# veTurboIO 火山引擎研发的一款用于高性能读写 PyTorch 模型文件的 Python 库。该库实现了主要基于 safetensors 文件格式,实现高效的存储与读取张量数据。 ## 安装 可以直接通过以下方式进行安装: ```bash pip install veturboio -f https://veturbo-cn-beijing.tos-cn-beijing.volces.com/veturboio/index.html ``` Tips: 该指令会优先下载与当前 Python、PyTorch 版本匹配的 whl 文件,如果没有找到匹配的 whl 文件,会自动下载源码进行编译安装。 当使用源码安装时,可增加 `--no-build-isolation` 来使用当前的运行环境进行编译并安装(否则会尝试创建虚拟环境)。 如果已经安装失败,可以尝试通过下载源码进行安装: ```bash cd veturboio python setup.py get_libcfs python setup.py install ``` ## 快速开始 ```python import torch import veturboio tensors = { "weight1": torch.zeros((1024, 1024)), "weight2": torch.zeros((1024, 1024)) } veturboio.save_file(tensors, "model.safetensors") reloaded_tensor = veturboio.load("model.safetensors", map_location="cpu") # check if the tensors are the same for k, v in tensors.items(): assert torch.allclose(v, reloaded_tensor[k]) ``` ### 使用锁页内存加速连续加载数据到GPU ```python import torch import veturboio tensors1 = { "weight1": torch.zeros((1024, 1024)), "weight2": torch.zeros((1024, 1024)) } veturboio.save_file(tensors1, "model1.safetensors") tensors2 = { "weight1": torch.zeros((1024, 1024)), "weight2": torch.zeros((1024, 1024)) } veturboio.save_file(tensors2, "model2.safetensors") helper = veturboio.init_io_helper() reloaded_tensor1 = veturboio.load("model1.safetensors", map_location="cuda:0", use_pinmem=True, helper=helper) # the map_location may be different reloaded_tensor2 = veturboio.load("model2.safetensors", map_location="cuda:0", use_pinmem=True, helper=helper) # check if the tensors are the same for k, v in tensors1.items(): assert torch.allclose(v.cuda(), reloaded_tensor1[k]) for k, v in tensors2.items(): assert torch.allclose(v.cuda(), reloaded_tensor2[k]) ``` ### 读写模型时启用加解密 该库底层通过两种接口读写:SFCS SDK 和 POSIX。如果文件路径前缀为 `sfcs://` 就视为使用 SFCS SDK,所需的鉴权信息可以从火山引擎可信服务的 unix domain socket 获取, 或者设置以下三个环境变量: | 环境变量名 | 含义 | | ------------------------------ | --------------------------------- | | SFCS_ACCESS_KEY | SFCS 文件系统的 AK | | SFCS_SECRET_KEY | SFCS 文件系统的 SK | | SFCS_NAMENODE_ENDPOINT_ADDRESS | SFCS 文件系统 name 节点地址 | 加解密读写模型文件所需的 data key 和 iv,共有3种获取方式,优先级按照序号: - [1] 加密的 data key 和 iv 存放在密文模型文件的 header 中,使用火山引擎 KMS 解密得到明文的 data key。 - [1.1] 访问 KMS 所需的 AK/SK/ST 从火山引擎可信服务的 unix domain socket 获取,需要额外挂载。 - [1.2] 访问 KMS 所需的 AK/SK/ST 从环境变量获取。 - [2] 访问火山引擎可信服务的 unix domain socket 直接获取 data key 和 iv,需要额外挂载。 - [3] 环境变量直接设置 data key 和 iv。 不同方式需要设置的环境变量如下: | 环境变量名 | 含义 | | ------------------------------ | --------------------------------- | | VETURBOIO_KMS_HOST | [1] KMS 服务地址,默认值 open.volcengineapi.com| | VETURBOIO_KMS_REGION | [1] KMS 服务所在区域,默认值 cn-beijing | | VETURBOIO_KMS_KEYRING_NAME | [1] KMS 服务解密 data key 的钥匙环名 | | VETURBOIO_KMS_KEY_NAME | [1] KMS 服务解密 data key 的主密钥名 | | DATAPIPE_SOCKET_PATH | [1.1][2] 可信服务 uds 的路径 | | VETURBOIO_KMS_ACCESS_KEY | [1.2] KMS 鉴权的 AK | | VETURBOIO_KMS_SECRET_KEY | [1.2] KMS 鉴权的 SK | | VETURBOIO_KMS_SESSION_TOKEN | [1.2] KMS 鉴权的临时令牌,非必需| | VETURBOIO_KEY | [3] 加解密的 128 位数据密钥的 base64 编码 | | VETURBOIO_IV | [3] 加解密的 128 位初始向量的 base64 编码 | 按照上述三种方式设置好后,可以参考下面代码在读写模型文件时启用加解密: ```python import torch import veturboio tensors = { "weight1": torch.zeros((1024, 1024)), "weight2": torch.zeros((1024, 1024)) } # use cpu to encrypt veturboio.save_file(tensors, "sfcs://model.safetensors", use_cipher=True) # use cpu to decrypt if map_location is cpu reloaded_tensor1 = veturboio.load("sfcs://model.safetensors", map_location="cpu", use_cipher=True) # use gpu to decrypt if map_location is cuda reloaded_tensor2 = veturboio.load("sfcs://model.safetensors", map_location="cuda:0", use_cipher=True) # check if the tensors are the same for k, v in tensors.items(): assert torch.allclose(v, reloaded_tensor1[k]) for k, v in tensors.items(): assert torch.allclose(v, reloaded_tensor2[k]) ``` ### 转换现有的 PyTorch 文件 ```bash python -m veturboio.convert -i model.pt -o model.safetensors ``` ## 性能测试 直接运行 ```bash bash bench/io_bench.sh ``` 可以得到如下结果 ``` fs_name tensor_size veturboio load_time(s) torch load_time(s) shm 1073741824 0.08 0.63 shm 2147483648 0.19 1.26 shm 4294967296 0.36 2.32 ``` 也可以进一步根据以下命令的参数说明调整使用参数 ```bash python bench/io_bench.py -h ``` ## 特性 - [x] 多线程高性能读取文件; - [x] zero-copy 读取,不额外花费内存; - [x] 支持直接加载到 CUDA; - [x] bfloat16 数值 类型支持; - [x] 支持固定 pin-memory 用于让 GPU 快速反复读取大文件; - [x] 兼容 PyTorch 标准格式(无性能提升); - [x] 兼容 safetensors 格式; - [x] 特殊加密格式存储; ## 收益 标准的 PyTorch 模型文件会经过 zip 与 pickle 两次操作,这两个操作极大的抑制了读取的速度,同时 unpickle 也会带来潜在的不安全性。我们使用一种自定义的模型格式来存储 tensor 数据,希望可以改善 PyTorch 标准格式所存在的这些问题。目前已经实现的优点有: - 多线程读取:当前文件对象主要的存放点为云端存储,单一进程无法达到云存储的带宽上限,必须使用多线程读取才能达到最大的读取速度。PyTorch 标准格式的读取速度受限于 pickle 解析速度,远无法达到云存储的速度上限; - 云端适配:基于火山引擎的云端存储(vePFS、SFCS)特性,最大化的利用了云端存储的带宽; - 安全性:不再使用 pickle 对象,避免了 pickle 的安全性问题; ## 更新记录 前往 [CHANGELOG](./CHANGELOG.md) 了解更多。