1.TFlite 源码分析(一) 转换与量化
2.[推理部署]👉Mac源码编译TensorFlow C++指北
3.TensorFlow 源码大坑(2) Session
4.TensorFlow XLA优化原理与示例
5.Dive into TensorFlow系列（1）-静态图运行原理
6.Tensorflow 编译加速器 XLA 源码深入解读

TFlite 源码分析(一) 转换与量化

       TensorFlow Lite 是源码 Google 推出的用于设备端推断的开源深度学习框架，其主要目的学习是将 TensorFlow 模型部署到手机、嵌入式设备或物联网设备上。源码它由两部分构成：模型转换工具和模型推理引擎。学习

       TFLite 的源码核心组成部分是转换（Converter）和解析（interpreter）。转换主要负责将模型转换成 TFLite 模型，学习振幅6源码并完成优化和量化的源码过程。解析则专注于高效执行推理，学习在端侧设备上进行计算。源码

       转换部分，学习主要功能是源码通过 TFLiteConverter 接口实现。转换过程涉及确定输入数据类型，学习如是源码否为 float、int8 或 uint8。学习优化和转换过程主要通过 Toco 完成，源码包括导入模型、模型优化、转换以及输出模型。

       在导入模型时，`ImportTensorFlowGraphDef` 函数负责确定输入输出节点，并检查所有算子是否支持，同时内联图的节点进行转换。量化过程则涉及计算网络中单层计算的量化公式，通常针对 UINT8（范围为 0-）或 INT8（范围为 -~）。量化功能主要通过 `CheckIsReadyForQuantization`、`Quantize` 等函数实现，确保输入输出节点的最大最小值存在。

       输出模型时，根据指定的输出格式（如 TensorFlow 或 TFLite）进行。TFLite 输出主要分为数据保存和创建 TFLite 模型文件两部分。

       量化过程分为选择量化参数和计算量化参数两部分。选择量化参数包括为输入和权重选择合适的量化参数，这些参数在 `MakeInitialDequantizeOperator` 中计算。计算参数则使用 `ChooseQuantizationParamsForArrayAndQuantizedDataType` 函数，该函数基于模板类模板实现。

       TFLite 支持的量化操作包括 Post-training quantization 方法，实现相关功能的代码位于 `tools\optimize\quantize_model.cc`。

[推理部署]👉Mac源码编译TensorFlow C++指北

       在Mac环境下编译TensorFlow C++源码，需要完成以下步骤，以避免可能的编译问题，确保顺利构建。

       首先，确认系统环境满足要求。需有Xcode和Command Line Tools，JDK 1.8.0版本以支持编译过程中所需的Java环境，以及Bazel工具，扒网站源码TensorFlow依赖此工具进行编译。特别注意Bazel版本需与TensorFlow对应，如TensorFlow 1.对应Bazel 0..1。

       接下里，安装依赖，包括JDK和Bazel。JDK安装时需检查电脑中是否已安装，并确保正确安装。使用HomeBrew安装Bazel，通过命令行接受协议，并使用`--user`指令确保安装在个人目录的`bin`文件夹下，同时设置`.bazelrc`路径为`$HOME/.bazelrc`。

       安装自动化工具`automake`和使用Python3.7.5在虚拟环境中构建TensorFlow C++源码。推荐使用清华镜像源加速`pip`的安装过程。通过`git clone`方式下载TensorFlow源码，确保checkout至r1.分支。调整域名映射以提升`git clone`速度。

       进行编译选项配置，通常在TensorFlow文件夹内运行命令，根据提示选择默认选项。

       开始编译TensorFlow，此过程可能需要较长时间，完成后，应在`bazel-bin/tensorflow`目录下找到编译好的`libtensorflow_cc.so`和`libtensorflow_framework.1.dylib`文件。

       若遇到`Undefined symbols for architecture x_: “_CFRelease”`错误，这通常与创建软连接有关，无需特别处理。若需要手动安装额外依赖库，如Eigen3，可参考相关指南。

       编译完成后，可对C++接口进行测试，验证编译过程的正确性。通常情况下，Mac下的TensorFlow 1. C++源码编译完成。

       最后，编译TFLite，生成的动态链接库将保存在指定目录下。在`CMakelists.txt`文件中增加对应配置项，以完成TFLite的构建。

       总结而言，Mac下TensorFlow 1. C++源码编译及TFLite的构建，需要遵循上述步骤，并确保环境与工具版本的兼容性，以顺利进行编译过程。源码在哪买Linux系统下的编译方式相似，但具体细节可能有所不同。

