parallel_executor.cc 24.3 KB
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/* Copyright (c) 2016 PaddlePaddle Authors. All Rights Reserved.

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WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
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limitations under the License. */

#include "paddle/fluid/framework/parallel_executor.h"
Y
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16 17
#include "ThreadPool.h"
#include "executor.h"
Y
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18
#include "lod_tensor.h"
Y
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19
#include "lod_tensor_array.h"
Y
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20
#include "op_registry.h"
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21
#include "paddle/fluid/operators/math/concat.h"
Y
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22 23

namespace paddle {
Y
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24 25
namespace framework {

Y
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26 27 28 29 30 31
#ifdef PADDLE_WITH_CUDA

// FIXME: CHECK the return value of x;
#define NCCL_INVOKE(x) x
#endif

Y
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32 33
struct OpHandle;

Y
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34 35 36 37 38
struct VarHandleBase {
  virtual ~VarHandleBase() {}
  virtual std::string DebugString() const = 0;

  OpHandle *generated_op_;
Y
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39
  std::unordered_set<OpHandle *> pending_ops_;
Y
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40 41 42 43 44 45 46 47 48
};

struct VarHandle : public VarHandleBase {
  std::string DebugString() const override {
    std::stringstream ss;
    ss << name_ << ":" << place_;
    return ss.str();
  }

Y
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49 50
  // version field currently is not used, however, just store the version to
  // debug easily.
Y
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51 52 53
  size_t version_;
  std::string name_;
  platform::Place place_;
Y
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54
};
Y
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55

Y
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56 57 58 59
struct DummyVarHandle : public VarHandleBase {
  std::string DebugString() const override { return "dummy"; }
};

Y
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60
struct DependencyVarHandle : public VarHandleBase {
Y
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61
  std::string DebugString() const override { return "Dependency Variable"; }
Y
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62 63 64
};

struct OpHandle {
Y
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65 66 67 68 69
  std::vector<VarHandleBase *> inputs_;
  std::vector<VarHandleBase *> outputs_;
  std::unordered_map<platform::Place, platform::DeviceContext *,
                     platform::PlaceHash>
      dev_ctx_;
Y
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70

Y
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71 72
  std::unordered_map<int, cudaEvent_t> events_;

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73 74 75 76
  std::string DebugString() {
    std::stringstream ss;
    ss << "(";
    for (auto *var : inputs_) {
Y
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77
      ss << var->DebugString() << ", ";
Y
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78 79 80
    }
    ss << ") --> (";
    for (auto *var : outputs_) {
Y
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81
      ss << var->DebugString() << ", ";
Y
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82 83 84 85 86 87
    }
    ss << ")\n";
    return ss.str();
  }

  virtual ~OpHandle() {}
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88

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89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124
  void Run() {
    if (events_.empty()) {
      for (auto &p : dev_ctx_) {
        int dev_id = boost::get<platform::CUDAPlace>(p.first).device;
        cudaSetDevice(dev_id);
        cudaEventCreateWithFlags(&events_[dev_id], cudaEventDisableTiming);
      }
    }

    RunImpl();

    for (auto &p : dev_ctx_) {
      int dev_id = boost::get<platform::CUDAPlace>(p.first).device;
      auto stream =
          static_cast<platform::CUDADeviceContext *>(p.second)->stream();
      cudaEventRecord(events_.at(dev_id), stream);
    }
  }

  virtual void Wait(platform::DeviceContext *waited_dev) {
    if (platform::is_cpu_place(waited_dev->GetPlace())) {
      for (auto &dev_ctx : dev_ctx_) {
        dev_ctx.second->Wait();
      }
    } else {
      auto stream =
          static_cast<platform::CUDADeviceContext *>(waited_dev)->stream();

      for (auto &ev : events_) {
        PADDLE_ENFORCE(cudaStreamWaitEvent(stream, ev.second, 0));
      }
    }
  }

 protected:
  virtual void RunImpl() = 0;
Y
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125 126 127 128
};

struct ComputationOpHandle : public OpHandle {
  std::unique_ptr<OperatorBase> op_;
Y
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129 130
  Scope *scope_;
  platform::Place place_;
Y
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131

Y
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132 133
  explicit ComputationOpHandle(const OpDesc &op_desc, Scope *scope,
                               platform::Place place)
Y
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134
      : op_(framework::OpRegistry::CreateOp(op_desc)),
Y
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135
        scope_(scope),
Y
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136
        place_(place) {}
Y
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137

