提交 efd40b66 编写于 作者: C caoying03

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上级 843a8b1e
...@@ -23,19 +23,20 @@ ...@@ -23,19 +23,20 @@
- `framework::OperatorWithKernel`:继承自OperatorBase,Op有计算函数,称作有Kernel。 - `framework::OperatorWithKernel`:继承自OperatorBase,Op有计算函数,称作有Kernel。
- `class OpProtoAndCheckerMaker`:描述该Op的输入、输出、属性、注释,主要用于Python API接口生成 - `class OpProtoAndCheckerMaker`:描述该Op的输入、输出、属性、注释,主要用于Python API接口生成
依据是否包含kernel,将Op分为两种:包含Kernel的Op和不包含kernel的Op,前者Op的定义继承自`OperatorBase`,后者继承自`OperatorWithKernel`。本教程主要介绍带Kernel的Op如何写,简单总结Op需要包含的内容如下: 依据是否包含kernel,可以将Op分为两种:包含Kernel的Op和不包含kernel的Op,前者Op的定义继承自`OperatorBase`,后者继承自`OperatorWithKernel`。本教程主要介绍带Kernel的Op如何写,简单总结Op需要包含的内容如下:
内容 | 定义位置 内容 | 定义位置
-------------- | :---------------------- -------------- | :----------------------
OpProtoMake定义 | `.cc`文件,Backward Op不需要定义OpProtoMake OpProtoMake定义 | `*_op.cc`文件,Backward Op不需要定义OpProtoMake
Op定义 | `.cc`文件 Op定义 | `*_op.cc`文件
Kernel实现 | CPU、GPU共享Kernel在`.h`文件,否则,CPU可以在`.cc`文件,GPU可在`.cu`文件。 Kernel实现 | CPU、GPU共享Kernel在`*_op.h`文件,否则,CPU可以在`*_op.cc`文件,GPU可在`*_op.cu`文件。
注册Op | Op注册在`.cc`文件;Kernel注册CPU在`.cc`文件,GPU在`.cu`文件 注册Op | Op注册在`*_op.cc`文件;Kernel注册CPU在`*_op.cc`文件,GPU在`*_op.cu`文件
下面以矩阵乘操作,即[MulOp](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/operators/mul_op.cc)为例来介绍如何写带Kernel的Operator。
实现新的op都添加至目录[paddle/operators](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/tree/develop/paddle/operators)下,文件命名以`*_op.h`(如有) 、 `*_op.cc``*_op.cu`(如有)结尾。
下面以矩阵乘操作,即[MulOp](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/operators/mul_op.cc)为例来介绍如何写带Kernel的Operator。
## 实现C++类 ## 实现C++类
...@@ -43,8 +44,8 @@ Kernel实现 | CPU、GPU共享Kernel在`.h`文件,否则,CPU可以在` ...@@ -43,8 +44,8 @@ Kernel实现 | CPU、GPU共享Kernel在`.h`文件,否则,CPU可以在`
### 1. 定义ProtoMaker类 ### 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:
``` ```cpp
class MulOpMaker : public framework::OpProtoAndCheckerMaker { class MulOpMaker : public framework::OpProtoAndCheckerMaker {
public: public:
MulOpMaker(framework::OpProto *proto, framework::OpAttrChecker *op_checker) MulOpMaker(framework::OpProto *proto, framework::OpAttrChecker *op_checker)
...@@ -59,20 +60,20 @@ The equation is: Out = X * Y ...@@ -59,20 +60,20 @@ 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: [`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
- `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::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。 - `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`添加该Op的注释,这些函数会将对应内容添加到`OpProto`中。
`MulOp`中添加两个输入`X``Y`,添加了一个输出`Out`,并解释了各自含义,该命名尽可能的规范。 `MulOp`中添加两个输入`X``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: 再举个[`ScaleOp`](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/operators/scale_op.cc#L37)的例子:
``` ```cpp
template <typename AttrType> template <typename AttrType>
class ScaleOpMaker : public framework::OpProtoAndCheckerMaker { class ScaleOpMaker : public framework::OpProtoAndCheckerMaker {
public: public:
...@@ -87,17 +88,17 @@ The equation is: Out = scale*X ...@@ -87,17 +88,17 @@ The equation is: Out = scale*X
} }
}; };
``` ```
在这个例子里,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。 - `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 ### 2. 定义Operator类
```c++ ```cpp
class MulOp : public framework::OperatorWithKernel { class MulOp : public framework::OperatorWithKernel {
public: public:
using framework::OperatorWithKernel::OperatorWithKernel; using framework::OperatorWithKernel::OperatorWithKernel;
...@@ -121,20 +122,20 @@ class MulOp : public framework::OperatorWithKernel { ...@@ -121,20 +122,20 @@ class MulOp : public framework::OperatorWithKernel {
