【InternLM】书生·浦语大模型全链路开源体系实战营 第5课作业

[缘起...即灭]

1.LMDeploy环境部署

1.1 创建开发机

打开InternStudio平台，创建开发机。

填写开发机名称；选择镜像Cuda12.2-conda；选择10% A100*1GPU；点击“立即创建”。注意请不要选择Cuda11.7-conda的镜像，新版本的lmdeploy会出现兼容性问题。

排队等待一小段时间，点击“进入开发机”。

点击左上角图标，切换为终端(Terminal)模式。

 

1.2 创建conda环境

studio-conda -t lmdeploy -o pytorch-2.1.2

InternStudio开发机创建conda环境（推荐）

由于环境依赖项存在torch，下载过程可能比较缓慢。InternStudio上提供了快速创建conda环境的方法。打开命令行终端，创建一个名为lmdeploy的环境：

studio-conda -t lmdeploy -o pytorch-2.1.2

1.3 安装LMDeploy

接下来，激活刚刚创建的虚拟环境。

conda activate lmdeploy

安装0.3.0版本的lmdeploy。

pip install lmdeploy[all]==0.3.0

等待安装结束就OK了！

2.LMDeploy模型对话(chat)

2.1 Huggingface与TurboMind

2.2 下载模型

本次实战营已经在开发机的共享目录中准备好了常用的预训练模型，可以运行如下命令查看：

ls /root/share/new_models/Shanghai_AI_Laboratory/

以InternLM2-Chat-1.8B模型为例，从官方仓库下载模型。

 

InternStudio开发机上下载模型（推荐）

如果你是在InternStudio开发机上，可以按照如下步骤快速下载模型。

首先进入一个你想要存放模型的目录，本教程统一放置在Home目录。执行如下指令：

cd ~

然后执行如下指令由开发机的共享目录软链接或拷贝模型：

ln -s /root/share/new_models/Shanghai_AI_Laboratory/internlm2-chat-1_8b /root/

执行完如上指令后，可以运行“ls”命令。可以看到，当前目录下已经多了一个internlm2-chat-1_8b文件夹，即下载好的预训练模型。

ls

由OpenXLab平台下载模型

注意，如果你在上一步已经从InternStudio开发机上下载了模型，这一步就没必要执行了。

 

2.3 使用Transformer库运行模型

Transformer库是Huggingface社区推出的用于运行HF模型的官方库。

在2.2中，我们已经下载好了InternLM2-Chat-1.8B的HF模型。下面我们先用Transformer来直接运行InternLM2-Chat-1.8B模型，后面对比一下LMDeploy的使用感受。

现在，让我们点击左上角的图标，打开VSCode。

在左边栏空白区域单击鼠标右键，点击Open in Intergrated Terminal。

等待片刻，打开终端。

在终端中输入如下指令，新建pipeline_transformer.py。

touch /root/pipeline_transformer.py

回车执行指令，可以看到侧边栏多出了pipeline_transformer.py文件，点击打开。后文中如果要创建其他新文件，也是采取类似的操作。

将以下内容复制粘贴进入pipeline_transformer.py。

import torch
from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLM

tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained("/root/internlm2-chat-1_8b", trust_remote_code=True)

# Set `torch_dtype=torch.float16` to load model in float16, otherwise it will be loaded as float32 and cause OOM Error.
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained("/root/internlm2-chat-1_8b", torch_dtype=torch.float16, trust_remote_code=True).cuda()
model = model.eval()

inp = "hello"
print("[INPUT]", inp)
response, history = model.chat(tokenizer, inp, history=[])
print("[OUTPUT]", response)

inp = "please provide three suggestions about time management"
print("[INPUT]", inp)
response, history = model.chat(tokenizer, inp, history=history)
print("[OUTPUT]", response)

按Ctrl+S键保存（Mac用户按Command+S）。

回到终端，激活conda环境。

conda activate lmdeploy

运行python代码：

python /root/pipeline_transformer.py

得到输出。

 

