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如何快速在Ubuntu服务器上搭建GPU深度学习环境（TensorFlow版本）

青葱年少 • • IT • 阅读 42

目录

  • 前言
  • 概念
    • 名词解释
      • pip
      • Anaconda
      • conda
      • GPU
      • CUDA Driver
      • CUDA
      • CUDA Toolkit
      • cuDNN
    • 关系
      • Anaconda和CUDA的关系
      • CUDA Toolkit和CUDA Driver的关系
      • CUDA，CUDA Toolkit，cuDNN的关系
  • 下载
    • 下载环境
    • 下载方式
      • Anaconda
      • Conda Driver
      • CUDA/CUDA Toolkit
      • cuDNN
      • TensorFlow
    • 版本对应
  • 后记
  • 参考

前言

随着AI的迅速发展，主流的深度学习框架Pytorch和TensorFlow越来越被人熟知，笔者最近也需要基于Ubuntu服务器进行深度学习环境的搭建，作为一名刚涉及该领域的Green Bird，自然遇到了很多问题，但自我探索和他人帮助下也有了一些浅薄理解。
关于Pytorch和TensorFlow的区别和联系，可见如何对比目前最流行的两个深度学习框架：TensorFlow和PyTorch。

概念

网络上目前的相关教程相当繁杂，所以在TensorFlow环境的搭建之前，读者应先确定以下几点是否了解清楚。

  • 关注目前搭建的操作系统以及对应的版本：Linux,Windows,macOS，不同系统的操作斜体样式步骤有很大差别
  • 关注目前操作对象的版本以及相互之间的依赖关系，例如关于Cuda和Cudnn的版本以及之间的依赖关系
  • 关注目前版本是支持CPU的还是GPU的，或者是共同支持的
  • 关注文件下载的网络问题，很多报错都是来自于网络以及源的问题

名词解释

pip

pip 是 Python 的包管理工具，用于安装、升级、卸载 Python 包或模块。它可以自动解决包之间的依赖关系，并且可以从 Python Package Index (PyPI) 以及其他源获取和安装包。

个人认为，Conda一定程度上代替了一部分pip的功能。

Anaconda

Anaconda 是一个开源的 Python 和 R 语言发行版，用于数据科学、机器学习、科学计算和大数据处理。它包含了许多常用的数据科学和机器学习库，如 NumPy、Pandas、Matplotlib、Scikit-learn 等，以及 Jupyter Notebook 等工具。

那么为什么一定要在此处使用Anaconda呢？

  • 集成环境：Anaconda 提供了一个集成的环境，包括 Python 或 R 解释器、常用库、开发工具和环境管理工具，使得在数据科学和机器学习项目中更加方便快捷
  • 包管理：Anaconda 提供了 Conda 包管理器，可以方便地安装、更新、管理各种库和工具，解决了依赖关系和版本兼容性的问题。个人认为这是选择使用它来管理机器学习库的最重要的优点之一
  • 环境管理：Anaconda 允许创建多个独立的环境，每个环境可以有自己的库版本和依赖关系，可以避免不同项目之间的冲突。个人认为这是选择使用它来管理机器学习库的最重要的优点之二
  • 跨平台支持：Anaconda 可以在 Windows、macOS 和 Linux 等多个操作系统上运行，为用户提供了跨平台的数据科学和机器学习开发环境

conda

conda 是一个开源的包管理和环境管理系统，主要用于数据科学、机器学习和科学计算领域。它是 Anaconda 发行版的核心组件之一，也可以作为独立的软件包安装。

简单来说，conda是Anaconda的核心，以及命令实现。

GPU

GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器）是一种专门用于处理图形和图像计算的处理器。它最初是为了加速计算机图形渲染而设计的，用于处理3D图形、视频、游戏图形等。与传统的CPU（Central Processing Unit，中央处理器）相比，GPU具有更多的并行处理单元和更高的内存带宽，使其在处理大规模并行计算任务时具有更高的性能和效率。

在深度学习领域，GPU扮演着重要的角色，因为深度学习模型通常需要进行大量的矩阵运算和并行计算，而GPU的并行计算能力能够显著加速这些计算过程，从而加快模型的训练和推理速度。

