concurrent.futures.ThreadPoolExecutor 在 HPC 上扩展不佳

Question

我刚开始使用 HPC，对代码并行化有一些疑问。我有一些 python 代码，我已经使用多线程成功地并行化了这些代码，这在我的个人机器和服务器上运行良好。但是，我刚刚在我的大学获得了 HPC 资源。我使用的一般代码部分如下所示：

# Iterate over weathers
    print(f'Number of CPU: {os.cpu_count()}')
    with concurrent.futures.ThreadPoolExecutor() as executor:
        futures = [executor.submit(run_weather, i) for i in range(len(weather_list))]

        for f in concurrent.futures.as_completed(futures):
            results.append(f.result())

在我的个人计算机上，当运行两种天气（我并行化的项目）时，我得到以下结果：

Number of CPU: 8
done in 29.645377159118652 seconds

在具有 32 个内核的 1 个节点上运行时，在 HPC 上，我得到以下结果：

Number of CPU: 32
done in 86.95256996154785 seconds

所以它运行几乎是它的两倍 - 就像它是运行连续地处理相同的开销。我也尝试将代码切换到 ProcessPoolExecutor，它比 ThreadPoolExecutor 慢得多。我假设这一定与数据传输有关（我已经看到多个节点上的多处理试图传递整个程序、包和所有），但正如我所说，我对 HPC 和我提供的 wiki 很陌生大学还有很多不足之处。

Answer 1

添加线程只会减慢 CPU 绑定程序的执行速度（因为在获取和释放锁上浪费了太多时间）。与其他一些编程语言不同，在 Python 中，线程受全局解释器锁 (GIL) 的约束，因此您可能不会看到与在其他语言中看到的相同的行为。

作为 Python 的经验法则：多个进程有利于 CPU 绑定工作并将工作负载分散到多个内核。线程非常适合并发 IO 之类的事情。 线程不会加速任何类型的计算工作。

此外，运行 n 个线程数等于 CPU 个线程可能对您的程序没有意义。特别是因为无论如何，线程都不会跨 CPU 个核心展开工作。更多的线程会增加获取和释放 GIL 的开销，这就是为什么您使用的线程越多，执行时间就越长的原因。

后续步骤：

确定线程是否完全加快了程序的执行速度。

尝试运行单线程代码，然后使用少量线程重试。它会加速吗？

很有可能，您会发现线程在这里根本帮不了您。

探索多处理而不是线程。 IE。你应该使用 ProcessPoolExecutor 而不是线程池。

请记住，进程和线程一样有自己的注意事项。

这里有一个很有用的 reference 可以了解更多。

concurrent.futures.ThreadPoolExecutor 在 HPC 上扩展不佳

concurrent.futures.ThreadPoolExecutor scaling poorly on HPC

python

python-3.x

multithreading

hpc