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LMDeploy 量化部署进阶实践

news 2025/7/4 19:42:04

1 配置LMDeploy环境

1.1 InternStudio开发机创建与环境搭建

打开InternStudio平台，进入如下界面创建环境

在终端中，让我们输入以下指令，来创建一个名为lmdeploy的conda环境，python版本为3.10，创建成功后激活环境并安装0.5.3版本的lmdeploy及相关包。

conda create -n lmdeploy  python=3.10 -y
conda activate lmdeploy
conda install pytorch==2.1.2 torchvision==0.16.2 torchaudio==2.1.2 pytorch-cuda=12.1 -c pytorch -c nvidia -y
pip install timm==1.0.8 openai==1.40.3 lmdeploy[all]==0.5.3pip install datasets==2.19.2

1.2 InternStudio环境获取模型

为方便文件管理，我们需要一个存放模型的目录，本教程统一放置在/root/models/目录。

运行以下命令，创建文件夹并设置开发机共享目录的软链接。

mkdir /root/models
ln -s /root/share/new_models/Shanghai_AI_Laboratory/internlm2_5-7b-chat /root/models
ln -s /root/share/new_models/Shanghai_AI_Laboratory/internlm2_5-1_8b-chat /root/models
ln -s /root/share/new_models/OpenGVLab/InternVL2-26B /root/models

1.2.1基础任务（完成此任务即完成闯关）

使用结合W4A16量化与kv cache量化的internlm2_5-1_8b-chat模型封装本地API并与大模型进行一次对话，作业截图需包括显存占用情况与大模型回复

1.3 LMDeploy验证启动文件

在量化工作正式开始前，我们还需要验证一下获取的模型文件能否正常工作，以免竹篮打水一场空。

让我们进入创建好的conda环境并启动internlm2_5-1_8b-chat！

conda activate lmdeploy
lmdeploy chat /root/models/internlm2_5-1_8b-chat

此时，我们可以在CLI(“命令行界面” Command Line Interface的缩写)中和InternLM2.5尽情对话了，注意输入内容完成后需要按两次回车才能够执行，以下为示例。

InternStudio提供的资源监控。

此外，如果想要实现显存资源的监控，我们也可以新开一个终端输入如下两条指令的任意一条，查看命令输入时的显存占用情况。

nvidia-smi 
studio-smi

注释：实验室提供的环境为虚拟化的显存，nvidia-smi是NVIDIA GPU驱动程序的一部分，用于显示NVIDIA GPU的当前状态，故当前环境只能看80GB单卡 A100 显存使用情况，无法观测虚拟化后30%或50%A100等的显存情况。针对于此，实验室提供了studio-smi 命令工具，能够观测到虚拟化后的显存使用情况。

2 LMDeploy与InternLM2.5

2.1 LMDeploy API部署INternLM2.5

在上一章节，我们直接在本地部署InternLM2.5。而在实际应用中，我们有时会将大模型封装为API接口服务，供客户端访问。

2.1.1 启动API服务器

首先让我们进入创建好的conda环境，并通下命令启动API服务器，部署InternLM2.5模型：

conda activate lmdeploy
lmdeploy serve api_server \/root/models/internlm2_5-7b-chat \--model-format hf \--quant-policy 0 \--server-name 0.0.0.0 \--server-port 23333 \--tp 1

命令解释：

lmdeploy serve api_server：这个命令用于启动API服务器。
/root/models/internlm2_5-7b-chat：这是模型的路径。
--model-format hf：这个参数指定了模型的格式。hf代表“Hugging Face”格式。
--quant-policy 0：这个参数指定了量化策略。
--server-name 0.0.0.0：这个参数指定了服务器的名称。在这里，0.0.0.0是一个特殊的IP地址，它表示所有网络接口。
--server-port 23333：这个参数指定了服务器的端口号。在这里，23333是服务器将监听的端口号。
--tp 1：这个参数表示并行数量（GPU数量）。