Y
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138 139
 protected:
  void RunImpl() override {
Y
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140
    // Wait other op if necessary
Y
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141 142 143 144
    if (platform::is_gpu_place(place_)) {
      int dev_id = boost::get<platform::CUDAPlace>(place_).device;
      cudaSetDevice(dev_id);
    }
Y
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145 146 147
    auto *cur_ctx = dev_ctx_[place_];
    for (auto *in : inputs_) {
      if (in->generated_op_ && in->generated_op_->dev_ctx_[place_] != cur_ctx) {
Y
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148
        in->generated_op_->Wait(cur_ctx);
Y
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149 150 151 152
      }
    }

    op_->Run(*scope_, place_);
Y
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153
  }
Y
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154 155
};

Y
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156 157 158 159 160 161 162 163 164
struct ScaleLossGradOpHandle : public OpHandle {
  float coeff_;
  Scope *scope_;
  platform::Place place_;

  explicit ScaleLossGradOpHandle(size_t num_dev, Scope *scope,
                                 platform::Place place)
      : coeff_(static_cast<float>(1.0 / num_dev)),
        scope_(scope),
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165
        place_(place) {
Y
Set dev  
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166
    cudaSetDevice(boost::get<platform::CUDAPlace>(place_).device);
Y
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167 168
  }

Y
Log  
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169
  ~ScaleLossGradOpHandle() {
Y
SetDev  
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170
    cudaSetDevice(boost::get<platform::CUDAPlace>(place_).device);
Y
Log  
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171
  }
Y
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172

Y
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173 174
 protected:
  void RunImpl() override {
Y
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175
    std::string var_name = static_cast<VarHandle *>(this->outputs_[0])->name_;
Y
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176

Y
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177 178 179 180 181 182 183
    float *tmp = scope_->FindVar(var_name)
                     ->GetMutable<framework::LoDTensor>()
                     ->mutable_data<float>(make_ddim({1}), place_);

    if (platform::is_cpu_place(place_)) {
      *tmp = coeff_;
    } else {
Y
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184
      auto stream =
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185
          static_cast<platform::CUDADeviceContext *>(this->dev_ctx_[place_])
Y
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186 187 188 189
              ->stream();
      memory::Copy(boost::get<platform::CUDAPlace>(place_), tmp,
                   platform::CPUPlace(), &coeff_, sizeof(float), stream);
    }
Y
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190
  }
Y
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191 192
};

Y
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193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214
struct FetchedData {
 public:
  std::vector<framework::LoDTensor> tensors_;

  explicit FetchedData(size_t num_fetched) { tensors_.resize(num_fetched); }
};

struct FetchOpHandle : public OpHandle {
  std::shared_ptr<FetchedData> data_;
  size_t offset_;
  std::vector<Scope *> *local_scopes_;
  std::vector<LoDTensor> tensors_;

  ~FetchOpHandle() {
    for (auto *input_var : inputs_) {
      input_var->pending_ops_.erase(this);
    }

    // Lazily merge tensors. Will faster code.
    MergeTensors();
  }

Y
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215 216 217 218 219 220
  void Wait(platform::DeviceContext *waited_dev) override {
    PADDLE_THROW("Nobody should wait FetchOp. Unexpceted Error");
  }

 protected:
  void RunImpl() override {
Y
Debug  
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221
    for (auto *input : inputs_) {
Y
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222 223
      auto *var = static_cast<VarHandle *>(input);
      var->generated_op_->Wait(this->dev_ctx_[var->place_]);
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
224 225
    }

Y
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226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253
    tensors_.resize(inputs_.size());
    auto *var = static_cast<VarHandle *>(inputs_[0]);
    auto &var_name = var->name_;
    platform::CPUPlace cpu;
    auto &scopes = *local_scopes_;

    for (size_t i = 0; i < scopes.size(); ++i) {
      auto &scope = scopes[i];
      auto &t = scope->FindVar(var_name)->Get<framework::LoDTensor>();
      if (platform::is_gpu_place(var->place_)) {
        TensorCopy(t, cpu, *dev_ctx_[t.place()], &tensors_[i]);
      } else {
        tensors_[i].ShareDataWith(t);
        tensors_[i].set_lod(t.lod());
      }
    }
  }

 private:
  void MergeTensors() const {
    std::vector<const LoDTensor *> tensors_ptr;
    for (auto &t : tensors_) {
      tensors_ptr.emplace_back(&t);
    }
    data_->tensors_[offset_].MergeLoDTensor(tensors_ptr, platform::CPUPlace());
  }
};

Y
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254 255
class ParallelExecutorPrivate {
 public:
Y
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256 257
  explicit ParallelExecutorPrivate(size_t num_threads = 0)
      : pool_(num_threads == 0 ? nullptr : new ThreadPool(num_threads)) {}
Y
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258

Y
Stash  
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259 260
  std::vector<platform::Place> places_;

Y
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261
  std::vector<Scope *> local_scopes_;
Y
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262
  Scope *global_scope_;
Y
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263

