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c6aa8c7f
编写于
9月 06, 2017
作者:
C
Cao Ying
提交者:
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9月 06, 2017
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+102
-81
doc/howto/dev/new_op_cn.md
doc/howto/dev/new_op_cn.md
+102
-81
未找到文件。
doc/howto/dev/new_op_cn.md
浏览文件 @
c6aa8c7f
...
...
@@ -45,7 +45,9 @@ Kernel实现 | CPU、GPU共享Kernel实现在`.h`文件中,否则,CPU
### 1. 定义ProtoMaker类
矩阵乘的公式:$Out = X
*
Y$, 可见该计算由两个输入,一个输出组成。首先定义
`ProtoMaker`
来描述该Op的输入、输出及注释:
矩阵乘法的公式:$Out = X
*
Y$, 可见该计算由两个输入,一个输出组成。
首先定义
`ProtoMaker`
来描述该Op的输入、输出,并添加注释:
```
cpp
class
MulOpMaker
:
public
framework
::
OpProtoAndCheckerMaker
{
...
...
@@ -63,17 +65,17 @@ The equation is: Out = X * Y
};
```
[
`MulOpMaker`
](
https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/operators/mul_op.cc#L43
)
继承自
`framework::OpProtoAndCheckerMaker`
,构造函数
包括
2个参数:
[
`MulOpMaker`
](
https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/operators/mul_op.cc#L43
)
继承自
`framework::OpProtoAndCheckerMaker`
,构造函数
含有
2个参数:
-
`framework::OpProto`
: 前者存储Op的输入输出和参数属性,将用于Python API接口的生成。
-
`framework::OpAttrChecker`
:后者用于检查参数属性的合法性。
构造函数里通过
`AddInput`
添加输入参数,通过
`AddOutput`
添加输出参数,通过
`AddComment`
添加
该Op的注释,
这些函数会将对应内容添加到
`OpProto`
中。
构造函数里通过
`AddInput`
添加输入参数,通过
`AddOutput`
添加输出参数,通过
`AddComment`
添加
Op的注释。
这些函数会将对应内容添加到
`OpProto`
中。
在
`MulOp`
中添加两个输入
`X`
和
`Y`
,添加了一个输出
`Out`
,并解释了各自含义,命名请遵守命名规范。
上面的代码
在
`MulOp`
中添加两个输入
`X`
和
`Y`
,添加了一个输出
`Out`
,并解释了各自含义,命名请遵守命名规范。
再
举个
[
`ScaleOp`
](
https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/operators/scale_op.cc#L37
)
的例子
:
再
以
[
`ScaleOp`
](
https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/operators/scale_op.cc#L37
)
为例
:
```
cpp
template
<
typename
AttrType
>
...
...
@@ -91,14 +93,16 @@ The equation is: Out = scale*X
};
```
这个例子有两处不同:
这个例子有两处不同:
-
`AddInput("X","...").NotInGradient()`
: 表示
`X`
这个输入不参与
`ScaleOp`
对应的梯度Op计算之中,如果Op的某个输入不参与反向梯度的计算,请显示地调用
`.NotInGradient()`
进行设置。
-
`AddInput("X","...").NotInGradient()`
: 表示
`X`
这个输入不参与
`ScaleOp`
对应的梯度Op计算之中。
-
`AddAttr<AttrType>("scale", "...").SetDefault(1.0);`
: 增加
`scale`
系数,作为参数属性,并且设置默认值为1.0。
-
`AddAttr<AttrType>("scale", "...").SetDefault(1.0);`
: 增加
`scale`
系数,作为参数属性,并且设置默认值为1.0。
### 2. 定义Operator类
下面的点实现了MulOp的定义:
```
cpp
class
MulOp
:
public
framework
::
OperatorWithKernel
{
...
...