这一步由于部署在远程服务器上，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或powershell窗口，输入命令如下：

 ssh -CNg -L 23333:127.0.0.1:23333 root@ssh.intern-ai.org.cn -p 你的ssh端口号

输入后，首次访问可能会询问你是否继续连接，敲入yes并回车即可。

然后打开浏览器，访问http://127.0.0.1:23333看到如下界面即代表部署成功。

2.1.2 以命令行形式连接API服务器

关闭http://127.0.0.1:23333网页，但保持终端和本地窗口不动，新建一个终端。

运行如下命令，激活conda环境并启动命令行客户端。

conda activate lmdeploy
lmdeploy serve api_client http://localhost:23333

稍待片刻，等出现double enter to end input >>>的输入提示即启动成功，此时便可以随意与InternLM2.5对话，同样是两下回车确定，输入exit退出。

2.1.3 以Gradio网页形式连接API服务器

保持第一个终端不动，在新建终端中输入exit退出。

输入以下命令，使用Gradio作为前端，启动网页。

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

关闭之前的cmd/powershell窗口，重开一个，再次做一下ssh转发(因为此时端口不同)。在你本地打开一个cmd或powershell窗口，输入命令如下。

ssh -CNg -L 6006:127.0.0.1:6006 root@ssh.intern-ai.org.cn -p <你的ssh端口号>

打开浏览器，访问地址http://127.0.0.1:6006，然后就可以与模型尽情对话了。

2.2 LMDeploy Lite

随着模型变得越来越大，我们需要一些大模型压缩技术来降低模型部署的成本，并提升模型的推理性能。LMDeploy 提供了权重量化和 k/v cache两种策略。

2.2.1 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。

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。

显存占用情况:

2.2.2 设置在线 kv cache int4/int8 量化

自 v0.4.0 起，LMDeploy 支持在线 kv cache int4/int8 量化，量化方式为 per-head per-token 的非对称量化。此外，通过 LMDeploy 应用 kv 量化非常简单，只需要设定 quant_policy 和cache-max-entry-count参数。目前，LMDeploy 规定 quant_policy=4 表示 kv int4 量化，quant_policy=8 表示 kv int8 量化。

我们通过2.1 LMDeploy API部署InternLM2.5的实践为例，输入以下指令，启动API服务器。

lmdeploy serve api_server \/root/models/internlm2_5-1_8b-chat \--model-format hf \--quant-policy 4 \--cache-max-entry-count 0.4\--server-name 0.0.0.0 \--server-port 23333 \--tp 1

稍待片刻，显示如下即代表服务启动成功。

2.2.3 W4A16 模型量化和部署

准确说，模型量化是一种优化技术，旨在减少机器学习模型的大小并提高其推理速度。量化通过将模型的权重和激活从高精度（如16位浮点数）转换为低精度（如8位整数、4位整数、甚至二值网络）来实现。

那么标题中的W4A16又是什么意思呢？

W4：这通常表示权重量化为4位整数（int4）。这意味着模型中的权重参数将从它们原始的浮点表示（例如FP32、BF16或FP16，Internlm2.5精度为BF16）转换为4位的整数表示。这样做可以显著减少模型的大小。
A16：这表示激活（或输入/输出）仍然保持在16位浮点数（例如FP16或BF16）。激活是在神经网络中传播的数据，通常在每层运算之后产生。

因此，W4A16的量化配置意味着：

权重被量化为4位整数。
激活保持为16位浮点数。

让我们回到LMDeploy，在最新的版本中，LMDeploy使用的是AWQ算法，能够实现模型的4bit权重量化。输入以下指令，执行量化工作。(不建议运行，在InternStudio上运行需要8小时)

完成作业时请使用1.8B模型进行量化：(建议运行以下命令)

lmdeploy lite auto_awq \/root/models/internlm2_5-1_8b-chat \--calib-dataset 'ptb' \--calib-samples 128 \--calib-seqlen 2048 \--w-bits 4 \--w-group-size 128 \--batch-size 1 \--search-scale False \--work-dir /root/models/internlm2_5-1_8b-chat-w4a16-4bit