Y
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264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278
#ifdef PADDLE_WITH_CUDA
  struct NCCLContext {
    std::unique_ptr<platform::CUDADeviceContext> ctx_;
    ncclComm_t comm;

    explicit NCCLContext(int dev_id) {
      ctx_.reset(new platform::CUDADeviceContext(platform::CUDAPlace(dev_id)));
    }

    cudaStream_t stream() const { return ctx_->stream(); }

    int device_id() const {
      return boost::get<platform::CUDAPlace>(ctx_->GetPlace()).device;
    }

Y
Update  
Yu Yang 已提交
279 280
    static void InitNCCLContext(std::unordered_map<int, NCCLContext> &contexts,
                                const std::vector<platform::Place> &places) {
Y
Yu Yang 已提交
281 282 283 284 285
      std::vector<ncclComm_t> comms;
      std::vector<int> devs;
      comms.resize(contexts.size());
      devs.reserve(contexts.size());

Y
Update  
Yu Yang 已提交
286 287
      for (auto &p : places) {
        devs.push_back(boost::get<platform::CUDAPlace>(p).device);
Y
Yu Yang 已提交
288 289 290 291 292 293
      }

      NCCL_INVOKE(platform::dynload::ncclCommInitAll(
          &comms[0], static_cast<int>(contexts.size()), &devs[0]));

      int i = 0;
Y
Update  
Yu Yang 已提交
294 295
      for (auto &dev_id : devs) {
        contexts.at(dev_id).comm = comms[i++];
Y
Yu Yang 已提交
296 297 298 299
      }
    }
  };

Y
Update  
Yu Yang 已提交
300
  std::unordered_map<int, NCCLContext> communication_streams_;
Y
Yu Yang 已提交
301 302 303 304 305 306 307 308

  NCCLContext &GetNCCLCtx(platform::Place p) {
    int dev_id = boost::get<platform::CUDAPlace>(p).device;
    return communication_streams_.at(dev_id);
  }

#endif

Y
Yu Yang 已提交
309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321
  platform::DeviceContext *CommunicationDevCtx(const platform::Place &place) {
    if (platform::is_cpu_place(place) || local_scopes_.size() == 1) {
      return const_cast<platform::DeviceContext *>(
          platform::DeviceContextPool::Instance().Get(place));
    } else {
#ifdef PADDLE_WITH_CUDA
      return GetNCCLCtx(place).ctx_.get();
#else
      PADDLE_THROW("Not compiled with CUDA")
#endif
    }
  }

Y
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322 323 324 325 326 327
  platform::Place main_place_;

  std::unordered_map<platform::Place,
                     std::unordered_map<std::string, std::map<int, VarHandle>>,
                     platform::PlaceHash>
      vars_;
Y
Yu Yang 已提交
328 329
  std::unordered_set<std::unique_ptr<VarHandleBase>> dep_vars_;

Y
Yu Yang 已提交
330
  std::vector<std::unique_ptr<OpHandle>> ops_;
Y
Yu Yang 已提交
331

Y
Yu Yang 已提交
332
  // Use a simpler thread pool, might be faster.
Y
Yu Yang 已提交
333
  std::unique_ptr<ThreadPool> pool_;
Y
Yu Yang 已提交
334 335

  std::unique_ptr<platform::EnforceNotMet> exception_;
Y
Yu Yang 已提交
336 337 338 339
};

// TODO(yy): Move this function somewhere
ncclDataType_t ToNCCLDataType(std::type_index type) {
Y
Stash  
Yu Yang 已提交
340 341 342 343 344 345 346 347 348
  if (type == typeid(float)) {  // NOLINT
    return ncclFloat;
  } else if (type == typeid(double)) {  // NOLINT
    return ncclDouble;
  } else if (type == typeid(int)) {  // NOLINT
    return ncclInt;
  } else {
    PADDLE_THROW("Not supported");
  }
Y
Yu Yang 已提交
349 350
}

Y
Yu Yang 已提交
351 352 353 354
struct NCCLAllReduceOpHandle : public OpHandle {
  ParallelExecutorPrivate *member_;

  explicit NCCLAllReduceOpHandle(ParallelExecutorPrivate *member)
Y
Yu Yang 已提交
355
      : member_(member) {}
Y
Yu Yang 已提交
356

Y
Yu Yang 已提交
357 358
 protected:
  void RunImpl() override {
Y
Yu Yang 已提交
359 360 361
    if (this->inputs_.size() == 1) {
      return;  // No need to all reduce when GPU count = 1;
    } else {
Y
Yu Yang 已提交
362 363 364 365 366 367
      // Wait input done
      for (auto *in : inputs_) {
        auto &p = static_cast<VarHandle *>(in)->place_;
        in->generated_op_->Wait(dev_ctx_[p]);
      }

