POSIX multiprocessing spawn performance becomes 10x slower from a certain pickle size

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評価

難易度
4/5
見積もり時間
3〜5日
初心者へのやさしさ
38/100
issue の種類
バグ
明瞭さ
おおむね明確
活発さ
停滞
技術スタック
linux, python

調査の方向性

Python 3.9 または 3.10 で mp_pipe_limits.py を使って時間差を再現し、その後、パイプの作成と reduction.dump の周辺にある multiprocessing/popen_spawn_posix.py を調査します。65536 バイトと 65537 バイトでの動作を比較し、パフォーマンスの急激な低下を回避する修正を決定します。固定のパイプサイズを安全でない形で使用せずに、再現で報告された低速化が確認されなくなれば完了です。

索引モデルが issue の本文から書いたものです。

説明

topic-multiprocessing type-bug

Bug report

We are using multiprocessing with the spawn start method. On my 32-thread PC, starting all worker processes for my project used to take 2 seconds. At a certain point, it jumped straight to taking 20 seconds.

The slowdown appears as soon as more than 64 KB needs to be sent to a child process over the pipe.

Consider this minimal reproduction case:

#!/usr/bin/python3

import multiprocessing
import random
import sys
import time


class Container:

    def __init__(self, size):
        self.data = random.randbytes(size)


class ChildProcess(multiprocessing.Process):

    def __init__(self, name: str, container):
        super().__init__(name=name)
        self.container = container

    def run(self) -> None:
        print("Running")


def run():
    fixed_overhead_3_9 = 885
    difference = int(sys.argv[1])
    container = Container((64*1024) - fixed_overhead_3_9 + difference)
    children = [ChildProcess(f"child-{i}", container) for i in range(0, 2)]

    start_time = time.perf_counter()
    for child in children:
        child.start()
    end_time = time.perf_counter()

    print(f"Running took {int((end_time - start_time) * 1000)}ms")

    for child in children:
        child.join()


if __name__ == "__main__":
    multiprocessing.set_start_method("spawn")
    run()

I added some "instrumentation" in multiprocessing/popen_spawn_posix.py to print the buffer size:

        try:
            reduction.dump(prep_data, fp)
            reduction.dump(process_obj, fp)
        finally:
            set_spawning_popen(None)
        print(len(fp.getbuffer()))
        parent_r = child_w = child_r = parent_w = None

Running the example results in:

$ python3.9 mp_pipe_limits.py 0
65536
65536
Running took 9ms
Running
Running
$ python3.9 mp_pipe_limits.py 1
65537
65537
Running
Running took 96ms
Running

Changing the pipe size with fcntl in multiprocessing/popen_spawn_posix.py restores performance:

        parent_r = child_w = child_r = parent_w = None
        try:
            parent_r, child_w = os.pipe()
            child_r, parent_w = os.pipe()
            fcntl.fcntl(parent_w, 1031, 100000)
            cmd = spawn.get_command_line(tracker_fd=tracker_fd,
                                         pipe_handle=child_r)

Where 1031 is fcntl.F_SETPIPE_SZ, which is not in Python 3.9.

Rerunning the reproduction case after this change:

$ python3.9 mp_pipe_limits.py 1
65537
65537
Running took 9ms
Running
Running

Of course, changing the pipe size will only delay the onset of the problem. The real solution (if there is any) will probably be different. Blindly setting a pipe size might also not be safe as it depends on limits set in /proc.

The example above is a best case example, since it has very limited pickle overhead. We hit this limit without any data caches involved. It's just our Python objects that live after application initialization. They are slower to pickle. However, then things are still 10x slower, so not just a fixed 80ms as seen in the example.

We use spawn instead of fork on Linux to avoid troubles with objects that cannot be pickled on other OSs (Windows).

Your environment

  • CPython versions tested on: 3.9 and 3.10
  • Operating system and architecture: Arch Linux (kernel 5.19.9-arch1-1), x86_64
主要言語
Python
スター
77.2k
フォーク
36k
平均マージ
1日 9時間
マージ済み PR(30日)
558

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