TensorFlow 源码大坑(2) Session

       深入探讨TensorFlow源码中的Session机制，揭示其运行机制和复杂性。从Python和C++两端的Session API入手，解析其调用栈，解析内部工作流程。Python端的tf.Session().run()方法，通过初始化调用栈，实现计算图的执行。C++端的ClientSession.run()同样展示了Session运行机制，揭示了底层实现细节。对比之下，DirectSession作为Session的基类，展示了如何构建Executor并具体运行计算图，为理解TensorFlow的高效计算逻辑提供了深入视角。

       深入解析Python端tf.Session().run()方法的调用栈，揭示了其如何通过初始化调用栈来执行计算图的全过程。从创建Session到调用run方法，每一次调用都紧锣密鼓地执行一系列操作，确保计算图能够正确运行，这使得理解TensorFlow的执行流程变得清晰。

       同时，C++端的ClientSession.run()方法提供了另一种视角，展示了Session运行机制在底层语言中的实现。通过对比Python和C++端的实现，可以更深入地理解TensorFlow在不同环境下的兼容性和性能优化。

       DirectSession作为Session的基类，展示了如何构建Executor并具体运行计算图。通过分析DirectSession的run方法和构建过程，可以理解TensorFlow在执行计算图时的灵活性和高效性，以及如何通过Executor优化计算流程。

       总之，深入研究TensorFlow源码中的Session机制，不仅能够揭示其复杂性，还能为开发者提供优化计算图执行流程、提升模型训练效率的策略，是理解TensorFlow内核机制的关键。

TensorFlow XLA优化原理与示例

       TensorFlow XLA优化原理与示例

       一、XLA概述

       XLA，加速线性代数，是一个专注于优化TensorFlow计算的领域特定编译器。旨在提升服务器和移动设备的性能、内存使用效率和代码移植性。初期，装修设计源码大部分用户可能不会立即感受到显著的优化效果，但通过尝试XLA的即时编译（JIT）或预编译（AOT）模式，探索针对新硬件加速器的XLA应用，可以显著提升性能。

       二、构建XLA

       XLA与TensorFlow合作以实现以下目标：

       提高执行速度：编译子图以减少短暂操作的执行时间，消除TensorFlow运行时的开销，融合流水线操作以减少内存开销，针对已知张量形状优化，允许更积极的恒定传播。

       改善内存使用：分析和规划内存使用情况，理论上消除许多中间存储缓冲区。

       减少自定义操作依赖：通过改进自动融合低级操作的性能，减少对大量自定义操作的需求，匹配手工融合操作的性能。

       移动足迹减少：通过提前编译子图，生成可以直接链接到另一个应用程序的对象/头文件，从而消除TensorFlow运行时的占用空间，结果可以大幅减少移动推断的占用空间。

       提高可移植性：为新硬件编写新的后端程序相对容易，大多数TensorFlow程序将在该硬件上无修改地运行，与针对新硬件的个体单片操作方法形成对比，后者需要重写TensorFlow程序以利用这些操作。

       三、XLA如何工作？

       输入语言为“HLO IR”（高级优化程序），XLA将HLO中的图形（计算）编译成各种体系结构的机器指令。XLA模块化设计，易于插入替代后端以定位新颖硬件架构。支持x和ARM CPU后端，以及NVIDIA GPU后端。

       编译过程包含多个与目标无关的优化和分析，如循环节省、独立于目标的操作融合，以及为计算分配运行时，内存的缓冲区分析。在独立于目标的步骤后，XLA将HLO计算发送到后端。后端执行进一步的HLO级别分析和优化，针对具体目标信息和需求。例如，XLA GPU后端可以执行专用于GPU编程模型的算子融合，并确定如何将计算划分为流。此时，后端也可以模式匹配某些操作或其组合来优化库调用。下一步是负数的源码目标特定的代码生成，XLA附带的CPU和GPU后端使用 LLVM进行低级IR优化和代码生成。

       四、XLA开发后端

       XLA提供了一个抽象接口，新体系结构或加速器可以实现创建后端，运行TensorFlow图形。重新定位XLA通常比实现每个现有TensorFlow Op针对新硬件更简单和可扩展。实现可分为以下几种情况：

