上一节笔记中记录了调用 saver.save() 会生成三个文件.

知识点:

  • TensorFlow 通过图的形式来表述计算, 其中所有的计算会被表达为计算图上的节点.
  • 元图(MetaGraph)记录计算图中节点的信息以及运行计算图中节点需要的元数据
  • 元图(MetaGraph)是由MetaGraphDef Protocol Buffer 定义的
  • MetaGraphDef默认保存为.meta 后缀的文件

MetaGraphDef类型定义:

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message MetaGraphDef {
MetaInfoDef meta_info_def = 1;
GraphDef graphd_def = 2;
SaverDef saver_def = 3;
map<string, CollectionDef> collection_def = 4;
map<string, SignatureDef> signature_def = 5;
}

默认保存的.meta文件是二进制形式保存的, export_meta_graph函数支持 JSON 格式导出.

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# ...
# 导出
saver.export_meta_graph("./.../YourModel.ckpt.meta.json", as_text=True)

以下是我的代码:

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#...
v1 = tf.Variable(tf.constant(1.0, shape=[1]), name='v1')
v2 = tf.Variable(tf.constant(1.0, shape=[1]), name='v2')
result = v1 + v2

saver = tf.train.Saver()
saver.export_meta_graph('./SaveModels/Model4.ckpt.meta.json', as_text=True)

