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解剖vLLM:高吞吐LLM推理引擎的7大核心技术​

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聚客AI
发布2025-09-04 15:05:55
发布2025-09-04 15:05:55
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作为分布式大模型推理引擎,vLLM通过分页注意力、连续批处理等核心技术实现高吞吐与低延迟。今天我将深度解析其架构设计。如果对你有所帮助,记得告诉身边有需要的朋友。

​一、核心引擎架构​

​1.1 基础组件​

  • ​KV缓存管理器​​:采用分页注意力机制(PagedAttention),将KV缓存划分为固定大小块(默认16 tokens/块),通过内存池动态分配:
  • ​调度器​​:支持FCFS/优先级调度,维护等待队列与运行队列,混合处理预填充与解码请求
  • ​执行器​​:驱动模型前向传播,支持即时执行与CUDA图优化

​1.2 推理流程​

​1)请求预处理​​:分词后生成EngineCoreRequest

​2)调度阶段​​:

  • 解码请求优先分配KV块
  • 预填充请求按令牌预算分块处理

​3)模型执行​​:

  • 扁平化批次输入,分页注意力确保序列隔离

​4)采样与后处理​​:根据采样参数生成token,检测停止条件

二、关键技术优化​

​2.1 分页注意力(PagedAttention)​

  • 块大小公式:2 * block_size * num_kv_heads * head_size * dtype_bytes
  • 内存零碎片:释放块回归资源池实现高效复用

​2.2 前缀缓存​

  • 共享前缀哈希化存储:对16-token完整块计算SHA-256哈希
  • 复用机制:后续请求匹配哈希直接调用缓存块

​2.3 推测解码​

​流程​​:

  1. 草稿模型(N-gram/EAGLE/Medusa)生成k候选token
  2. 大模型并行验证k+1个位置概率
  3. 按接受规则输出有效token

​2.4 解耦式P/D架构​

  • ​预填充节点​​:处理长提示计算,输出KV至缓存服务
  • ​解码节点​​:专注token生成,读取共享KV缓存
  • ​连接器协调​​:跨节点KV传输实现计算隔离

​三、分布式扩展​

​3.1 多GPU执行(MultiProcExecutor)​

  • ​张量并行​​:模型层分片至同节点多GPU
  • ​流水线并行​​:跨节点分层处理长序列
  • 工作进程通过ZMQ实现RPC通信:

​3.2 服务层架构​

​无头引擎节点​​:运行DPEngineCoreProc处理计算

​API服务节点​​:

  • AsyncLLM封装引擎接口
  • FastAPI提供REST端点
  • DP协调器动态负载均衡

​请求生命周期​​:

​四、性能优化与基准测试​

​4.1 关键指标​

指标

定义

TTFT

首token生成延迟

ITL

token间延迟

TPOT

单token平均处理时间

Goodput

满足SLO的吞吐量

​4.2 性能权衡模型​

​批大小影响​​:

  • 小批量:ITL↓,吞吐量↓
  • 大批量:ITL↑,吞吐量↑(至饱和点)

​4.3 调优工具​

  • vllm bench latency:测量端到端延迟
  • vllm bench throughput:压力测试峰值吞吐
  • 自动SLO优化:动态调整参数满足延迟约束

最后​​总结​一下

vLLM通过创新内存管理、分布式调度与算法优化,在LLM推理场景实现数量级性能提升。其模块化设计支持从单GPU到多节点集群的灵活部署,为高并发AI服务提供基础架构支撑。当然,主流的LLM推理框架除了vLLM,还有其它几大框架,具体的选择根据实际项目需求来定,几大框架的优势对比及选型,我这里也做了一个技术文档,实力宠粉。粉丝朋友自行领取:《大型语言模型(LLM)推理框架的全面分析与选型指南(2025年版)》

好了,今天的分享就到这里,点个小红心,我们下期见。

原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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  • ​​一、核心引擎架构​​
    • ​​1.1 基础组件​​
    • ​​1.2 推理流程​​
  • ​​
  • 二、关键技术优化​​
    • ​​2.1 分页注意力(PagedAttention)​​
    • ​​2.2 前缀缓存​​
    • ​​2.3 推测解码​​
    • ​​2.4 解耦式P/D架构​​
  • ​​三、分布式扩展​​
    • ​​3.1 多GPU执行(MultiProcExecutor)​​
    • ​​3.2 服务层架构​​
  • ​​四、性能优化与基准测试​​
    • ​​4.1 关键指标​​
    • ​​4.2 性能权衡模型​​
    • ​​4.3 调优工具​​
    • 最后​​总结​一下​
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