Y
Yu Yang 已提交
368 369 370 371
      auto &var_name = static_cast<VarHandle *>(this->inputs_[0])->name_;
      int dtype = -1;
      size_t numel = 0;

Y
Update  
Yu Yang 已提交
372 373
      platform::dynload::ncclGroupStart();

Y
Yu Yang 已提交
374 375 376
      for (size_t i = 0; i < member_->local_scopes_.size(); ++i) {
        auto &p = member_->places_[i];
        auto *s = member_->local_scopes_[i];
Y
Yu Yang 已提交
377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389
        int dev_id = boost::get<platform::CUDAPlace>(p).device;

        auto &lod_tensor = s->FindVar(var_name)->Get<framework::LoDTensor>();
        void *buffer = const_cast<void *>(lod_tensor.data<void>());
        if (dtype == -1) {
          dtype = ToNCCLDataType(lod_tensor.type());
        }

        if (numel == 0) {
          numel = static_cast<size_t>(lod_tensor.numel());
        }

        auto &nccl_ctx = member_->communication_streams_.at(dev_id);
Y
Update  
Yu Yang 已提交
390 391 392
        platform::dynload::ncclAllReduce(
            buffer, buffer, numel, static_cast<ncclDataType_t>(dtype), ncclSum,
            nccl_ctx.comm, nccl_ctx.stream());
Y
Yu Yang 已提交
393
      }
Y
Update  
Yu Yang 已提交
394
      platform::dynload::ncclGroupEnd();
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
395
    }
Y
Yu Yang 已提交
396
  }
Y
Yu Yang 已提交
397 398
};

Y
Yu Yang 已提交
399 400 401 402 403 404
ParallelExecutor::ParallelExecutor(
    const std::vector<platform::Place> &places,
    const std::unordered_set<std::string> &params,
    const ProgramDesc &startup_program, const ProgramDesc &main_program,
    const std::string &loss_var_name, Scope *scope)
    : member_(new ParallelExecutorPrivate()) {
Y
Stash  
Yu Yang 已提交
405
  member_->places_ = places;
Y
Yu Yang 已提交
406
  member_->global_scope_ = scope;
Y
Yu Yang 已提交
407 408 409 410
  // Step 1. RunStartupProgram and Bcast the params to devs.
  Executor exe(places[0]);
  exe.Run(startup_program, scope, 0);
  // Create local scopes
Y
Yu Yang 已提交
411 412
  for (size_t i = 0; i < member_->places_.size(); ++i) {
    member_->local_scopes_.push_back(&scope->NewScope());
Y
Yu Yang 已提交
413 414 415 416
  }
  member_->main_place_ = places[0];

  // Bcast Parameters to all GPUs
Y
Yu Yang 已提交
417
  BuildNCCLCommunicator();
Y
Yu Yang 已提交
418 419 420
  if (platform::is_gpu_place(member_->main_place_) &&
      member_->local_scopes_.size() != 1) {  // Is CUDA
    BCastParamsToGPUs(startup_program);
Y
Yu Yang 已提交
421 422 423 424 425 426
  }
  // Startup Program has been run. All local scopes has correct parameters.

  // Step 2. Convert main_program to SSA form and dependency graph. Also, insert
  // ncclOp
  ConstructDependencyGraph(params, main_program, loss_var_name);
Y
Yu Yang 已提交
427 428

  // Step 3. Create vars in each scope;
Y
Yu Yang 已提交
429
  for (auto *scope : member_->local_scopes_) {
Y
Yu Yang 已提交
430 431 432 433 434 435 436 437
    for (auto *var : main_program.Block(0).AllVars()) {
      if (scope->FindVar(var->Name()) != nullptr) {
        continue;
      }

      InitializeVariable(scope->Var(var->Name()), var->GetType());
    }
  }
Y
Yu Yang 已提交
438 439 440 441 442
}

void ParallelExecutor::ConstructDependencyGraph(
    const std::unordered_set<std::string> &params,
    const ProgramDesc &main_program, const std::string &loss_var_name) const {
Y
Yu Yang 已提交
443
  std::unordered_set<std::string> grads;
Y
Yu Yang 已提交
444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458
  for (auto &each_param : params) {
    grads.insert(each_param + "@GRAD");
  }

  bool is_forwarding = true;
  for (auto *op : main_program.Block(0).AllOps()) {
    bool change_forward = false;
    if (!is_forwarding) {
      // FIXME(yy): Do not hard code like this
      if (op->OutputArgumentNames().size() == 1 &&
          op->OutputArgumentNames()[0] == loss_var_name + "@GRAD") {
        continue;  // Drop fill 1. for backward coeff;
      }
    }

