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C++ Serving性能分析与优化

背景知识介绍

  1. 首先,应确保您知道C++ Serving常用的一些功能特点C++ Serving 参数配置和启动的详细说明
  2. 关于C++ Serving框架本身的性能分析和介绍,请参考C++ Serving框架性能测试
  3. 您需要对您使用的模型、机器环境、需要部署上线的业务有一些了解,例如,您使用CPU还是GPU进行预测;是否可以开启TRT进行加速;你的机器CPU是多少core的;您的业务包含几个模型;每个模型的输入和输出需要做些什么处理;您业务的最大线上流量是多少;您的模型支持的最大输入batch是多少等等.

2.Server线程数

首先,Server端线程数N并不是越大越好。众所周知,线程的切换涉及到用户空间和内核空间的切换,有一定的开销,当您的core数=1,而线程数为100000时,线程的频繁切换将带来不可忽视的性能开销。

在BRPC框架中,用户态协程worker数M >> 线程数N,用户态协程worker会工作在任意一个线程中,当RPC网络传输IO操作让出CPU资源时,BRPC会进行用户态协程worker的切换从而提高RPC框架的并发性。所以,极端情况下,若您的代码中除RPC通信外,没有阻塞线程的任何IO或网络操作,您的线程数完全可以 == 机器core数量,您不必担心N个线程都在进行RPC网络IO,而导致CPU利用率不高的问题。

Server端线程数N的设置需要结合三个因素来综合考虑:

2.1 最大并发请求量M

根据最大并发请求量来设置Server端线程数N,根据C++ Serving框架性能测试中的数据来看,此时线程数N应等于或略小于最大并发请求量M,此时平均处理时延最小。

这也很容易理解,举个极端的例子,如果您每次只有1个请求,那此时Server端线程数设置1是最合理的,因为此时没有任何线程切换的开销。如果您设置线程数为任何大于1的数,必然就带来了线程切换的开销。

2.2 机器core数量C

根据机器core数量来设置Server端线程数N,众所周知,线程是CPU core调度执行的最小单元,若要在一个进程内充分使用所有的core,线程数至少应该>=机器core数量C,但具体线程数N/机器core数量C = ?需要您根据您的代码中网络、IO、内存和计算所占用的比例来决定,一般用户可以通过设置不同的线程数来测试CPU占用率来不断调整。

2.3 模型预测时间长短T

当您使用CPU进行预测时,预测阶段的计算是使用CPU完成的,此时,请参考前两者来进行设置线程数。

当您使用GPU进行预测时,情况有些不同,此时预测阶段的计算是由GPU完成的,此时CPU资源是空闲的,而预测操作是阻塞该线程的,类似于Sleep操作,此时若您的线程数==机器core数量,将没有其他可切换的线程从而导致必然有部分core是空闲的状态。具体来说,当模型预测时间较短时(<10ms),Server端线程数不宜过多(线程数=1——10倍core数量),否则线程切换带来的开销不可忽视。当模型预测时间较长时,Server端线程数应稍大一些(线程数=4——200倍core数量)。

3.异步模式

大部分用户的Request请求batch数<<模型最大支持的Batch数时,采用异步模式的收益是明显的。

异步模型的原理是将模型预测阶段与RPC线程脱离,模型单独开辟一个线程数可指定的线程池,RPC收到Request后将请求数据放入模型的线程池中的Task队列中,线程池中的线程从Task中取出数据合并Batch后进行预测,从而提升QPS,更多详细的介绍见C++Serving功能简介,同步模式与异步模式的数据对比见C++ Serving vs TensorFlow Serving 性能对比,在上述测试的条件下,异步模型比同步模式快百分50%。

异步模式的开启有以下两种方式。

3.1 Python命令辅助启动C++Server

python3 -m paddle_serving_server.serve通过添加--runtime_thread_num 2指定该模型开启异步模式,其中2表示的是该模型异步线程池中的线程数为2,该数值默认值为0,此时表示不使用异步模式。--runtime_thread_num的具体数值设置根据模型、数据和显卡的可用显存来设置。

通过添加--batch_infer_size 32来设置模型最大允许Batch == 32 的输入,此参数只有在异步模型开启的状态下,才有效。

3.2 命令行+配置文件启动C++Server

此时通过修改model_toolkit.prototxt中的runtime_thread_num字段和batch_infer_size字段同样能达到上述效果。

4.多模型组合

您的业务中需要调用多个模型进行预测时,如果您追求极致的性能,您可以考虑使用C++Serving自定义OP自定义DAG图的方式来实现上述需求。

4.1 优点

由于在一个服务中做模型的组合,节省了网络IO的时间和序列化反序列化的时间,尤其当数据量比较大时,收益十分明显(实测单次传输40MB数据时,RPC耗时为160-170ms)。

4.2 缺点

  1. 需要使用C++去自定义OP和自定义DAG图去定义模型之间的组合关系。
  2. 若多个模型之间需要前后处理,您也需要使用C++在OP之间去编写这部分代码。
  3. 需要重新编译Server端代码。

4.3 示例

请参考examples/C++/PaddleOCR/ocr/README_CN.mdC++ OCR Service服务章节Paddle Serving中的集成预测中的例子。

5.请求缓存

您的业务中有较多重复请求时,您可以考虑使用C++ServingRequest Cache来提升服务性能

5.1 优点

服务可以缓存请求结果,将请求数据与结果以键值对的形式保存。当有重复请求到来时,可以根据请求数据直接从缓存中获取结果并返回,而不需要进行模型预测等处理(耗时与请求数据大小有关,在毫秒量级)。

5.2 缺点

  1. 需要额外的系统内存用于缓存请求结果,具体缓存大小可以通过启动参数进行配置。
  2. 对于未命中请求,会增加额外的时间用于根据请求数据检索缓存(耗时增加1%左右)。

5.3 示例

请参考Request Cache中的使用方法