通俗来讲，GPU也就是我们常说的显卡，主要的供应商便是NVIDIA，主要型号有很多，例如我们津津乐道的GeForce RTX 4090。

CUDA Driver

CUDA Driver是NVIDIA提供的软件驱动程序，用于与CUDA-enabled GPU（支持CUDA的GPU）进行通信和协作。这个驱动程序是必需的，因为它使得计算机的操作系统和CUDA应用程序能够与GPU进行有效的交互，从而实现并行计算任务的加速。

CUDA

CUDA（Compute Unified Device Architecture）是由NVIDIA开发的并行计算平台和应用程序编程接口（API）。它允许开发者使用C/C++、Python等编程语言在NVIDIA的GPU上进行并行计算。CUDA提供了一系列库和工具，可以加速各种应用程序，包括科学计算、深度学习、图形处理等。通过CUDA，开发者可以利用GPU的并行计算能力来加速复杂的计算任务，提高程序的性能和效率。

CUDA Toolkit

CUDA Toolkit是NVIDIA提供的软件套件，用于开发基于CUDA（Compute Unified Device Architecture）的并行计算应用程序。它包含了一系列的工具和库，帮助开发者利用NVIDIA GPU进行高性能的并行计算。

CUDA Toolkit的主要组件包括：

  • CUDA 编译器（nvcc）： 用于将CUDA C/C++代码编译成GPU可执行的二进制代码。
  • CUDA Runtime API： 提供了一组API函数，用于管理GPU设备、内存分配、数据传输等操作。
  • CUDA 核函数（Kernel）： 开发者可以编写CUDA核函数，这些函数在GPU上并行执行，用于处理大规模数据并进行并行计算。
  • CUDA 库： 包括了一系列优化的CUDA库，如线性代数库cuBLAS、快速傅立叶变换库cuFFT等，可加速各种计算任务。
  • CUDA Debugger（cuda-gdb）和性能分析工具（nvprof）： 用于调试CUDA程序和进行性能分析，帮助开发者优化程序性能。

其他更多的信息可见CUDA Toolkit官网。

cuDNN

cuDNN（CUDA Deep Neural Network library）是NVIDIA提供的用于深度学习的加速库。它提供了高效的基本操作实现，如卷积、池化、归一化等，以及针对深度神经网络（DNN）的优化算法和工具。通过cuDNN，开发者可以利用NVIDIA GPU的并行计算能力加速深度学习模型的训练和推理过程，提高模型的性能和效率。

其他更多的信息可见cuDNN官网

关系

以上介绍到的概念都会在关于GPU版本的深度学习框架下涉及到。
具体安装的流程图大体如下。
关系

Anaconda和CUDA的关系

通俗来讲，深度学习框架的版本更迭较为迅速，依赖关系也比较重要，所以需要下载Anaconda来进行虚拟环境的创建和方便的包管理，以便于CUDA的后续操作。

CUDA Toolkit和CUDA Driver的关系

CUDA Toolkit的主要包含了CUDA-C和CUDA-C++编译器、一些科学库和实用程序库、CUDA和library API的代码示例、和一些CUDA开发工具。（通常在安装CUDA Toolkit的时候会默认安装CUDA
Driver；但是我们经常只安装CUDA Driver，没有安装CUDA Toolkit，因为有时不一定用到CUDA
Toolkit；比如我们的笔记本电脑，安装个CUDA Driver就可正常看视频、办公和玩游戏了）

详细内容见NVIDIA官方

CUDA，CUDA Toolkit，cuDNN的关系

CUDA平台一开始并没有安装cuDNN库，当开发者们需要用到深度学习GPU加速时才安装cuDNN库，工作速度相较CPU快很多。
这里是引用
cuDNN是基于CUDA的深度学习GPU加速库，有了它才能在GPU上完成深度学习的计算；
CUDA看作是一个工作台，上面配有很多工具，如锤子、螺丝刀等。cuDNN是基于CUDA的深度学习GPU加速库，有了它才能在GPU上完成深度学习的计算。它就相当于工作的工具，比如它就是个扳手。但是CUDA这个工作台买来的时候，并没有送扳手。想要在CUDA上运行深度神经网络，就要安装cuDNN，就像你想要拧个螺帽就要把扳手买回来。这样才能使GPU进行深度神经网络的工作，工作速度相较CPU快很多。

