub_scopes),
        places, Inputs(framework::GradVarName(kOutputs)));
231
    WaitOnPlaces(places);
Y
Yang Yang 已提交
232 233

    // exe run
Y
Yang Yu 已提交
234
    std::vector<std::future<void>> workers;
Y
Yu Yang 已提交
235 236 237
    for (size_t i = 0; i < sub_scopes.size(); ++i) {
      auto &place = places[i];
      auto *cur_scope = sub_scopes[i];
Y
Yang Yang 已提交
238 239

      // execute
Y
Yang Yu 已提交
240 241
      workers.emplace_back(framework::Async([program, cur_scope, place, block] {
        framework::Executor executor(place);
Y
Yang Yang 已提交
242 243 244 245 246
        executor.Run(*program, cur_scope, block->ID(),
                     false /*create_local_scope*/);
      }));
    }
    for (auto &worker : workers) {
Y
Yang Yu 已提交
247
      worker.wait();
Y
Yang Yang 已提交
248
    }
249
    WaitOnPlaces(places);
Y
Yang Yang 已提交
250

Y
Yang Yang 已提交
251 252 253 254 255 256 257
    AccumulateGrad(scope, place, sub_scopes, places);
  }

  void AccumulateGrad(const framework::Scope &scope,
                      const platform::Place &place,
                      const std::vector<framework::Scope *> &sub_scopes,
                      const platform::PlaceList &places) const {
Y
Yang Yang 已提交
258
    for (auto &s : Outputs(framework::GradVarName(kParameters))) {
Y
Yang Yang 已提交
259
      std::string tmp_name;
Y
Yang Yang 已提交
260
      auto *tmp = sub_scopes[0]->Var(&tmp_name);
Y
Yu Yang 已提交
261 262

      for (size_t i = 1; i < sub_scopes.size(); ++i) {
Y
Yang Yang 已提交
263 264
        CopyOrShare(*sub_scopes[i]->FindVar(s), places[0], tmp);
        WaitOnPlace(places[0]);
Y
Yang Yang 已提交
265

Y
Yang Yang 已提交
266
        auto sum_op = framework::OpRegistry::CreateOp(
Y
Yu Yang 已提交
267
            "sum", {{"X", {s, tmp_name}}}, {{"Out", {s}}},
Y
Yang Yang 已提交
268
            framework::AttributeMap{});
Y
Yang Yang 已提交
269
        VLOG(3) << sum_op->DebugStringEx(sub_scopes[0]);
270
        sum_op->Run(*sub_scopes[0], places[0]);
Y
Yang Yang 已提交
271
        WaitOnPlace(places[0]);
Y
Yang Yang 已提交
272 273
      }

Y
Yang Yang 已提交
274
      CopyOrShare(*sub_scopes[0]->FindVar(s), place, scope.FindVar(s));
Y
Yang Yang 已提交
275
    }
Y
Yang Yang 已提交
276
    WaitOnPlaces(places);
Y
Yang Yang 已提交
277
  }
Y
Yang Yang 已提交
278 279
};

Y
Yu Yang 已提交
280 281 282 283 284 285 286
std::ostream &operator<<(std::ostream &sout,
                         const std::vector<std::string> &strs) {
  std::copy(strs.begin(), strs.end(),
            std::ostream_iterator<std::string>(sout, ","));
  return sout;
}

Y
Yang Yang 已提交
287 288 289 290 291
class ParallelDoGradOpDescMaker : public framework::SingleGradOpDescMaker {
 public:
  using framework::SingleGradOpDescMaker::SingleGradOpDescMaker;

 protected:
Y
Yang Yang 已提交
292 293
  virtual std::unique_ptr<framework::OpDesc> Apply() const {
    auto *grad = new framework::OpDesc();
Y
Yang Yang 已提交
294
    grad->SetType("parallel_do_grad");
Y
Yang Yang 已提交
295
    for (auto &input_param : this->InputNames()) {
Y
Yang Yang 已提交
296
      VLOG(3) << input_param;
Y
Yang Yang 已提交
297
      grad->SetInput(input_param, this->Input(input_param));
298 299 300 301
      if (input_param != kPlaces) {
        grad->SetOutput(framework::GradVarName(input_param),
                        this->InputGrad(input_param, false));
      }
Y
Yang Yang 已提交
302
    }
Y
Yang Yu 已提交
303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313
    auto *g_block = this->grad_block_[0];