#以下是 json 文件的内容
"""
meta_info_def {
stripped_op_list {
op {
name: "Add"
input_arg {
name: "x"
type_attr: "T"
}
input_arg {
name: "y"
type_attr: "T"
}
output_arg {
name: "z"
type_attr: "T"
}
attr {
name: "T"
type: "type"
allowed_values {
list {
type: DT_BFLOAT16
type: DT_HALF
type: DT_FLOAT
type: DT_DOUBLE
type: DT_UINT8
type: DT_INT8
type: DT_INT16
type: DT_INT32
type: DT_INT64
type: DT_COMPLEX64
type: DT_COMPLEX128
type: DT_STRING
}
}
}
}
op {
name: "Assign"
input_arg {
name: "ref"
type_attr: "T"
is_ref: true
}
input_arg {
name: "value"
type_attr: "T"
}
output_arg {
name: "output_ref"
type_attr: "T"
is_ref: true
}
attr {
name: "T"
type: "type"
}
attr {
name: "validate_shape"
type: "bool"
default_value {
b: true
}
}
attr {
name: "use_locking"
type: "bool"
default_value {
b: true
}
}
allows_uninitialized_input: true
}
op {
name: "Const"
output_arg {
name: "output"
type_attr: "dtype"
}
attr {
name: "value"
type: "tensor"
}
attr {
name: "dtype"
type: "type"
}
}
op {
name: "Identity"
input_arg {
name: "input"
type_attr: "T"
}
output_arg {
name: "output"
type_attr: "T"
}
attr {
name: "T"
type: "type"
}
}
op {
name: "NoOp"
}
op {
name: "RestoreV2"
input_arg {
name: "prefix"
type: DT_STRING
}
input_arg {
name: "tensor_names"
type: DT_STRING
}
input_arg {
name: "shape_and_slices"
type: DT_STRING
}
output_arg {
name: "tensors"
type_list_attr: "dtypes"
}
attr {
name: "dtypes"
type: "list(type)"
has_minimum: true
minimum: 1
}
is_stateful: true
}
op {
name: "SaveV2"
input_arg {
name: "prefix"
type: DT_STRING
}
input_arg {
name: "tensor_names"
type: DT_STRING
}
input_arg {
name: "shape_and_slices"
type: DT_STRING
}
input_arg {
name: "tensors"
type_list_attr: "dtypes"
}
attr {
name: "dtypes"
type: "list(type)"
has_minimum: true
minimum: 1
}
is_stateful: true
}
op {
name: "VariableV2"
output_arg {
name: "ref"
type_attr: "dtype"
is_ref: true
}
attr {
name: "shape"
type: "shape"
}
attr {
name: "dtype"
type: "type"
}
attr {
name: "container"
type: "string"
default_value {
s: ""
}
}
attr {
name: "shared_name"
type: "string"
default_value {
s: ""
}
}
is_stateful: true
}
}
tensorflow_version: "1.9.0"
tensorflow_git_version: "v1.9.0-0-g25c197e023"
}
graph_def {
node {
name: "Const"
op: "Const"
attr {
key: "_output_shapes"
value {
list {
shape {
dim {
size: 1
}
}
}
}
}
attr {
key: "dtype"
value {
type: DT_FLOAT
}
}
attr {
key: "value"
value {
tensor {
dtype: DT_FLOAT
tensor_shape {
dim {
size: 1
}
}
float_val: 1.0
}
}
}
}
node {
name: "v1"
op: "VariableV2"
attr {
key: "_output_shapes"
value {
list {
shape {
dim {
size: 1
}
}
}
}
}
attr {
key: "container"
value {
s: ""
}
}
attr {
key: "dtype"
value {
type: DT_FLOAT
}
}
attr {
key: "shape"
value {
shape {
dim {
size: 1
}
}
}
}
attr {
key: "shared_name"
value {
s: ""
}
}
}
node {
name: "v1/Assign"
op: "Assign"
input: "v1"
input: "Const"
attr {
key: "T"
value {
type: DT_FLOAT
}
}
attr {
key: "_class"
value {
list {
s: "loc:@v1"
}
}
}
attr {
key: "_output_shapes"
value {
list {
shape {
dim {
size: 1
}
}
}
}
}
attr {
key: "use_locking"
value {
b: true
}
}
attr {
key: "validate_shape"
value {
b: true
}
}
}
node {
name: "v1/read"
op: "Identity"
input: "v1"
attr {
key: "T"
value {
type: DT_FLOAT
}
}
attr {
key: "_class"
value {
list {
s: "loc:@v1"
}
}
}
attr {
key: "_output_shapes"
value {
list {
shape {
dim {
size: 1
}
}
}
}
}
}
node {
name: "Const_1"
op: "Const"
attr {
key: "_output_shapes"
value {
list {
shape {
dim {
size: 1
}
}
}
}
}
attr {
key: "dtype"
value {
type: DT_FLOAT
}
}
attr {
key: "value"
value {
tensor {
dtype: DT_FLOAT
tensor_shape {
dim {
size: 1
}
}
float_val: 1.0
}
}
}
}
node {
name: "v2"
op: "VariableV2"
attr {
key: "_output_shapes"
value {
list {
shape {
dim {
size: 1
}
}
}
}
}
attr {
key: "container"
value {
s: ""
}
}
attr {
key: "dtype"
value {
type: DT_FLOAT
}
}
attr {
key: "shape"
value {
shape {
dim {
size: 1
}
}
}
}
attr {
key: "shared_name"
value {
s: ""
}
}
}
node {
name: "v2/Assign"
op: "Assign"
input: "v2"
input: "Const_1"
attr {
key: "T"
value {
type: DT_FLOAT
}
}
attr {
key: "_class"
value {
list {
s: "loc:@v2"
}
}
}
attr {
key: "_output_shapes"
value {
list {
shape {
dim {
size: 1
}
}
}
}
}
attr {
key: "use_locking"
value {
b: true
}
}
attr {
key: "validate_shape"
value {
b: true
}
}
}
node {
name: "v2/read"
op: "Identity"
input: "v2"
attr {
key: "T"
value {
type: DT_FLOAT
}
}
attr {
key: "_class"
value {
list {
s: "loc:@v2"
}
}
}
attr {
key: "_output_shapes"
value {
list {
shape {
dim {
size: 1
}
}
}
}
}
}
node {
name: "add"
op: "Add"
input: "v1/read"
input: "v2/read"
attr {
key: "T"
value {
type: DT_FLOAT
}
}
attr {
key: "_output_shapes"
value {
list {
shape {
dim {
size: 1
}
}
}
}
}
}
node {
name: "save/Const"
op: "Const"
attr {
key: "_output_shapes"
value {
list {
shape {
}
}
}
}
attr {
key: "dtype"
value {
type: DT_STRING
}
}
attr {
key: "value"
value {
tensor {
dtype: DT_STRING
tensor_shape {
}
string_val: "model"
}
}
}
}
node {
name: "save/SaveV2/tensor_names"
op: "Const"
attr {
key: "_output_shapes"
value {
list {
shape {
dim {
size: 2
}
}
}
}
}
attr {
key: "dtype"
value {
type: DT_STRING
}
}
attr {
key: "value"
value {
tensor {
dtype: DT_STRING
tensor_shape {
dim {
size: 2
}
}
string_val: "v1"
string_val: "v2"
}
}
}
}
node {
name: "save/SaveV2/shape_and_slices"
op: "Const"
attr {
key: "_output_shapes"
value {
list {
shape {
dim {
size: 2
}
}
}
}
}
attr {
key: "dtype"
value {
type: DT_STRING
}
}
attr {
key: "value"
value {
tensor {
dtype: DT_STRING
tensor_shape {
dim {
size: 2
}
}
string_val: ""
string_val: ""
}
}
}
}
node {
name: "save/SaveV2"
op: "SaveV2"
input: "save/Const"
input: "save/SaveV2/tensor_names"
input: "save/SaveV2/shape_and_slices"
input: "v1"
input: "v2"
attr {
key: "dtypes"
value {
list {
type: DT_FLOAT
type: DT_FLOAT
}
}
}
}
node {
name: "save/control_dependency"
op: "Identity"
input: "save/Const"
input: "^save/SaveV2"
attr {
key: "T"
value {
type: DT_STRING
}
}
attr {
key: "_class"
value {
list {
s: "loc:@save/Const"
}
}
}
attr {
key: "_output_shapes"
value {
list {
shape {
}
}
}
}
}
node {
name: "save/RestoreV2/tensor_names"
op: "Const"
device: "/device:CPU:0"
attr {
key: "_output_shapes"
value {
list {
shape {
dim {
size: 2
}
}
}
}
}
attr {
key: "dtype"
value {
type: DT_STRING
}
}
attr {
key: "value"
value {
tensor {
dtype: DT_STRING
tensor_shape {
dim {
size: 2
}
}
string_val: "v1"
string_val: "v2"
}
}
}
}
node {
name: "save/RestoreV2/shape_and_slices"
op: "Const"
device: "/device:CPU:0"
attr {
key: "_output_shapes"
value {
list {
shape {
dim {
size: 2
}
}
}
}
}
attr {
key: "dtype"
value {
type: DT_STRING
}
}
attr {
key: "value"
value {
tensor {
dtype: DT_STRING
tensor_shape {
dim {
size: 2
}
}
string_val: ""
string_val: ""
}
}
}
}
node {
name: "save/RestoreV2"
op: "RestoreV2"
input: "save/Const"
input: "save/RestoreV2/tensor_names"
input: "save/RestoreV2/shape_and_slices"
device: "/device:CPU:0"
attr {
key: "_output_shapes"
value {
list {
shape {
unknown_rank: true
}
shape {
unknown_rank: true
}
}
}
}
attr {
key: "dtypes"
value {
list {
type: DT_FLOAT
type: DT_FLOAT
}
}
}
}
node {
name: "save/Assign"
op: "Assign"
input: "v1"
input: "save/RestoreV2"
attr {
key: "T"
value {
type: DT_FLOAT
}
}
attr {
key: "_class"
value {
list {
s: "loc:@v1"
}
}
}
attr {
key: "_output_shapes"
value {
list {
shape {
dim {
size: 1
}
}
}
}
}
attr {
key: "use_locking"
value {
b: true
}
}
attr {
key: "validate_shape"
value {
b: true
}
}
}
node {
name: "save/Assign_1"
op: "Assign"
input: "v2"
input: "save/RestoreV2:1"
attr {
key: "T"
value {
type: DT_FLOAT
}
}
attr {
key: "_class"
value {
list {
s: "loc:@v2"
}
}
}
attr {
key: "_output_shapes"
value {
list {
shape {
dim {
size: 1
}
}
}
}
}
attr {
key: "use_locking"
value {
b: true
}
}
attr {
key: "validate_shape"
value {
b: true
}
}
}
node {
name: "save/restore_all"
op: "NoOp"
input: "^save/Assign"
input: "^save/Assign_1"
}
versions {
producer: 26
}
}
saver_def {
filename_tensor_name: "save/Const:0"
save_tensor_name: "save/control_dependency:0"
restore_op_name: "save/restore_all"
max_to_keep: 5
keep_checkpoint_every_n_hours: 10000.0
version: V2
}
collection_def {
key: "trainable_variables"
value {
bytes_list {
value: "\n\004v1:0\022\tv1/Assign\032\tv1/read:02\007Const:08\001"
value: "\n\004v2:0\022\tv2/Assign\032\tv2/read:02\tConst_1:08\001"
}
}
}
collection_def {
key: "variables"
value {
bytes_list {
value: "\n\004v1:0\022\tv1/Assign\032\tv1/read:02\007Const:08\001"
value: "\n\004v2:0\022\tv2/Assign\032\tv2/read:02\tConst_1:08\001"
}
}
}
"""

