深度学习模型部署(八)TensorRT完整推理流程

TensorRT的大致流程：

在这里插入图片描述
图片来自TensorRT的官方教程

构建期

模型解析
计算图优化
节点消除
多精度支持
优选kernel：选择最适合当下设备的实现
导入plugin：实现自定义操作
显存优化：显存池复用

运行期

运行时环境：对象生命周期管理，内存显存管理，异常处理
序列化反序列化：推理引擎保存为文件或者从文件中加载

具体流程

相关推理配置

需要配置logger，builder，builder_config

import numpy as np
import tensorrt as trt

import pycuda.driver as cuda
import pycuda.autoinit
# autoinit是cuda初始化要用的，必须导入

logger = trt.Logger(trt.Logger.INFO)
# 日志器,等级分为：VERBOSE, INFO, WARNING, ERROR, INTERNAL_ERROR
# VERBOSE和INFO最常用，VERBOSE会输出模型优化的详细信息，INFO只会输出模型的输入输出信息
builder = trt.Builder(logger)
# 网络构建器，仅作为构建网络的工具，不用于设置网络属性
builder_conf = builder.create_builder_config()
# 构建器配置，用于设置构建器的属性，可以设置的有：最大显存，int8量化的校正器，设置推理精度等

TensorRT对于batchsize有两种模式：

explicit batch模式：显式指定batchsize
- explicit batch模式支持BN层，支持reshape层，支持Loop结构，而implicit batch模式不支持
implicit batch模式【为了向后兼容而保留的，不推荐使用】
根据输入尺寸的不同，可以分为dynamic shape模式

profile = builder.create_optimization_profile()
profile.set_shape("input", (1, 1, 28, 28), (1, 1, 28, 28), (1, 1, 28, 28))
builder_conf.add_optimization_profile(profile)
# dynameic shape模式下，必须使用explicit batch模式
# dynamic shape模式下，必须使用构建器配置
# dynamic shape模式下，几乎所有的维度都可以是-1，-1表示该维度可以是任意值，除了batch维度
# dynamic shape模式需要使用optimazation profile帮助网络进行优化
# optimization profile可以设置输入张量的常见尺寸，最大尺寸，最小尺寸等

解析模型

三种方式：

使用框架自带的TRT接口：Torch-TensorRT，不支持的算子会自动返回训练框架计算
使用Parser：导出为onnx，然后TensorRT的parser解析onnx模型，对于不支持的算子需要手写
- TensorRT中有自带的parser类，可以用于解析onnx模型
```
parser = trt.OnnxParser(network, logger)
onnxFile = "/home/wyq/hobby/model_deploy/onnx/onnxruntime/MNIST/mnist.onnx"
res = parser.parse_from_file(onnxFile)
```
使用TensorRT原生API搭建网络

network = builder.create_network(1 << int(trt.NetworkDefinitionCreationFlag.EXPLICIT_BATCH))
#网络本体，可以设置网络的输入输出，添加层，设置层的属性等
inputTensor = network.add_input(name="input", dtype=trt.float32, shape=(1,1, 28, 28))
identityLayer = network.add_identity(inputTensor)
network.mark_output(identityLayer.get_output(0))
# 添加输入层，添加一个identity层，将输入直接输出，作为输出层

设置推理精度

FP16模式

只要在建立网络的时候添加一个flag就可以指定模型使用fp16模式

builder_conf.flags = 1 << trt.BuilderFlag.FP16

设置为FP16模式后建立engine的时间比fp32模式要更长，更多kernel选择，需要插入reformat节点【数据类型转换节点】
部分层可能精度下降比较大，导致较大误差，需要使用polygraphy等工具找到误差较大的层，强制其使用fp32进行计算。

builder_conf.set_flag(trt.BuilderFlag.OBEY_PRECISION_CONSTRAINTS)
layer.precision = trt.float32

这里个人感觉还可以尝试一下用bf16来进行推理，bf16的精度比fp16高，范围比fp16小

Int8模式

INT8的精度损失比较严重，所以需要有校准集进行校准，通过范例数据来确定量化参数。
校准器需要我们自己进行实现calibrator。

config.set_flag(trt.BuilderFlag.INT8)
config.int8_calibrator = MyCalibrator

支持PTQ和QAT两种量化模式，只要模型中有量化器和解量化器，就会自动启用INT8

生成Engine

生成TRT内部表示

serializedNetwork = builder.build_serialized_network(network, builder_conf)
# 序列化网络，将网络序列化为字节流，可以保存到文件中，也可以用于反序列化

# 保存到网络文件
with open("test.engine", "wb") as f:
    f.write(serializedNetwork)

TensorRT生成的Engine包含硬件相关的engine，不能跨平台使用，不同版本的TensorRT生成的engine也不能通用。
想要通用，需要确保硬件环境相同，CUDA/cuDNN/TensorRT环境都相同
相同环境下两次生成的engine也不一定完全一样

生成Engine并进行推理


engine = trt.Runtime(logger).deserialize_cuda_engine(serializedNetwork)
# 反序列化网络，将序列化的网络反序列化为可执行的引擎，可以用于推理
lTensorName = [engine.get_tensor_name(i) for i in range(engine.num_io_tensors)]
print(lTensorName)
# 获取引擎的输入输出名称

context = engine.create_execution_context()
# 创建执行上下文，用于执行推理，可以理解为GPU进程
context.set_input_shape(lTensorName[0], (1, 1, 28, 28))
# 设置输入形状

hInput = np.random.random((1, 1, 28, 28)).astype(np.float32)
# 创建输入数据,host端
dInput = cuda.mem_alloc(hInput.nbytes)
# 分配显存
houtput = np.empty((1, 1, 28, 28), dtype=np.float32)
# 创建输出数据
doutput = cuda.mem_alloc(houtput.nbytes)
# 分配显存
context.set_tensor_address(lTensorName[0], int(dInput))
context.set_tensor_address(lTensorName[1], int(doutput))
# 设置输入输出显存地址

#复制数据从host到device
cuda.memcpy_htod(dInput, hInput)
# 执行推理
context.execute_async_v3(0)
# 复制数据从device到host
cuda.memcpy_dtoh(houtput, doutput)
print(houtput)