parallel_executor.cc 25.7 KB
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/* Copyright (c) 2016 PaddlePaddle Authors. All Rights Reserved.

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limitations under the License. */

#include "paddle/fluid/framework/parallel_executor.h"
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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_;
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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();
  }

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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 71 72 73 74

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

  virtual ~OpHandle() {}
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86

Y
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87
  virtual void Run() { PADDLE_THROW("Not implemented"); }
Y
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88
  virtual void Wait(platform::DeviceContext *waited_dev) {}
Y
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89 90 91 92
};

struct ComputationOpHandle : public OpHandle {
  std::unique_ptr<OperatorBase> op_;
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93 94
  Scope *scope_;
  platform::Place place_;
Y
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95
  cudaEvent_t event_;
Y
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96

Y
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97 98
  explicit ComputationOpHandle(const OpDesc &op_desc, Scope *scope,
                               platform::Place place)
Y
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99
      : op_(framework::OpRegistry::CreateOp(op_desc)),
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100
        scope_(scope),
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101 102 103 104 105 106 107 108 109 110
        place_(place) {
    if (platform::is_gpu_place(place)) {
      cudaSetDevice(boost::get<platform::CUDAPlace>(place_).device);
      cudaEventCreateWithFlags(&event_, cudaEventDisableTiming);
    }
  }

  ~ComputationOpHandle() {
    // FIXME: Destroy Event
  }
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111 112 113

  void Run() override {
    // Wait other op if necessary
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114 115 116 117
    if (platform::is_gpu_place(place_)) {
      int dev_id = boost::get<platform::CUDAPlace>(place_).device;
      cudaSetDevice(dev_id);
    }
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118 119 120
    auto *cur_ctx = dev_ctx_[place_];
    for (auto *in : inputs_) {
      if (in->generated_op_ && in->generated_op_->dev_ctx_[place_] != cur_ctx) {
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121
        in->generated_op_->Wait(cur_ctx);
Y
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122 123 124 125
      }
    }

    op_->Run(*scope_, place_);
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126 127 128 129 130
    if (platform::is_gpu_place(place_)) {
      auto stream = static_cast<platform::CUDADeviceContext *>(dev_ctx_[place_])
                        ->stream();
      PADDLE_ENFORCE(cudaEventRecord(event_, stream));
    }
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131
  }
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132 133

  void Wait(platform::DeviceContext *waited_dev) override {
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134 135 136 137 138 139 140 141
    if (platform::is_cpu_place(waited_dev->GetPlace()) ||
        platform::is_cpu_place(place_)) {
      this->dev_ctx_.at(place_)->Wait();
    } else {
      auto stream =
          static_cast<platform::CUDADeviceContext *>(waited_dev)->stream();
      PADDLE_ENFORCE(cudaStreamWaitEvent(stream, event_, 0));
    }
Y
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142
  }
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143 144
};

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145 146 147 148
struct ScaleLossGradOpHandle : public OpHandle {
  float coeff_;
  Scope *scope_;
  platform::Place place_;
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149
  cudaEvent_t ev_;
Y
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150 151 152 153 154

  explicit ScaleLossGradOpHandle(size_t num_dev, Scope *scope,
                                 platform::Place place)
      : coeff_(static_cast<float>(1.0 / num_dev)),
        scope_(scope),
Y
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155
        place_(place) {
Y
Set dev  
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156
    cudaSetDevice(boost::get<platform::CUDAPlace>(place_).device);
Y
SetDev  
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157
    // Must set device before create event
Y
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158 159 160
    PADDLE_ENFORCE(cudaEventCreateWithFlags(&ev_, cudaEventDisableTiming));
  }

Y
Log  
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161
  ~ScaleLossGradOpHandle() {
Y
SetDev  
Yu Yang 已提交
162
    cudaSetDevice(boost::get<platform::CUDAPlace>(place_).device);
Y
Log  
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163 164
    PADDLE_ENFORCE(cudaEventDestroy(ev_));
  }
Y
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165 166 167

  void Run() override {
    std::string var_name = static_cast<VarHandle *>(this->outputs_[0])->name_;
Y
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168

