cuda环境配置剖析，不再傻傻分不清楚该怎么装环境

标签：驱动程序傻傻 Conda cuda 分不清楚 NVIDIA 显卡安装 CUDA

深度学习的第一课，永远是配环境，而这涉及到了很多方面的零碎知识，对于新手来说是很头疼的。而CUDA，作为每个环境都绕不开的主题，在很多时候都会成为成功运行代码的阻碍。

这里简单介绍了一下一些需要注意的概念，和如何用conda去配cuda，希望能够让大家配环境的时候能够稍微轻松点。

Driver or CUDA?

NVIDIA显卡驱动程序

NVIDIA显卡驱动程序是软件组件，允许操作系统和应用程序与NVIDIA显卡进行通信。驱动程序提供了基本的图形和计算功能，使得GPU能够执行各种任务。主要功能：

图形渲染：管理图形渲染的任务，如游戏、视频播放、3D图形设计等。
计算加速：支持CUDA和其他并行计算平台（如OpenCL），使得GPU可以用于科学计算、机器学习等任务。
硬件管理：控制GPU的资源分配、性能调优和电源管理等功能。

安装方式：

系统包管理器：在Linux上，通常通过包管理器（如apt、yum）安装。
NVIDIA官网：从NVIDIA官网下载驱动程序，并根据系统版本进行安装。

CUDA

CUDA是由NVIDIA开发的一种并行计算平台和编程模型，允许开发者使用GPU进行通用计算。这意味着开发者可以使用CUDA来编写代码，以便在GPU上执行计算密集型任务，而不仅仅是图形渲染。主要包括：

CUDA Toolkit：提供了一系列开发工具和库，如cuBLAS（Basic Linear Algebra Subprograms）、cuFFT（Fast Fourier Transform）、cuDNN（Deep Neural Network）等。
CUDA编译器（NVCC）：用于编译CUDA代码，将其转换为可在GPU上运行的二进制代码。
CUDA Driver API和Runtime API：提供编程接口，使得开发者可以方便地使用GPU进行计算。

安装方式：

系统包管理器：在Linux上，可以通过包管理器安装CUDA Toolkit。
NVIDIA官网：从NVIDIA官网下载CUDA Toolkit，然后进行安装。
Conda：通过Conda环境安装CUDA Toolkit。

NVIDIA显卡驱动程序与CUDA的关系

依赖关系：CUDA依赖于NVIDIA显卡驱动程序。显卡驱动程序提供了底层的硬件访问和管理功能，而CUDA在此基础上提供高层次的编程接口和工具。
版本兼容性：CUDA Toolkit的版本需要与显卡驱动程序的版本兼容。通常，新的CUDA版本要求较新的显卡驱动程序版本。

工作流程：

驱动程序安装：首先需要安装NVIDIA显卡驱动程序，它提供了基础的硬件接口和图形功能。
CUDA安装：在安装了驱动程序之后，可以安装CUDA Toolkit。CUDA利用驱动程序提供的接口与GPU进行通信，执行并行计算任务。

运行时环境：

图形任务：显卡驱动程序直接处理。
计算任务：显卡驱动程序提供底层支持，CUDA提供高层次API和工具，应用程序通过CUDA API与GPU通信。

注意事项：

版本兼容性：在安装驱动和CUDA时，确保版本兼容。NVIDIA通常会在CUDA Toolkit的发布说明中列出所需的驱动程序版本。
环境变量：
- CUDA安装路径需要添加到环境变量中，如 PATH 和 LD_LIBRARY_PATH，以便系统能够找到CUDA工具和库。
开发工具：CUDA Toolkit包含了开发CUDA应用的必要工具，如NVCC编译器和性能分析工具（如nvprof和Nsight）。
多版本CUDA：在某些情况下，可能需要在同一系统中安装多个版本的CUDA Toolkit。例如，不同的应用程序可能需要不同版本的CUDA支持。在这种情况下要小心管理不同版本的安装路径和环境变量。