@@ -143,14 +147,27 @@ MulOp(const std::string &type, const framework::VariableNameMap &inputs,
-
1). 做检查, 尽早报错:检查输入数据维度、类型等是否合法。
-
2). 设置输出Tensor的形状。
通常
`OpProtoMaker`
和
`Op`
类的定义写在
`.cc`
文件中,和
要讲到
的注册函数一起放在
`.cc`
中
通常
`OpProtoMaker`
和
`Op`
类的定义写在
`.cc`
文件中,和
下面将要介绍
的注册函数一起放在
`.cc`
中
### 3. 定义OpKernel类
```
cpp
template
<
typename
Place
,
typename
T
>
class
MulKernel
:
public
framework
::
OpKernel
{
public:
`MulKernel`
继承自
`framework::OpKernel`
,带有下面两个模板参数:
-
`typename Place`
: 表示设备类型,不同设备(CPU、GPU)共享同一个Kernel时,需加该模板参数,不共享则不加,一个不共享的例子是
[
`OnehotCrossEntropyOpKernel`
](
https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/operators/cross_entropy_op.h#L43
)
。
-
`typename T`
: 表示数据类型,如
`float`
,
`double`
等。
需要为
`MulKernel`
类重写
`Compute`
接口。
-
`Compute`
接受一个输入参数:
`const framework::ExecutionContext& context`
。
-
与
`InferShapeContext`
相比,
`ExecutionContext`
增加了设备类型,同样可获取到输入输出和属性参数。
-
`Compute`
函数里实现
`OpKernel`
的具体计算逻辑。
下面是
`MulKernel`
`Compute`
的实现:
```
cpp
template
<
typename
Place
,
typename
T
>
class
MulKernel
:
public
framework
::
OpKernel
{
public:
void
Compute
(
const
framework
::
ExecutionContext
&
context
)
const
override
{
auto
*
X
=
context
.
Input
<
Tensor
>
(
"X"
);
auto
*
Y
=
context
.
Input
<
Tensor
>
(
"Y"
);
...
...
@@ -160,50 +177,50 @@ class MulKernel : public framework::OpKernel {
const_cast
<
platform
::
DeviceContext
*>
(
context
.
device_context_
);
math
::
matmul
<
Place
,
T
>
(
*
X
,
false
,
*
Y
,
false
,
1
,
Z
,
0
,
device_context
);
}
};
```
};
```
`MulKernel`
继承自
`framework::OpKernel`
,带有模板参数:
需要注意:
**不同设备(CPU、GPU)共享一个Op定义,是否则共享同一个`OpKernel`,取决于`Compute`调用的函数是否支持不同设备。**
-
`typename Place`
: 表示设备类型,不同设备(CPU、GPU)共享同一个Kernel时,需加该模板参数,不共享则不加,一个不共享的例子是
[
`OnehotCrossEntropyOpKernel`
](
https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/operators/cross_entropy_op.h#L43
)
。
`MulOp`
的CPU、GPU实现共享同一个
`Kernel`
。
`OpKernel`
不共享的例子可以参考:
[
`OnehotCrossEntropyOpKernel`
](
https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/operators/cross_entropy_op.h#L43
)
。
-
`typename T`
: 表示数据类型,如
`float`
,
`double`
等
。
为了使
`OpKernel`
的计算过程书写更加简单,并且CPU、GPU的代码可以复用,我们通常借助 Eigen unsupported Tensor模块来实现
`Compute`
接口。关于在PaddlePaddle中如何使用Eigen库,请参考
[
使用文档
](
https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/doc/howto/dev/use_eigen_cn.md
)
。
`MulKernel`
需要重写
`Compute`
接口,该接口参数为
`const framework::ExecutionContext& context`
,
`ExecutionContext`
相比
`InferShapeContext`
增加了设备类型,同样可获取到输入输出和属性参数,
`Compute`
函数里写具体实现时。
注意,不同设备(CPU、GPU)共享一个Op定义,是否则共享同一个
`OpKernel`
,取决于
`Compute`
调用的函数是否支持不同设备。
`MulOp`
的CPU、GPU实现共享同一个
`Kernel`
,
`OpKernel`
不共享的例子可以参考
[
`OnehotCrossEntropyOpKernel`
](