2.4 使用LMDeploy与模型对话

这一小节我们来介绍如何应用LMDeploy直接与模型进行对话。

首先激活创建好的conda环境：

conda activate lmdeploy

使用LMDeploy与模型进行对话的通用命令格式为：

lmdeploy chat [HF格式模型路径/TurboMind格式模型路径]

例如，您可以执行如下命令运行下载的1.8B模型：

lmdeploy chat /root/internlm2-chat-1_8b

下面我们就可以与InternLM2-Chat-1.8B大模型对话了。比如输入“请给我讲一个小故事吧”，然后按两下回车键。

输入“exit”并按两下回车，可以退出对话。

 

3.LMDeploy模型量化(lite)

本部分内容主要介绍如何对模型进行量化。主要包括 KV8量化和W4A16量化。总的来说，量化是一种以参数或计算中间结果精度下降换空间节省（以及同时带来的性能提升）的策略。

正式介绍 LMDeploy 量化方案前，需要先介绍两个概念：

• 计算密集（compute-bound）: 指推理过程中，绝大部分时间消耗在数值计算上；针对计算密集型场景，可以通过使用更快的硬件计算单元来提升计算速度。
• 访存密集（memory-bound）: 指推理过程中，绝大部分时间消耗在数据读取上；针对访存密集型场景，一般通过减少访存次数、提高计算访存比或降低访存量来优化。

常见的 LLM 模型由于 Decoder Only 架构的特性，实际推理时大多数的时间都消耗在了逐 Token 生成阶段（Decoding 阶段），是典型的访存密集型场景。

那么，如何优化 LLM 模型推理中的访存密集问题呢？ 我们可以使用KV8量化和W4A16量化。KV8量化是指将逐 Token（Decoding）生成过程中的上下文 K 和 V 中间结果进行 INT8 量化（计算时再反量化），以降低生成过程中的显存占用。W4A16 量化，将 FP16 的模型权重量化为 INT4，Kernel 计算时，访存量直接降为 FP16 模型的 1/4，大幅降低了访存成本。Weight Only 是指仅量化权重，数值计算依然采用 FP16（需要将 INT4 权重反量化）。

3.1 设置最大KV Cache缓存大小

KV Cache是一种缓存技术，通过存储键值对的形式来复用计算结果，以达到提高性能和降低内存消耗的目的。在大规模训练和推理中，KV Cache可以显著减少重复计算量，从而提升模型的推理速度。理想情况下，KV Cache全部存储于显存，以加快访存速度。当显存空间不足时，也可以将KV Cache放在内存，通过缓存管理器控制将当前需要使用的数据放入显存。

模型在运行时，占用的显存可大致分为三部分：模型参数本身占用的显存、KV Cache占用的显存，以及中间运算结果占用的显存。LMDeploy的KV Cache管理器可以通过设置--cache-max-entry-count参数，控制KV缓存占用剩余显存的最大比例。默认的比例为0.8。

下面通过几个例子，来看一下调整--cache-max-entry-count参数的效果。首先保持不加该参数（默认0.8），运行1.8B模型。

lmdeploy chat /root/internlm2-chat-1_8b

与模型对话，查看右上角资源监视器中的显存占用情况。

 此时显存占用为20944MB。下面，改变--cache-max-entry-count参数，设为0.5。

lmdeploy chat /root/internlm2-chat-1_8b --cache-max-entry-count 0.5

与模型对话，再次查看右上角资源监视器中的显存占用情况。

 

 看到显存占用明显降低，变为14832M。

下面来一波“极限”，把--cache-max-entry-count参数设置为0.01，约等于禁止KV Cache占用显存。

lmdeploy chat /root/internlm2-chat-1_8b --cache-max-entry-count 0.01

然后与模型对话，可以看到，此时显存占用仅为4720MB，代价是会降低模型推理速度。

 

3.2 使用W4A16量化

LMDeploy使用AWQ算法，实现模型4bit权重量化。推理引擎TurboMind提供了非常高效的4bit推理cuda kernel，性能是FP16的2.4倍以上。它支持以下NVIDIA显卡：

• 图灵架构（sm75）：20系列、T4
• 安培架构（sm80,sm86）：30系列、A10、A16、A30、A100
• Ada Lovelace架构（sm90）：40 系列

