使用Unsloth微调Llama3-Chinese-8B-Instruct中文开源大模型

微调Llama3-Chinese-8B-Instruct

微调是指在大规模预训练的基础模型上,使用特定领域或任务数据集进行少量迭代训练,以调整模型参数,提升其在特定任务上的表现。这种方法可以充分利用预训练模型的广泛知识,同时针对特定应用进行优化,达到更精准高效的效果。

Llama-3-Chinese-8B-Instruct

Llama-2已经表现的很出色了,但其仅使用了2万亿Token进行训练。相比之下,Llama-3使用了高达15万亿Token进行训练,这必将大幅提升其实力,令人高度期待。
Llama-3-Chinese-Instruct是基于Meta Llama-3的中文开源大模型，其在原版Llama-3的基础上使用了大规模中文数据进行增量预训练，并且使用精选指令数据进行精调，进一步提升了中文基础语义和指令理解能力，相比二代相关模型获得了显著性能提升。

GitHub：https://github.com/ymcui/Chinese-LLaMA-Alpaca-3

Unsloth

Unsloth是一个开源的大模型训练加速项目，可以显著提升大模型的训练速度（提高2-5 倍），减少显存占用（最大减少80%）

特点如下：

复制代码所有内核均采用OpenAI 的Triton语言编写

模型训练的精度损失为零

支持绝大多数主流的GPU设备

支持对LoRA和QLoRA的训练加速和高效显存管理

支持Flash Attention加速

开源训练速度最高达5倍，Unsloth Pro最高达30倍的训练速度

Unsloth与HuggingFace生态兼容，可以很容易将其与transformers、peft、trl等代码库进行结合

GitHub：https://github.com/unslothai/unsloth

文档：https://github.com/unslothai/unsloth/wiki

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## 环境设置

创建虚拟环境

python复制代码conda create --name unsloth_env python=3.10

conda activate unsloth_env

安装相关依赖

python复制代码!pip install "unsloth[colab-new] @ git+https://github.com/unslothai/unsloth.git"
!pip install --no-deps "xformers<0.0.26" trl peft accelerate bitsandbytes
!pip install modelscope 

下载预训练模型

支持的预置4位量化模型，可实现4倍更快的下载速度和无OOM。更多模型请查看https://huggingface.co/unsloth

python复制代码fourbit_models = [
    "unsloth/mistral-7b-bnb-4bit",
    "unsloth/mistral-7b-instruct-v0.2-bnb-4bit",
    "unsloth/llama-2-7b-bnb-4bit",
    "unsloth/gemma-7b-bnb-4bit",
    "unsloth/gemma-7b-it-bnb-4bit", # Gemma 7b的Instruct版本
    "unsloth/gemma-2b-bnb-4bit",
    "unsloth/gemma-2b-it-bnb-4bit", # Gemma 2b的Instruct版本
    "unsloth/llama-3-8b-bnb-4bit", # 15万亿令牌的Llama-3
]

这里不使用预置4位量化模型，使用modelscope下载Llama3-Chinese-8B-Instruct中文开源大模型

python复制代码from modelscope import snapshot_download

model_dir = snapshot_download('FlagAlpha/Llama3-Chinese-8B-Instruct',cache_dir="/root/models")

加载model、tokenizer

python复制代码from unsloth import FastLanguageModel
import torch


model, tokenizer = FastLanguageModel.from_pretrained(
    model_name = "/root/models/Llama3-Chinese-8B-Instruct", # 模型路径
    max_seq_length = 2048, # 可以设置为任何值内部做了自适应处理
    dtype = torch.float16, # 数据类型使用float16
    load_in_4bit = True, # 使用4bit量化来减少内存使用
)

设置LoRA训练参数

LoRA (Low-Rank Adaptation)是一种大语言模型的低阶适配器技术,可在模型微调过程中,只更新整个模型参数的1%到10%左右,而不是全部参数。通过这种方式实现有效的模型微调和优化,提高了模型在特定任务上的性能。

python复制代码model = FastLanguageModel.get_peft_model(
    model,
    r = 16, # 选择任何大于0的数字！建议使用8、16、32、64、128
    target_modules = ["q_proj", "k_proj", "v_proj", "o_proj",
                      "gate_proj", "up_proj", "down_proj",],
    lora_alpha = 16,
    lora_dropout = 0,  # 支持任何值，但等于0时经过优化
    bias = "none",    # 支持任何值，但等于"none"时经过优化
    # [NEW] "unsloth" 使用的VRAM减少30%，适用于2倍更大的批处理大小！
    use_gradient_checkpointing = "unsloth", # True或"unsloth"适用于非常长的上下文
    random_state = 3407,
    use_rslora = False,  # 支持排名稳定的LoRA
    loftq_config = None, # 和LoftQ
)

