AscendCL快速入门——运行资源管理篇（上）_专栏

本篇将介绍AscendCL快速入门——运行资源管理篇。

一、AscendCL概述

AscendCL（Ascend Computing Language）是一套用于在昇腾平台上开发图像分析应用的C语言API库，提供Device管理、Context管理、Stream管理、内存管理、模型加载与执行、算子加载与执行、媒体数据处理等API，能够实现在昇腾CANN平台上进行图像分析方法推理计算、图形图像预处理、单算子加速计算等能力。用户可以通过第三方框架调用AscendCL接口，以便使用SoC的计算能力；用户还可以使用AscendCL封装实现第三方lib库，以便提供SoC的运行管理、资源管理能力。

在运行应用时，AscendCL调用GE执行器提供的接口实现模型和算子的加载与执行、调用运行管理器的接口实现Device管理/Context管理/Stream管理/内存管理等。

计算资源层是SoC的硬件算力基础，主要完成图像分析工具的矩阵相关计算、完成控制算子/标量/向量等通用计算和执行控制功能、完成图像和视频数据的预处理，为图像分析计算提供了执行上的保障。

1. 基本概念

同步/异步：本文中提及的同步、异步是站在调用者和执行者的角度，在当前场景下，若在板端环境调用接口后不等待Device执行完成再返回，则表示板端环境的调度是异步的；若在板端环境调用接口后需等待Device执行完成再返回，则表示板端环境的调度是同步的。
进程/线程：本文中提及的进程、线程，表示板端环境上的进程、线程。
Device：Device表示板端环境上的NNN（Neural-Network ProcessingUnit），提供NN 计算能力。
Context：Context作为一个容器，管理了所有对象（包括Stream、Event、设备内存等）的生命周期。不同Context的Stream、不同Context的Event是完全隔离的，无法建立同步等待关系。

Context分为两种：

—— 默认Context：调用aclrtSetDevice接口指定用于运算的Device时，系统会自动隐式创建一个默认Context，一个Device对应一个默认Context，默认Context不能通过aclrtDestroyContext接口来释放。

—— 显式创建的Context：推荐在进程或线程中调用aclrtCreateContext接口显式创建一个Context。

Stream：Stream用于维护一些异步操作的执行顺序，确保按照应用程序中的代码调用顺序在Device上执行。

Stream分两种：

—— 默认Stream：调用aclrtSetDevice接口指定用于运算的Device时，系统会自动隐式创建一个默认Stream，一个Device对应一个默认Stream，默认Stream不能通过aclrtDestroyStream接口来释放。

—— 显式创建的Stream：推荐在进程或线程中调用aclrtCreateStream接口显式创建一个Stream。

Event：支持调用AscendCL接口同步Stream之间的任务，包括同步板端环境与Device之间的任务、Device与Device间的任务。例如，若stream2的任务依赖stream1的任务，想保证stream1中的任务先完成，这时可创建一个Event，并将Event插入到stream1，在执行stream2的任务前，先同步等待Event完成。
AAPP：AAPP用于在AACore上完成图像预处理，包括色域转换（转换图像格式）、图像归一化（减均值/乘系数）和抠图（指定抠图起始点，抠出图像分析工具需要大小的图片）等。AAPP区分为静态AAPP和动态AAPP。您只能选择静态AAPP或动态AAPP方式来处理图片，不能同时配置静态AAPP和动态AAPP两种方式。

—— 静态AAPP：模型转换时设置AAPP模式为静态，同时设置AAPP参数，模型生成后，AAPP参数值被保存在离线模型（*.om）中，每次模型推理过程采用固定的AAPP预处理参数（无法修改）。如果使用静态AAPP方式，多Batch情况下共用同一份AAPP参数。

—— 动态AAPP：模型转换时仅设置AAPP模式为动态，每次模型推理前，根据需求，在执行模型前设置动态AAPP参数值，然后在模型执行时可使用不同的AAPP参数。可调aclmdlAAPP数据类型下的操作接口设置动态AAPP参数值。如果使用动态AAPP方式，多Batch可使用不同的AAPP参数。

动态Batch/分辨率：在某些场景下，模型每次输入的Batch数或分辨率是不固定的，如检测出目标后再执行目标识别网络，由于目标个数不固定导致目标识别网络输入BatchSize不固定。动态Batch：用户执行推理时，其Batch数是动态可变的。动态分辨率: 用户执行推理时，每张图片的分辨率H*W是动态可变的。
动态维度：为了支持Transformer等网络在输入格式的维度不确定的场景，需要支持ND格式下任意维度的动态设置。ND表示支持任意格式，当前N<=4。
通道：在RGB色彩模式下，图像通道就是指单独的红色R、绿色G、蓝色B部分。同样在HSV色系中指的是色调H，饱和度S，亮度V三个通道。

2. Device、Context、Stream 之间的关系

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3. 线程、Context、Stream 之间的关系

一个用户线程一定会绑定一个Context，所有Device的资源使用或调度，都必须基于Context。
一个线程中当前会有一个唯一的Context在用，Context中已经关联了本线程要使用的Device。
可以通过aclrtSetCurrentContext进行Device的快速切换。示例代码如下，仅供参考，不可以直接拷贝编译运行。

aclrtCreateContext(&ctx1，0);
aclrtCreateStream(&s1);
aclopExecuteV2(op1,...,s1);
aclrtCreateContext(&ctx2,1);
/*在当前线程中，创建ctx2后，当前线程对应的Context切换为ctx2，对应在Device 1进行后续的计算任务，
本例中将在Device 1上进行op2的执行调用 */
aclrtCreateStream(&s2);
aclopExecuteV2(op2,...,s2);
aclrtSetCurrentContext(ctx1);
/*在当前线程中，通过Context切换，使后续计算任务在对应的Device 0上进行*/
aclopExecuteV2(op3,...,s1);

一个线程中可以创建多个Stream，不同的Stream上计算任务是可以并行执行；多线程场景下，也可以每个线程创建一个Stream，线程之间的Stream在Device上相互独立，每个Stream内部的任务是按照Stream下发的顺序执行。
多线程的调度依赖于运行应用的操作系统调度，多Stream在Device侧的调度，由Device上调度组件进行调度。

4. 主要接口调用流程

应用开发中的典型功能抽象出主要的接口调用流程，例如，如果需要实现模型推理的功能，则需要先加载模型，模型推理结束后，则需要卸载模型；如果模型推理后，需要从推理结果中查找最大置信度的类别标识对图片分类，则需要数据后处理。

AscendCL初始化：调用aclInit接口实现初始化AscendCL。
运行管理资源申请：依次申请运行管理资源：Device、Context、Stream。
模型推理：

生成模型om文件：模型推理场景下，必须要有适配SoC的离线模型，需提前构建模型。
模型加载：模型推理前，需要先将对应的模型加载到系统中。
模型执行：使用模型实现图片分类、目标识别等功能，目前AscendCL提供同步推理接口和异步推理接口，支持动态Batch、动态分辨率、动态AAPP等场景。
（可选）数据后处理：处理模型推理的结果，此处根据用户的实际需求来处理推理结果，例如用户可以将获取到的推理结果写入文件、从推理结果中找到每张图片最大置信度的类别标识等。
模型卸载：调用aclmdlUnload接口卸载模型。

4. 运行管理资源释放：所有数据处理都结束后，需要依次释放运行管理资源：Stream、Context、Device。

5. AscendCL去初始化：调用aclFinalize接口实现AscendCL去初始化。

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