Y
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169 170 171 172 173 174 175
    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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176
      auto stream =
Y
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177
          static_cast<platform::CUDADeviceContext *>(this->dev_ctx_[place_])
Y
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178
              ->stream();
Y
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179
      cudaSetDevice(boost::get<platform::CUDAPlace>(place_).device);
Y
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180 181 182
      memory::Copy(boost::get<platform::CUDAPlace>(place_), tmp,
                   platform::CPUPlace(), &coeff_, sizeof(float), stream);
      PADDLE_ENFORCE(cudaEventRecord(ev_, stream));
Y
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183 184
    }
  }
Y
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185 186

  void Wait(platform::DeviceContext *waited_dev) override {
Y
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187
    if (platform::is_cpu_place(waited_dev->GetPlace())) {
Y
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188
      dev_ctx_.at(place_)->Wait();
Y
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189 190 191 192 193
    } else {
      auto stream =
          static_cast<platform::CUDADeviceContext *>(waited_dev)->stream();
      PADDLE_ENFORCE(cudaStreamWaitEvent(stream, ev_, 0));
    }
Y
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194
  }
Y
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195 196
};

Y
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197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219
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();
  }

  void Run() override {
Y
Debug  
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220
    for (auto *input : inputs_) {
Y
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221 222
      auto *var = static_cast<VarHandle *>(input);
      var->generated_op_->Wait(this->dev_ctx_[var->place_]);
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
223 224
    }

Y
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225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256
    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());
      }
    }
  }

  void Wait(platform::DeviceContext *waited_dev) override {
    PADDLE_THROW("Nobody should wait FetchOp. Unexpceted Error");
  }

 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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257 258
class ParallelExecutorPrivate {
 public:
Y
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259 260 261
  explicit ParallelExecutorPrivate(size_t num_threads = 12)
      : pool_(num_threads) {}

Y
Stash  
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262 263
  std::vector<platform::Place> places_;

Y
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264
  std::vector<Scope *> local_scopes_;
Y
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265
  Scope *global_scope_;
Y
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266

Y
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267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281
#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
282 283
    static void InitNCCLContext(std::unordered_map<int, NCCLContext> &contexts,
                                const std::vector<platform::Place> &places) {
Y
Yu Yang 已提交
284 285 286 287 288
      std::vector<ncclComm_t> comms;
      std::vector<int> devs;
      comms.resize(contexts.size());
      devs.reserve(contexts.size());

Y
Update  
Yu Yang 已提交
289 290
      for (auto &p : places) {
        devs.push_back(boost::get<platform::CUDAPlace>(p).device);
Y
Yu Yang 已提交
291 292 293 294 295 296
      }

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

      int i = 0;
Y
Update  
Yu Yang 已提交
297 298
      for (auto &dev_id : devs) {
        contexts.at(dev_id).comm = comms[i++];
Y
Yu Yang 已提交
299 300 301 302
      }
    }
  };

Y
Update  
Yu Yang 已提交
303
  std::unordered_map<int, NCCLContext> communication_streams_;
Y
Yu Yang 已提交
304 305 306 307 308 309 310 311

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

#endif

Y
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312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324
  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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325 326 327 328 329 330
  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
331 332
  std::unordered_set<std::unique_ptr<VarHandleBase>> dep_vars_;

Y
Yu Yang 已提交
333
  std::vector<std::unique_ptr<OpHandle>> ops_;
Y
Yu Yang 已提交
334

Y
Yu Yang 已提交
335
  // Use a simpler thread pool, might be faster.
Y
Yu Yang 已提交
336
  ThreadPool pool_;
Y
Yu Yang 已提交
337 338

  std::unique_ptr<platform::EnforceNotMet> exception_;
Y
Yu Yang 已提交
339 340 341 342
};

// TODO(yy): Move this function somewhere
ncclDataType_t ToNCCLDataType(std::type_index type) {
Y
Stash  
Yu Yang 已提交
343 344 345 346 347 348 349 350 351
  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
352 353
}

