tensorflow 1.15 gpu docker环境搭建；Nvidia Docker容器基于TensorFlow1.15测试GPU；——全流程应用指南

前言: TensorFlow简介

TensorFlow 在新款 NVIDIA Pascal GPU 上的运行速度可提升高达 50%，并且能够顺利跨 GPU 进行扩展。 如今，训练模型的时间可以从几天缩短到几小时

TensorFlow 使用优化的 C++ 和 NVIDIA® CUDA® 工具包编写，使模型能够在训练和推理时在 GPU 上运行，从而大幅提速

TensorFlow GPU 支持需要多个驱动和库。为简化安装并避免库冲突，建议利用 GPU 支持的 TensorFlow Docker 镜像。此设置仅需要 NVIDIA GPU 驱动并且安装 NVIDIA Docker。用户可以从预配置了预训练模型和 TensorFlow 库支持的 NGC (NVIDIA GPU Cloud) 中提取容器

CPU擅长逻辑控制、串行计算，而GPU擅长高强度计算、并行计算。CUDA是NVIDIA推出用于自家GPU的并行计算框架，cuDNN & tensorflow是一系列机器学习，深度学习库，用于训练机器学习、深度学习模型

2. 依赖环境准备
选取centos7.3作为基础操作系统镜像，选取适配驱动：Nvidia

GPU部署预装机器

深度学习框架：cuda、cudnn、tensorflow

由于cuda、cudnn、tensorflow等机器学习、深度学习框架，依赖python3，需要在centos7.3操作系统中集成python3

一、 nvidia-docker的安装cpu架构：x86

受够了TensorRT+cuda+opencv+ffmpeg+x264运行环境的部署的繁琐，每次新服务器上部署环境都会花费很大的精力去部署环境，听说nvidia-docker可以省去部署的麻烦，好多人也推荐使用docker方便部署，咱也在网上搜索了下，学习了下，根据网上的资料，开始安装docker学习一下，把学习记录记在这儿，听说要想使用GPU，就要安装Docker-CE和NVIDIA Container Toolkit，好的，开始。

1. 安装Dokcer-CE
首先，我的机器上没有安装过docker,要先把docker安装上,执行以下脚本，开始安装。

 curl https://get.docker.com | sh \
>   && sudo systemctl --now enable docker

安装结束后，查看Docker版本：

docker --version

结果如下：

Docker version 20.10.16, build aa7e414

CentOS7下安装docker详细教程

当基于nvidia gpu开发的docker镜像在实际部署时，需要先安装nvidia docker。安装nvidia docker前需要先安装原生docker compose

安装docker

1. Docker 要求 CentOS 系统的内核版本高于 3.10 ，查看本页面的前提条件来验证你的CentOS 版本是否支持 Docker 。

通过 uname -r 命令查看你当前的内核版本

uname -r

uname -a

Linux gputest 3.10.0-1160.90.1.el7.x86_64 #1 SMP Thu May 4 15:21:22 UTC 2023 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

uname -r

3.10.0-1160.90.1.el7.x86_64

2. 使用 root 权限登录 Centos 确保 yum 包更新到最新

sudo yum update

3. 卸载旧版本(如果安装过旧版本的话)

yum remove docker 
docker-client 
docker-client-latest 
docker-common 
docker-latest 
docker-latest-logrotate 
docker-logrotate 
docker-selinux 
docker-engine-selinux 
docker-engine

4. 安装需要的软件包， yum-util 提供yum-config-manager功能，另外两个是devicemapper驱动依赖的

yum install -y yum-utils device-mapper-persistent-data lvm2

5. 设置yum源

yum-config-manager --add-repo https://download.docker.com/linux/centos/docker-ce.repo

6. 可以查看所有仓库中所有docker版本，并选择特定版本安装

yum list docker-ce --showduplicates | sort -r

7. 安装docker，版本号自选

yum install docker-ce-17.12.0.ce

8. 启动并加入开机启动

systemctl start docker
systemctl status docker
systemctl enable docker

9. 验证安装是否成功(有client和service两部分表示docker安装启动都成功了)

docker version

2. 安装NVIDIA Container Toolkit

执行以下脚本：

distribution=$(. /etc/os-release;echo $ID$VERSION_ID) \
   && curl -s -L https://nvidia.github.io/nvidia-docker/gpgkey | sudo apt-key add - \
   && curl -s -L https://nvidia.github.io/nvidia-docker/$distribution/nvidia-docker.list | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/nvidia-docker.list

