In Federated Learning (FL), clients train a model locally and share it with a central aggregator to build a global model. Impermissibility to access client's data and collaborative training makes FL appealing for applications with data-privacy concerns such as medical imaging. However, these FL characteristics pose unprecedented challenges for debugging. When a global model's performance deteriorates, finding the round and the clients responsible is a major pain point. Developers resort to trial-and-error debugging with subsets of clients, hoping to increase the accuracy or let future FL rounds retune the model, which are time-consuming and costly. We design a systematic fault localization framework, FedDebug, that advances the FL debugging on two novel fronts. First, FedDebug enables interactive debugging of realtime collaborative training in FL by leveraging record and replay techniques to construct a simulation that mirrors live FL. FedDebug's {\em breakpoint} can help inspect an FL state (round, client, and global model) and seamlessly move between rounds and clients' models, enabling a fine-grained step-by-step inspection. Second, FedDebug automatically identifies the client responsible for lowering global model's performance without any testing data and labels--both are essential for existing debugging techniques. FedDebug's strengths come from adapting differential testing in conjunction with neurons activations to determine the precise client deviating from normal behavior. FedDebug achieves 100\% to find a single client and 90.3\% accuracy to find multiple faulty clients. FedDebug's interactive debugging incurs 1.2\% overhead during training, while it localizes a faulty client in only 2.1\% of a round's training time. With FedDebug, we bring effective debugging practices to federated learning, improving the quality and productivity of FL application developers.


翻译:在联邦学习联盟(FL)中,客户在本地培训一个模型,并将模型与中央调试器分享,以构建一个全球模型。允许访问客户的数据和合作培训的不便性能使 FL 吸引数据隐私问题的应用。然而,这些FL 特性对调试提出了前所未有的挑战。当全球模型的性能恶化时,发现回合和客户责任者是一个重大痛苦点。开发者与客户子群进行试试和机变调,希望提高准确性,或让未来的FL回合重调这个耗时且成本高昂的模型。我们设计了一个系统错误的本地化框架,即FedDebug,在两个新颖的战线上推进FL调试。首先,FedDebug能够利用记录和重播技术来模拟FL的实时合作培训,在当前的FL中找到一个有效的、客户群变现的、客户群变现的、全球变现的变现的变现,在第二回合和客户群和客户群间移动的变现过程中,可以确定一个精确的客户变现的变现性变现,同时进行货币测试。

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