Y
Yu Yang 已提交
354 355
struct NCCLAllReduceOpHandle : public OpHandle {
  ParallelExecutorPrivate *member_;
Y
Yu Yang 已提交
356
  std::unordered_map<int, cudaEvent_t> events_;
Y
Yu Yang 已提交
357 358

  explicit NCCLAllReduceOpHandle(ParallelExecutorPrivate *member)
Y
Yu Yang 已提交
359
      : member_(member) {
Y
Yu Yang 已提交
360
    for (auto &nccl : member_->communication_streams_) {
Y
SetDev  
Yu Yang 已提交
361 362 363
      int dev_id = nccl.second.device_id();
      cudaSetDevice(dev_id);
      PADDLE_ENFORCE(cudaEventCreate(&events_[dev_id], cudaEventDisableTiming));
Y
Yu Yang 已提交
364 365 366 367 368
    }
  }

  ~NCCLAllReduceOpHandle() {
    for (auto &ev : events_) {
Y
SetDev  
Yu Yang 已提交
369
      cudaSetDevice(ev.first);
Y
Yu Yang 已提交
370
      PADDLE_ENFORCE(cudaEventDestroy(ev.second));
Y
Yu Yang 已提交
371 372
    }
  }
Y
Yu Yang 已提交
373 374 375 376 377

  void Run() override {
    if (this->inputs_.size() == 1) {
      return;  // No need to all reduce when GPU count = 1;
    } else {
Y
Yu Yang 已提交
378 379 380 381 382 383
      // 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
384
      auto &var_name = static_cast<VarHandle *>(this->inputs_[0])->name_;
Y
Add log  
Yu Yang 已提交
385
      VLOG(3) << "Invoke NCCL AllReduce";
Y
Yu Yang 已提交
386 387 388
      int dtype = -1;
      size_t numel = 0;

Y
Update  
Yu Yang 已提交
389 390
      platform::dynload::ncclGroupStart();

Y
Yu Yang 已提交
391 392 393
      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
394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406
        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
Yu Yang 已提交
407
        cudaSetDevice(dev_id);
Y
Update  
Yu Yang 已提交
408 409 410
        platform::dynload::ncclAllReduce(
            buffer, buffer, numel, static_cast<ncclDataType_t>(dtype), ncclSum,
            nccl_ctx.comm, nccl_ctx.stream());
Y
Yu Yang 已提交
411
      }
Y
Update  
Yu Yang 已提交
412
      platform::dynload::ncclGroupEnd();
Y
Yu Yang 已提交
413 414 415 416 417

      for (auto &ev : events_) {
        PADDLE_ENFORCE(cudaEventRecord(
            ev.second, member_->communication_streams_.at(ev.first).stream()));
      }
Y
Yu Yang 已提交
418 419
    }
  }
Y
Yu Yang 已提交
420 421

  void Wait(platform::DeviceContext *waited_dev) override {
Y
Yu Yang 已提交
422 423 424 425 426 427 428 429 430
    if (platform::is_cpu_place(
            waited_dev->GetPlace())) {  // Wait by CPU, just sync stream
      for (auto &pair : member_->communication_streams_) {
        pair.second.ctx_->Wait();
      }
    } else {
      if (events_.size() > 1) {
        auto stream =
            static_cast<platform::CUDADeviceContext *>(waited_dev)->stream();
Y
Yu Yang 已提交
431 432 433
        for (auto &ev : events_) {
          PADDLE_ENFORCE(cudaStreamWaitEvent(stream, ev.second, 0));
        }
Y
Yu Yang 已提交
434
      }
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
435
    }
Y
Yu Yang 已提交
436
  }
Y
Yu Yang 已提交
437 438
};

Y
Yu Yang 已提交
439 440 441 442 443 444
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
445
  member_->places_ = places;
Y
Yu Yang 已提交
446
  member_->global_scope_ = scope;
Y
Yu Yang 已提交
447 448 449 450
  // 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
451 452
  for (size_t i = 0; i < member_->places_.size(); ++i) {
    member_->local_scopes_.push_back(&scope->NewScope());
Y
Yu Yang 已提交
453 454 455 456
  }
  member_->main_place_ = places[0];

  // Bcast Parameters to all GPUs
Y
Yu Yang 已提交
457
  BuildNCCLCommunicator();
Y
Yu Yang 已提交
458 459 460
  if (platform::is_gpu_place(member_->main_place_) &&
      member_->local_scopes_.size() != 1) {  // Is CUDA
    BCastParamsToGPUs(startup_program);
Y
Yu Yang 已提交
461 462 463 464 465 466
  }
  // 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
467 468