       现有CPU架构，尚未正式由XLA支持。通过使用LLVM，XLA可以轻松将TensorFlow重定向到不同的CPU，因为主要区别在于LLVM生成的代码。

       具有现有LLVM后端的非CPU类硬件。可以基于现有CPU或GPU实现创建新的实现，共享大量代码。

       没有现有LLVM后端的非CPU类硬件。需要实施StreamExecutor、xla::Compiler、xla::Executable和xla::TransferManager等关键类。

       五、使用JIT编译

       TensorFlow必须从源代码编译为包含XLA。使用即时（JIT）编译可以将多个算子（内核融合），融合到少量的编译内核中，减少内存带宽要求并提高性能。通过XLA运行TensorFlow图表有多种方法，包括通过JIT编译算子放置在CPU或GPU设备上，或通过将算子在XLA_CPU或XLA_GPU设备上运行。

       六、打开JIT编译

       可以在会话级别或手动打开JIT编译。手动方法涉及标记算子以使用属性进行编译完成。在会话级别打开JIT编译，会导致所有可能的算子贪婪地编译成XLA计算。受限于一些限制，如果图中有两个相邻的算子都具有XLA实现，编译为单个XLA计算。

       七、使用示例

       以MNIST softmax为例，在开启JIT的情况下进行训练。当前仅支持在GPU上进行。

       确保LD_LIBRARY环境变量或ldconfig包含$CUDA_ROOT/extras/CUPTI/lib，其中包含CUDA分析工具界面（CUPTI）的库。TensorFlow使用CUPTI从GPU中提取跟踪信息。

       八、代码流程

       实现流程包括图优化Pass（MarkForCompilation）、EncapsulateSubgraphs和BuildXlaOps，将子图转化成XLA HLO Computation、XLA Function子图、Xla节点和最终的GPU可执行代码或PTX。

       九、总结

       通过使用XLA，TensorFlow的性能、内存使用效率和代码移植性得到了显著提升。实现XLA后端相对简单，支持从现有CPU架构到非CPU类硬件的各种优化，同时提供JIT编译和手动控制的灵活性。通过实例和代码示例，可以深入理解XLA在TensorFlow中的应用和优化策略。

Dive into TensorFlow系列（1）-静态图运行原理

       接触过TensorFlow v1的朋友都知道，训练一个TF模型有三个步骤：定义输入和模型结构，创建tf.Session实例sess，执行sess.run()启动训练。不管是因为历史遗留代码或是团队保守的建模规范，其实很多算法团队仍在大量使用TF v1进行日常建模。但背后的运行原理大家是否清楚呢？今天让我们一起来探个究竟。

       学习静态图运行原理能干什么？掌握它对我们TF实践中的错误排查、程序定制、性能优化至关重要，是必备的前置知识。

一、何为静态图？

       众所周知，TensorFlow程序有两种运行选择，即静态图模式与动态图模式。

1.1 静态图

       静态图采用声明式编程范式（先编译后执行），根据前端语言（如python）描述的神经网络结构和参数信息构建固定的静成计算图。静态图在执行期间不依赖前端语言，而是由TF框架负责调度执行，因此非常适合做神经网络模型的部署。用户定义的静态图经序列化后用GraphDef表达，其包含的信息有：网络连接、参数设置、损失函数、优化器等。

       有了完整的静态图定义后，TF编译器将计算图转化成IR（中间表示）。初始IR会经TF编译器一系列的转换和优化策略生成等价的计算图。编译器前端转换和优化包括：自动微分、常量折叠、公共子表达式消除；编译器后端与硬件相关，其转换和优化包括：代码指令生成和编译、算子选择、内存分配、内存复用等。

二、Session是干啥的？

2.1 Session定义

       tf.Session代表用户程序和C++运行时之间的连接。一个Session类对象session可以用来访问本机计算设备，也可访问TF分布式运行时环境中的远程设备。session也能缓存tf.Graph信息，使得相同计算逻辑的多次执行得以高效实现。

       tf.Session的构造方法定义如下：我们来看一下__init__()方法的三个参数：

2.2 Session.run()

tf.Session.run()实际是调用tf.BaseSession.run()方法，其函数签名如下：

       run()方法的参数说明如下：当Session指定fetches后，根据要获取的结果决定tf.Graph实际执行的subgraph（并非整个tf.Graph都要执行）。执行静态图还有三个要点：首先我们看一下和用户直接打交道的前端Session，具体分为普通Session和交互式InteractiveSession。前者全称为tf.Session，需要在启动之前先构建完整的计算图；后者全称为tf.InteractiveSession，它是先构建一个session，然后再定义各种操作，适用于shell和IPython等交互式环境。这两个类均继承自BaseSession，这个基类实现了整个生命周期的所有会话逻辑（相关代码在tensorflow/python/client/session.py中）。前端Session类的继承关系如下图：

