You need to sign in or sign up before continuing.
parallel_executor.cc 24.4 KB
Newer Older
Y
Yang Yang 已提交
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
/* Copyright (c) 2016 PaddlePaddle Authors. All Rights Reserved.

Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
you may not use this file except in compliance with the License.
You may obtain a copy of the License at

    http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0

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

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

namespace paddle {
Y
Yu Yang 已提交
24 25
namespace framework {

Y
Yu Yang 已提交
26 27 28 29 30 31
#ifdef PADDLE_WITH_CUDA

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

Y
Yu Yang 已提交
32 33
struct OpHandle;

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

  OpHandle *generated_op_;
Y
Yu Yang 已提交
39
  std::unordered_set<OpHandle *> pending_ops_;
Y
Yu Yang 已提交
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
Yu Yang 已提交
49 50
  // version field currently is not used, however, just store the version to
  // debug easily.
Y
Yu Yang 已提交
51 52 53
  size_t version_;
  std::string name_;
  platform::Place place_;
Y
Yu Yang 已提交
54
};
Y
Yu Yang 已提交
55

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

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

struct OpHandle {
Y
Yu Yang 已提交
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
Yu Yang 已提交
70

Y
Yu Yang 已提交
71 72
  std::unordered_map<int, cudaEvent_t> events_;

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

  virtual ~OpHandle() {}
Y
Yu Yang 已提交
88

Y
Yu Yang 已提交
89 90
  void Run(bool use_event) {
    if (events_.empty() && use_event) {
Y
Yu Yang 已提交
91 92 93 94 95 96 97 98 99
      for (auto &p : dev_ctx_) {
        int dev_id = boost::get<platform::CUDAPlace>(p.first).device;
        cudaSetDevice(dev_id);
        cudaEventCreateWithFlags(&events_[dev_id], cudaEventDisableTiming);
      }
    }

    RunImpl();

Y
Yu Yang 已提交
100 101 102 103 104 105 106
    if (use_event) {
      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);
      }
Y
Yu Yang 已提交
107 108 109 110
    }
  }

  virtual void Wait(platform::DeviceContext *waited_dev) {
Y
Fix bug  
Yu Yang 已提交
111
    if (platform::is_cpu_place(waited_dev->GetPlace()) || events_.empty()) {
Y
Yu Yang 已提交
112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125
      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
Yu Yang 已提交
126 127 128 129
};

struct ComputationOpHandle : public OpHandle {
  std::unique_ptr<OperatorBase> op_;
Y
Yu Yang 已提交
130 131
  Scope *scope_;
  platform::Place place_;
Y
Yu Yang 已提交
132

Y
Yu Yang 已提交
133 134
  explicit ComputationOpHandle(const OpDesc &op_desc, Scope *scope,
                               platform::Place place)
Y
Yu Yang 已提交
135
      : op_(framework::OpRegistry::CreateOp(op_desc)),
Y
Yu Yang 已提交
136
        scope_(scope),
Y
Yu Yang 已提交
137
        place_(place) {}
Y
Yu Yang 已提交
138

Y
Yu Yang 已提交
139 140
 protected:
  void RunImpl() override {
Y
Yu Yang 已提交
141 142 143
    auto *cur_ctx = dev_ctx_[place_];
    for (auto *in : inputs_) {
      if (in->generated_op_ && in->generated_op_->dev_ctx_[place_] != cur_ctx) {
Y
Yu Yang 已提交
144
        in->generated_op_->Wait(cur_ctx);
Y
Yu Yang 已提交
145 146 147 148
      }
    }

    op_->Run(*scope_, place_);
Y
Yu Yang 已提交
149
  }
Y
Yu Yang 已提交
150 151
};

Y
Yu Yang 已提交
152 153 154 155 156 157 158 159 160
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),
Y
Yu Yang 已提交
161
        place_(place) {}
Y
Yu Yang 已提交
162

Y
Yu Yang 已提交
163
  ~ScaleLossGradOpHandle() {}
Y
Yu Yang 已提交
164

Y
Yu Yang 已提交
165 166
 protected:
  void RunImpl() override {
Y
Yu Yang 已提交
167
    std::string var_name = static_cast<VarHandle *>(this->outputs_[0])->name_;
Y
Yu Yang 已提交
168