    // All variable name that needed by gradient operators
    std::unordered_set<std::string> all_inputs_in_grad_blocks;

    for (size_t i = 0; i < g_block->OpSize(); ++i) {
      auto *op = g_block->Op(i);
      for (auto &var_name : op->InputArgumentNames()) {
        all_inputs_in_grad_blocks.insert(var_name);
      }
    }
Y
Yang Yang 已提交
314 315 316 317 318 319 320 321

    for (auto &output_param : this->OutputNames()) {
      if (output_param == kParallelScopes) {
        grad->SetInput(output_param, this->Output(output_param));
        grad->SetInput(framework::GradVarName(output_param),
                       this->Output(output_param));
      } else {
        grad->SetInput(output_param, this->Output(output_param));
Y
Yang Yu 已提交
322 323 324
        std::vector<std::string> og_names;
        for (auto &og_name : this->OutputGrad(output_param)) {
          if (all_inputs_in_grad_blocks.count(og_name) != 0) {
Y
Yang Yu 已提交
325 326
            // there are some gradient operators who need the OG. So make this
            // OG as an input of parallel.do
Y
Yang Yu 已提交
327 328
            og_names.push_back(og_name);
          }
Y
Yang Yu 已提交
329 330
          // else, there is no operator who need the OG. Do not use this OG as
          // an input
Y
Yang Yu 已提交
331 332
        }
        grad->SetInput(framework::GradVarName(output_param), og_names);
Y
Yang Yang 已提交
333 334 335 336 337
      }
    }
    grad->SetAttrMap(this->Attrs());
    grad->SetBlockAttr(kParallelBlock, *grad_block_[0]);

Y
Yang Yang 已提交
338
    return std::unique_ptr<framework::OpDesc>(grad);
Y
Yang Yang 已提交
339 340 341 342 343 344
  }
};

class ParallelDoGradOpShapeInference : public framework::InferShapeBase {
 public:
  void operator()(framework::InferShapeContext *ctx) const override {
Y
Yang Yang 已提交
345 346
    std::vector<std::string> input{kParameters, kInputs};
    std::vector<std::string> output{kOutputs};
Y
Yu Yang 已提交
347 348 349

    PADDLE_ENFORCE(ctx->HasInputs(kParameters));
    PADDLE_ENFORCE(ctx->HasOutputs(framework::GradVarName(kParameters)));
Y
Yang Yang 已提交
350
    PADDLE_ENFORCE(ctx->HasInputs(kInputs));
Y
Yu Yang 已提交
351

Y
Yang Yang 已提交
352 353 354
    for (auto &s : output) {
      PADDLE_ENFORCE(ctx->HasInputs(s));
    }
Y
Yu Yang 已提交
355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368

    ctx->SetOutputsDim(framework::GradVarName(kParameters),
                       ctx->GetInputsDim(kParameters));

    auto i_dims = ctx->GetInputsDim(kInputs);
    auto ig_names = ctx->Outputs(framework::GradVarName(kInputs));

    for (size_t i = 0; i < ig_names.size(); ++i) {
      auto &ig_name = ig_names[i];
      if (ig_name == framework::kEmptyVarName) {
        continue;
      }

      ctx->SetDims({ig_name}, {i_dims[i]});
Y
Yang Yang 已提交
369
    }
Y
Yu Yang 已提交
370

Y
Yang Yang 已提交
371 372 373 374 375
    if (ctx->HasInputs(kParameters)) {
      PADDLE_ENFORCE(ctx->HasOutputs(framework::GradVarName(kParameters)));
      ctx->SetOutputsDim(framework::GradVarName(kParameters),
                         ctx->GetInputsDim(kParameters));
    }
Y
Yang Yang 已提交
376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386
  }
};

}  // namespace operators
}  // namespace paddle

REGISTER_OPERATOR(parallel_do, paddle::operators::ParallelDoOp,
                  paddle::operators::ParallelDoOpProtoMaker,
                  paddle::operators::ParallelDoGradOpDescMaker);
REGISTER_OPERATOR(parallel_do_grad, paddle::operators::ParallelDoGradOp,
                  paddle::operators::ParallelDoGradOpShapeInference);