  // Step 3. Create vars in each scope;
Y
Yu Yang 已提交
469
  for (auto *scope : member_->local_scopes_) {
Y
Yu Yang 已提交
470 471 472 473 474 475 476 477
    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
478 479 480 481 482
}

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
483
  std::unordered_set<std::string> grads;
Y
Yu Yang 已提交
484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498
  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
499 500 501 502 503
    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
504
      auto *op_handle = member_->ops_.back().get();
Y
Yu Yang 已提交
505 506
      op_handle->dev_ctx_[p] = const_cast<platform::DeviceContext *>(
          platform::DeviceContextPool::Instance().Get(p));
Y
Yu Yang 已提交
507 508 509 510

      auto var_names = op->InputArgumentNames();

      for (auto &each_var_name : var_names) {
Y
Yu Yang 已提交
511
        VarHandle *var = GetVarHandle(each_var_name, p);
Y
Yu Yang 已提交
512
        op_handle->inputs_.emplace_back(var);
Y
Yu Yang 已提交
513
        var->pending_ops_.emplace(op_handle);
Y
Yu Yang 已提交
514 515 516 517
      }
      var_names = op->OutputArgumentNames();

      for (auto &each_var_name : var_names) {
Y
Yu Yang 已提交
518
        GenerateVar(op_handle, each_var_name, p);
Y
Yu Yang 已提交
519 520 521 522 523
      }

      if (is_forwarding) {
        if (var_names.size() == 1 && var_names[0] == loss_var_name) {
          // Insert ScaleCost OpHandle
Y
Yu Yang 已提交
524
          member_->ops_.emplace_back(new ScaleLossGradOpHandle(
Y
Yu Yang 已提交
525
              this->member_->local_scopes_.size(), s, p));
Y
Yu Yang 已提交
526
          op_handle = member_->ops_.back().get();
Y
Yu Yang 已提交
527

Y
Yu Yang 已提交
528
          op_handle->dev_ctx_[p] = member_->CommunicationDevCtx(p);
Y
Yu Yang 已提交
529

Y
Yu Yang 已提交
530 531 532 533 534 535
          // 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
536
          GenerateVar(op_handle, loss_var_name + "@GRAD", p);
Y
Yu Yang 已提交
537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 548 549 550
          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
551
          member_->ops_.emplace_back(new NCCLAllReduceOpHandle(member_));
Y
Yu Yang 已提交
552 553
          auto *op_handle = member_->ops_.back().get();

Y
Yu Yang 已提交
554 555 556
          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
557 558 559 560 561 562

            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
563
            prev_grad->pending_ops_.emplace(op_handle);
Y
Yu Yang 已提交
564
            auto &var = vars[vars.size()];
Y
Yu Yang 已提交
565
            var.place_ = p;
Y
Yu Yang 已提交
566 567 568 569
            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
570
            op_handle->dev_ctx_[p] = member_->CommunicationDevCtx(p);
Y
Yu Yang 已提交
571 572 573 574 575
          }
        }
      }
    }
  }
Y
Yu Yang 已提交
576

Y
Yu Yang 已提交
577 578 579
  /*
    Dependency graph has been constructed. However, there are still data
    harzaeds need to be handled.
Y
Yu Yang 已提交
580
   */
581
  PolishGraphToSupportDataHazards();
Y
Yu Yang 已提交
582
}
Y
Yu Yang 已提交
583

Y
Yu Yang 已提交
584 585 586 587 588 589 590
/**
 * 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)
 */
591
void ParallelExecutor::PolishGraphToSupportDataHazards() const {
Y
Yu Yang 已提交
592 593 594 595 596 597 598 599 600 601 602
  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
603 604 605 606 607 608
        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
609 610
        for (auto *read_op : read_ops) {
          // Manually add a dependency var from read_op to write_op;
Y
Yu Yang 已提交
611 612 613 614
          if (read_op == write_op) {
            // Read Write is the same op.
            continue;
          }
Y
Yu Yang 已提交
615 616

          auto *dep_var = new DependencyVarHandle();
Y
Yu Yang 已提交
617

Y
Yu Yang 已提交
618 619 620
          dep_var->generated_op_ = read_op;
          read_op->outputs_.emplace_back(dep_var);