命令解释：

lmdeploy lite auto_awq: lite这是LMDeploy的命令，用于启动量化过程，而auto_awq代表自动权重量化（auto-weight-quantization）。
/root/models/internlm2_5-7b-chat: 模型文件的路径。
--calib-dataset 'ptb': 这个参数指定了一个校准数据集，这里使用的是’ptb’（Penn Treebank，一个常用的语言模型数据集）。
--calib-samples 128: 这指定了用于校准的样本数量—128个样本
--calib-seqlen 2048: 这指定了校准过程中使用的序列长度—2048
--w-bits 4: 这表示权重（weights）的位数将被量化为4位。
--work-dir /root/models/internlm2_5-7b-chat-w4a16-4bit: 这是工作目录的路径，用于存储量化后的模型和中间结果。

等终端输出如下时，说明正在推理中，稍待片刻。

如果此处出现报错：TypeError: 'NoneType' object is not callable，原因是当前版本的 datasets3.0 无法下载calibrate数据集在命令前加一行 pip install datasets==2.19.2 可以解决

等待推理完成，便可以直接在你设置的目标文件夹看到对应的模型文件。

那么推理后的模型和原本的模型区别在哪里呢？最明显的两点是模型文件大小以及占据显存大小。

我们可以输入如下指令查看在当前目录中显示所有子目录的大小。

cd /root/models/
du -sh *

那么原模型大小呢？输入以下指令查看。

cd /root/share/new_models/Shanghai_AI_Laboratory/
du -sh *

那么显存占用情况对比呢？输入以下指令启动量化后的模型。

lmdeploy chat /root/models/internlm2_5-1_8b-chat-w4a16-4bit/ --model-format awq

稍待片刻，我们直接观测右上角的显存占用情况。

2.2.4 W4A16 量化+ KV cache+KV cache 量化

输入以下指令，让我们同时启用量化后的模型、设定kv cache占用和kv cache int4量化。

lmdeploy serve api_server \/root/models/internlm2_5-1_8b-chat-w4a16-4bit/ \--model-format awq \--quant-policy 4 \--cache-max-entry-count 0.4\--server-name 0.0.0.0 \--server-port 23333 \--tp 1

此时显存占比如下：

3 LMDeploy与InternVL2

3.1 LMDeploy Lite

InternVL2-26B需要约70+GB显存，但是为了让我们能够在30%A100上运行，需要先进行量化操作，这也是量化本身的意义所在——即降低模型部署成本。

针对InternVL系列模型，让我们先进入conda环境，并输入以下指令，执行模型的量化工作。(本步骤耗时较长，请耐心等待)

conda activate lmdeploy
lmdeploy lite auto_awq \/root/models/InternVL2-26B \--calib-dataset 'ptb' \--calib-samples 128 \--calib-seqlen 2048 \--w-bits 4 \--w-group-size 128 \--batch-size 1 \--search-scale False \--work-dir /root/models/InternVL2-26B-w4a16-4bit

等终端输出如下时，说明正在推理中，稍待片刻。

4 LMDeploy之FastAPI与Function call

之前在2.1.1 启动API服务器与3.2 LMDeploy API部署InternVL2均是借助FastAPI封装一个API出来让LMDeploy自行进行访问，在这一章节中我们将依托于LMDeploy封装出来的API进行更加灵活更具DIY的开发。

4.1 API开发

与之前一样，让我们进入创建好的conda环境并输入指令启动API服务器。

完成作业时请使用以下命令：

conda activate lmdeploy
lmdeploy serve api_server \/root/models/internlm2_5-1_8b-chat-w4a16-4bit \--model-format awq \--cache-max-entry-count 0.4 \--quant-policy 4 \--server-name 0.0.0.0 \--server-port 23333 \--tp 1

