怎样配置C++的机器学习推理环境 ONNX Runtime部署优化-C++-PHP中文网

怎样配置C++的机器学习推理环境 ONNX Runtime部署优化

P粉602998670

发布： 2025-08-06 11:38:01

原创

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配置c++++的机器学习推理环境并利用onnx runtime部署优化需按以下步骤进行：1. 环境搭建：安装c++编译器（如gcc）、构建系统（如cmake），使用vcpkg或conda安装onnx runtime库，并配置头文件与库路径；2. 模型转换：将pytorch或tensorflow模型导出为onnx格式，例如使用pytorch的torch.onnx.export函数；3. c++代码编写：调用onnx runtime c++ api加载模型、创建输入张量、运行推理并处理输出结果；4. 性能优化：设置线程数、选择硬件加速后端（如cuda）、启用图优化、模型量化及内存优化。选择onnx runtime版本时应考虑平台兼容性、功能需求、性能表现和稳定性，建议优先选用最新稳定版。核心api包括ort::env、ort::sessionoptions、ort::session、ort::value等，调试问题可通过日志、模型检查、输入验证、中间结果查看、模型简化、单元测试和结果对比等方式进行。

怎样配置C++的机器学习推理环境 ONNX Runtime部署优化

配置C++的机器学习推理环境，并利用ONNX Runtime进行部署优化，关键在于选择合适的工具链、理解ONNX Runtime的核心概念，以及针对特定硬件进行优化。这涉及到环境搭建、模型转换、代码编写和性能调优等多个环节。

解决方案

环境搭建： 首先，你需要一个C++编译器（例如GCC或Clang）和一个构建系统（例如CMake）。然后，安装ONNX Runtime C++库。你可以选择从源代码构建，也可以使用预编译的包（如果你的平台支持）。推荐使用包管理器，如vcpkg或conda，简化依赖管理。例如，使用vcpkg安装ONNX Runtime：
```
vcpkg install onnxruntime
```
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确保将ONNX Runtime的头文件和库文件路径添加到你的项目配置中。

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模型转换： 将你的机器学习模型转换为ONNX格式。大多数主流的深度学习框架（如PyTorch、TensorFlow）都支持导出到ONNX。例如，使用PyTorch导出模型：

import torch
import torchvision

# 加载预训练模型
model = torchvision.models.resnet18(pretrained=True)

# 设置为评估模式
model.eval()

# 创建一个虚拟输入
dummy_input = torch.randn(1, 3, 224, 224)

# 导出到ONNX
torch.onnx.export(model, dummy_input, "resnet18.onnx", verbose=True)

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导出的ONNX模型就可以在ONNX Runtime中加载和运行。

C++代码编写： 使用ONNX Runtime C++ API加载ONNX模型，准备输入数据，运行推理，并处理输出结果。下面是一个简单的例子：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <onnxruntime_cxx_api.h>

int main() {
    // ONNX Runtime环境
    Ort::Env env(ORT_LOGGING_LEVEL_WARNING, "test");

    // ONNX Runtime会话选项
    Ort::SessionOptions session_options;
    session_options.SetIntraOpNumThreads(4); // 设置线程数

    // 加载ONNX模型
    Ort::Session session(env, "resnet18.onnx", session_options);

    // 获取输入和输出信息
    Ort::AllocatorInfo allocator_info = Ort::AllocatorInfo::CreateCpu(OrtArenaAllocator, OrtMemTypeDefault);
    std::vector<const char*> input_names = {"input"}; // 假设输入名为"input"
    std::vector<const char*> output_names = {"output"}; // 假设输出名为"output"

    // 创建输入张量
    std::vector<float> input_data(1 * 3 * 224 * 224); // 假设输入是1x3x224x224的float类型
    // 填充输入数据...
    for(int i = 0; i < input_data.size(); ++i) {
        input_data[i] = (float)rand() / RAND_MAX; // 随机数据
    }
    std::vector<int64_t> input_dims = {1, 3, 224, 224};
    Ort::Value input_tensor = Ort::Value::CreateTensor<float>(allocator_info, input_data.data(), input_data.size(), input_dims.data(), input_dims.size());

    // 运行推理
    std::vector<Ort::Value> output_tensors = session.Run(Ort::RunOptions{nullptr}, input_names.data(), &input_tensor, 1, output_names.data(), 1);

    // 处理输出结果
    float* output_data = output_tensors[0].GetTensorMutableData<float>();
    std::vector<int64_t> output_dims = output_tensors[0].GetTensorTypeAndShapeInfo().GetShape();

    // 打印输出结果
    std::cout << "Output Dimensions: ";
    for (auto dim : output_dims) {
        std::cout << dim << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    std::cout << "Output Data (first 10 elements): ";
    for (int i = 0; i < 10 && i < output_dims[1]; ++i) { // 假设输出是二维的
        std::cout << output_data[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

