parallel_executor.cc 25.5 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() {}
Y
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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));
    }
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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 {
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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
373 374 375 376 377 378

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

Y
Update  
Yu Yang 已提交
383 384
      platform::dynload::ncclGroupStart();

Y
Yu Yang 已提交
385 386 387
      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
388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400
        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
401
        cudaSetDevice(dev_id);
Y
Update  
Yu Yang 已提交
402 403 404
        platform::dynload::ncclAllReduce(
            buffer, buffer, numel, static_cast<ncclDataType_t>(dtype), ncclSum,
            nccl_ctx.comm, nccl_ctx.stream());
Y
Yu Yang 已提交
405
        PADDLE_ENFORCE(cudaEventRecord(events_[dev_id], nccl_ctx.stream()));
Y
Yu Yang 已提交
406 407
      }

Y
Update  
Yu Yang 已提交
408
      platform::dynload::ncclGroupEnd();
Y
Yu Yang 已提交
409 410
    }
  }
Y
Yu Yang 已提交
411 412

  void Wait(platform::DeviceContext *waited_dev) override {
Y
Yu Yang 已提交
413 414 415 416 417 418 419 420 421
    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
422 423 424
        for (auto &ev : events_) {
          PADDLE_ENFORCE(cudaStreamWaitEvent(stream, ev.second, 0));
        }
Y
Yu Yang 已提交
425
      }
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
426
    }
Y
Yu Yang 已提交
427
  }
Y
Yu Yang 已提交
428 429
};

Y
Yu Yang 已提交
430 431 432 433 434 435
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
436
  member_->places_ = places;
Y
Yu Yang 已提交
437
  member_->global_scope_ = scope;
Y
Yu Yang 已提交
438 439 440 441
  // 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
442 443
  for (size_t i = 0; i < member_->places_.size(); ++i) {
    member_->local_scopes_.push_back(&scope->NewScope());
Y
Yu Yang 已提交
444 445 446 447
  }
  member_->main_place_ = places[0];

  // Bcast Parameters to all GPUs
Y
Yu Yang 已提交
448
  BuildNCCLCommunicator();
Y
Yu Yang 已提交
449 450 451
  if (platform::is_gpu_place(member_->main_place_) &&
      member_->local_scopes_.size() != 1) {  // Is CUDA
    BCastParamsToGPUs(startup_program);
Y
Yu Yang 已提交
452 453 454 455 456 457
  }
  // 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
458 459

  // Step 3. Create vars in each scope;
Y
Yu Yang 已提交
460
  for (auto *scope : member_->local_scopes_) {
Y
Yu Yang 已提交
461 462 463 464 465 466 467 468
    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
469 470 471 472 473
}

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
474
  std::unordered_set<std::string> grads;
Y
Yu Yang 已提交
475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489
  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
490 491 492 493 494
    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
495
      auto *op_handle = member_->ops_.back().get();
Y
Yu Yang 已提交
496 497
      op_handle->dev_ctx_[p] = const_cast<platform::DeviceContext *>(
          platform::DeviceContextPool::Instance().Get(p));
Y
Yu Yang 已提交
498 499 500 501

      auto var_names = op->InputArgumentNames();

      for (auto &each_var_name : var_names) {
Y
Yu Yang 已提交
502
        VarHandle *var = GetVarHandle(each_var_name, p);
Y
Yu Yang 已提交
503
        op_handle->inputs_.emplace_back(var);
Y
Yu Yang 已提交
504
        var->pending_ops_.emplace(op_handle);
Y
Yu Yang 已提交
505 506 507 508
      }
      var_names = op->OutputArgumentNames();

      for (auto &each_var_name : var_names) {
Y
Yu Yang 已提交
509
        GenerateVar(op_handle, each_var_name, p);
Y
Yu Yang 已提交
510 511 512 513 514
      }

      if (is_forwarding) {
        if (var_names.size() == 1 && var_names[0] == loss_var_name) {
          // Insert ScaleCost OpHandle
Y
Yu Yang 已提交
515
          member_->ops_.emplace_back(new ScaleLossGradOpHandle(
Y
Yu Yang 已提交
516
              this->member_->local_scopes_.size(), s, p));
Y
Yu Yang 已提交
517
          op_handle = member_->ops_.back().get();
Y
Yu Yang 已提交
518

Y
Yu Yang 已提交
519
          op_handle->dev_ctx_[p] = member_->CommunicationDevCtx(p);
Y
Yu Yang 已提交
520

Y
Yu Yang 已提交
521 522 523 524 525 526
          // 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
527
          GenerateVar(op_handle, loss_var_name + "@GRAD", p);
Y
Yu Yang 已提交
528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541
          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
542
          member_->ops_.emplace_back(new NCCLAllReduceOpHandle(member_));
Y
Yu Yang 已提交
543 544
          auto *op_handle = member_->ops_.back().get();

Y
Yu Yang 已提交
545 546 547
          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
548 549 550 551 552 553