Y
Yu Yang 已提交
459 460 461 462 463
    for (size_t i = 0; i < member_->places_.size(); ++i) {
      auto &p = member_->places_[i];
      auto *s = member_->local_scopes_[i];

      member_->ops_.emplace_back(new ComputationOpHandle(*op, s, p));
Y
Yu Yang 已提交
464
      auto *op_handle = member_->ops_.back().get();
Y
Yu Yang 已提交
465 466
      op_handle->dev_ctx_[p] = const_cast<platform::DeviceContext *>(
          platform::DeviceContextPool::Instance().Get(p));
Y
Yu Yang 已提交
467 468 469 470

      auto var_names = op->InputArgumentNames();

      for (auto &each_var_name : var_names) {
Y
Yu Yang 已提交
471
        VarHandle *var = GetVarHandle(each_var_name, p);
Y
Yu Yang 已提交
472
        op_handle->inputs_.emplace_back(var);
Y
Yu Yang 已提交
473
        var->pending_ops_.emplace(op_handle);
Y
Yu Yang 已提交
474 475 476 477
      }
      var_names = op->OutputArgumentNames();

      for (auto &each_var_name : var_names) {
Y
Yu Yang 已提交
478
        GenerateVar(op_handle, each_var_name, p);
Y
Yu Yang 已提交
479 480 481 482 483
      }

      if (is_forwarding) {
        if (var_names.size() == 1 && var_names[0] == loss_var_name) {
          // Insert ScaleCost OpHandle
Y
Yu Yang 已提交
484
          member_->ops_.emplace_back(new ScaleLossGradOpHandle(
Y
Yu Yang 已提交
485
              this->member_->local_scopes_.size(), s, p));
Y
Yu Yang 已提交
486
          op_handle = member_->ops_.back().get();
Y
Yu Yang 已提交
487

Y
Yu Yang 已提交
488
          op_handle->dev_ctx_[p] = member_->CommunicationDevCtx(p);
Y
Yu Yang 已提交
489

Y
Yu Yang 已提交
490 491 492 493 494 495
          // FIXME: Currently ScaleLossGradOp only use device_count as scale
          // factor. So it does not depend on any other operators.
          // VarHandle *loss = GetVarHandle(loss_var_name, place);
          // loss->pending_ops_.emplace_back(op_handle);
          // op_handle->inputs_.emplace_back(loss);

Y
Yu Yang 已提交
496
          GenerateVar(op_handle, loss_var_name + "@GRAD", p);
Y
Yu Yang 已提交
497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510
          change_forward = true;
        }
      }
    }

    if (change_forward) {
      is_forwarding = false;
    }

    if (!is_forwarding) {
      auto var_names = op->OutputArgumentNames();
      for (auto &og : var_names) {
        if (grads.count(og) != 0) {  // is param grad
          // Insert NCCL AllReduce Op
Y
Yu Yang 已提交
511
          member_->ops_.emplace_back(new NCCLAllReduceOpHandle(member_));
Y
Yu Yang 已提交
512 513
          auto *op_handle = member_->ops_.back().get();

Y
Yu Yang 已提交
514 515 516
          for (size_t i = 0; i < member_->places_.size(); ++i) {
            auto &p = member_->places_[i];
            auto &vars = member_->vars_[p][og];
Y
Yu Yang 已提交
517 518 519 520 521 522

            if (vars.empty()) {  // This device has no data. continue.
              continue;
            }
            auto *prev_grad = &vars[vars.size() - 1];
            op_handle->inputs_.emplace_back(prev_grad);
Y
Yu Yang 已提交
523
            prev_grad->pending_ops_.emplace(op_handle);
Y
Yu Yang 已提交
524
            auto &var = vars[vars.size()];
Y
Yu Yang 已提交
525
            var.place_ = p;
Y
Yu Yang 已提交
526 527 528 529
            var.generated_op_ = op_handle;
            var.name_ = og;
            var.version_ = vars.size() - 1;
            op_handle->outputs_.emplace_back(&var);
Y
Yu Yang 已提交
530
            op_handle->dev_ctx_[p] = member_->CommunicationDevCtx(p);
Y
Yu Yang 已提交
531 532 533 534 535
          }
        }
      }
    }
  }
Y
Yu Yang 已提交
536

Y
Yu Yang 已提交
537 538 539
  /*
    Dependency graph has been constructed. However, there are still data
    harzaeds need to be handled.
Y
Yu Yang 已提交
540
   */
541
  PolishGraphToSupportDataHazards();
Y
Yu Yang 已提交
542
}
Y
Yu Yang 已提交
543

