MindSpore数据集加载-调试小工具 py-spy

编写MindSpore数据集加载代码的时候，有时候会遇到一些迷惑的代码行为，比如不知道代码卡在哪里不动了，似乎处理的很慢，或者写了死循环的逻辑。这些问题往往会花费很多精力打点去调试python代码，那么有没有方便的工具帮我们这么做呢

—— 有请今天的主角：py-spy

py-spy 介绍

引用官方的话：

py-spy是Python程序的采样分析器。它可以让您可视化Python程序花费的时间在什么上，而无需重新启动程序或以任何方式修改代码。py-spy开销极低：它是用Rust编写的，以提高速度，并且与分析的Python程序不在相同的进程中运行。这意味着py-spy可以安全地用于生产Python代码。

官方github地址：https://github.com/benfred/py-spy 如果有相关的问题也可以去github提问。

py-spy 安装

pip install py-spy

安装后使用 py-spy -h可以验证安装，并查看使用帮助。

py-spy -h

py-spy 0.3.12
Sampling profiler for Python programs
 
USAGE:
    py-spy <SUBCOMMAND>
 
OPTIONS:
    -h, --help       Print help information
    -V, --version    Print version information
 
SUBCOMMANDS:
    record    Records stack trace information to a flamegraph, speedscope or raw file
    top       Displays a top like view of functions consuming CPU
    dump      Dumps stack traces for a target program to stdout
    help      Print this message or the help of the given subcommand(s)

py-spy 基本功能

一般在命令行中运行py-spy，并对py-spy传入要分析的进程的PID或要运行的python程序。

py-spy具有三个子命令record，top和dump：

• record生成火焰图 

  

• top实时查看每个函数运行时间并统计 

  

• dump显示每个python线程的当前调用堆栈 

  

使用py-spy调试MindSpore数据集加载

构造一个数据迭代很慢的场景

先上一个经典代码

test_dataset.py

import mindspore.dataset as ds
import numpy as np
import time
class DatasetGenerator:
    def __init__(self):
        pass
 
    def __getitem__(self, item):
        self.do_something()
        return (np.array([item]),)
 
    def do_something(self):
        cnt = 0
        for i in range(100000000):
            cnt += 1
 
    def __len__(self):
        return 50
 
def test_generator_0():
    data1 = ds.GeneratorDataset(DatasetGenerator(), ["data"])
 
    start = time.time()
    for item in data1.create_dict_iterator(num_epochs=1, output_numpy=True):
        print("data time:", time.time() - start)
        start = time.time()

虽然这个用例比较简单，但是确实会看到迭代的时候出数据很慢，运行一下可以看到

data time: 5.431891679763794
data time: 5.6114866733551025
data time: 5.38549542427063
data time: 5.577831268310547

基本上5秒才读出一条数据，50条数据就是250秒！这才50条数据，如果10w条呢，这个读取时间难以接受。

那么究竟问题出现在哪里呢？（虽然明眼能看到do_something这个函数有点问题，但是我们现在假装不知道）

我们需要py-spy帮我们定位一下问题。

使用py-spy的top功能查看调用栈和时间占比

我们重新运行一下这个脚本

python test_dataset.py &

注意我们允许的时候加了 & 使其可以在后台运行，同时返回一个pid，比如这样 

我们得到了这个python的进程id 116079，有了这个pid之后，我们就可以利用py-spy给我们做实时分析了，接下来我们在命令行中输入

py-spy top --pid 116079

假如遇到这个提示

Permission Denied: Try running again with elevated permissions by going 'sudo env "PATH=$PATH" !!'

重新在命令行输入这个即可

sudo env "PATH=$PATH" !!

此时将会看到py-spy列出了调用栈及相关的函数用时占比：

直观地从这个调用栈分析，do_something这个函数居然占用了100%的运行时间，运行超过了50+s，肯定有某些问题！或是处理逻辑太慢，或是写了死循环？

那么我们就可以快速来到代码的这里看看发生什么事了

def do_something(self):
    cnt = 0
    for i in range(100000000):
        cnt += 1

天哪！这里居然有一个一亿次的循环加法，究竟是谁写的代码！（不是我） 我们可以通过优化这一部分代码，来提升整体数据处理的速度。

总的来说

py-spy是一个挺方便的工具，帮助用户快速定位python的性能问题，除了top功能之外，py-spy也提供了dump功能把完整的堆栈写入到本地方便分析。当我们在 debug 一个线上正在运行的程序的时候，只需要提供进程id，py-spy就可以直接接入使用。