控制台输出如下：

[sudo] dingxin 的密码： OK deb
https://nvidia.github.io/libnvidia-container/stable/ubuntu18.04/KaTeX parse error: Expected 'EOF', got '#' at position 10: (ARCH) / #̲deb https://nvi…(ARCH)
/ deb
https://nvidia.github.io/nvidia-container-runtime/stable/ubuntu18.04/KaTeX parse error: Expected 'EOF', got '#' at position 10: (ARCH) / #̲deb https://nvi…(ARCH)
/ deb https://nvidia.github.io/nvidia-docker/ubuntu18.04/$(ARCH) /

安装nvidia-docker2包及其依赖

sudo apt-get update

接着执行安装nvidia-docker2：

sudo apt-get install -y nvidia-docker2

CentOS7下安装NVIDIA-Docker
依赖条件
如果使用的 Tensorflow 版本大于 1.4.0，要求 CUDA 9.0 以上版本

基于docker的测试环境的建立

测试环境基于docker构建，需要Nvidia GPU驱动的支持（不需要安装CUDA），安装好GPU驱动和docker以后，下载最新的包含tensorflow，CUDA，cudnn等的image，然后就可以运行tf_cnn_benchmark了

1. 下载nvidia-docker安装包

$ wget https://github.com/NVIDIA/nvidia-docker/releases/download/v1.0.1/nvidia-docker-1.0.1-1.x86_64.rpm

2. 安装nvidia-docker

$ rpm -ivh nvidia-docker-1.0.1-1.x86_64.rpm

3. 启动 nvidia-docker 服务

$ sudo systemctl restart nvidia-docker

4. 执行以下命令，若结果显示 active(running) 则说明启动成功

$ systemctl status nvidia-docker.service

Active: active (running) since Fri 2023-07-21 11:15:45 CST; 1min ago

5. 使用 nvidia-docker查看 GPU 信息

 $ nvidia-docker run --rm nvidia/cuda nvidia-smi

二、镜像安装

1. cuda 11下的安装（可选）

sudo docker run --rm --gpus all nvidia/cuda:11.0-base nvidia-smi

查看已下载的镜像

sudo docker images -a

2. 下载tensorflow v1.15.5版本的镜像
官网下载:
https://catalog.ngc.nvidia.com/orgs/nvidia/containers/tensorflow/tags
大概1.5小时

安装testflow1.0版本（向下兼容）

docker pull nvcr.io/nvidia/tensorflow:23.03-tf1-py3

再次查看下载的镜像

docker image ls

image id = fc14c7fdf361为上述安装的tensorflow1.15版本容器

三、操作tensorflow容器

nvidia-docker run -it nvcr.io/nvidia/tensorflow:23.03-tf1-py3

格式：nvidia-docker run -it {REPOSITORY容器名称:TAG号}

pip list|grep tensor

jupyter-tensorboard 0.2.0
tensorboard 1.15.0
tensorflow 1.15.5+nv23.3
tensorflow-estimator 1.15.1
tensorrt 8.5.3.1

测试脚本：

import os
os.environ['TF_CPP_MIN_LOG_LEVEL'] = '2'
 
import tensorflow as tf
hello = tf.constant('--------Hello, TensorFlow!----------')
sess = tf.Session()
sess.run(hello)

在container OS中使用命令cat /proc/driver/nvidia/version或nvcc --version可正常显示显卡驱动版本及CUDA版本

四、配置git

1. 在本机生成公私钥ssh-keygen -t rsa -b 4096 -C "xx@xx.com" 默认生成的公私钥 ~/.ssh/

id_rsa.pub

id_rsa

-b 4096：b是bit的缩写

-b 指定密钥长度。对于RSA密钥，最小要求768位，默认是2048位。命令中的4096指的是RSA密钥长度为4096位。

DSA密钥必须恰好是1024位(FIPS 186-2 标准的要求)

Generating public/private rsa key pair. Enter file in which to save
the key (/Users/qa/.ssh/id_rsa): yes Enter passphrase (empty for no
passphrase): Enter same passphrase again: Your identification has been
saved in yes. Your public key has been saved in yes.pub. The key
fingerprint is: SHA256:MGbV/xx/xx lishan12@xx.com The key’s randomart
image is:
±–[RSA 4096]----+ | …OBB=Eo| | . .O+oO=o=| | = .o*+B *o.| | o o o+B =… | | S.+o . | | . o |
| . . | | . . | | . |
±—[SHA256]-----+

2. 配置登录git的username email。为公司给你分配的用户名 密码

第一步：

git config --global user.name 'username'
git config --global user.email 'username@xx.com'