下面逐一讲解一下各个属性:

1.1 meta_info_def 属性

定义如下:

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message MetaInfoDef {
string meta_graph_version = 1;
OpList stripped_op_list = 2;
google.protobuf.Any any_info = 3;
repeated string tags = 4;
}

MetaInfoDef 记录了计算图版本号meta_graph_version, 以及一些标签 tags.

如果没有在 saver 中指定, 除了stripped_op_list 都为空.

stripped_op_list 保存的是 TensorFlow 中运算方法信息, 如果某运算方法在图中出现多次, 在stripped_op_list中也只出现一次.

stripped_op_list的类型是OpList.

以下是OpList类型定义:

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message OpDef {
# 运算名, 也是唯一标识符, 通过运算名来引用不同运算
string name = 1;
# 定义运算输入输出参数, 因为可以是多个,所以类型为 repeated
repeated ArgDef input_arg = 2;
repeated ArgDef output_arg = 3;
# 运算参数信息
repeated AttrDef attr = 4;
# 以上四个定义核心信息

string summary = 5;
string description = 6;
OpDeprecation deprecation = 8;

bool is_comutative = 18;
bool is_aggregate = 16;
bool is_stateful = 17;
bool allows_uninitialized_input = 19;
}

例如上面的例子, 有2个输入1个输出, attr指定了输入输出允许的参数类型 通过类型T关联.