运行前，首先安装一个依赖库。

pip install einops==0.7.0

仅需执行一条命令，就可以完成模型量化工作。

lmdeploy lite auto_awq \
   /root/internlm2-chat-1_8b \
  --calib-dataset 'ptb' \
  --calib-samples 128 \
  --calib-seqlen 1024 \
  --w-bits 4 \
  --w-group-size 128 \
  --work-dir /root/internlm2-chat-1_8b-4bit

运行时间较长，请耐心等待。量化工作结束后，新的HF模型被保存到internlm2-chat-1_8b-4bit目录。下面使用Chat功能运行W4A16量化后的模型。

lmdeploy chat /root/internlm2-chat-1_8b-4bit --model-format awq

为了更加明显体会到W4A16的作用，我们将KV Cache比例再次调为0.01，查看显存占用情况。

lmdeploy chat /root/internlm2-chat-1_8b-4bit --model-format awq --cache-max-entry-count 0.01

可以看到，显存占用变为2632MB，明显降低。

 

4.LMDeploy服务(serve)

在第二章和第三章，我们都是在本地直接推理大模型，这种方式成为本地部署。在生产环境下，我们有时会将大模型封装为API接口服务，供客户端访问。

我们把从架构上把整个服务流程分成下面几个模块。

• 模型推理/服务。主要提供模型本身的推理，一般来说可以和具体业务解耦，专注模型推理本身性能的优化。可以以模块、API等多种方式提供。
• API Server。中间协议层，把后端推理/服务通过HTTP，gRPC或其他形式的接口，供前端调用。
• Client。可以理解为前端，与用户交互的地方。通过通过网页端/命令行去调用API接口，获取模型推理/服务。

值得说明的是，以上的划分是一个相对完整的模型，但在实际中这并不是绝对的。比如可以把“模型推理”和“API Server”合并，有的甚至是三个流程打包在一起提供服务。

 

4.1 启动API服务器

通过以下命令启动API服务器，推理internlm2-chat-1_8b模型：

lmdeploy serve api_server \
    /root/internlm2-chat-1_8b \
    --model-format hf \
    --quant-policy 0 \
    --server-name 0.0.0.0 \
    --server-port 23333 \
    --tp 1

其中，model-format、quant-policy这些参数是与第三章中量化推理模型一致的；server-name和server-port表示API服务器的服务IP与服务端口；tp参数表示并行数量（GPU数量）。

通过运行以上指令，我们成功启动了API服务器，请勿关闭该窗口，后面我们要新建客户端连接该服务。

可以通过运行一下指令，查看更多参数及使用方法：

lmdeploy serve api_server -h

你也可以直接打开http://{host}:23333查看接口的具体使用说明

注意，这一步由于Server在远程服务器上，所以本地需要做一下ssh转发才能直接访问。在你本地打开一个cmd窗口，输入命令如下：

ssh -CNg -L 23333:127.0.0.1:23333 [e-mail] -p 你的ssh端口号

ssh 端口号就是下面图片里的 39864，请替换为你自己的。

 然后打开浏览器，访问http://127.0.0.1:23333。

 

4.2 命令行客户端连接API服务器

在“4.1”中，我们在终端里新开了一个API服务器。

本节中，我们要新建一个命令行客户端去连接API服务器。首先通过VS Code新建一个终端：

激活conda环境。

conda activate lmdeploy

运行命令行客户端：

lmdeploy serve api_client http://localhost:23333

运行后，可以通过命令行窗口直接与模型对话：

 

4.3 网页客户端连接API服务器

关闭刚刚的VSCode终端，但服务器端的终端不要关闭。

新建一个VSCode终端，激活conda环境。

conda activate lmdeploy

使用Gradio作为前端，启动网页客户端。

lmdeploy serve gradio http://localhost:23333 \
    --server-name 0.0.0.0 \
    --server-port 6006

运行命令后，网页客户端启动。在电脑本地新建一个cmd终端，新开一个转发端口：

ssh -CNg -L 6006:127.0.0.1:6006 [e-mail] -p <你的ssh端口号>

打开浏览器，访问地址http://127.0.0.1:6006

然后就可以与模型进行对话了！