准备数据集

准备数据集其实就是指令集构建，LLM的微调一般指指令微调过程。所谓指令微调，就是使用指定的微调数据格式、形式。
训练目标是让模型具有理解并遵循用户指令的能力。因此在指令集构建时，应该针对目标任务，针对性的构建任务指令集。
这里使用alpaca格式的数据集，格式形式如下：

python复制代码[
	{
	  "instruction": "用户指令（必填）",
	  "input": "用户输入（选填）",
	  "output": "模型回答（必填）",
	},
    "system": "系统提示词（选填）",
    "history": [
      ["第一轮指令（选填）", "第一轮回答（选填）"],
      ["第二轮指令（选填）", "第二轮回答（选填）"]
    ]
]
lua复制代码instruction：用户指令，要求AI执行的任务或问题

input：用户输入，是完成用户指令所必须的输入内容，就是执行指令所需的具体信息或上下文

output：模型回答，根据给定的指令和输入生成答案

这里根据企业私有文档数据，生成相关格式的训练数据集，大概格式如下：

python复制代码[
  {
    "instruction": "内退条件是什么？",
    "input": "",
    "output": "内退条件包括与公司签订正式劳动合同并连续工作满20年及以上，以及距离法定退休年龄不足5年。特殊工种符合国家相关规定可提前退休的也可在退休前5年内提出内退申请。"
  },
]

数据处理

定义对数据处理的函数方法

python复制代码alpaca_prompt = """下面是一项描述任务的说明，配有提供进一步背景信息的输入。写出一个适当完成请求的回应。

### Instruction:
{}

### Input:
{}

### Response:
{}"""

EOS_TOKEN = tokenizer.eos_token # Must add EOS_TOKEN
def formatting_prompts_func(examples):
    instructions = examples["instruction"]
    inputs       = examples["input"]
    outputs      = examples["output"]
    texts = []
    for instruction, input, output in zip(instructions, inputs, outputs):
        # Must add EOS_TOKEN, otherwise your generation will go on forever!
        text = alpaca_prompt.format(instruction, input, output) + EOS_TOKEN
        texts.append(text)
    return { "text" : texts, }
pass

加载数据集并进行映射处理操作

python复制代码from datasets import load_dataset
dataset = load_dataset("json", data_files="./train.json", split = "train")
dataset = dataset.map(formatting_prompts_func, batched = True,)
python

复制代码print(dataset[0])

经处理后的一条数据格式如下：

python复制代码{'output': '输出内容',
 'input': '',
 'instruction': '指令内容',
 'text': '下面是一项描述任务的说明，配有提供进一步背景信息的输入。写出一个适当完成请求的回应。\n\n### Instruction:\n指令内容？\n\n### Input:\n\n\n### Response:\n输出内容。<|end_of_text|>'
 }

训练超参数配置

python复制代码from transformers import TrainingArguments

training_args  = TrainingArguments(
        output_dir = "models/lora/llama", # 输出目录
        per_device_train_batch_size = 2, # 每个设备的训练批量大小
        gradient_accumulation_steps = 4, # 梯度累积步数
        warmup_steps = 5,
        max_steps = 60, # 最大训练步数，测试时设置
        # num_train_epochs= 5, # 训练轮数   
        logging_steps = 10,  # 日志记录频率
        save_strategy = "steps", # 模型保存策略
        save_steps = 100, # 模型保存步数
        learning_rate = 2e-4, # 学习率
        fp16 = not torch.cuda.is_bf16_supported(), # 是否使用float16训练
        bf16 = torch.cuda.is_bf16_supported(), # 是否使用bfloat16训练
        optim = "adamw_8bit",  # 优化器
        weight_decay = 0.01,  # 正则化技术，通过在损失函数中添加一个正则化项来减小权重的大小
        lr_scheduler_type = "linear",  # 学习率衰减策略
        seed = 3407, # 随机种子
    )

开始训练

python复制代码trainer = SFTTrainer(
	model=model, # 模型
	tokenizer=tokenizer, # 分词器
	args=training_args, # 训练参数
	train_dataset=dataset, # 训练数据集
	dataset_text_field="text", # 数据集文本字段名称
	max_seq_length=2048, # 最大序列长度
	dataset_num_proc=2, # 数据集处理进程数
	packing=False, # 可以让短序列的训练速度提高5倍
)

显示当前内存状态

python复制代码# 当前GPU信息
gpu_stats = torch.cuda.get_device_properties(0)
# 当前模型内存占用
start_gpu_memory = round(torch.cuda.max_memory_reserved() / 1024 / 1024 / 1024, 3)
# GPU最大内存
max_memory = round(gpu_stats.total_memory / 1024 / 1024 / 1024, 3)

print(f"GPU = {gpu_stats.name}. Max memory = {max_memory} GB.")
print(f"{start_gpu_memory} GB of memory reserved.")