Y
Yu Yang 已提交
621
          dep_var->pending_ops_.emplace(write_op);
Y
Yu Yang 已提交
622 623 624 625 626 627
          write_op->inputs_.emplace_back(dep_var);
          member_->dep_vars_.emplace(dep_var);
        }
      }
    }
  }
Y
Yu Yang 已提交
628 629 630 631 632 633 634 635 636 637 638 639 640 641 642 643 644 645 646 647 648 649 650 651 652 653 654 655 656 657 658 659 660 661 662
}

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
663
#ifdef PADDLE_WITH_CUDA
Y
Yu Yang 已提交
664
  auto *main_scope = member_->local_scopes_[0];
Y
Yu Yang 已提交
665

Y
Yu Yang 已提交
666 667 668 669 670 671 672 673
  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
674
      platform::dynload::ncclGroupStart();
Y
Yu Yang 已提交
675

Y
Update  
Yu Yang 已提交
676 677 678 679 680 681
      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
682
          auto local_scope = member_->local_scopes_[i];
Y
Update  
Yu Yang 已提交
683 684 685 686 687
          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
688
        auto &nccl_ctx = member_->GetNCCLCtx(place);
Y
Update  
Yu Yang 已提交
689
        platform::dynload::ncclBcast(buffer, numel, data_type, 0, nccl_ctx.comm,
Y
Stash  
Yu Yang 已提交
690
                                     nccl_ctx.stream());
Y
Yu Yang 已提交
691
      }
Y
Stash  
Yu Yang 已提交
692 693 694
      platform::dynload::ncclGroupEnd();
    }
  }
Y
Yu Yang 已提交
695 696 697 698
#else
  PADDLE_THROW("Not compiled with CUDA");
#endif
}
Y
Yu Yang 已提交
699

Y
Yu Yang 已提交
700 701
void ParallelExecutor::BuildNCCLCommunicator() const {
#ifdef PADDLE_WITH_CUDA
Y
Yu Yang 已提交
702
  for (auto &place : member_->places_) {
Y
Yu Yang 已提交
703
    int dev_id = boost::get<platform::CUDAPlace>(place).device;
Y
Yu Yang 已提交
704

Y
Yu Yang 已提交
705 706
    member_->communication_streams_.emplace(
        dev_id, ParallelExecutorPrivate::NCCLContext(dev_id));
Y
Yu Yang 已提交
707
  }
Y
Yu Yang 已提交
708 709

  ParallelExecutorPrivate::NCCLContext::InitNCCLContext(
Y
Update  
Yu Yang 已提交
710
      member_->communication_streams_, member_->places_);
Y
Yu Yang 已提交
711
#endif
Y
Yu Yang 已提交
712 713
}

Y
Yu Yang 已提交
714 715
void ParallelExecutor::Run(const std::vector<std::string> &fetch_tensors,
                           const std::string &fetched_var_name) {
Y
Yu Yang 已提交
716
  VLOG(3) << "Run iter";
Y
Yu Yang 已提交
717
  auto fetched_data = std::make_shared<FetchedData>(fetch_tensors.size());
Y
Yu Yang 已提交
718
  // Version --> VarHandle
Y
Yu Yang 已提交
719
  member_->exception_.reset();
Y
Yu Yang 已提交
720
  std::unordered_map<VarHandleBase *, std::atomic<bool>> pending_vars;
Y
Yu Yang 已提交
721
  std::unordered_map<OpHandle *, size_t> pending_ops;
Y
Yu Yang 已提交
722
  std::vector<DummyVarHandle> dummy_vars;
Y
Yu Yang 已提交
723 724 725 726

  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
727 728
        pending_vars[&version_pair.second] =
            version_pair.second.generated_op_ == nullptr;
Y
Yu Yang 已提交
729 730 731 732
      }
    }
  }

Y
Yu Yang 已提交
733
  for (auto &var : member_->dep_vars_) {
Y
Yu Yang 已提交
734
    pending_vars[var.get()] = var->generated_op_ == nullptr;
Y
Yu Yang 已提交
735 736
  }

Y
Yu Yang 已提交
737 738
  std::vector<OpHandle *> to_run;