https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/operators/cross_entropy_op.h#L43
)
。
到此,前向Op实现完成。接下来,需要在
`.cc`
文件中注册该op和kernel。
反向Op类的定义,反向OpKernel的定义与前向Op类似,这里不再赘述。
**但需注意反向Op没有`ProtoMaker`**
。
为了使得
`OpKernel`
的计算过程书写较为简单,CPU、GPU的代码可以复用,我们通常借助Eigen unsupported Tensor模块来实现。关于在paddle中如何使用Eigen库,请参考对应的使用
[
文档
](
https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/doc/howto/dev/use_eigen_cn.md
)
### 4. 注册Operator
到此前向Op实现完成,需要在
`.cc`
文件中注册该op和kernel。反向Op类的定义和Kernel定义与前向Op类似,这里不再重复。但注意,反向Op没有
`ProtoMaker`
。
-
在
`.cc`
文件中注册前向、反向Op类,注册CPU Kernel
。
### 4. 注册Operator
```cpp
namespace ops = paddle::operators;
REGISTER_OP(mul, ops::MulOp, ops::MulOpMaker, mul_grad, ops::MulOpGrad);
REGISTER_OP_CPU_KERNEL(mul, ops::MulKernel<paddle::platform::CPUPlace, float>);
REGISTER_OP_CPU_KERNEL(mul_grad,
ops::MulGradKernel<paddle::platform::CPUPlace, float>);
```
在
`.cc`
文件中注册前向、反向Op类,注册CPU Kernel。
在上面的代码中:
```
cpp
namespace
ops
=
paddle
::
operators
;
REGISTER_OP
(
mul
,
ops
::
MulOp
,
ops
::
MulOpMaker
,
mul_grad
,
ops
::
MulOpGrad
);
REGISTER_OP_CPU_KERNEL
(
mul
,
ops
::
MulKernel
<
paddle
::
platform
::
CPUPlace
,
float
>
);
REGISTER_OP_CPU_KERNEL
(
mul_grad
,
ops
::
MulGradKernel
<
paddle
::
platform
::
CPUPlace
,
float
>
);
```
- `REGISTER_OP` : 注册`ops::MulOp`类,类型名为`mul`,该类的`ProtoMaker`为`ops::MulOpMaker`,注册`ops::MulOpGrad`,类型名为`mul_grad`。
- `REGISTER_OP_WITHOUT_GRADIENT` : 用于注册没有反向的Op。
- `REGISTER_OP_CPU_KERNEL` :注册`ops::MulKernel`类,并特化模板参数为`paddle::platform::CPUPlace`和`float`类型,同理,注册`ops::MulKernel`类。
-
`REGISTER_OP`
: 注册
`ops::MulOp`
类,类型名为
`mul`
,该类的
`ProtoMaker`
为
`ops::MulOpMaker`
,注册
`ops::MulOpGrad`
,类型名为
`mul_grad`
,
-
`REGISTER_OP_WITHOUT_GRADIENT`
: 用于注册没有反向的Op。
-
`REGISTER_OP_CPU_KERNEL`
:注册
`ops::MulKernel`
类,并特化模板参数为
`paddle::platform::CPUPlace`
和
`float`
类型,同理,注册
`ops::MulKernel`
类。
在
`.cu`
文件中注册GPU Kernel。请注意,如果GPU Kernel的实现是基于Eigen unsupported模块,那么在
`.cu`
的最前面请加上宏定义
`#define EIGEN_USE_GPU`
-
在
`.cu`
文件中注册GPU Kernel。
-
请注意,如果GPU Kernel的实现基于Eigen unsupported模块,那么在
`.cu`
的开始请加上宏定义
`#define EIGEN_USE_GPU`
,代码示例如下:
```
cpp
// if use Eigen unsupported module before include head files
#define EIGEN_USE_GPU
```cpp
// if use Eigen unsupported module before include head files
#define EIGEN_USE_GPU
namespace
ops
=
paddle
::
operators
;
REGISTER_OP_GPU_KERNEL
(
mul
,
ops
::
MulKernel
<
paddle
::
platform
::
GPUPlace
,
float
>
);
REGISTER_OP_GPU_KERNEL
(
mul_grad
,
ops
::
MulGradKernel
<
paddle
::
platform
::
GPUPlace
,
float
>
);
```
namespace ops = paddle::operators;
REGISTER_OP_GPU_KERNEL(mul, ops::MulKernel<paddle::platform::GPUPlace, float>);
REGISTER_OP_GPU_KERNEL(mul_grad,
ops::MulGradKernel<paddle::platform::GPUPlace, float>);
```
### 5. 编译
...