       TensorFlow后端会根据前端tf.Session(target='', graph=None, config=None)创建时指定的target来创建不同的后端Session。target是要连接的TF后端执行引擎，默认为空字符串。后端Session的创建采用抽象工厂模式，如果为空字符串，则创建本地DirectionSession；如果是grpc://开头的URL串，则创建分布式GrpcSession。

三、静态图执行过程

       为便于大家理解，我们先给出粗粒度的静态图执行原理如下：静态图的实际执行过程要比上文描述的复杂得多。由于本篇的初衷不是做源码的完整剖析，因此我们仅就Client向Master的处理过程做详细说明，旨在让读者亲身体会一下交互过程的复杂性。Client创建GrpcSession，控制Client会话的生命周期；Master运行时被MasterSession控制。GrpcSession通过抽象工厂模式得到，首先得到工厂类GrpcSessionFactory的对象，并用SessionFactory句柄factory存储。然后通过factory的多态方法生成GrpcSession，如果target为grpc://的话。Master本质上是一个Server，每个Server均有一个MasterService和一个WorkerService。Client通过GrpcSession调用Master节点的MasterService，这个过程需借助MasterInterface才可完成。MasterInterface用来和MasterService进行通信，它有两种不同的场景实现：如果读者想对上述过程做更为深入的了解，可以参考关键类的源码。

四、总结

       作为Dive into TensorFlow系列第一讲，本文由浅入深、系统讲解了静态图及其运行原理，以及支撑这些功能的架构设计与部分源码解析。回到文章开头提到的用户读懂全文能有什么收益？（尝试提几点）

       参考文献：

Graphs and Sessions：github.com/tensorflow/d... 《机器学习系统：设计与实现》：openmlsys.github.io/cha... 前后端连接的桥梁Session：likecs.com/show-... TensorFlow v1..5源码：github.com/tensorflow/t... TensorFlow Architecture：github.com/tensorflow/d... TensorFlow分布式环境Session：cnblogs.com/rossiXYZ/p...

Tensorflow 编译加速器 XLA 源码深入解读

       XLA是Tensorflow内置的编译器，用于加速计算过程。然而，不熟悉其工作机制的开发者在实践中可能无法获得预期的加速效果，甚至有时会导致性能下降。本文旨在通过深入解读XLA的源码，帮助读者理解其内部机制，以便更好地利用XLA的性能优化功能。

       XLA的源码主要分布在github.com/tensorflow/tensorflow的多个目录下，对应不同的模块。使用XLA时，可以采用JIT（Just-In-Time）或AOT（ Ahead-Of-Time）两种编译方式。JIT方式更为普遍，对用户负担较小，只需开启一个开关即可享受到加速效果。本文将专注于JIT的实现与理解。

       JIT通过在Tensorflow运行时，从Graph中选择特定子图进行XLA编译与运行，实现了对计算图的加速。Tensorflow提供了一种名为JIT的使用方式，它通过向Tensorflow注册多个优化PASS来实现这一功能。这些优化PASS的执行顺序决定了加速效果。

       核心的优化PASS包括但不限于EncapsulateXlaComputationsPass、MarkForCompilationPass、EncapsulateSubgraphsPass、BuildXlaOpsPass等。EncapsulateXlaComputationsPass负责将具有相同_xla_compile_id属性的算子融合为一个XlaLaunch，而XlaLaunch在运行时将子图编译并执行。

       AutoClustering则自动寻找适合编译的子图，将其作为Cluster进行优化。XlaCompileOp承载了Cluster的所有输入和子图信息，在运行时通过编译得到XlaExecutableClosure，最终由XlaRunOp执行。

