使用 C++ 部署深度学习模型快速上手方案

原创
2022/11/14 15:48
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本文将从获取一个训练好的 shufflenet_v2 模型出发, 讲解如何使用 MegEngine Lite 的 C++ 接口将其部署到 CPU(Linux x86 / Android Arm)环境下运行。主要分为以下小节:

参见:

MegEngine Lite 还可以 通过 Python 接口进行使用, 使用方便但有局限性。

导出已经训练好的模型

请参考 获得用于 MegEngine Lite 推理的模型

编写 Inference 代码

首先创建一个 main.cpp, 在这个文件中将直接调用 MegEngine Lite 的接口运行 shufflenet_v2.mge 模型, 输入数据 input_tensor 是随机生成的,所以不用在乎计算结果。

#include <iostream>
#include "lite/network.h"
using namespace lite;

int main(int argc, char** argv) {
    std::cout << " Usage: ./demo_deploy model_name" << std::endl;
    if (argc != 2) {
        std::cout << " Wrong argument" << std::endl;
        return 0;
    }

    std::string model_path = argv[1];

    //! create and load the network
    std::shared_ptr<lite::Network> network = std::make_shared<Network>();

    //! load the model
    network->load_model(model_path);

    //! get the input tensor of the network with name "data"
    std::shared_ptr<Tensor> input_tensor = network->get_io_tensor("data");

    //! fill the rand data to input tensor
    srand(static_cast<unsigned>(time(NULL)));
    size_t length =
            input_tensor->get_tensor_total_size_in_byte() / sizeof(float);
    float* in_data_ptr = static_cast<float*>(input_tensor->get_memory_ptr());
    for (size_t i = 0; i < length; i++) {
        in_data_ptr[i] =
                static_cast<float>(rand()) / (static_cast<float>(RAND_MAX));
    }

    //! forward
    network->forward();
    network->wait();

    //! get the inference output tensor of index 0
    std::shared_ptr<Tensor> output_tensor = network->get_output_tensor(0);
    float* predict_ptr = static_cast<float*>(output_tensor->get_memory_ptr());
    float sum = 0.0f, max = predict_ptr[0];
    for (size_t i = 0; i < 1000; i++) {
        sum += predict_ptr[i];
        if (predict_ptr[i] > max) {
            max = predict_ptr[i];
        }
    }
    std::cout << "The output SUM is " << sum << ", Max is " << max << std::endl;
}

上面代码主要完成了几个步骤,包括:

  1. 创建默认配置的 Network;

  2. 载入模型,MegEngine Lite 将读取并解析模型文件,并创建计算图;

  3. 通过输入 Tensor 的名字获取模型的输入 Tensor, 并设置随机数作为输入数据;

  4. 执行 Inference 逻辑;

  5. 获取模型输出 Tensor, 并处理输出数据。

至此完成了一个 shufflenet_v2 模型的推理过程的 C++ 代码编写。

但在真正运行这段代码之前,还需要编译该 C++ 源文件,并链接 MegEngine Lite 库文件。 ⬇️ ⬇️ ⬇️

编译 MegEngine Lite

注解

  • 这一步的目的是获得 MegEngine Lite 的静态链接库和动态链接库,供我们上面代码编译时候进行链接; 编译的过程和 从源码编译 MegEngine 中的介绍是一致的。

  • 下面将演示在 Linux x86 下使用动态链接,Android Arm 上使用静态链接的流程:

  1. 首先需要 Clone 整个 MegEngine 工程,并进入到 MegEngine 的根目录:
git clone --depth=1 git@github.com:MegEngine/MegEngine.git
cd MegEngine
  1. 环境准备 & 执行编译:

    Linux x86

    准备编译依赖的子模块:

./third_party/prepare.sh

安装英特尔数学核心库(MKL):

./third_party/install-mkl.sh

本机编译 MegEngine Lite:

scripts/cmake-build/host_build.sh

Android Arm

准备编译依赖的子模块:

./third_party/prepare.sh

从安卓 官网 下载 NDK 并解压到某路径, 并将改路径设置为 NDK_ROOT 环境变量:

export NDK_ROOT=/path/to/ndk

交叉编译 MegEngine Lite:

scripts/cmake-build/cross_build_android_arm_inference.sh

编译完成之后 MegEngine Lite 库和头文件路径 /path/to/megenginelite-lib

  • Linux x86: build_dir/host/MGE_WITH_CUDA_OFF/MGE_INFERENCE_ONLY_ON/Release/install/lite/

  • Android Arm: build_dir/android/arm64-v8a/Release/install/lite/

编译 Inference 代码

有了上一步得到的 MegEngine Lite 库文件,我们就可以在编译 Inference 代码的时候进行动态链接或静态链接。 下面分别用 Linux x86 和 Android Arm 来展示两种链接方式,演示编译 Inference 代码的步骤:

Linux x86 动态链接编译

根据自身环境选择编译器(这里使用的是 clang++, 也可以用 g++),动态链接 liblite_shared.so 文件:

export LITE_INSTALL_DIR=/path/to/megenginelite-lib #上一步中编译生成的库文件安装路径
export LD_LIBRARY_PATH=$LITE_INSTALL_DIR/lib/x86_64/:$LD_LIBRARY_PATH
clang++ -o demo_deploy \
  -I$LITE_INSTALL_DIR/include main.cpp \
  -llite_shared -L$LITE_INSTALL_DIR/lib/x86_64

编译完成之后,就得到了可执行文件 demo_deploy.

Android Arm 静态链接编译

Android Arm 编译为交叉编译(在 Linux 主机上编译 Android Arm 中运行的可执行程序)。

以链接 MegEngine Lite 的静态库作为示例,需要确保 NDK 环境准备完成,

export LITE_INSTALL_DIR=/path/to/megenginelite-lib #上一步中编译生成的库文件安装路径
export PATH=${NDK_ROOT}/toolchains/llvm/prebuilt/linux-x86_64/bin/:$PATH
export CXX=aarch64-linux-android21-clang++
${CXX} -llog -lz -s \
  -I${LITE_INSTALL_PATH}/include main.cpp \
  ${LITE_INSTALL_PATH}/lib/aarch64/liblite_static_all_in_one.a \
  -o demo_deploy

编译完成之后,需要将 demo_deploy 和模型文件 shufflenet_v2.mge 拷贝到 Android Arm 机器上。

执行 Inference 文件,验证结果

最后执行编译好的文件,就可以看到推理结果:

./demo_deploy shufflenet_v2.mge

这样就快速完成了 X86 和 Arm 上简单的 demo 部署。

在本例中,最后计算结果可以看到:经过 softmax 之后,输出的结果中 sum = 1, 符合 softmax 的输出特点。

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