            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
554
            prev_grad->pending_ops_.emplace(op_handle);
Y
Yu Yang 已提交
555
            auto &var = vars[vars.size()];
Y
Yu Yang 已提交
556
            var.place_ = p;
Y
Yu Yang 已提交
557 558 559 560
            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
561
            op_handle->dev_ctx_[p] = member_->CommunicationDevCtx(p);
Y
Yu Yang 已提交
562 563 564 565 566
          }
        }
      }
    }
  }
Y
Yu Yang 已提交
567

Y
Yu Yang 已提交
568 569 570
  /*
    Dependency graph has been constructed. However, there are still data
    harzaeds need to be handled.
Y
Yu Yang 已提交
571
   */
572
  PolishGraphToSupportDataHazards();
Y
Yu Yang 已提交
573
}
Y
Yu Yang 已提交
574

Y
Yu Yang 已提交
575 576 577 578 579 580 581
/**
 * 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)
 */
582
void ParallelExecutor::PolishGraphToSupportDataHazards() const {
Y
Yu Yang 已提交
583 584 585 586 587 588 589 590 591 592 593
  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
594 595 596 597 598 599
        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
600 601
        for (auto *read_op : read_ops) {
          // Manually add a dependency var from read_op to write_op;
Y
Yu Yang 已提交
602 603 604 605
          if (read_op == write_op) {
            // Read Write is the same op.
            continue;
          }
Y
Yu Yang 已提交
606 607

          auto *dep_var = new DependencyVarHandle();
Y
Yu Yang 已提交
608

Y
Yu Yang 已提交
609 610 611
          dep_var->generated_op_ = read_op;
          read_op->outputs_.emplace_back(dep_var);

Y
Yu Yang 已提交
612
          dep_var->pending_ops_.emplace(write_op);
Y
Yu Yang 已提交
613 614 615 616 617 618
          write_op->inputs_.emplace_back(dep_var);
          member_->dep_vars_.emplace(dep_var);
        }
      }
    }
  }
Y
Yu Yang 已提交
619 620 621 622 623 624 625 626 627 628 629 630 631 632 633 634 635 636 637 638 639 640 641 642 643 644 645 646 647 648 649 650 651 652 653
}

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
654
#ifdef PADDLE_WITH_CUDA
Y
Yu Yang 已提交
655
  auto *main_scope = member_->local_scopes_[0];
Y
Yu Yang 已提交
656

Y
Yu Yang 已提交
657 658 659 660 661 662 663 664
  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
665
      platform::dynload::ncclGroupStart();
Y
Yu Yang 已提交
666

Y
Update  
Yu Yang 已提交
667 668 669 670 671 672
      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
673
          auto local_scope = member_->local_scopes_[i];
Y
Update  
Yu Yang 已提交
674 675 676 677 678
          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
679
        auto &nccl_ctx = member_->GetNCCLCtx(place);
Y
Update  
Yu Yang 已提交
680
        platform::dynload::ncclBcast(buffer, numel, data_type, 0, nccl_ctx.comm,
Y
Stash  
Yu Yang 已提交
681
                                     nccl_ctx.stream());
Y
Yu Yang 已提交
682
      }
Y
Stash  
Yu Yang 已提交
683 684 685
      platform::dynload::ncclGroupEnd();
    }
  }
Y
Yu Yang 已提交
686 687 688 689
#else
  PADDLE_THROW("Not compiled with CUDA");
#endif
}
Y
Yu Yang 已提交
690

Y
Yu Yang 已提交
691 692
void ParallelExecutor::BuildNCCLCommunicator() const {
#ifdef PADDLE_WITH_CUDA
Y
Yu Yang 已提交
693
  for (auto &place : member_->places_) {
Y
Yu Yang 已提交
694
    int dev_id = boost::get<platform::CUDAPlace>(place).device;
Y
Yu Yang 已提交
695

Y
Yu Yang 已提交
696 697
    member_->communication_streams_.emplace(
        dev_id, ParallelExecutorPrivate::NCCLContext(dev_id));
Y
Yu Yang 已提交
698
  }
Y
Yu Yang 已提交
699 700

  ParallelExecutorPrivate::NCCLContext::InitNCCLContext(
Y
Update  
Yu Yang 已提交
701
      member_->communication_streams_, member_->places_);
Y
Yu Yang 已提交
702
#endif
Y
Yu Yang 已提交
703 704
}

Y
Yu Yang 已提交
705 706
void ParallelExecutor::Run(const std::vector<std::string> &fetch_tensors,
                           const std::string &fetched_var_name) {
Y
Yu Yang 已提交
707
  VLOG(3) << "Run iter";
Y
Yu Yang 已提交
708
  auto fetched_data = std::make_shared<FetchedData>(fetch_tensors.size());
Y
Yu Yang 已提交
709
  // Version --> VarHandle
Y
Yu Yang 已提交
710
  member_->exception_.reset();
Y
Yu Yang 已提交
711
  std::unordered_map<VarHandleBase *, std::atomic<bool>> pending_vars;
Y
Yu Yang 已提交
712
  std::unordered_map<OpHandle *, size_t> pending_ops;
Y
Yu Yang 已提交
713
  std::vector<DummyVarHandle> dummy_vars;
Y
Yu Yang 已提交
714 715 716 717