...
@@ -225,7 +242,7 @@ REGISTER_OP_GPU_KERNEL(mul_grad,
-
绑定Python
在 [`paddle/pybind/pybind.cc
`](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/pybind/pybind.cc)
文件中添加该类:
`](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/pybind/pybind.cc)
使用`
USE_OP
`告知编译器需要链接的Op,具体解释参考[代码注释](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/framework/op_registry.h#L81)。
```
USE_OP(mul);
...
...
@@ -242,50 +259,54 @@ REGISTER_OP_GPU_KERNEL(mul_grad,
USE_NO_KENREL_OP(recurrent);
```
使用`
USE_OP
`告知编译器需要链接该Op的目标文件,具体解释参考[代码注释](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/framework/op_registry.h#L81)。
- 生成库
无需修改 [`
paddle/pybind/CMakeLists.txt
`](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/pybind/CMakeLists.txt)文件,`
paddle/operators
` 目录下新增的 `
*
_op.cc
` 文件会
自动被
添加链接到生成的lib库中。
无需修改 [`
paddle/pybind/CMakeLists.txt
`](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/pybind/CMakeLists.txt)文件,`
paddle/operators
` 目录下新增的 `
*
_op.cc
` 文件会
被自动
添加链接到生成的lib库中。
## 实现单元测试
单测包括对比前向Op不同设备(CPU、GPU)的实现、对比反向OP不同设备(CPU、GPU)的实现、反向Op的梯度测试。下面介绍介绍[`
MulOp
`的单
测
](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/python/paddle/v2/framework/tests/test_mul_op.py)。
单测包括对比前向Op不同设备(CPU、GPU)的实现、对比反向OP不同设备(CPU、GPU)的实现、反向Op的梯度测试。下面介绍介绍[`
MulOp
`的单
元测试
](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/python/paddle/v2/framework/tests/test_mul_op.py)。
### 前向Operator单元测试
前向Op单
测继承自`
unittest.TestCase
`,并定义元类`
__metaclass__
= OpTestMeta
`,具体单测流程在`
OpTestMeta
`里完成。需在`
setUp
`函数定义输入输出和属性参数,以及Python对比的输出值。
前向Op单
元测试继承自`
unittest.TestCase
`,并定义元类`
__metaclass__
= OpTestMeta
`。各项更加具体的单元测试在`
OpTestMeta
`里完成。测试前向Operator,需要:
```python
import unittest
import numpy as np
from gradient_checker import GradientChecker, create_op
from op_test_util import OpTestMeta
1. 在`
setUp
`函数定义输入、输出,以及相关的属性参数。
2. 生成随机的输入数据。
3. 在Python脚本中实现与前向operator相同的计算逻辑,得到输出值,与operator前向计算的输出进行对比。
class TestMulOp(unittest.TestCase):
__metaclass__ = OpTestMeta
def setUp(self):
self.type = "mul"
self.inputs = {
'X': np.random.random((32, 84)).astype("float32"),
'Y': np.random.random((84, 100)).astype("float32")
}
self.outputs = {'Out': np.dot(self.inputs['X'], self.inputs['Y'])}
```
首先需要`
import
`必要的包,下面详细解释其他值:
```python
import unittest
import numpy as np
from gradient_checker import GradientChecker, create_op
from op_test_util import OpTestMeta
class TestMulOp(unittest.TestCase):
__metaclass__ = OpTestMeta
- `
self.type = "mul"
` : 定义类型,和注册的类型一致。
- `
self.inputs
` : 定义输入,类型为Numpy.array,并初始化。
- `
self.outputs
` : 定义输出,并得到Python结算结果。
def setUp(self):
self.type = "mul"
self.inputs = {
'X': np.random.random((32, 84)).astype("float32"),
'Y': np.random.random((84, 100)).astype("float32")
}
self.outputs = {'Out': np.dot(self.inputs['X'], self.inputs['Y'])}
```
上面的代码首先导入依赖的包,下面是对`
setUp
`函数中操作的重要变量的详细解释:
- `
self.type = "mul"
` : 定义类型,与operator注册时注册的类型一致。
- `
self.inputs
` : 定义输入,类型为`
numpy.array
`,并初始化。
- `
self.outputs
` : 定义输出,并在Python脚本中完成与operator同样的计算逻辑,返回Python端的计算结果。
### 反向Operator单元测试
反向Op单
测继承自`
GradientChecker
`,而`
GradientChecker
`集成自`
unittest.TestCase
`,所以反向单测函数需要`
test_
`开头
。
反向Op单
元测试继承自`
GradientChecker
`,而`
GradientChecker
`继承自`
unittest.TestCase
`,因此,**反向单元测试函数需要以`
test_
`开头**
。
```
cpp
```
python
class TestMulGradOp(GradientChecker):
def setUp(self):
self.op = create_op("mul")
...
