caffe源码阅读(3)-Datalayer

DataLayer是把数据从文件导入到网络的层，从网络定义prototxt文件可以看一下数据层定义

layer {
  name: "data"
  type: "Data"
  top: "data"
  top: "label"
  include {
    phase: TRAIN
  }
  transform_param {
    mirror: true
    crop_size: 224
    mean_value: 104
    mean_value: 117
    mean_value: 123
  }
  data_param {
    source: "examples/imagenet/ilsvrc12_train_lmdb"
    batch_size: 32
    backend: LMDB
  }
}
l

数据层包括了文件位置、文件类型、bath_size大小、图片变换等一些参数。可以看书，datalayer之后有top，没有bottom，即它是最底层的，它的forward运算只是负责把数据填充到top即可，并不使用bottom。

在caffe中数据层不仅仅限于DataLayer，因为常常使用DataLayer导入数据，这里只是阅读DataLayer部分。

数据层相关代码定义在data_layers.hpp中，DataLayer是从其他类派生出来的，一层一层来阅读。除了用到了datalayer相关的类，还用到了InternalThread，用来封装了线程，使用线程函数来取数据；类BlockingQueue是一个阻塞队列，用来辅助取数据；类DataReader，用来从文件读数据。

BaseDataLayer

BaseDataLayer直接从Layer派生出来。其成员变量有

  TransformationParameter transform_param_;//具体在protobuf中
  shared_ptr<DataTransformer<Dtype> > data_transformer_;//和输入数据转换相关。流入scale,crop,mirror等
  bool output_labels_;//是否有标签，无标签可以是无监督学习

TransformationParameter是图像变换一些相关的参数，例如图像缩放、镜像变换、crop、减去均值等操作。
DataTransformer类实现了图像变换的函数。

Batch

类Batch是和批相关的类，只是把2个数据结构封装为一个，把数据和标签对应起来。

template <typename Dtype>
class Batch {
 public:
  Blob<Dtype> data_, label_;
};

BasePrefetchingDataLayer

类BasePrefetchingDataLayer派生自BaseDataLayer和InternalThread。其中InternalThread是封装了线程，通过虚函数InternalThreadEntry来执行线程函数，用一个单独的线程函数来取数据。
成员变量为：

  Batch<Dtype> prefetch_[PREFETCH_COUNT];
  BlockingQueue<Batch<Dtype>*> prefetch_free_;
  BlockingQueue<Batch<Dtype>*> prefetch_full_;
  Blob<Dtype> transformed_data_;//用来辅助实现图片变换操作

PREFETCH_COUNT的大小，程序设为3，为了提前填充free队列。两个阻塞队列，逻辑功能比较简单：从free队列取数据结构，填充数据结构放到full队列；从full队列取数据，使用数据，清空数据结构，放到free队列。还有一个Blob结构，用来当做中间变量辅助图像变换。
虚函数InternalThreadEntry是线程执行的函数，用来取数据

//这里是取数据的线程
template <typename Dtype>
void BasePrefetchingDataLayer<Dtype>::InternalThreadEntry() {
#ifndef CPU_ONLY
  cudaStream_t stream;
  if (Caffe::mode() == Caffe::GPU) {
    CUDA_CHECK(cudaStreamCreateWithFlags(&stream, cudaStreamNonBlocking));
  }
#endif

  try {
    while (!must_stop()) {
      Batch<Dtype>* batch = prefetch_free_.pop();//从free_队列去数据结构
      load_batch(batch);//取数据，填充数据结构。在其派生类实现的
#ifndef CPU_ONLY
      if (Caffe::mode() == Caffe::GPU) {
        batch->data_.data().get()->async_gpu_push(stream);//异步，把数据同步到GPU，使用Syncedmem->async_gpu_push
        CUDA_CHECK(cudaStreamSynchronize(stream));
      }
#endif
      prefetch_full_.push(batch);//把数据放到full_队列
    }
  } catch (boost::thread_interrupted&) {
    // Interrupted exception is expected on shutdown
  }
#ifndef CPU_ONLY
  if (Caffe::mode() == Caffe::GPU) {
    CUDA_CHECK(cudaStreamDestroy(stream));
  }
#endif
}

数据层的forward函数不进行计算，不使用bottom，只是准备数据，填充到top

template <typename Dtype>
void BasePrefetchingDataLayer<Dtype>::Forward_cpu(
    const vector<Blob<Dtype>*>& bottom, const vector<Blob<Dtype>*>& top) {
  Batch<Dtype>* batch = prefetch_full_.pop("Data layer prefetch queue empty");//从full队列取数据
  // Reshape to loaded data.
  top[0]->ReshapeLike(batch->data_);//调整top大小，一次读取一个batch大小的数据
  // Copy the data。把数据拷贝到top中
  caffe_copy(batch->data_.count(), batch->data_.cpu_data(),
             top[0]->mutable_cpu_data());
  DLOG(INFO) << "Prefetch copied";
  if (this->output_labels_) {//如果有标签，也要把标签拷贝到top中
    // Reshape to loaded labels.
    top[1]->ReshapeLike(batch->label_);
    // Copy the labels.
    caffe_copy(batch->label_.count(), batch->label_.cpu_data(),
        top[1]->mutable_cpu_data());
  }

  prefetch_free_.push(batch);//用过的数据结构，放回free队列
}

DataLayer

DataLayer是真正在网络中使用的类，派生自BasePrefetchingDataLayer。成员变量为：

DataReader reader_;

DataReader负责从硬盘读数据到一个队列，之后提供给data_layer使用.即使并行运行多个solver，也只有一个线程来读数据，这样可以确保'顺序'取数据，不同的solver取到的数据不同.
DataReader的没有bottom，top中，如果没有标签，blob数量为1；有标签blob数量为2。
虚函数load_batch，一次导入一个batch_size大小的数据；之后进行DataTransformer变换。