Выделите промежуточные многомерные массивы в Cython, не получая GIL
Я пытаюсь использовать Cython для распараллеливания дорогостоящей операции, которая включает в себя генерацию промежуточных многомерных массивов.
Следующий очень упрощенный код иллюстрирует то, что я пытаюсь сделать:
import numpy as np
cimport cython
cimport numpy as np
from cython.parallel cimport prange
from libc.stdlib cimport malloc, free
@cython.boundscheck(False)
@cython.wraparound(False)
def embarrasingly_parallel_example(char[:, :] A):
cdef unsigned int m = A.shape[0]
cdef unsigned int n = A.shape[1]
cdef np.ndarray[np.float64_t, ndim = 2] out = np.empty((m, m), np.float64)
cdef unsigned int ii, jj
cdef double[:, :] tmp
for ii in prange(m, nogil=True):
for jj in range(m):
# allocate a temporary array to hold the result of
# expensive_function_1
tmp_carray = <double * > malloc((n ** 2) * sizeof(double))
# a 2D typed memoryview onto tmp_carray
tmp = <double[:n, :n] > tmp_carray
# shove the intermediate result in tmp
expensive_function_1(A[ii, :], A[jj, :], tmp)
# get the final (scalar) output for this ii, jj
out[ii, jj] = expensive_function_2(tmp)
# free the intermediate array
free(tmp_carray)
return out
# some silly examples - the actual operation I'm performing is a lot more
# involved
# ------------------------------------------------------------------------
@cython.boundscheck(False)
@cython.wraparound(False)
cdef void expensive_function_1(char[:] x, char[:] y, double[:, :] tmp):
cdef unsigned int m = tmp.shape[0]
cdef unsigned int n = x.shape[0]
cdef unsigned int ii, jj
for ii in range(m):
for jj in range(m):
tmp[ii, jj] = 0
for kk in range(n):
tmp[ii, jj] += (x[kk] + y[kk]) * (ii - jj)
@cython.boundscheck(False)
@cython.wraparound(False)
cdef double expensive_function_2(double[:, :] tmp):
cdef unsigned int m = tmp.shape[0]
cdef unsigned int ii, jj
cdef double result = 0
for ii in range(m):
for jj in range(m):
result += tmp[ii, jj]
return result
Кажется, есть по крайней мере две причины, почему это не компилируется:
На основании результатовcython -a
, создание типизированного представления памяти здесь:
cdef double[:, :] tmp = <double[:n, :n] > tmp_carray
кажется, включает вызовы Python API, и поэтому я не могу выпустить GIL, чтобы позволить внешнему циклу работать параллельно.
У меня сложилось впечатление, что типизированные представления памяти не являются объектами Python, и поэтому дочерний процесс должен иметь возможность создавать их без предварительного получения GIL. Это тот случай?
2. Даже если я заменюprange(m, nogil=True)
с нормальнымrange(m)
Cython, похоже, все еще не нравится присутствиеcdef
во внутреннем цикле:
Error compiling Cython file:
------------------------------------------------------------
...
# allocate a temporary array to hold the result of
# expensive_function_1
tmp_carray = <double*> malloc((n ** 2) * sizeof(double))
# a 2D typed memoryview onto tmp_carray
cdef double[:, :] tmp = <double[:n, :n]> tmp_carray
^
------------------------------------------------------------
parallel_allocate.pyx:26:17: cdef statement not allowed here
ОбновитьОказывается, что вторая проблема была легко решена путем перемещения
cdef double[:, :] tmp
внеfor
цикл, и просто присваивая
tmp = <double[:n, :n] > tmp_carray
в цикле. Я до сих пор не до конца понимаю, почему это необходимо.
Теперь, если я попытаюсь использоватьprange
Я столкнулся со следующей ошибкой компиляции:
Error compiling Cython file:
------------------------------------------------------------
...
# allocate a temporary array to hold the result of
# expensive_function_1
tmp_carray = <double*> malloc((n ** 2) * sizeof(double))
# a 2D typed memoryview onto tmp_carray
tmp = <double[:n, :n]> tmp_carray
^
------------------------------------------------------------
parallel_allocate.pyx:28:16: Memoryview slices can only be shared in parallel sections