  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
718 719
        pending_vars[&version_pair.second] =
            version_pair.second.generated_op_ == nullptr;
Y
Yu Yang 已提交
720 721 722 723
      }
    }
  }

Y
Yu Yang 已提交
724
  for (auto &var : member_->dep_vars_) {
Y
Yu Yang 已提交
725
    pending_vars[var.get()] = var->generated_op_ == nullptr;
Y
Yu Yang 已提交
726 727
  }

Y
Yu Yang 已提交
728 729
  std::vector<OpHandle *> to_run;

Y
Yu Yang 已提交
730
  for (auto &op : member_->ops_) {
Y
Yu Yang 已提交
731 732 733 734 735 736 737
    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
738 739 740 741 742 743 744 745 746 747 748 749 750 751 752 753 754 755 756 757 758 759
  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
760
      op->dev_ctx_[p] = member_->GetNCCLCtx(p).ctx_.get();
Y
Yu Yang 已提交
761 762 763 764 765 766
    }

    for (auto *var : vars) {
      var->pending_ops_.emplace(op);
      op->inputs_.emplace_back(var);
    }
Y
Yu Yang 已提交
767 768 769 770 771 772 773

    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
774 775 776
    pending_ops.insert({op, op->inputs_.size()});
  }

Y
Yu Yang 已提交
777
  for (auto *op : to_run) {
Y
Yu Yang 已提交
778
    RunOp(pending_vars, op);
Y
Yu Yang 已提交
779 780
  }

Y
Yu Yang 已提交
781
  while (!pending_vars.empty()) {
Y
Yu Yang 已提交
782
    VarHandleBase *ready_var = nullptr;
Y
Yu Yang 已提交
783
    for (auto &pair : pending_vars) {
Y
Yu Yang 已提交
784
      if (pair.second.load(std::memory_order_consume)) {
Y
Yu Yang 已提交
785
        ready_var = pair.first;
Y
Yu Yang 已提交
786 787
      }
    }
Y
Yu Yang 已提交
788
    if (ready_var == nullptr) {
Y
Yu Yang 已提交
789 790 791 792
      // FIXME use conditional var instead of busy wait.
      if (member_->exception_) {
        throw * member_->exception_;
      }
Y
Yu Yang 已提交
793
      continue;
Y
Yu Yang 已提交
794
    }
Y
Yu Yang 已提交
795
    pending_vars.erase(ready_var);
Y
Yu Yang 已提交
796
    to_run.clear();
Y
Yu Yang 已提交
797 798 799 800 801
    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
802 803 804 805
      }
    }
    for (auto *op : to_run) {
      pending_ops.erase(op);
Y
Yu Yang 已提交
806
      RunOp(pending_vars, op);
Y
Yu Yang 已提交
807 808
    }
  }
Y
Yu Yang 已提交
809

Y
Yu Yang 已提交
810 811 812
  for (auto &p : member_->places_) {
    platform::DeviceContextPool::Instance().Get(p)->Wait();
  }
Y
Yu Yang 已提交
813 814 815 816

  fetch_ops.clear();
  *member_->global_scope_->Var(fetched_var_name)->GetMutable<LoDTensorArray>() =
      fetched_data->tensors_;
Y
Yu Yang 已提交
817
}
Y
Yu Yang 已提交
818

Y
Yu Yang 已提交
819
void ParallelExecutor::RunOp(
Y
Yu Yang 已提交
820
    std::unordered_map<VarHandleBase *, std::atomic<bool>> &pending_vars,
Y
Yu Yang 已提交
821
    OpHandle *op) const {
Y
Yu Yang 已提交
822 823
  std::vector<std::atomic<bool> *> *ready_buffer =
      new std::vector<std::atomic<bool> *>();
Y
Yu Yang 已提交
824
  for (auto *var : op->outputs_) {
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
825
    ready_buffer->emplace_back(&pending_vars[var]);
Y
Yu Yang 已提交
826 827 828 829
  }

  auto op_run = [ready_buffer, op, this] {
    try {
Y
Add log  
Yu Yang 已提交
830
      VLOG(10) << op->DebugString();
Y
Yu Yang 已提交
831
      op->Run();
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
832
      for (auto *ready : *ready_buffer) {
Y
Yu Yang 已提交
833
        ready->store(true, std::memory_order_release);
Y
Yu Yang 已提交
834
      }
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
835
      delete ready_buffer;
Y
Yu Yang 已提交
836 837 838 839 840 841
    } catch (platform::EnforceNotMet ex) {
      member_->exception_.reset(new platform::EnforceNotMet(ex));
    } catch (...) {
      LOG(FATAL) << "Unknown exception catched";
    }
  };
Y
Yu Yang 已提交
842
  member_->pool_.enqueue(op_run);
Y
Yu Yang 已提交
843
}
Y
Yu Yang 已提交
844
}  // namespace framework
Y
Yang Yang 已提交
845
}  // namespace paddle