第二步： 设置永久保存

git config --global credential.helper store 

第三步：手动输入一次用户名和密码，GIT会自动保存密码，下次无须再次输入

git pull

3. 初始化仓库 git init

4. 拉取代码 git clone git@gitlab.xx.com:xx/xx.git
   Cloning into ‘xx-xx’…
   git@gitlab.xx.com’s password:
   Permission denied, please try again.
   git@gitlab.xx.com’s password:

遇到的问题：没有出username 和 password成对的输入项 ，而是出了password输入项

都不知道密码是啥，跟登录git库的密码不一样。

然后使用http的方式，报一个错误：

use:~/ecox # git clone https://vcs.in.ww-it.cn/ecox/ecox.git

正克隆到 ‘ecox’…

fatal: unable to access ‘https://vcs.in.ww-it.cn/ecox/ecox.git/’: SSL certificate problem: unable to get local issuer certificate

提示SSL证书错误。发现说这个错误并不重要是系统证书的问题，系统判断到这个行为会造成不良影响，所以进行了阻止，只要设置跳过SSL证书验证就可以了，那么用命令 ：

git config --global http.sslVerify false

五、下载Benchmarks源码并运行

从 TensorFlow 的 Github 仓库上下载 TensorFlow Benchmarks，可以通过以下命令来下载。非常重要的参考代码：

https://github.com/tensorflow/benchmarks

我的 - settings -SSH and GPG Keys 添加公钥id_rsa.pub

拉取代码

git clone git@github.com:tensorflow/benchmarks.git

git同步远程分支到本地，拉取tensorflow对应版本的分支

git fetch origin 远程分支名xxx:本地分支名xxx
使用这种方式会在本地仓库新建分支xxx，但是并不会自动切换到新建的分支xxx，需要手动checkout，当然了远程分支xxx的代码也拉取到了本地分支xxx中。采用这种方法建立的本地分支不会和远程分支建立映射关系

root@818d19092cdc:/gpu/benchmarks# git checkout -b tf1.15 origin/cnn_tf_v1.15_compatible

运行不同模型
root@818d19092cdc:/gpu/benchmarks/scripts/tf_cnn_benchmarks# pwd
/gpu/benchmarks/scripts/tf_cnn_benchmarks
root@818d19092cdc:/gpu/benchmarks/scripts/tf_cnn_benchmarks#

python3 tf_cnn_benchmarks.py

真实操作：

[root@gputest ~]# docker ps

进入CONTAINER ID containerid

[root@gputest ~]# nvidia-docker exec -it 818d19092cdc /bin/bash

新开窗口

[root@gputest ~]# nvidia-smi -l 3

该命令将3秒钟输出一次GPU的状态和性能，可以通过查看输出结果来得出GPU的性能指标

一、resnet50模型

python3 tf_cnn_benchmarks.py --num_gpus=1 --batch_size=2 --model=resnet50 --variable_update=parameter_server

Running warm up
2023-07-21 09:50:55.398126: I tensorflow/stream_executor/platform/default/dso_loader.cc:50] Successfully opened dynamic library libcublas.so.12
2023-07-21 09:50:55.533068: I tensorflow/stream_executor/platform/default/dso_loader.cc:50] Successfully opened dynamic library libcudnn.so.8
Done warm up
Step Img/sec total_loss
1 images/sec: 10.1 +/- 0.0 (jitter = 0.0) 7.695
10 images/sec: 10.7 +/- 0.1 (jitter = 0.1) 8.022
20 images/sec: 10.7 +/- 0.1 (jitter = 0.2) 7.269
30 images/sec: 10.7 +/- 0.1 (jitter = 0.2) 7.889
40 images/sec: 10.7 +/- 0.1 (jitter = 0.2) 8.842
50 images/sec: 10.6 +/- 0.1 (jitter = 0.2) 6.973
60 images/sec: 10.6 +/- 0.1 (jitter = 0.2) 8.124
70 images/sec: 10.6 +/- 0.0 (jitter = 0.2) 7.644
80 images/sec: 10.6 +/- 0.0 (jitter = 0.2) 7.866
90 images/sec: 10.6 +/- 0.0 (jitter = 0.3) 7.687
100 images/sec: 10.6 +/- 0.0 (jitter = 0.3) 8.779
----------------------------------------------------------------total images/sec: 10.63

二、vgg16模型

python3 tf_cnn_benchmarks.py --num_gpus=1 --batch_size=2 --model=vgg16 --variable_update=parameter_server