Y
Yu Yang 已提交
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
Yu Yang 已提交
176
      auto stream =
Y
Yu Yang 已提交
177
          static_cast<platform::CUDADeviceContext *>(this->dev_ctx_[place_])
Y
Yu Yang 已提交
178 179 180 181
              ->stream();
      memory::Copy(boost::get<platform::CUDAPlace>(place_), tmp,
                   platform::CPUPlace(), &coeff_, sizeof(float), stream);
    }
Y
Yu Yang 已提交
182
  }
Y
Yu Yang 已提交
183 184
};

Y
Yu Yang 已提交
185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206
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
Yu Yang 已提交
207 208 209 210 211 212
  void Wait(platform::DeviceContext *waited_dev) override {
    PADDLE_THROW("Nobody should wait FetchOp. Unexpceted Error");
  }

 protected:
  void RunImpl() override {
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
213
    for (auto *input : inputs_) {
Y
Yu Yang 已提交
214 215
      auto *var = static_cast<VarHandle *>(input);
      var->generated_op_->Wait(this->dev_ctx_[var->place_]);
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
216 217
    }

Y
Yu Yang 已提交
218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245
    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
Yu Yang 已提交
246 247
class ParallelExecutorPrivate {
 public:
Y
Yu Yang 已提交
248
  explicit ParallelExecutorPrivate(size_t num_threads)
Y
Yu Yang 已提交
249
      : pool_(num_threads <= 1 ? nullptr : new ThreadPool(num_threads)) {}
Y
Yu Yang 已提交
250

Y
Stash  
Yu Yang 已提交
251 252
  std::vector<platform::Place> places_;

Y
Yu Yang 已提交
253
  std::vector<Scope *> local_scopes_;
Y
Yu Yang 已提交
254
  Scope *global_scope_;
Y
Yu Yang 已提交
255

Y
Yu Yang 已提交
256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270
#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
271 272
    static void InitNCCLContext(std::unordered_map<int, NCCLContext> &contexts,
                                const std::vector<platform::Place> &places) {
Y
Yu Yang 已提交
273 274 275 276 277
      std::vector<ncclComm_t> comms;
      std::vector<int> devs;
      comms.resize(contexts.size());
      devs.reserve(contexts.size());

Y
Update  
Yu Yang 已提交
278 279
      for (auto &p : places) {
        devs.push_back(boost::get<platform::CUDAPlace>(p).device);
Y
Yu Yang 已提交
280 281 282 283 284 285
      }

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

      int i = 0;
Y
Update  
Yu Yang 已提交
286 287
      for (auto &dev_id : devs) {
        contexts.at(dev_id).comm = comms[i++];
Y
Yu Yang 已提交
288 289 290 291
      }
    }
  };

Y
Update  
Yu Yang 已提交
292
  std::unordered_map<int, NCCLContext> communication_streams_;
Y
Yu Yang 已提交
293 294 295 296 297 298 299 300

  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
301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313
  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
Yu Yang 已提交
314 315 316 317 318 319
  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
320 321
  std::unordered_set<std::unique_ptr<VarHandleBase>> dep_vars_;

Y
Yu Yang 已提交
322
  std::vector<std::unique_ptr<OpHandle>> ops_;
Y
Yu Yang 已提交
323

Y
Yu Yang 已提交
324
  // Use a simpler thread pool, might be faster.
Y
Yu Yang 已提交
325
  std::unique_ptr<ThreadPool> pool_;
Y
Yu Yang 已提交
326 327

  std::unique_ptr<platform::EnforceNotMet> exception_;
Y
Yu Yang 已提交
328 329 330 331
};

// TODO(yy): Move this function somewhere
ncclDataType_t ToNCCLDataType(std::type_index type) {
Y
Stash  
Yu Yang 已提交
332 333 334 335 336 337 338 339 340
  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
341 342
}

Y
Yu Yang 已提交
343 344
static std::mutex g_nccl_mtx_;

