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メモリ内に大きな numpy 配列があるfuncとします。この巨大な配列を (他のパラメーターと共に) 入力として受け取る関数があります。func異なるパラメーターを使用して、並行して実行できます。例えば:

def func(arr, param):
    # do stuff to arr, param

# build array arr

pool = Pool(processes = 6)
results = [pool.apply_async(func, [arr, param]) for param in all_params]
output = [res.get() for res in results]

マルチプロセッシング ライブラリを使用すると、その巨大な配列が異なるプロセスに複数回コピーされます。

異なるプロセスが同じ配列を共有できるようにする方法はありますか? この配列オブジェクトは読み取り専用であり、変更されることはありません。

arr が配列ではなく、任意の python オブジェクトである場合、それを共有する方法はありますか?

[編集]

回答を読みましたが、まだ少し混乱しています。fork() はコピー オン ライトであるため、Python マルチプロセッシング ライブラリで新しいプロセスを生成するときに追加のコストを発生させるべきではありません。しかし、次のコードは、大きなオーバーヘッドがあることを示しています。

from multiprocessing import Pool, Manager
import numpy as np; 
import time

def f(arr):
    return len(arr)

t = time.time()
arr = np.arange(10000000)
print "construct array = ", time.time() - t;


pool = Pool(processes = 6)

t = time.time()
res = pool.apply_async(f, [arr,])
res.get()
print "multiprocessing overhead = ", time.time() - t;

出力(ちなみに、配列のサイズが大きくなるにつれてコストが増加するため、メモリのコピーに関連するオーバーヘッドがまだあると思われます):

construct array =  0.0178790092468
multiprocessing overhead =  0.252444982529

配列をコピーしなかったのに、なぜそんなに大きなオーバーヘッドがあるのでしょうか? では、共有メモリが私を救うのはどの部分でしょうか?

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4 に答える 4

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コピー オン ライトfork()セマンティクス (一般的な UNIX など) を使用するオペレーティング システムを使用している場合、データ構造を変更しない限り、追加のメモリを占有することなくすべての子プロセスで使用できます。特別なことをする必要はありません (オブジェクトを変更しないことを絶対に確認することを除いて)。

問題に対して実行できる最も効率的な方法は、配列を効率的な配列構造にパックし (numpyまたはを使用array)、共有メモリに配置し、 でラップしてmultiprocessing.Array、関数に渡すことです。この回答は、その方法を示しています。

書き込み可能な共有オブジェクトが必要な場合は、ある種の同期またはロックでラップする必要があります。これを行う 2 つの方法をmultiprocessing提供します。1 つは共有メモリ (単純な値、配列、または ctypes に適しています) を使用する方法、またはプロキシを使用する方法です。1 つのプロセスがメモリを保持し、マネージャが他のプロセスから (ネットワーク経由でも) メモリへのアクセスを調停します。Manager

このManagerアプローチは任意の Python オブジェクトで使用できますが、オブジェクトをシリアル化/逆シリアル化してプロセス間で送信する必要があるため、共有メモリを使用する場合よりも遅くなります。

Python で利用できる並列処理ライブラリとアプローチは豊富にあります。multiprocessingは優れた包括的なライブラリですが、特別なニーズがある場合は、おそらく他のアプローチのいずれかが優れている可能性があります。

于 2012-05-23T16:42:54.677 に答える
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私は同じ問題に遭遇し、それを回避するために小さな共有メモリ ユーティリティ クラスを書きました。

私はmultiprocessing.RawArray(ロックフリー) を使用しており、アレイへのアクセスはまったく同期されていません (ロックフリー)。自分の足を撃たないように注意してください。

このソリューションを使用すると、クアッドコア i7 で約 3 倍のスピードアップが得られます。

コードは次のとおりです。自由に使用して改善してください。バグがあれば報告してください。

'''
Created on 14.05.2013

@author: martin
'''

import multiprocessing
import ctypes
import numpy as np

class SharedNumpyMemManagerError(Exception):
    pass

'''
Singleton Pattern
'''
class SharedNumpyMemManager:    