``` ```
[`MulOp`](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/operators/mul_op.cc#L22)继承自`OperatorWithKernel``public`成员: [`MulOp`](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/operators/mul_op.cc#L22)继承自`OperatorWithKernel``public`成员:
```c++ ```cpp
using framework::OperatorWithKernel::OperatorWithKernel; using framework::OperatorWithKernel::OperatorWithKernel;
``` ```
这句表示使用基类`OperatorWithKernel`的构造函数,也可写成: 这句表示使用基类`OperatorWithKernel`的构造函数,也可写成:
```c++ ```cpp
MulOp(const std::string &type, const framework::VariableNameMap &inputs, MulOp(const std::string &type, const framework::VariableNameMap &inputs,
const framework::VariableNameMap &outputs, const framework::VariableNameMap &outputs,
const framework::AttributeMap &attrs) const framework::AttributeMap &attrs)
: OperatorWithKernel(type, inputs, outputs, attrs) {} : OperatorWithKernel(type, inputs, outputs, attrs) {}
``` ```
还需要重写`InferShape`接口。`InferShape`为const函数,不能修改Op的成员变量,参数为`const framework::InferShapeContext &ctx`,通过该参数可获取到输入输出以及属性。它的功能是: 还需要重写`InferShape`接口。`InferShape`为const函数,不能修改Op的成员变量,参数为`const framework::InferShapeContext &ctx`,通过该参数可获取到输入输出以及属性。它的功能是:
- 1). 做检查, 尽早报错:检查输入数据维度、类型等是否合法。 - 1). 做检查, 尽早报错:检查输入数据维度、类型等是否合法。
...@@ -144,7 +145,7 @@ MulOp(const std::string &type, const framework::VariableNameMap &inputs, ...@@ -144,7 +145,7 @@ MulOp(const std::string &type, const framework::VariableNameMap &inputs,
### 3. 定义OpKernel类 ### 3. 定义OpKernel类
```C++ ```cpp
template <typename Place, typename T> template <typename Place, typename T>
class MulKernel : public framework::OpKernel { class MulKernel : public framework::OpKernel {
public: public:
...@@ -163,34 +164,34 @@ class MulKernel : public framework::OpKernel { ...@@ -163,34 +164,34 @@ class MulKernel : public framework::OpKernel {
`MulKernel`继承自`framework::OpKernel`,带有模板参数: `MulKernel`继承自`framework::OpKernel`,带有模板参数:
- `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 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。 - `typename T` : 表示数据类型,如`float`, `double`等。
`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。 `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) 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,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` 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`
### 4. 注册Operator ### 4. 注册Operator
`.cc`文件中注册前向、反向Op类,注册CPU Kernel。 `.cc`文件中注册前向、反向Op类,注册CPU Kernel。
```c++ ```cpp
namespace ops = paddle::operators; namespace ops = paddle::operators;
REGISTER_OP(mul, ops::MulOp, ops::MulOpMaker, mul_grad, ops::MulOpGrad); 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, ops::MulKernel<paddle::platform::CPUPlace, float>);
REGISTER_OP_CPU_KERNEL(mul_grad, REGISTER_OP_CPU_KERNEL(mul_grad,
ops::MulGradKernel<paddle::platform::CPUPlace, float>); ops::MulGradKernel<paddle::platform::CPUPlace, float>);
``` ```
- `REGISTER_OP` : 注册`ops::MulOp`类,类型名为`mul`,该类的`ProtoMaker``ops::MulOpMaker`,注册`ops::MulOpGrad`,类型名为`mul_grad` - `REGISTER_OP` : 注册`ops::MulOp`类,类型名为`mul`,该类的`ProtoMaker``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_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``float`类型,同理,注册`ops::MulKernel`类。 - `REGISTER_OP_CPU_KERNEL` :注册`ops::MulKernel`类,并特化模板参数为`paddle::platform::CPUPlace``float`类型,同理,注册`ops::MulKernel`类。
`.cu`文件中注册GPU Kernel。 `.cu`文件中注册GPU Kernel。
```c++ ```cpp
namespace ops = paddle::operators; namespace ops = paddle::operators;
REGISTER_OP_GPU_KERNEL(mul, ops::MulKernel<paddle::platform::GPUPlace, float>); REGISTER_OP_GPU_KERNEL(mul, ops::MulKernel<paddle::platform::GPUPlace, float>);