...
@@ -319,27 +340,27 @@ class TestMulGradOp(GradientChecker):
no_grad_set={"Y"})
```
下面解释一些关键的地方:
下面解释
代码中
一些关键的地方:
- 调用`
create_op("mul")
`创建反向Op对应的前向Op。
- 调用`
compare_grad
`函数对比CPU、GPU计算结果。
- `
test_normal
`中调用`
check_grad
`检查梯度稳定性,这里采用数值法检测梯度正确
性。
- 第一个参数`
self.op
` : 前向Op。
- 第二个参数`
self.inputs
` : 输入词典,词典的Key和`
ProtoMaker
`定义保持一致。
- 第三个参数`
["X", "Y"]
` : 指定对输入变量`
X
`、`
Y
`做梯度检测。
- 第四个参数`
"Out"
` : 指定前向网络最终的输出目标变量`
Out
`
- `
test_ignore_x
`和`
test_ignore_y
`分支
测试只需要计算一个输入梯度的情况。
- 调用`
create_op("mul")
`创建反向Op对应的前向Op。
- 调用`
compare_grad
`函数对比CPU、GPU计算结果。
- `
test_normal
`中调用`
check_grad
`使用数值法检测梯度正确性和稳定
性。
- 第一个参数`
self.op
` : 前向Op。
- 第二个参数`
self.inputs
` : 输入词典,词典的Key和`
ProtoMaker
`定义保持一致。
- 第三个参数`
["X", "Y"]
` : 指定对输入变量`
X
`、`
Y
`做梯度检测。
- 第四个参数`
"Out"
` : 指定前向网络最终的输出目标变量`
Out
`
- `
test_ignore_x
`和`
test_ignore_y
`分支用来
测试只需要计算一个输入梯度的情况。
### 编译和执行单元测试
单
测完成之后,在[`
python/paddle/v2/framework/tests/CMakeLists.txt
`](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/python/paddle/v2/framework/tests/CMakeLists.txt)里添加以下内容将单测加入工程中
:
单
元测试编写完成之后,在[`
python/paddle/v2/framework/tests/CMakeLists.txt
`](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/python/paddle/v2/framework/tests/CMakeLists.txt)中添加以下内容,将单元测试加入工程
:
```
py_test(test_mul_op SRCS test_mul_op.py)
```
请注意,**不同于Op的编译测试,运行单元测试测时需要编译整个工程**,并且编译时需要打开`
WITH_TESTING
`, 即`
cmake paddle_dir -DWITH_TESTING=ON
`。编译成功后,执行下面的命令来运行单
测
:
请注意,**不同于Op的编译测试,运行单元测试测时需要编译整个工程**,并且编译时需要打开`
WITH_TESTING
`, 即`
cmake paddle_dir -DWITH_TESTING=ON
`。编译成功后,执行下面的命令来运行单
元测试
:
```bash
make test ARGS="-R test_mul_op -V"
...
...
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