下载

下载环境

  • 服务器平台：Ubuntu 22.04
  • Conda Driver:535
  • Anaconda:conda 4.6.13
  • Python:python 3.10.0
  • CUDA:cuda 11.7
  • cuDNN:cuDNN 8.9.7
  • TensorFlow:tensorflow 2.12.0

下载方式

以下根据相关帖子进行下载

Anaconda

可以直接根据官网进行操作Anaconda下载
下载结束后可以通过conda --version 来进行检查版本，是否安装成功

Conda Driver

可以参考：Conda Driver安装
最后使用nvidia-smi来检验安装是否成功
驱动

在此说明的是这里的 CUDA Version需要比接下来安装的CUDA的版本大或者相同，CUDA和CUDA Driver显卡驱动不是一一对应的，同一台电脑上可同时安装多个CUDA版本

CUDA/CUDA Toolkit

安装CUDA就是安装CUDA Toolkit（CUDA是运算平台名称、CUDA Toolkit是工具包），就是从官网下载CUDA Toolkit安装.run文件（如cuda_11.7.176_384.81_linux.run）进行安装。
安装成功后，在/usr/local路径下才会有cuda-11.7文件夹，且同时才可以使用nvcc -V或者nvcc --version
可以查询到CUDA版本。
可以参考Ubuntu22.04安装CUDA、cudnn详细步骤和最新CUDA环境配置教程(ubuntu 20.04 + cuda 11.7 + cuDNN 8.4)

cuDNN

  • 现在官网下载对应版本cuDNN官网
  • 然后进行解压拷贝
	#版本根据自己的cuda对应
	tar -xvf cudnn-linux-x86_64-8.9.7.27_cuda11.7-archive.tar.xz
	cd cudnn-linux-x86_64-8.9.7.27_cuda11.7-archive
	sudo cp lib/* /usr/local/cuda-11.7/lib64/
	sudo cp include/* /usr/local/cuda-11.7/include/
	sudo chmod a+r /usr/local/cuda-11.7/lib64/*
	sudo chmod a+r /usr/local/cuda-11.7/include/*
  • 通过cat /usr/local/cuda/include/cudnn_version.h | grep CUDNN_MAJOR -A 2 查看版本
    具体安装可以参考Linux系统中安装CUDA和cuDNN教程并检查安装成功

TensorFlow

以上配置好后就可以自由地在自己的conda环境里配置TensorFlow了

# 如果下载过慢注意源的切换
conda install tensorflow==2.12.0 -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

然后进入python进行版本查看

python

在python环境中

import tensorflow as tf
# 检查tensorflow是否得到CUDA支持，安装成功则显示true，否则为false
tf.test.is_built_with_cuda()
# 检查tensorflow是否可以获取到GPU，安装成功则显示true，否则为false
tf.test.is_gpu_available()

版本对应

下载完成后，我们需要通过TensorFlow和Python的对应版本来确定创建的Conda虚拟环境版本，详细可见TensorFlow官网

可参考conda虚拟环境中安装cuda和cudnn，再也不用头疼版本号的问题了

后记

配置环境是一个繁琐的过程，但有时却不可或缺。网络上的帖子对于不同版本不同问题有很大的局限性和时效性，多尝试多思考。

参考

  • [1] 理清GPU、CUDA、CUDA Toolkit、cuDNN关系以及下载安装
  • [2] 最新CUDA环境配置教程(ubuntu 20.04 + cuda 11.7 + cuDNN 8.4)
  • [3]AutoDL帮助文档
  • [4]Linux（多用户下）查看cuda、cudnn版本、查看已经安装的cuda版本、切换不同版本cuda之间的切换等相关命令
  • [5]ubuntu22.04 cuda和cudnn安装和配置
  • [6]TensorRT安装
  • [7]nvidia驱动，cuda与cudnn的关系

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原文链接：https://blog.csdn.net/PATIENTHZ/article/details/137658174

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