Tensorflow基础教程15：常用模块 tf.config：GPU 的使用与分配

　　目录

　　指定当前程序使用的 GPU

　　小技巧

　　设置显存使用策略

　　提示

　　单 GPU 模拟多 GPU 环境

　　指定当前程序使用的 GPU

　　很多时候的场景是：实验室 / 公司研究组里有许多学生 / 研究员需要共同使用一台多 GPU 的工作站，而默认情况下 TensorFlow 会使用其所能够使用的所有 GPU，这时就需要合理分配显卡资源。

　　首先，通过 tf.config.list_physical_devices ，我们可以获得当前主机上某种特定运算设备类型(如 GPU 或 CPU )的列表，例如，在一台具有 4 块 GPU 和一个 CPU 的工作站上运行以下代码：

　　gpus = tf.config.list_physical_devices(device_type='GPU')

　　cpus = tf.config.list_physical_devices(device_type='CPU')

　　print(gpus, cpus)

　　输出：

　　[PhysicalDevice(name='/physical_device:GPU:0', device_type='GPU'),

　　PhysicalDevice(name='/physical_device:GPU:1', device_type='GPU'),

　　PhysicalDevice(name='/physical_device:GPU:2', device_type='GPU'),

　　PhysicalDevice(name='/physical_device:GPU:3', device_type='GPU')]

　　[PhysicalDevice(name='/physical_device:CPU:0', device_type='CPU')]

　　可见，该工作站具有 4 块 GPU：GPU:0 、 GPU:1 、 GPU:2 、 GPU:3 ，以及一个 CPU CPU:0 。

　　然后，通过 tf.config.set_visible_devices ，可以设置当前程序可见的设备范围(当前程序只会使用自己可见的设备，不可见的设备不会被当前程序使用)。例如，如果在上述 4 卡的机器中我们需要限定当前程序只使用下标为 0、1 的两块显卡(GPU:0 和 GPU:1)，可以使用以下代码：

　　gpus = tf.config.list_physical_devices(device_type='GPU')

　　tf.config.set_visible_devices(devices=gpus[0:2], device_type='GPU')

　　小技巧

　　使用环境变量 CUDA_VISIBLE_DEVICES 也可以控制程序所使用的 GPU。假设发现四卡的机器上显卡 0,1 使用中，显卡 2,3 空闲，Linux 终端输入:

　　export CUDA_VISIBLE_DEVICES=2,3

　　或在代码中加入

　　import os

　　os.environ['CUDA_VISIBLE_DEVICES'] = "2,3"

　　即可指定程序只在显卡 2,3 上运行。

　　设置显存使用策略

　　默认情况下，TensorFlow 将使用几乎所有可用的显存，以避免内存碎片化所带来的性能损失。不过，TensorFlow 提供两种显存使用策略，让我们能够更灵活地控制程序的显存使用方式：

　　仅在需要时申请显存空间(程序初始运行时消耗很少的显存，随着程序的运行而动态申请显存);

　　限制消耗固定大小的显存(程序不会超出限定的显存大小，若超出的报错)。

　　可以通过 tf.config.experimental.set_memory_growth 将 GPU 的显存使用策略设置为 “仅在需要时申请显存空间”。以下代码将所有 GPU 设置为仅在需要时申请显存空间：

　　gpus = tf.config.list_physical_devices(device_type='GPU')

　　for gpu in gpus:

　　tf.config.experimental.set_memory_growth(device=gpu, enable=True)

　　以下代码通过 tf.config.set_logical_device_configuration 选项并传入 tf.config.LogicalDeviceConfiguration 实例，设置 TensorFlow 固定消耗 GPU:0 的 1GB 显存(其实可以理解为建立了一个显存大小为 1GB 的 “虚拟 GPU”)：

　　gpus = tf.config.list_physical_devices(device_type='GPU')

　　tf.config.set_logical_device_configuration(

　　gpus[0],

　　[tf.config.LogicalDeviceConfiguration(memory_limit=1024)])

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　　TensorFlow 1.X 的 图执行模式 下，可以在实例化新的 session 时传入 tf.compat.v1.ConfigPhoto 类来设置 TensorFlow 使用显存的策略。具体方式是实例化一个 tf.ConfigProto 类，设置参数，并在创建 tf.compat.v1.Session 时指定 Config 参数。以下代码通过 allow_growth 选项设置 TensorFlow 仅在需要时申请显存空间：

　　config = tf.compat.v1.ConfigProto()

　　config.gpu_options.allow_growth = True

　　sess = tf.compat.v1.Session(config=config)

　　以下代码通过 per_process_gpu_memory_fraction 选项设置 TensorFlow 固定消耗 40% 的 GPU 显存：

　　config = tf.compat.v1.ConfigProto()

　　config.gpu_options.per_process_gpu_memory_fraction = 0.4

　　tf.compat.v1.Session(config=config)

　　单 GPU 模拟多 GPU 环境

　　当我们的本地开发环境只有一个 GPU，但却需要编写多 GPU 的程序在工作站上进行训练任务时，TensorFlow 为我们提供了一个方便的功能，可以让我们在本地开发环境中建立多个模拟 GPU，从而让多 GPU 的程序调试变得更加方便。以下代码在实体 GPU GPU:0 的基础上建立了两个显存均为 2GB 的虚拟 GPU。

　　gpus = tf.config.list_physical_devices('GPU')

　　tf.config.set_logical_device_configuration(

　　gpus[0],

　　[tf.config.LogicalDeviceConfiguration(memory_limit=2048),

　　tf.config.LogicalDeviceConfiguration(memory_limit=2048)])

　　我们在 单机多卡训练 的代码前加入以上代码，即可让原本为多 GPU 设计的代码在单 GPU 环境下运行。当输出设备数量时，程序会输出：

　　Number of devices: 2