加载速度与内存:如何有效地从h5文件加载大型数组



我一直面临以下问题:我必须在num_objects = 897对象上循环,对于每一个对象,我都必须使用num_files = 2120h5文件。这些文件非常大,每个都是1.48GB,我感兴趣的内容是每个文件中包含的3个大小为256 x 256 x 256的浮点数组(v1v2v3(。也就是说,循环看起来像:

for i in range(num_objects):
...
for j in range(num_files):
some operation with the three 256 x 256 x 256 arrays in each file

我目前加载它们的方式是在最内部的循环中执行以下操作:

f = h5py.File('output_'+str(q)+'.h5','r')
key1 = np.array(f['key1'])
v1=key1[:,:,:,0]
v2=key2[:,:,:,1]
v3=key3[:,:,:,2]

上述每次为每个对象加载文件的选项显然非常缓慢。另一方面,一次加载所有文件并将其导入字典会导致内存过度使用,我的工作也会被终止。一些诊断:

  • 以上方法每个文件、每个对象花费0.48秒,导致仅此操作总共花费10.5天(!(
  • 我尝试将key1导出到npz文件,但实际上每个文件慢0.7秒
  • 我将每个文件的v1v2v3分别导出到npz文件(即每个h5文件有3个npz文件(,但总共只节省了1.5天

有人有其他想法/建议吗?我可以尝试快速,同时不受过度内存使用的限制?

如果我理解的话,您有2120.h5个文件。对于每个文件,您是否只读取数据集f['key1']中的3个数组?(或者还有其他数据集吗?(如果你只/总是读f['key1'],这是一个无法编程的瓶颈。使用SSD会有所帮助(因为I/O比HDD快(。否则,您将不得不重新组织数据。系统上的RAM数量将决定您可以同时读取的阵列数量。你有多少内存?

您可能会通过一个小的代码更改获得一点速度。v1=key1[:,:,:,0]返回v1作为一个数组(与v2和v3相同(。不需要将数据集f['key1']读取到数组中。这样做会使你的内存占用增加一倍。(顺便说一句,有没有理由将数组转换为字典?(

下面的过程仅通过从h5pyf['key1']对象切片v1,v2,v3来创建3个数组。它将使每个循环的内存占用减少50%。

f = h5py.File('output_'+str(q)+'.h5','r')
key1 = f['key1'] 
## key1 is returned as a h5py dataset OBJECT, not an array
v1=key1[:,:,:,0]
v2=key2[:,:,:,1]
v3=key3[:,:,:,2]

在HDF5方面,由于您总是切出最后一个轴,因此块参数可能会改进I/O。但是,如果要更改块形状,则必须重新创建.h5文件。因此,这可能不会节省时间(至少在短期内(。

同意@kcw78的观点,根据我的经验,瓶颈通常是加载的数据与所需数据相比过多。因此,除非需要,否则不要将数据集转换为数组,只对所需的部分进行切片(您需要整个[:,:,0]还是只需要它的一个子集?(。

此外,如果可以的话,可以更改循环的顺序,使每个文件只打开一次。

for j in range(num_files):
...
for i in range(num_objects):
some operation with the three 256 x 256 x 256 arrays in each file

另一种方法是使用外部工具(如h5copy(在一个小得多的数据集中提取所需的数据,然后在python中读取,以避免python的开销(老实说,这可能没有那么大(。

最后,只要任务彼此相对独立,就可以使用多处理来利用CPU核心。这里有一个例子。

h5py是一个数据表示类,它支持大多数NumPy数据类型,并支持切片等传统NumPy操作,以及各种描述性属性,如形状和大小属性。

有一个很酷的选项,您可以使用create_dataset方法在启用chunked关键字的情况下将数据集表示为块:

dset=f.create_dataset("分块",(10001000(,分块=(100100((

这样做的好处是,您可以轻松地调整数据集的大小,现在就像您的情况一样,您只需要读取一个区块,而不需要读取整个1.4GB的数据。

但要注意分块的含义:不同的数据大小在不同的分块大小下效果最好。有一个自动拦截选项,可以自动选择这个区块大小,而不是通过点击和试用:

dset=f.create_dataset("autochunk",(10001000(,chunks=True(

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