可以看出当前模型占用5.633G显存

执行训练

python

复制代码trainer_stats = trainer.train()

显示最终内存和时间统计数据

python复制代码# 计算总的GPU使用内存（单位：GB）
used_memory = round(torch.cuda.max_memory_reserved() / 1024 / 1024 / 1024, 3)
# 计算LoRA模型使用的GPU内存（单位：GB）
used_memory_for_lora = round(used_memory - start_gpu_memory, 3)
# 计算总的GPU内存使用百分比
used_percentage = round(used_memory / max_memory * 100, 3)
# 计算LoRA模型的GPU内存使用百分比
lora_percentage = round(used_memory_for_lora / max_memory * 100, 3)

print(f"{trainer_stats.metrics['train_runtime']} seconds used for training.")
print(f"{round(trainer_stats.metrics['train_runtime'] / 60, 2)} minutes used for training.")
print(f"Peak reserved memory = {used_memory} GB.")
print(f"Peak reserved memory for training = {used_memory_for_lora} GB.")
print(f"Peak reserved memory % of max memory = {used_percentage} %.")
print(f"Peak reserved memory for training % of max memory = {lora_percentage} %.")

可以看出模型训练时显存增加了0.732G

模型推理

python复制代码FastLanguageModel.for_inference(model) # 启用原生推理速度快2倍
inputs = tokenizer(
[
    alpaca_prompt.format(
        "内退条件是什么？", # instruction
        "", # input
        "", # output
    )
], return_tensors = "pt").to("cuda")

outputs = model.generate(**inputs, max_new_tokens = 64, use_cache = True)
tokenizer.batch_decode(outputs)

可以看出模型回答跟训练数据集中的数据意思基本一致。

保存LoRA模型

注意：这仅保存 LoRA 适配器，而不是完整模型

python复制代码lora_model="models/llama_lora"
model.save_pretrained(lora_model)
tokenizer.save_pretrained(lora_model)

# 保存到huggingface
# model.push_to_hub("your_name/lora_model", token = "...")
# tokenizer.push_to_hub("your_name/lora_model", token = "...")

加载模型

注意：从新加载模型将额外占用显存，若GPU显存不足，需关闭、清除先前加载、训练模型的内存占用

加载刚保存的LoRA适配器用于推断，他将自动加载整个模型及LoRA适配器。adapter_config.json定义了完整模型的路径。

python复制代码    import torch
    from unsloth import FastLanguageModel
    model, tokenizer = FastLanguageModel.from_pretrained(
        model_name = "models/llama_lora",
        max_seq_length = 2048,
        dtype = torch.float16,
        load_in_4bit = True,
    )
    FastLanguageModel.for_inference(model)

执行推理

python复制代码alpaca_prompt = """
下面是一项描述任务的说明，配有提供进一步背景信息的输入。写出一个适当完成请求的回应。

### Instruction:
{}

### Input:
{}

### Response:
{}
"""

inputs = tokenizer(
[
    alpaca_prompt.format(
        "内退条件是什么？", # instruction
        "", # input
        "", # output
    )
], return_tensors = "pt").to("cuda")

outputs = model.generate(**inputs, max_new_tokens = 64, use_cache = True)
tokenizer.batch_decode(outputs)

保存完整模型

python复制代码# 合并到16bit 保存到本地 OR huggingface
model.save_pretrained_merged("models/Llama3", tokenizer, save_method = "merged_16bit",)
model.push_to_hub_merged("hf/model", tokenizer, save_method = "merged_16bit", token = "")

# 合并到4bit 保存到本地 OR huggingface
model.save_pretrained_merged("models/Llama3", tokenizer, save_method = "merged_4bit",)
model.push_to_hub_merged("hf/model", tokenizer, save_method = "merged_4bit", token = "")

这里合并到16bit

保存为GGUF格式

将模型保存为GGUF格式

python复制代码# 保存到 16bit GGUF 体积大
model.save_pretrained_gguf("model", tokenizer, quantization_method = "f16")
model.push_to_hub_gguf("hf/model", tokenizer, quantization_method = "f16", token = "")

# 保存到 8bit Q8_0 体积适中
model.save_pretrained_gguf("model", tokenizer,)
model.push_to_hub_gguf("hf/model", tokenizer, token = "")

# 保存到 q4_k_m GGUF 体积小
model.save_pretrained_gguf("model", tokenizer, quantization_method = "q4_k_m")
model.push_to_hub_gguf("hf/model", tokenizer, quantization_method = "q4_k_m", token = "")

在执行转换过程中遇到如下问题

python复制代码RuntimeError: Unsloth: Quantization failed! You might have to compile llama.cpp yourself, then run this again.
You do not need to close this Python program. Run the following commands in a new terminal:
You must run this in the same folder as you're saving your model.
git clone --recursive https://github.com/ggerganov/llama.cpp
cd llama.cpp && make clean && make all -j
Once that's done, redo the quantization.

安装提示编译llama.cpp

python复制代码git clone --recursive https://github.com/ggerganov/llama.cpp
cd llama.cpp && make clean && make all -j

发现任然出现上述错误，截止目前，经查证，官方项目确实存在该Bug。因此使用手动方式进行转换操作。

参考：llama.cpp 转换、量化和合并

python

复制代码!python ./models/llama.cpp/convert.py ./models/Llama3 --outtype f16   --vocab-type bpe --outfile ./models/Llama3-FP16.gguf

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