Y
Yu Yang 已提交
739
  for (auto &op : member_->ops_) {
Y
Yu Yang 已提交
740 741 742 743 744 745 746
    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
747 748 749 750 751 752 753 754 755 756 757 758 759 760 761 762 763 764 765 766 767 768
  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
769
      op->dev_ctx_[p] = member_->GetNCCLCtx(p).ctx_.get();
Y
Yu Yang 已提交
770 771 772 773 774 775
    }

    for (auto *var : vars) {
      var->pending_ops_.emplace(op);
      op->inputs_.emplace_back(var);
    }
Y
Yu Yang 已提交
776 777 778 779 780 781 782

    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
783 784 785
    pending_ops.insert({op, op->inputs_.size()});
  }

Y
Yu Yang 已提交
786
  for (auto *op : to_run) {
Y
Yu Yang 已提交
787
    RunOp(pending_vars, op);
Y
Yu Yang 已提交
788 789
  }

Y
Yu Yang 已提交
790
  while (!pending_vars.empty()) {
Y
Yu Yang 已提交
791
    VarHandleBase *ready_var = nullptr;
Y
Yu Yang 已提交
792
    for (auto &pair : pending_vars) {
Y
Yu Yang 已提交
793
      if (pair.second.load(std::memory_order_consume)) {
Y
Yu Yang 已提交
794
        ready_var = pair.first;
Y
Yu Yang 已提交
795 796
      }
    }
Y
Yu Yang 已提交
797
    if (ready_var == nullptr) {
Y
Yu Yang 已提交
798 799 800 801
      // FIXME use conditional var instead of busy wait.
      if (member_->exception_) {
        throw * member_->exception_;
      }
Y
Yu Yang 已提交
802
      continue;
Y
Yu Yang 已提交
803
    }
Y
Yu Yang 已提交
804
    pending_vars.erase(ready_var);
Y
Yu Yang 已提交
805
    to_run.clear();
Y
Yu Yang 已提交
806 807 808 809 810
    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
811 812 813 814
      }
    }
    for (auto *op : to_run) {
      pending_ops.erase(op);
Y
Yu Yang 已提交
815
      RunOp(pending_vars, op);
Y
Yu Yang 已提交
816 817
    }
  }
Y
Yu Yang 已提交
818

Y
Yu Yang 已提交
819 820 821
  for (auto &p : member_->places_) {
    platform::DeviceContextPool::Instance().Get(p)->Wait();
  }
Y
Yu Yang 已提交
822 823 824 825

  fetch_ops.clear();
  *member_->global_scope_->Var(fetched_var_name)->GetMutable<LoDTensorArray>() =
      fetched_data->tensors_;
Y
Yu Yang 已提交
826
}
Y
Yu Yang 已提交
827

Y
Yu Yang 已提交
828
void ParallelExecutor::RunOp(
Y
Yu Yang 已提交
829
    std::unordered_map<VarHandleBase *, std::atomic<bool>> &pending_vars,
Y
Yu Yang 已提交
830
    OpHandle *op) const {
Y
Yu Yang 已提交
831 832
  std::vector<std::atomic<bool> *> *ready_buffer =
      new std::vector<std::atomic<bool> *>();
Y
Yu Yang 已提交
833
  for (auto *var : op->outputs_) {
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
834
    ready_buffer->emplace_back(&pending_vars[var]);
Y
Yu Yang 已提交
835 836 837 838
  }

  auto op_run = [ready_buffer, op, this] {
    try {
Y
Add log  
Yu Yang 已提交
839
      VLOG(10) << op->DebugString();
Y
Yu Yang 已提交
840
      op->Run();
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
841
      for (auto *ready : *ready_buffer) {
Y
Yu Yang 已提交
842
        ready->store(true, std::memory_order_release);
Y
Yu Yang 已提交
843
      }
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
844
      delete ready_buffer;
Y
Yu Yang 已提交
845 846 847 848 849 850
    } catch (platform::EnforceNotMet ex) {
      member_->exception_.reset(new platform::EnforceNotMet(ex));
    } catch (...) {
      LOG(FATAL) << "Unknown exception catched";
    }
  };
Y
Yu Yang 已提交
851
  member_->pool_.enqueue(op_run);
Y
Yu Yang 已提交
852
}
Y
Yu Yang 已提交
853
}  // namespace framework
Y
Yang Yang 已提交
854
}  // namespace paddle