Y
Yu Yang 已提交
544 545 546 547 548 549 550
/**
 * We only handle write after read(WAR), since it should not have a write
 * after write in program. If there are write after write operators, we need
 * prune them.
 *
 * https://en.wikipedia.org/wiki/Hazard_(computer_architecture)#Write_after_read_(WAR)
 */
551
void ParallelExecutor::PolishGraphToSupportDataHazards() const {
Y
Yu Yang 已提交
552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562
  for (auto &place_pair : member_->vars_) {
    for (auto &name_pair : place_pair.second) {
      if (name_pair.second.size() <= 1) {
        return;
      }
      auto it_new = name_pair.second.rbegin();
      auto it_old = name_pair.second.rbegin();
      ++it_old;
      for (; it_old != name_pair.second.rend(); it_new = it_old, ++it_old) {
        auto *write_op = it_new->second.generated_op_;
        auto &read_ops = it_old->second.pending_ops_;
Y
Yu Yang 已提交
563 564 565 566 567 568
        auto *ex_write_op = it_old->second.generated_op_;

        if (ex_write_op == nullptr) {  // Nobody write this var.
          continue;
        }

Y
Yu Yang 已提交
569 570
        for (auto *read_op : read_ops) {
          // Manually add a dependency var from read_op to write_op;
Y
Yu Yang 已提交
571 572 573 574
          if (read_op == write_op) {
            // Read Write is the same op.
            continue;
          }
Y
Yu Yang 已提交
575 576

          auto *dep_var = new DependencyVarHandle();
Y
Yu Yang 已提交
577

Y
Yu Yang 已提交
578 579 580
          dep_var->generated_op_ = read_op;
          read_op->outputs_.emplace_back(dep_var);

Y
Yu Yang 已提交
581
          dep_var->pending_ops_.emplace(write_op);
Y
Yu Yang 已提交
582 583 584 585 586 587
          write_op->inputs_.emplace_back(dep_var);
          member_->dep_vars_.emplace(dep_var);
        }
      }
    }
  }
Y
Yu Yang 已提交
588 589 590 591 592 593 594 595 596 597 598 599 600 601 602 603 604 605 606 607 608 609 610 611 612 613 614 615 616 617 618 619 620 621 622
}

void ParallelExecutor::GenerateVar(OpHandle *op_handle,
                                   const std::string &each_var_name,
                                   const platform::Place &place) const {
  auto &vars = member_->vars_[place][each_var_name];
  size_t version = vars.size();
  auto &var = vars[version];
  var.version_ = version;
  var.generated_op_ = op_handle;
  var.name_ = each_var_name;
  var.place_ = place;
  op_handle->outputs_.emplace_back(&var);
}

VarHandle *ParallelExecutor::GetVarHandle(const std::string &each_var_name,
                                          const platform::Place &place) const {
  auto &var_holders = member_->vars_[place];
  auto &var_holder = var_holders[each_var_name];
  VarHandle *var = nullptr;
  if (var_holder.empty()) {
    auto &init_var = var_holder[0];
    init_var.place_ = place;
    init_var.name_ = each_var_name;
    init_var.generated_op_ = nullptr;
    init_var.version_ = 0;
    var = &init_var;
  } else {
    var = &var_holder.rbegin()->second;
  }
  return var;
}

void ParallelExecutor::BCastParamsToGPUs(
    const ProgramDesc &startup_program) const {
Y
Yu Yang 已提交
623
#ifdef PADDLE_WITH_CUDA
Y
Yu Yang 已提交
624
  auto *main_scope = member_->local_scopes_[0];
Y
Yu Yang 已提交
625

Y
Yu Yang 已提交
626 627 628 629 630 631 632 633
  for (auto *var_desc : startup_program.Block(0).AllVars()) {
    if (var_desc->GetType() == proto::VarType::LOD_TENSOR) {
      auto &main_tensor =
          main_scope->FindVar(var_desc->Name())->Get<LoDTensor>();
      ncclDataType_t data_type = ToNCCLDataType(main_tensor.type());
      auto &dims = main_tensor.dims();
      size_t numel = main_tensor.numel();

Y
Stash  
Yu Yang 已提交
634
      platform::dynload::ncclGroupStart();
Y
Yu Yang 已提交
635

Y
Update  
Yu Yang 已提交
636 637 638 639 640 641
      for (size_t i = 0; i < member_->places_.size(); ++i) {
        auto place = member_->places_[i];
        void *buffer;
        if (i == 0) {
          buffer = const_cast<void *>(main_tensor.data<void>());
        } else {
Y
Yu Yang 已提交
642
          auto local_scope = member_->local_scopes_[i];
Y
Update  
Yu Yang 已提交
643 644 645 646 647
          auto *t = local_scope->Var(var_desc->Name())->GetMutable<LoDTensor>();
          t->Resize(dims);
          buffer = t->mutable_data(place, main_tensor.type());
        }