由于阿里云服务器申请的是2个G显存，所以只能跑size=1 2 和 4 ，超出会吐核

已放弃(吐核)–linux 已放弃(吐核) (core dumped) 问题分析

出现这种问题一般是下面这几种情况：

• 1.内存越界

  2.使用了非线程安全的函数

  3.全局数据未加锁保护

  4.非法指针

  5.堆栈溢出

也就是需要检查访问的内存、资源。

可以使用 strace 命令来进行分析

在程序的运行命令前加上 strace，在程序出现：已放弃（吐核），终止运行后，就可以通过 strace 打印在控制台的跟踪信息进行分析和定位问题

方法2：docker启动普通镜像的Tensorflow

$ docker pull tensorflow/tensorflow:1.8.0-gpu-py3
$ docker tag tensorflow/tensorflow:1.8.0-gpu-py3 tensorflow:1.8.0-gpu

nvidia-docker run -it -p 8888:8888 tensorflow:1.8.0-gpu

$ nvidia-docker run -it -p 8033:8033 tensorflow:1.8.0-gpu

浏览器进入指定 URL(见启动终端回显) 就可以利用 IPython Notebook 使用 tensorflow

评测指标

• 训练时间：在指定数据集上训练模型达到指定精度目标所需的时间

• 吞吐：单位时间内训练的样本数

• 加速效率：加速比/设备数*100%。其中，加速比定义为多设备吞吐数较单设备的倍数

• 成本：在指定数据集上训练模型达到指定精度目标所需的价格

• 功耗：在指定数据集上训练模型达到指定精度目标所需的功耗

在初版评测指标设计中，我们重点关注训练时间、吞吐和加速效率三项

六、保存镜像的修改

执行以下命令，保存TensorFlow镜像的修改

docker commit   -m "commit docker" CONTAINER_ID  nvcr.io/nvidia/tensorflow:18.03-py3
# CONTAINER_ID可通过docker ps命令查看。

[root@gputest ~]# docker commit -m “commit docker” 818d19092cdc nvcr.io/nvidia/tensorflow:23.03-tf1-py3
sha256:fc14c7fdf361308817161d5d0cc018832575e7f2def99fe49876d2a41391c52c

查看docker进程

[root@gputest ~]# docker ps

重新进入CONTAINER ID containerid

[root@gputest ~]# nvidia-docker exec -it 818d19092cdc /bin/bash

七、benchmarks 支持的所有参数

八、GPU使用注意事项

1. 如何在tensorflow中指定使用GPU资源

在配置好GPU环境的TensorFlow中 ，如果操作没有明确地指定运行设备，那么TensorFlow会优先选择GPU。在默认情况下，TensorFlow只会将运算优先放到/gpu:0上。如果需要将某些运算放到不同的GPU或者CPU上，就需要通过tf.device来手工指定

import tensorflow as tf
 
# 通过tf.device将运算指定到特定的设备上。
with tf.device('/cpu:0'):
   a = tf.constant([1.0, 2.0, 3.0], shape=[3], name='a')
   b = tf.constant([1.0, 2.0, 3.0], shape=[3], name='b')
with tf.device('/gpu:1'):
    c = a + b
 
sess = tf.Session(config=tf.ConfigProto(log_device_placement=True))
print sess.run(c)

2. 虚拟化使用GPU的方案

通过KVM虚拟化实例使用CPU和内存等资源，GPU不参与虚拟化。不同容器共享使用物理GPU资源

3. 分布式TensorFlow

#coding=utf-8  
#多台机器，每台机器有一个显卡、或者多个显卡，这种训练叫做分布式训练  
import  tensorflow as tf  
#现在假设我们有A、B、C、D四台机器，首先需要在各台机器上写一份代码，并跑起来，各机器上的代码内容大部分相同  
# ，除了开始定义的时候，需要各自指定该台机器的task之外。以机器A为例子，A机器上的代码如下：  
cluster=tf.train.ClusterSpec({  
    "worker": [  
        "A_IP:2222",#格式 IP地址：端口号，第一台机器A的IP地址 ,在代码中需要用这台机器计算的时候，就要定义：/job:worker/task:0  
        "B_IP:1234"#第二台机器的IP地址 /job:worker/task:1  
        "C_IP:2222"#第三台机器的IP地址 /job:worker/task:2  
    ],  
    "ps": [  
        "D_IP:2222",#第四台机器的IP地址 对应到代码块：/job:ps/task:0  
    ]})

