Pytorch显存动态分配规律探索

　　下面通过实验来探索Pytorch分配显存的方式。

实验

显存到主存

　　我使用VSCode的jupyter来进行实验，首先只导入pytorch，代码如下：

import torch

　　打开任务管理器查看主存与显存情况。情况分别如下：

　　在显存中创建1GB的张量，赋值给a，代码如下：

a = torch.zeros([256,1024,1024],device= 'cuda') 

　　查看主存与显存情况：

　　可以看到主存与显存都变大了，而且显存不止变大了1G，多出来的内存是pytorch运行所需的一些配置变量，我们这里忽略。

　　再次在显存中创建一个1GB的张量，赋值给b，代码如下：

b = torch.zeros([256,1024,1024],device= 'cuda') 

　　查看主显存情况：

　　这次主存大小没变，显存变高了1GB，这是合情合理的。然后我们将b移动到主存中，代码如下：

b = b.to('cpu')  

　　查看主显存情况：

 

　　发现主存是变高了1GB，显存却只变小了0.1GB，好像只是将显存张量复制到主存一样。实际上，pytorch的确是复制了一份张量到主存中，但它也对显存中这个张量的移动进行了记录。我们接着执行以下代码，再创建1GB的张量赋值给c：

c = torch.zeros([256,1024,1024],device= 'cuda')  

　　查看主显存情况：

　　发现只有显存大小变大了0.1GB，这说明，Pytorch的确记录了显存中张量的移动，只是没有立即将显存空间释放，它选择在下一次创建新变量时覆盖这个位置。接下来，我们重复执行上面这行代码：

c = torch.zeros([256,1024,1024],device= 'cuda')  

　　主显存情况如下：

　　明明我们把张量c给覆盖了，显存内容却变大了，这是为什么呢？实际上，Pytorch在执行这句代码时，是首先找到可使用的显存位置，创建这1GB的张量，然后再赋值给c。但因为在新创建这个张量时，原本的c依然占有1GB的显存，pytorch只能先调取另外1GB显存来创建这个张量，再将这个张量赋值给c。这样一来，原本的那个c所在的显存内容就空出来了，但和前面说的一样，pytorch并不会立即释放这里的显存，而等待下一次的覆盖，所以显存大小并没有减小。

　　我们再创建1GB的d张量，就可以验证上面的猜想，代码如下：

d = torch.zeros([256,1024,1024],device= 'cuda')  

　　主显存情况如下：

　　显存大小并没有变，就是因为pytorch将新的张量创建在了上一步c空出来的位置，然后再赋值给了d。另外，删除变量操作也同样不会立即释放显存：

del d

　　主显存情况：

　　显存没有变化，同样是等待下一次的覆盖。

主存到显存

　　接着上面的实验，我们创建直接在主存创建1GB的张量并赋值给e，代码如下：

e = torch.zeros([256,1024,1024],device= 'cpu')  

　　主显存情况如下：

　　主存变大1GB，合情合理。然后将e移动到显存，代码如下：

e = e.to('cuda')

　　主显存情况如下：

　　主存变小1GB，显存没变是因为上面张量d被删除没有被覆盖，合情合理。说明主存的释放是立即执行的。

总结 

　　通过上面的实验，我们了解到，pytorch不会立即释放显存中失效变量的内存，它会以覆盖的方式利用显存中的可用空间。另外，如果要重置显存中的某个规模较大的张量，最好先将它移动到主存中，或是直接删除，再创建新值，否则就需要两倍的内存来实现这个操作，就有可能出现显存不够用的情况。 

　　实验代码汇总如下：

#%% 
import torch
#%%
a = torch.zeros([256,1024,1024],device= 'cuda')  
#%%
b = torch.zeros([256,1024,1024],device= 'cuda')  
#%%
b = b.to('cpu')
#%%
c = torch.zeros([256,1024,1024],device= 'cuda')  
#%%
c = torch.zeros([256,1024,1024],device= 'cuda')  
#%%  
d = torch.zeros([256,1024,1024],device= 'cuda')  
#%%
del d 
#%%  
e = torch.zeros([256,1024,1024],device= 'cpu')  
#%%
e = e.to('cuda')