Y
Stash  
Yu Yang 已提交
648
        auto &nccl_ctx = member_->GetNCCLCtx(place);
Y
Update  
Yu Yang 已提交
649
        platform::dynload::ncclBcast(buffer, numel, data_type, 0, nccl_ctx.comm,
Y
Stash  
Yu Yang 已提交
650
                                     nccl_ctx.stream());
Y
Yu Yang 已提交
651
      }
Y
Stash  
Yu Yang 已提交
652 653
      platform::dynload::ncclGroupEnd();
    }
Y
Yu Yang 已提交
654 655 656 657

    for (auto &stream : member_->communication_streams_) {
      stream.second.ctx_->Wait();
    }
Y
Stash  
Yu Yang 已提交
658
  }
Y
Yu Yang 已提交
659 660 661 662
#else
  PADDLE_THROW("Not compiled with CUDA");
#endif
}
Y
Yu Yang 已提交
663

Y
Yu Yang 已提交
664 665
void ParallelExecutor::BuildNCCLCommunicator() const {
#ifdef PADDLE_WITH_CUDA
Y
Yu Yang 已提交
666
  for (auto &place : member_->places_) {
Y
Yu Yang 已提交
667
    int dev_id = boost::get<platform::CUDAPlace>(place).device;
Y
Yu Yang 已提交
668

Y
Yu Yang 已提交
669 670
    member_->communication_streams_.emplace(
        dev_id, ParallelExecutorPrivate::NCCLContext(dev_id));
Y
Yu Yang 已提交
671
  }
Y
Yu Yang 已提交
672 673

  ParallelExecutorPrivate::NCCLContext::InitNCCLContext(
Y
Update  
Yu Yang 已提交
674
      member_->communication_streams_, member_->places_);
Y
Yu Yang 已提交
675
#endif
Y
Yu Yang 已提交
676 677
}

Y
Yu Yang 已提交
678 679
void ParallelExecutor::Run(const std::vector<std::string> &fetch_tensors,
                           const std::string &fetched_var_name) {
Y
Yu Yang 已提交
680
  VLOG(3) << "Run iter";
Y
Yu Yang 已提交
681
  auto fetched_data = std::make_shared<FetchedData>(fetch_tensors.size());
Y
Yu Yang 已提交
682
  // Version --> VarHandle
Y
Yu Yang 已提交
683
  member_->exception_.reset();
Y
Yu Yang 已提交
684
  std::unordered_map<VarHandleBase *, std::atomic<bool>> pending_vars;
Y
Yu Yang 已提交
685
  std::unordered_map<OpHandle *, size_t> pending_ops;
Y
Yu Yang 已提交
686
  std::vector<DummyVarHandle> dummy_vars;
Y
Yu Yang 已提交
687 688 689 690

  for (auto &place_pair : member_->vars_) {
    for (auto &name_pair : place_pair.second) {
      for (auto &version_pair : name_pair.second) {
Y
Yu Yang 已提交
691 692
        pending_vars[&version_pair.second] =
            version_pair.second.generated_op_ == nullptr;
Y
Yu Yang 已提交
693 694 695 696
      }
    }
  }

Y
Yu Yang 已提交
697
  for (auto &var : member_->dep_vars_) {
Y
Yu Yang 已提交
698
    pending_vars[var.get()] = var->generated_op_ == nullptr;
Y
Yu Yang 已提交
699 700
  }

Y
Yu Yang 已提交
701 702
  std::vector<OpHandle *> to_run;

Y
Yu Yang 已提交
703
  for (auto &op : member_->ops_) {
Y
Yu Yang 已提交
704 705 706 707 708 709 710
    if (op->inputs_.empty()) {  // Special case, Op has no input.
      to_run.emplace_back(op.get());
    } else {
      pending_ops.insert({op.get(), op->inputs_.size()});
    }
  }

Y
Yu Yang 已提交
711 712 713 714 715 716 717 718 719 720 721 722 723 724 725 726 727 728 729 730 731 732
  std::unordered_map<std::string, std::vector<VarHandleBase *>> fetched_vars;

  for (auto &fetch_var_name : fetch_tensors) {
    for (auto &pair : member_->vars_) {
      auto it = pair.second.find(fetch_var_name);
      if (it != pair.second.end()) {
        fetched_vars[fetch_var_name].push_back(&it->second.rbegin()->second);
      }
    }
  }

  std::vector<FetchOpHandle> fetch_ops;

  for (size_t i = 0; i < fetch_tensors.size(); ++i) {
    auto &var_name = fetch_tensors[i];
    auto &vars = fetched_vars[var_name];
    fetch_ops.emplace_back();
    FetchOpHandle *op = &fetch_ops.back();
    op->data_ = fetched_data;
    op->offset_ = i;
    op->local_scopes_ = &member_->local_scopes_;
    for (auto &p : member_->places_) {
Y
Yu Yang 已提交
733
      op->dev_ctx_[p] = member_->GetNCCLCtx(p).ctx_.get();
Y
Yu Yang 已提交
734 735 736 737 738 739
    }

    for (auto *var : vars) {
      var->pending_ops_.emplace(op);
      op->inputs_.emplace_back(var);
    }
Y
Yu Yang 已提交
740 741 742 743 744 745 746

    dummy_vars.emplace_back();
    auto *var = &dummy_vars.back();
    op->outputs_.emplace_back(var);
    var->generated_op_ = op;
    pending_vars[var] = false;