REGISTER_OP_GPU_KERNEL(mul_grad, REGISTER_OP_GPU_KERNEL(mul_grad,
...@@ -199,56 +200,42 @@ REGISTER_OP_GPU_KERNEL(mul_grad, ...@@ -199,56 +200,42 @@ REGISTER_OP_GPU_KERNEL(mul_grad,
### 5. 编译 ### 5. 编译
[paddle/operators/CMakeLists.txt](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/operators/CMakeLists.txt)文件中添加编译。 无需修改[paddle/operators/CMakeLists.txt](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/operators/CMakeLists.txt)文件,`paddle/operators` 目录下新增的 `*_op.cc` 文件会被自动加入编译。
``` 直接执行下面命令可进行编译:
op_library(mul_op SRCS mul_op.cc mul_op.cu DEPS math_function)
```
下面命令可以编译:
``` ```
make mul_op make mul_op
``` ```
## 绑定Python ## 绑定Python
- 绑定Python - 绑定Python
[`paddle/pybind/pybind.cc 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)文件中添加该类:
``` ```
USE_OP(mul); USE_OP(mul);
``` ```
如果只实现了CPU版本,则使用`USE_CPU_ONLY_OP`: 如果只实现了CPU版本,则使用`USE_CPU_ONLY_OP`:
``` ```
USE_CPU_ONLY_OP(gather); USE_CPU_ONLY_OP(gather);
``` ```
如果OP不带Kernel,则使用`USE_NO_KENREL_OP`: 如果OP不带Kernel,则使用`USE_NO_KENREL_OP`:
``` ```
USE_NO_KENREL_OP(recurrent); 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)。 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 - 生成库
[`paddle/pybind/CMakeLists.txt`](https://github.com/PaddlePaddle/Paddle/blob/develop/paddle/pybind/CMakeLists.txt)文件添加类到`DEPS`中,使得该Op可以链接到生成的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` 文件会被自动被添加链接至生成的lib库中。
```
if(WITH_PYTHON)
cc_library(paddle_pybind SHARED
SRCS pybind.cc
DEPS pybind python backward
mul_op
minus_op)
endif(WITH_PYTHON)
```
## 实现单元测试 ## 实现单元测试
...@@ -258,7 +245,7 @@ make mul_op ...@@ -258,7 +245,7 @@ make mul_op
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。
``` ```python
import unittest import unittest
import numpy as np import numpy as np
from gradient_checker import GradientChecker, create_op from gradient_checker import GradientChecker, create_op
...@@ -276,17 +263,17 @@ class TestMulOp(unittest.TestCase): ...@@ -276,17 +263,17 @@ class TestMulOp(unittest.TestCase):
self.outputs = {'Out': np.dot(self.inputs['X'], self.inputs['Y'])} 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: 首先需要`import`必要的包,下面详细解释其他值:
- `self.type = "mul" ` : 定义类型,和注册的类型一致。 - `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.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。 - `self.outputs` : 定义输出,并得到Python结算结果。
### 反向Operator单测 ### 反向Operator单测
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。
``` ```python
class MulGradOpTest(GradientChecker): class MulGradOpTest(GradientChecker):
def test_mul(self): def test_mul(self):
op = create_op("mul") op = create_op("mul")
...@@ -294,7 +281,7 @@ class TestMulOp(unittest.TestCase): ...@@ -294,7 +281,7 @@ class TestMulOp(unittest.TestCase):
'X': np.random.random((32, 84)).astype("float32"), 'X': np.random.random((32, 84)).astype("float32"),
'Y': np.random.random((84, 100)).astype("float32") 'Y': np.random.random((84, 100)).astype("float32")
} }
self.compare_grad(op, inputs) self.compare_grad(op, inputs)
# mul op will enlarge the relative error # mul op will enlarge the relative error
self.check_grad( self.check_grad(
op, inputs, set(["X", "Y"]), "Out", max_relative_error=0.5) op, inputs, set(["X", "Y"]), "Out", max_relative_error=0.5)
...@@ -310,7 +297,7 @@ class TestMulOp(unittest.TestCase): ...@@ -310,7 +297,7 @@ class TestMulOp(unittest.TestCase):
- 第四个参数`"Out"` : 指定前向网络最终的输出目标变量`Out` - 第四个参数`"Out"` : 指定前向网络最终的输出目标变量`Out`
### 编译和执行 ### 编译和执行
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)里添加编译: 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)里添加编译:
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