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这个例子展示了如何加载模型，创建输入张量，运行推理，并获取输出结果。

性能优化： ONNX Runtime提供了多种优化选项，包括：
- 线程数调整： 使用
```
SetIntraOpNumThreads
```
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  调整用于并行计算的线程数。
  
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- 硬件加速： ONNX Runtime支持多种硬件加速后端，例如CUDA（NVIDIA GPU）、TensorRT（NVIDIA GPU）、OpenVINO（Intel CPU/GPU）等。你需要根据你的硬件选择合适的执行提供程序（Execution Provider）。例如，使用CUDA：
```
Ort::SessionOptions session_options;
session_options.AppendExecutionProvider_CUDA(); // 启用CUDA
session_options.SetIntraOpNumThreads(4);
```
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- 图优化： ONNX Runtime会自动进行图优化，例如常量折叠、算子融合等。你可以通过
```
SetGraphOptimizationLevel
```
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  调整优化级别。
- 模型量化： 将模型权重从浮点数转换为整数，可以显著减小模型大小并提高推理速度。ONNX Runtime支持多种量化方法。
- 内存优化： 减少内存分配和拷贝，例如使用
```
OrtArenaAllocator
```
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  。

如何选择合适的ONNX Runtime版本？

选择ONNX Runtime版本时，需要考虑以下几个因素：

平台兼容性： 确保选择的版本支持你的操作系统和硬件架构。
功能需求： 不同的版本可能支持不同的ONNX算子和优化技术。查看ONNX Runtime的发布说明，了解每个版本的新功能和改进。
性能： 新版本通常会包含性能优化。可以尝试不同的版本，并进行基准测试，选择性能最佳的版本。
稳定性： 选择经过充分测试的稳定版本。避免使用预览版或开发版，除非你需要使用其中的特定功能。

一般来说，建议选择最新的稳定版本。如果遇到问题，可以尝试降级到之前的版本。

ONNX Runtime的常用API有哪些？

ONNX Runtime C++ API主要包括以下几个核心类：

```
Ort::Env
```
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: ONNX Runtime环境。每个进程只需要创建一个
```
Ort::Env
```
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实例。
```
Ort::SessionOptions
```
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: ONNX Runtime会话选项。用于配置会话的各种参数，例如线程数、执行提供程序、图优化级别等。
```
Ort::Session
```
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: ONNX Runtime会话。用于加载ONNX模型和运行推理。
```
Ort::AllocatorInfo
```
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: ONNX Runtime内存分配器信息。用于指定内存分配器类型和设备。
```
Ort::Value
```
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: ONNX Runtime张量。用于表示输入和输出数据。
```
Ort::RunOptions
```
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: ONNX Runtime运行选项。用于配置推理过程的各种参数，例如日志级别、超时时间等。

常用的API函数包括：

```
Ort::Env::Create()
```
登录后复制
: 创建
```
Ort::Env
```
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实例。

Ort::SessionOptions::SetIntraOpNumThreads()

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: 设置线程数。

Ort::SessionOptions::AppendExecutionProvider_CUDA()

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: 启用CUDA执行提供程序。

```
Ort::Session::Session()
```
登录后复制
: 创建
```
Ort::Session
```
登录后复制
实例，加载ONNX模型。
```
Ort::Value::CreateTensor()
```
登录后复制
: 创建
```
Ort::Value
```
登录后复制
实例，表示输入张量。
```
Ort::Session::Run()
```
登录后复制
: 运行推理。
```
Ort::Value::GetTensorMutableData()
```
登录后复制
: 获取输出张量的数据指针。
```
Ort::Value::GetTensorTypeAndShapeInfo()
```
登录后复制
: 获取输出张量的类型和形状信息。

如何调试ONNX Runtime推理过程中的问题？

调试ONNX Runtime推理过程中的问题，可以尝试以下方法：

日志： 启用ONNX Runtime的详细日志，可以帮助你了解推理过程中的各种信息，例如算子执行情况、内存分配情况等。可以使用
```
Ort::Env
```
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的构造函数设置日志级别。
模型检查： 使用ONNX模型检查工具（例如Netron）检查ONNX模型的结构和属性，确保模型正确。
输入数据检查： 检查输入数据的类型、形状和值，确保输入数据符合模型的预期。
中间结果检查： 使用ONNX Runtime的调试工具，可以查看推理过程中的中间结果，帮助你定位问题。
简化模型： 尝试简化模型，例如删除不必要的算子，减小模型大小，可以帮助你更容易地定位问题。
单元测试： 编写单元测试，测试模型的各个部分，可以帮助你发现潜在的问题。
对比结果： 将ONNX Runtime的推理结果与原始框架的推理结果进行对比，可以帮助你验证ONNX Runtime的正确性。
社区求助： 在ONNX Runtime的社区论坛或GitHub Issues上寻求帮助，可以获得其他开发者的支持。