Y
Yu Yang 已提交
747 748 749
    pending_ops.insert({op, op->inputs_.size()});
  }

Y
Yu Yang 已提交
750
  for (auto *op : to_run) {
Y
Yu Yang 已提交
751
    RunOp(pending_vars, op);
Y
Yu Yang 已提交
752 753
  }

Y
Yu Yang 已提交
754
  while (!pending_vars.empty()) {
Y
Yu Yang 已提交
755
    VarHandleBase *ready_var = nullptr;
Y
Yu Yang 已提交
756
    for (auto &pair : pending_vars) {
Y
Yu Yang 已提交
757
      if (pair.second.load(std::memory_order_consume)) {
Y
Yu Yang 已提交
758
        ready_var = pair.first;
Y
Yu Yang 已提交
759 760
      }
    }
Y
Yu Yang 已提交
761
    if (ready_var == nullptr) {
Y
Yu Yang 已提交
762 763 764 765
      // FIXME use conditional var instead of busy wait.
      if (member_->exception_) {
        throw * member_->exception_;
      }
Y
Yu Yang 已提交
766
      continue;
Y
Yu Yang 已提交
767
    }
Y
Yu Yang 已提交
768
    pending_vars.erase(ready_var);
Y
Yu Yang 已提交
769
    to_run.clear();
Y
Yu Yang 已提交
770 771 772 773 774
    for (auto *op : ready_var->pending_ops_) {
      auto &deps = pending_ops[op];
      --deps;
      if (deps == 0) {
        to_run.emplace_back(op);
Y
Yu Yang 已提交
775 776 777 778
      }
    }
    for (auto *op : to_run) {
      pending_ops.erase(op);
Y
Yu Yang 已提交
779
      RunOp(pending_vars, op);
Y
Yu Yang 已提交
780 781
    }
  }
Y
Yu Yang 已提交
782

Y
Yu Yang 已提交
783 784 785
  for (auto &p : member_->places_) {
    platform::DeviceContextPool::Instance().Get(p)->Wait();
  }
Y
Yu Yang 已提交
786 787 788 789

  fetch_ops.clear();
  *member_->global_scope_->Var(fetched_var_name)->GetMutable<LoDTensorArray>() =
      fetched_data->tensors_;
Y
Yu Yang 已提交
790
}
Y
Yu Yang 已提交
791

Y
Yu Yang 已提交
792
void ParallelExecutor::RunOp(
Y
Yu Yang 已提交
793
    std::unordered_map<VarHandleBase *, std::atomic<bool>> &pending_vars,
Y
Yu Yang 已提交
794
    OpHandle *op) const {
Y
Yu Yang 已提交
795 796
  std::vector<std::atomic<bool> *> *ready_buffer =
      new std::vector<std::atomic<bool> *>();
Y
Yu Yang 已提交
797
  for (auto *var : op->outputs_) {
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
798
    ready_buffer->emplace_back(&pending_vars[var]);
Y
Yu Yang 已提交
799 800 801 802
  }

  auto op_run = [ready_buffer, op, this] {
    try {
Y
Add log  
Yu Yang 已提交
803
      VLOG(10) << op->DebugString();
Y
Yu Yang 已提交
804
      op->Run();
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
805
      for (auto *ready : *ready_buffer) {
Y
Yu Yang 已提交
806
        ready->store(true, std::memory_order_release);
Y
Yu Yang 已提交
807
      }
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
808
      delete ready_buffer;
Y
Yu Yang 已提交
809 810 811 812 813 814
    } catch (platform::EnforceNotMet ex) {
      member_->exception_.reset(new platform::EnforceNotMet(ex));
    } catch (...) {
      LOG(FATAL) << "Unknown exception catched";
    }
  };
Y
Yu Yang 已提交
815 816 817 818 819
  if (member_->pool_) {
    member_->pool_->enqueue(op_run);
  } else {
    op_run();
  }
Y
Yu Yang 已提交
820
}
Y
Yu Yang 已提交
821
}  // namespace framework
Y
Yang Yang 已提交
822
}  // namespace paddle