    _initSize = 1024

    _instance = None

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super(SharedNumpyMemManager, cls).__new__(
                                cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance        

    def __init__(self):
        self.lock = multiprocessing.Lock()
        self.cur = 0
        self.cnt = 0
        self.shared_arrays = [None] * SharedNumpyMemManager._initSize

    def __createArray(self, dimensions, ctype=ctypes.c_double):

        self.lock.acquire()

        # double size if necessary
        if (self.cnt >= len(self.shared_arrays)):
            self.shared_arrays = self.shared_arrays + [None] * len(self.shared_arrays)

        # next handle
        self.__getNextFreeHdl()        

        # create array in shared memory segment
        shared_array_base = multiprocessing.RawArray(ctype, np.prod(dimensions))

        # convert to numpy array vie ctypeslib
        self.shared_arrays[self.cur] = np.ctypeslib.as_array(shared_array_base)

        # do a reshape for correct dimensions            
        # Returns a masked array containing the same data, but with a new shape.
        # The result is a view on the original array
        self.shared_arrays[self.cur] = self.shared_arrays[self.cnt].reshape(dimensions)

        # update cnt
        self.cnt += 1

        self.lock.release()

        # return handle to the shared memory numpy array
        return self.cur

    def __getNextFreeHdl(self):
        orgCur = self.cur
        while self.shared_arrays[self.cur] is not None:
            self.cur = (self.cur + 1) % len(self.shared_arrays)
            if orgCur == self.cur:
                raise SharedNumpyMemManagerError('Max Number of Shared Numpy Arrays Exceeded!')

    def __freeArray(self, hdl):
        self.lock.acquire()
        # set reference to None
        if self.shared_arrays[hdl] is not None: # consider multiple calls to free
            self.shared_arrays[hdl] = None
            self.cnt -= 1
        self.lock.release()

    def __getArray(self, i):
        return self.shared_arrays[i]

    @staticmethod
    def getInstance():
        if not SharedNumpyMemManager._instance:
            SharedNumpyMemManager._instance = SharedNumpyMemManager()
        return SharedNumpyMemManager._instance

    @staticmethod
    def createArray(*args, **kwargs):
        return SharedNumpyMemManager.getInstance().__createArray(*args, **kwargs)

    @staticmethod
    def getArray(*args, **kwargs):
        return SharedNumpyMemManager.getInstance().__getArray(*args, **kwargs)

    @staticmethod    
    def freeArray(*args, **kwargs):
        return SharedNumpyMemManager.getInstance().__freeArray(*args, **kwargs)

# Init Singleton on module load
SharedNumpyMemManager.getInstance()

if __name__ == '__main__':

    import timeit

    N_PROC = 8
    INNER_LOOP = 10000
    N = 1000

    def propagate(t):
        i, shm_hdl, evidence = t
        a = SharedNumpyMemManager.getArray(shm_hdl)
        for j in range(INNER_LOOP):
            a[i] = i

    class Parallel_Dummy_PF:

        def __init__(self, N):
            self.N = N
            self.arrayHdl = SharedNumpyMemManager.createArray(self.N, ctype=ctypes.c_double)            
            self.pool = multiprocessing.Pool(processes=N_PROC)

        def update_par(self, evidence):
            self.pool.map(propagate, zip(range(self.N), [self.arrayHdl] * self.N, [evidence] * self.N))

        def update_seq(self, evidence):
            for i in range(self.N):
                propagate((i, self.arrayHdl, evidence))

        def getArray(self):
            return SharedNumpyMemManager.getArray(self.arrayHdl)

    def parallelExec():
        pf = Parallel_Dummy_PF(N)
        print(pf.getArray())
        pf.update_par(5)
        print(pf.getArray())

    def sequentialExec():
        pf = Parallel_Dummy_PF(N)
        print(pf.getArray())
        pf.update_seq(5)
        print(pf.getArray())

    t1 = timeit.Timer("sequentialExec()", "from __main__ import sequentialExec")
    t2 = timeit.Timer("parallelExec()", "from __main__ import parallelExec")

    print("Sequential: ", t1.timeit(number=1))    
    print("Parallel: ", t2.timeit(number=1))
于 2013-05-15T10:55:52.997 に答える