总结

NVIDIA显卡驱动程序：提供对GPU的基础访问和管理功能，支持图形渲染和计算任务。
CUDA：提供高层次的并行计算平台和编程模型，依赖显卡驱动程序来与硬件进行通信。
关系：CUDA工具包依赖于显卡驱动程序提供的底层硬件接口。二者需要版本匹配，以确保功能正常。
环境管理：使用Conda等工具可以有效地管理不同版本的CUDA和相关依赖，避免版本冲突和环境污染。
开发和运行：开发者可以使用CUDA API和工具（如NVCC、cuBLAS、cuDNN）来编写和优化高性能计算应用，并通过PyTorch、TensorFlow等高层次框架简化GPU计算任务。

使用conda安装cuda，环境隔离

以下说明，默认在linux上。

conda install cuda -c nvidia/label/cuda-12.1.0 这条命令使用 conda 包管理器从 nvidia 的指定标签（label/cuda-12.1.0）的频道中安装CUDA库。

这条命令会在虚拟环境中安装CUDA工具包的特定版本（在这个例子中是CUDA 12.1.0）。

CUDA工具包提供了以下内容：

CUDA驱动程序：与NVIDIA显卡驱动程序配合使用，支持CUDA应用程序与硬件进行通信。
CUDA库：如cuBLAS, cuDNN, cuFFT等，用于高效的数学操作和深度学习计算。
CUDA编译器（NVCC）：用于编译CUDA代码。
CUDA工具：如nvprof、nsight等，用于性能分析和调试。

虚拟环境中的CUDA和系统环境CUDA的关系，还是需要知道的。

系统环境中的CUDA通常指的是通过系统包管理器或NVIDIA官方安装包直接安装在操作系统中的CUDA工具包。它位于系统的标准路径中，所有用户和应用程序都可以访问它。

系统环境CUDA和conda虚拟环境的CUDA有以下的相同点和不同点：

相同点

功能：Conda安装的CUDA和系统环境中的CUDA提供了相同的核心功能和库。
用途：两者都可以用于加速使用GPU的应用程序和计算任务。

不同点

安装位置：
- 系统环境中的CUDA：通常安装在系统的标准目录，比如 /usr/local/cuda。
- Conda中的CUDA：安装在Conda环境的目录中，路径类似于 ~/anaconda3/envs/your_env_name/。
环境隔离：
- 系统环境中的CUDA：所有应用程序共享同一个CUDA工具包，容易出现版本冲突问题。
- Conda中的CUDA：每个Conda环境可以有独立的CUDA版本和依赖库，这样可以避免版本冲突，实现环境隔离。

运行依赖CUDA的代码时，使用的CUDA版本取决于配置和环境:

Conda环境激活时：如果激活了一个包含CUDA的Conda环境，这个环境中的CUDA库和工具会自动添加到环境变量（如 PATH 和 LD_LIBRARY_PATH）中。此时，运行依赖CUDA的代码会使用Conda环境中的CUDA。
系统环境中的CUDA：如果没有激活包含CUDA的Conda环境，或者在系统路径中优先配置了系统安装的CUDA工具包，那么代码可能使用系统环境中的CUDA。

如何确定实际使用的CUDA

检查环境变量：查看 PATH 和 LD_LIBRARY_PATH 环境变量，确认它们指向的是Conda环境中的CUDA还是系统中的CUDA。
使用 nvcc 命令：运行 nvcc --version 查看CUDA编译器的版本和路径。
或者在python中：

import torch
print(torch.version.cuda)

总结

conda install cuda -c nvidia/label/cuda-12.1.0 安装了CUDA 12.1.0工具包到指定的Conda环境中。
Conda中的CUDA 和 系统环境中的CUDA 提供相同的功能，但安装位置和环境隔离不同。
环境变量和当前激活的环境决定了运行依赖CUDA的代码时使用的是Conda环境中的CUDA还是系统中的CUDA。
使用pip 安装的时候，可以指定 --index-url https://download.pytorch.org/whl/cu[版本号] 从而下载支持指定cuda的torch软件包

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