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[RFC]: Extend DataLoader to support distributed processing

mindspore/mindspore#ICY3ZO·9071·Python·311 天未动·19 条评论·上游最近活跃 ·池内状态:可认领
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上游 issue 正文

### 背景与目标描述. DataLoader承担着 数据加载(将存储中的数据读取至内存中)、数据预处理(预处理算子变换)、组batch 能力,当前是与训练进程同一进程中,通过多子进程并发的方式进行工作的。 具体部署形态如下图如示: ![输入图片说明](https://foruda.gitee.com/images/1757941268352022997/049b9a0a_5719707.png "屏幕截图") 1. dataset拉起子进程进行数据处理,处理完之后的数据返回给主进程中; 2. 主进程中使用dataset数据进行 1F1B 训练。 此种工作方式,在单模态场景下,数据处理比较简单的场景下是可以的,满足性能要求。但是对于多模态、海量数据场景,文本、音频、图像、视频多种类数据同时进行加载、处理,其复杂度越来越大,需要的CPU资源也越来越多,会出现当前节点CPU/NPU资源不够用,数据处理耗时变多的问题(表现为其数据处理耗时不能隐藏到到1F1B训练中),导致端到端训练耗时增加。 当前DataLoader相关能力可参考:[MindSpore提供DataLoader兼容接口](https://gitee.com/mindspore/mindspore/issues/ICZED9) 故:一种可行的方式是将 DataLoader 集群化部署,将其分布式化运行于单独的数据处理集群中,而训练进程中仅是 DataLoader Client,负责从分布式DataLoader通过 RPC 读取数据到 训练进程。部署图如下图所示: ![输入图片说明](https://foruda.gitee.com/images/1758009253177896162/4a79046f_5719707.png "屏幕截图") 1. DataLoader集群:分布式DataLoader部署于该集群中,占用整个集群的CPU/NPU资源进行分布式数据加载、预处理,处理完之后的结果缓存在该集群中,该集群早于训练集群启动; 2. 训练集群:用于分布式训练,其中的dataset client向DataLoader集群发送请求,获取数据,并用于网络的1F1B训练。 ### 建议的方案. 基于以上的思考,同时保证灵活性、易用性,分布式DataLoader集群能力需要具备以下基础能力: 1. 支持用户自定义随机访问的数据集加载类; 2. 读取存储于OBS / 共享存储 上全量数据集; 3. 在原有DataLoader脚本中添加代码即可实现分布式,保证易用性; 4. 一套脚本,通过不同启动命令即支持合并部署(DataLoader集群与训练集群属于同一集群),也支持分离部署(DataLoader集群与训练集群属于不同集群)。 下面针对以上几点能力要求,一一展开说明。 #### 1. 支持用户自定义随机访问的数据集加载类 - 单一数据集处理方式举例如下: ![输入图片说明](https://foruda.gitee.com/images/1757947262704175462/7185d7e3_5719707.png "屏幕截图") - 多个数据集合并举例 ![输入图片说明](https://foruda.gitee.com/images/1757947288948659914/42d3b6e5_5719707.png "屏幕截图") #### 2. 读取存储于OBS/共享存储上全量数据集 ![输入图片说明](https://foruda.gitee.com/images/1757947103541031690/3e0249f3_5719707.png "屏幕截图") 以上全量数据集,可以使得用户自定义数据集类访问全量数据,即:通过 ```__getitem__``` 随机访问,可以获取数据中任意一个样本。 #### 3. 原有DataLoader脚本添加代码即可实现分布式 ![输入图片说明](https://foruda.gitee.com/images/1757947436528836838/4bb7a38a_5719707.png "屏幕截图") 上图左侧是原有DataLoader加载脚本,右侧是分布式DataLoader能力,通过添加红色字段,即可实现原有DataLoader分布式集群能力。其中:```distributed_dataset = ds.DistributedDataLoader(source=dataset, …)``` 可以表述为分布式DataLoader,```for data in distributed_dataset:``` 可以表述为 dataset client。 #### 4. 一套脚本,通过不同启动命令即支持合并部署,也支持分离部署 -…
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