使用分布式的TensorFlow比较容易。只需在集群服务器中为 worker 节点分配带名字的IP。 然后 就可以手动或者自动为 worker 节点分配操作任务

. GPU 显存资源监控
一个Server端的外挂模块，提供任务特征到资源特征的映射数据集，方便后续预测模型构建以及对芯片资源能力的定义

利用 with tf.device("{device-name}") 这种写法，可以将with statement代码块中的变量或者op指定分配到该设备上。 在上面例子中，变量 W 和 b 就被分配到 /cpu:0 这个设备上。注意，如果一个变量被分配到一个设备上，读取这个变量也就要从这个设备读取，写入这个变量也将会写入到这个设备。 而 output （也就是一个 tf.matmul 矩阵乘法的计算操作，跟着一个tensor的加法的计算操作），以及后面的 loss 的计算（即对 output 调用了 f 这个函数，该函数中可能还有很多逻辑，涉及很多tensor运算的op），分配给了 /gpu:0 这个设备。

基本原则：变量放到CPU，计算放到GPU。

这时，TensorFlow实际上会将代码中定义的Graph（计算图）分割，根据指定的device placement将图的不同部分分配到不同的设备上，并且在设备间建立通信（如DMA，Direct Memory Access）。这些都不需要在应用代码层面操作。

单机多卡
当我们在一台机器上有多个GPU可用时，要利用多个GPU，代码编写方式的示意如下：

# Calculate the gradients for each model tower.
tower_grads = []
with tf.variable_scope(tf.get_variable_scope()):
  for i in xrange(FLAGS.num_gpus):
    with tf.device('/gpu:%d' % i):
      with tf.name_scope('%s_%d' % (cifar10.TOWER_NAME, i)) as scope:
        # Dequeues one batch for the GPU
        image_batch, label_batch = batch_queue.dequeue()
        # Calculate the loss for one tower of the CIFAR model. This function
        # constructs the entire CIFAR model but shares the variables across
        # all towers.
        loss = tower_loss(scope, image_batch, label_batch)
 
        # Reuse variables for the next tower.
        tf.get_variable_scope().reuse_variables()
 
        # Retain the summaries from the final tower.
        summaries = tf.get_collection(tf.GraphKeys.SUMMARIES, scope)
 
        # Calculate the gradients for the batch of data on this CIFAR tower.
        grads = opt.compute_gradients(loss)
 
        # Keep track of the gradients across all towers.
        tower_grads.append(grads)
 
# We must calculate the mean of each gradient. Note that this is the
# synchronization point across all towers.
grads = average_gradients(tower_grads)

本质上分配设备的方式和单机单卡的情况是一样的，使用同样的语法。 在上例中，假设我们有2个GPU，则代码会按照相同的逻辑定义两套操作，先后分配给名为 /gpu:0 和 /gpu:1 的两个设备。

注意：

• tensorflow的代码中cpu和gpu的设备编号默认从0开始

• 比如我们在机器上看到有两块GPU，通过CUDA_VISIBLE_DEVICES环境变量进行控制，起了一个进程，只让0号GPU对其可见，再起一个进程，只让1号GPU对其可见，在两个进程的tensorflow代码中，都是通过/gpu:0来分别指代它们可用的GPU。

• 上例属于in-graph，从tensorboard绘制的计算图中可以明显看出来（下文会有对比展示）

• 上例属于数据并行

• 上例属于同步更新

下面展示一些示例，运行的代码是以TensorFlow官网指南（https://www.tensorflow.org/guide/using_gpu ）为基础的，在单机2GPU的环境以multi-tower方式运行。运行过程中记录了Tensorboard使用的summary

可以看到，CPU, GPU:0, GPU:1分别用三种颜色进行了标记。

重要参考资料

本文大部分内容都是看了自以下几个资料再进行试验总结出来的：

Distributed Tensorflow (TensorFlow官网): https://www.tensorflow.org/deploy/distributed

Distributed TensorFlow (TensorFlow Dev Summit 2017): https://www.youtube.com/watch?v=la_M6bCV91M&index=11&list=PLOU2XLYxmsIKGc_NBoIhTn2Qhraji53cv

Distributed TensorFlow (TensorFlow Dev Summit 2018): https://www.youtube.com/watch?v=-h0cWBiQ8s8 (本文没有包括Dev Summit 2018这个talk的内容，这里面除了基本原理之外，只讲了TensorFlow如何支持All Reduce，但是只适用于单机多卡，并且是High Level API。多机多卡的方面演讲者也只推荐了Horovod这种方式。)

另外还有官网关于使用GPU的指南: https://www.tensorflow.org/guide/using_gpu文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-776731.html

到了这里，关于tensorflow 1.15 gpu docker环境搭建；Nvidia Docker容器基于TensorFlow1.15测试GPU；——全流程应用指南的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！