       在JIT部分，关键在于理解和实现XlaCompilationCache::CompileStrict中的编译逻辑。此过程包括两步，最终结果封装在XlaCompilationResult和LocalExecutable中，供后续使用。

       tf2xla模块负责将Tensorflow Graph转化为XlaCompilationResult（HloModuleProto），实现从Tensorflow到XLA的转换。在tf2xla中定义的XlaOpKernel用于封装计算过程，并在GraphCompiler::Compile中实现每个Kernel的计算，即执行每个XlaOpKernel的Compile。

       xla/client模块提供了核心接口，用于构建计算图并将其转换为HloModuleProto。XlaBuilder构建计算图的结构，而XlaOpKernel通过使用这些基本原语描述计算过程，最终通过xla_builder的Build方法生成HloComputationProto。

       xla/service模块负责将HloModuleProto编译为可执行的Executable。该过程涉及多个步骤，包括LLVMCompiler的编译和优化，最终生成适合特定目标架构的可执行代码。此模块通过一系列的优化pass，如RunHloPasses和RunBackend，对HloModule进行优化和转换，最终编译为目标代码。

       本文旨在提供XLA源码的深度解读，帮助开发者理解其工作机制和实现细节。如有问题或疑问，欢迎指正与交流，共同探讨和学习。期待与您在下一篇文章中再次相遇。

从源码build Tensorflow2.6.5的记录

       .从源码编译Tensorflow2.6.5踩坑记录，笔者经过一天的努力，失败四次后终于成功。Tensorflow2.6.5是截至.时，能够从源码编译的最新版本。

       0 - 前期准备

       为了对Tensorflow进行大规模修改并完成科研工作，笔者有从源码编译Tensorflow的需求。平时更常用的做法是在conda环境中pip install tensorflow，有时为了环境隔离方便打包，会用docker先套住，再上conda + pip安装。

       1 - 资料汇总

       教程参考：

       另注：bazel的编译可以使用换源清华镜像（不是必要）。整体配置流程的根本依据还是官方的教程，但它的教程有些点和坑没有涉及到，所以多方材料了解。

       2 - 整体流程

       2.1 确定配置目标

       官网上给到了配置目标，和对应的版本匹配关系（这张表里缺少了对numpy的版本要求）。笔者最后（在docker中）配置成功的版本为tensorflow2.6.5 numpy1..5 Python3.7. GCC7.5.0 CUDA.3 Bazel3.7.2。

       2.2 开始配置

       为了打包方便和编译环境隔离，在docker中进行了以下配置：

       2. 安装TensorFlow pip软件包依赖项，其编译过程依赖于这些包。

       3. Git Tensorflow源代码包。

       4. 安装编译工具Bazel。

       官网的介绍：（1）您需要安装Bazel，才能构建TensorFlow。您可以使用Bazelisk轻松安装Bazel，并且Bazelisk可以自动为TensorFlow下载合适的Bazel版本。为便于使用，请在PATH中将Bazelisk添加为bazel可执行文件。（2）如果没有Bazelisk，您可以手动安装Bazel。请务必安装受支持的Bazel版本，可以是tensorflow/configure.py中指定的介于_TF_MIN_BAZEL_VERSION和_TF_MAX_BAZEL_VERSION之间的任意版本。

       但笔者尝试最快的安装方式是，到Github - bazelbuild/build/releases上下载对应的版本，然后使用sh脚本手动安装。比如依据刚才的配置目标，笔者需要的是Bazel3.7.2，所以下载的文件为bazel-3.7.2-installer-linux-x_.sh。

       5. 配置编译build选项

       官网介绍：通过运行TensorFlow源代码树根目录下的./configure配置系统build。此脚本会提示您指定TensorFlow依赖项的位置，并要求指定其他构建配置选项（例如，编译器标记）。

       这一步就是选择y/N基本没啥问题，其他参考里都有贴实例。笔者需要GPU的支持，故在CUDA那一栏选择了y，其他部分如Rocm部分就是N（直接按enter也可以）。

       6.开始编译

       编译完成应输出

       7.检查TF是否能用

       3 - 踩坑记录

       3.1 cuda.0在编译时不支持sm_

       笔者最初选择的docker是cuda.0的，在bazel build --config=cuda //tensorflow/tools/pip_package:build_pip_package过程中出现了错误。所以之后选择了上面提到的cuda.3的docker。

       3.2 问题2: numpy、TF、python版本匹配

       在配置过程中，发现numpy、TF、python版本需要匹配，否则会出现错误。

       4 - 启示

       从源码编译Tensorflow2.6.5的过程，虽然经历了多次失败，但最终还是成功。这个过程也让我对Tensorflow的编译流程有了更深入的了解，同时也提醒我在后续的工作中要注意版本匹配问题。