保持终端窗口不动，新建一个终端。

在新建终端中输入如下指令，新建internlm2_5.py。

touch /root/internlm2_5.py

将以下内容复制粘贴进internlm2_5.py。

# 导入openai模块中的OpenAI类，这个类用于与OpenAI API进行交互
from openai import OpenAI# 创建一个OpenAI的客户端实例，需要传入API密钥和API的基础URL
client = OpenAI(api_key='YOUR_API_KEY',  # 替换为你的OpenAI API密钥，由于我们使用的本地API，无需密钥，任意填写即可base_url="http://0.0.0.0:23333/v1"  # 指定API的基础URL，这里使用了本地地址和端口
)# 调用client.models.list()方法获取所有可用的模型，并选择第一个模型的ID
# models.list()返回一个模型列表，每个模型都有一个id属性
model_name = client.models.list().data[0].id# 使用client.chat.completions.create()方法创建一个聊天补全请求
# 这个方法需要传入多个参数来指定请求的细节
response = client.chat.completions.create(model=model_name,  # 指定要使用的模型IDmessages=[  # 定义消息列表，列表中的每个字典代表一个消息{"role": "system", "content": "你是一个友好的小助手，负责解决问题."},  # 系统消息，定义助手的行为{"role": "user", "content": "帮我讲述一个关于狐狸和西瓜的小故事"},  # 用户消息，询问时间管理的建议],temperature=0.8,  # 控制生成文本的随机性，值越高生成的文本越随机top_p=0.8  # 控制生成文本的多样性，值越高生成的文本越多样
)# 打印出API的响应结果
print(response.choices[0].message.content)

按Ctrl+S键保存（Mac用户按Command+S）。

现在让我们在新建终端输入以下指令激活环境并运行python代码。

conda activate lmdeploy
python /root/internlm2_5.py

终端会输出如下结果。

4.2 Function call

关于Function call，即函数调用功能，它允许开发者在调用模型时，详细说明函数的作用，并使模型能够智能地根据用户的提问来输入参数并执行函数。完成调用后，模型会将函数的输出结果作为回答用户问题的依据。

首先让我们进入创建好的conda环境并启动API服务器。

conda activate lmdeploy
lmdeploy serve api_server \/root/models/internlm2_5-1_8b-chat \--model-format hf \--quant-policy 0 \--server-name 0.0.0.0 \--server-port 23333 \--tp 1

目前LMDeploy在0.5.3版本中支持了对InternLM2, InternLM2.5和llama3.1这三个模型，故我们选用InternLM2.5 封装API。

让我们使用一个简单的例子作为演示。输入如下指令，新建internlm2_5_func.py。

touch /root/internlm2_5_func.py

from openai import OpenAIdef add(a: int, b: int):return a + bdef mul(a: int, b: int):return a * btools = [{'type': 'function','function': {'name': 'add','description': 'Compute the sum of two numbers','parameters': {'type': 'object','properties': {'a': {'type': 'int','description': 'A number',},'b': {'type': 'int','description': 'A number',},},'required': ['a', 'b'],},}
}, {'type': 'function','function': {'name': 'mul','description': 'Calculate the product of two numbers','parameters': {'type': 'object','properties': {'a': {'type': 'int','description': 'A number',},'b': {'type': 'int','description': 'A number',},},'required': ['a', 'b'],},}
}]
messages = [{'role': 'user', 'content': 'Compute (3+5)*2'}]client = OpenAI(api_key='YOUR_API_KEY', base_url='http://0.0.0.0:23333/v1')
model_name = client.models.list().data[0].id
response = client.chat.completions.create(model=model_name,messages=messages,temperature=0.8,top_p=0.8,stream=False,tools=tools)
print(response)
func1_name = response.choices[0].message.tool_calls[0].function.name
func1_args = response.choices[0].message.tool_calls[0].function.arguments
func1_out = eval(f'{func1_name}(**{func1_args})')
print(func1_out)messages.append({'role': 'assistant','content': response.choices[0].message.content
})
messages.append({'role': 'environment','content': f'3+5={func1_out}','name': 'plugin'
})
response = client.chat.completions.create(model=model_name,messages=messages,temperature=0.8,top_p=0.8,stream=False,tools=tools)
print(response)
func2_name = response.choices[0].message.tool_calls[0].function.name
func2_args = response.choices[0].message.tool_calls[0].function.arguments
func2_out = eval(f'{func2_name}(**{func2_args})')
print(func2_out)