Y
Yu Yang 已提交
345 346 347 348
struct NCCLAllReduceOpHandle : public OpHandle {
  ParallelExecutorPrivate *member_;

  explicit NCCLAllReduceOpHandle(ParallelExecutorPrivate *member)
Y
Yu Yang 已提交
349
      : member_(member) {}
Y
Yu Yang 已提交
350

Y
Yu Yang 已提交
351 352 353 354 355
  void Wait(platform::DeviceContext *waited_dev) override {
    VLOG(3) << "Wait nccl all reduce op";
    OpHandle::Wait(waited_dev);
  }

Y
Yu Yang 已提交
356 357
 protected:
  void RunImpl() override {
Y
Yu Yang 已提交
358 359 360
    if (this->inputs_.size() == 1) {
      return;  // No need to all reduce when GPU count = 1;
    } else {
Y
Yu Yang 已提交
361 362 363 364 365 366
      // 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
367 368 369 370
      auto &var_name = static_cast<VarHandle *>(this->inputs_[0])->name_;
      int dtype = -1;
      size_t numel = 0;

Y
Yu Yang 已提交
371 372
      std::lock_guard<std::mutex> g(g_nccl_mtx_);

Y
Yu Yang 已提交
373
      PADDLE_ENFORCE(platform::dynload::ncclGroupStart());
Y
Update  
Yu Yang 已提交
374

Y
Yu Yang 已提交
375 376 377
      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
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
Yu Yang 已提交
390
        PADDLE_ENFORCE(platform::dynload::ncclAllReduce(
Y
Update  
Yu Yang 已提交
391
            buffer, buffer, numel, static_cast<ncclDataType_t>(dtype), ncclSum,
Y
Yu Yang 已提交
392
            nccl_ctx.comm, nccl_ctx.stream()));
Y
Yu Yang 已提交
393
      }
Y
Yu Yang 已提交
394
      PADDLE_ENFORCE(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
ParallelExecutor::ParallelExecutor(
Y
Yu Yang 已提交
400
    size_t num_threads, const std::vector<platform::Place> &places,
Y
Yu Yang 已提交
401 402 403
    const std::unordered_set<std::string> &params,
    const ProgramDesc &startup_program, const ProgramDesc &main_program,
    const std::string &loss_var_name, Scope *scope)
Y
Yu Yang 已提交
404
    : member_(new ParallelExecutorPrivate(num_threads)) {
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
  bool use_event = true;
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(use_event, 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_acquire)) {
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(use_event, 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
    bool use_event,
Y
Yu Yang 已提交
794
    std::unordered_map<VarHandleBase *, std::atomic<bool>> &pending_vars,
Y
Yu Yang 已提交
795
    OpHandle *op) const {
Y
Yu Yang 已提交
796 797
  std::vector<std::atomic<bool> *> *ready_buffer =
      new std::vector<std::atomic<bool> *>();
Y
Yu Yang 已提交
798
  for (auto *var : op->outputs_) {
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
799
    ready_buffer->emplace_back(&pending_vars[var]);
Y
Yu Yang 已提交
800 801
  }

Y
Yu Yang 已提交
802
  auto op_run = [ready_buffer, op, this, use_event] {
Y
Yu Yang 已提交
803
    try {
Y
Add log  
Yu Yang 已提交
804
      VLOG(10) << op->DebugString();
Y
Yu Yang 已提交
805
      op->Run(use_event);
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
806
      for (auto *ready : *ready_buffer) {
Y
Yu Yang 已提交
807
        ready->store(true, std::memory_order_release);
Y
Yu Yang 已提交
808
      }
Y
Debug  
Yu Yang 已提交
809
      delete ready_buffer;
Y
Yu Yang 已提交
810 811 812 813 814 815
    } catch (platform::EnforceNotMet ex) {
      member_->exception_.reset(new platform::EnforceNotMet(ex));
    } catch (...) {
      LOG(FATAL) << "Unknown exception catched";
    }
  };
Y
Yu Yang 已提交
816 817 818 819 820
  if (member_->pool_) {
    member_->pool_->enqueue(op_run);
  } else {
    op_run();
  }
Y
Yu Yang 已提交
821
}
Y
Yu Yang 已提交
822
}  // namespace framework
Y
Yang Yang 已提交
823
}  // namespace paddle