1.2 graph_def 属性

graph_def 记录了图上节点信息.因为meta_info_def属性中记录了所有运算的具体信息, 所以graph_def 只关注运算的连接结构.

以下是 graph_def结构:

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4
message GraphDef {
repeated NodeDef node = 1;
VersionDef versions = 4;
}

其中, versions属性比较简单, 主要存储了版本号.

主要信息存在node 属性中, 它记录了计算图上所有节点信息. 以下是类型定义

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message NodeDef {
# 属性名称, 唯一标识符
string name = 1;
# 运算方法名, 对应 meta_info_def 中 op 的 name
string op = 2;
# 详细说明见下文
repeated string input = 3;
# 指定处理这个运算的设备, CPU or GPU, 本地 or 远程
# device 为空时, 自动选择
string device = 4;
map<string, AAttrValue> attr = 5;
}

其中 input 是字符串列表, 形式为node:scr_output, 当scr_output 等于0时, 可以省略, 例如 add:0可以表示为add, v1:0表示v1的第一个输出, 也可标记为v1.

1.3 saver_def 属性

saver_def记录持久化模型时需要用的一些参数.如文件名/保存操作or加载操作的名称/保存频率/清理历史记录等…

主要结构 略.

关键字段:

  • filename_tensor_name 保存文件的张量名称, 如save/Const:0, 保存节点save/Const 的第一个输出
  • save_tensor_name 持久化模型运算所对应的节点名称. 如save/control_dependency:0,对应graph_def 中给出的save/control_dependency 节点, 与其对应的是加载模型的运算, 此名称由restore_op_name给出.
  • max_to_keep 保存清理之前保存模型的策略, 如max_to_keep=5时, 第6次调用会清理最早的那一次保存.
  • keep_checkpoint_every_n_hours, 每 n 个小时过后可以在 max_top_keep的基础上多保存一个模型.

1.4 collection_def 属性

tf.Graph 中可以维护不同的集合, 其底层实现是通过collection_def属性实现的.

collection_def属性是一个从集合名称到集合内容的映射.

主要维护4类(NodeList/BytesList/Int64List/FloatList)不同集合, 和1类其他集合(AnyList).

  • NodeList 维护图上节点集合
  • BytesList维护字符串或序列化后的ProtocolBuffer的集合, 如张量是通过ProtocolBuffer 表示的, 张量集合就是一个ButesList.
  • Int64List维护整数集合
  • FloatList维护实数集合

以下是之前上面代码保存的collection_def 内容:

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collection_def {
key: "trainable_variables"
value {
bytes_list {
value: "\n\004v1:0\022\tv1/Assign\032\tv1/read:02\007Const:08\001"
value: "\n\004v2:0\022\tv2/Assign\032\tv2/read:02\tConst_1:08\001"
}
}
}
collection_def {
key: "variables"
value {
bytes_list {
value: "\n\004v1:0\022\tv1/Assign\032\tv1/read:02\007Const:08\001"
value: "\n\004v2:0\022\tv2/Assign\032\tv2/read:02\tConst_1:08\001"
}
}
}

可见这里维护了2个集合, 一个是trainable_variables 一个是 variables, 这两个元素是一样 的, 都是变量 v1 和 v2. 它们是系统自动维护的.

1.5 checkpoint 文件

checkpoint文件名是固定的, 系统自动生成和维护.

其内容维护了tf.train.Saver 类持久化的所有模型文件的文件名. 当某个模型被删除时,这个模型对应的文件名也会从checkpoint 中删除

其中属性model_checkpoint_path保存最新的模型文件名.

all_model_checkpoint_paths保存还没有被删除的所有模型文件名.

总结

本次主要学习了*.ckpt.meta 文件的内容和结构. 其主要保存计算图中信息/操作/结构.对象是MetaGraphDef.其属性主要有:

  • meta_info_def属性保存所有用到运算方法信息和计算图版本/用户自定义标签
  • graph_def属性记录计算图上节点的连接结构信息
  • saver_def记录持久化模型时用到的参数
  • collection_def记录集合名称到集合内容的映射

*.ckpt主要保存了变量的值, tf.train.NewCheckpointReader类可以查看*.ckpt 文件中保存的变量信息.

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9
#...
# 读取所有变量
reader = tf.train.NewCheckpointReader("./SaveModels/model1.ckpt")

# 变量列表, 是一个字典列表 key:变量名, value:变量维度
all_variables = reader.get_variable_to_shape_map()

# 获取变量 v1 的取值
print(reader.get_tensor("v1"))