seq_file机制

seq_file机制

在老版本的Linux内核中,proc文件系统有一个缺陷:如果输出内容大于1个内存页,需要多次读,因此处理起来很难。另外,如果输出内容太大,速度会比较慢。在2.6内核中,由于大量使用了seq_file功能,使得内核输出大文件信息更容易。使用seq_file需要包含头文件linux/seq_file.h,并定义一个seq_operations结构:

  1. struct seq_operations {
  2. void * (*start) (struct seq_file *m, loff_t *pos);// 指定seq_file文件的读开始位置
  3. void (*stop) (struct seq_file *m, void *v);//关闭seq_file
  4. // 把seq_file文件的当前读位置移动到下一个读位置
  5. void * (*next) (struct seq_file *m, void *v, loff_t *pos);
  6. int (*show) (struct seq_file *m, void *v);//格式化输出
  7. };

seq_file的常用操作接口如下:
  1. int seq_open(struct file *, const struct seq_operations *);//打开
  2. ssize_t seq_read(struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);//读
  3. loff_t seq_lseek(struct file *, loff_t, int);//定位
  4. int seq_release(struct inode *, struct file *);//释放
  5. int seq_escape(struct seq_file *, const char *, const char *);//写缓冲,忽略某些字符
  6. int seq_putc(struct seq_file *m, char c);// 把一个字符输出到seq_file文件
  7. int seq_puts(struct seq_file *m, const char *s);// 把一个字符串输出到seq_file文件

下面以cpuinfo为例说明seq_file在proc中的使用。
  1. void create_seq_entry(char *name, mode_t mode, const struct file_operations *f)
  2. {
  3. struct proc_dir_entry *entry;
  4. entry = create_proc_entry(name, mode, NULL);
  5. if (entry)
  6. entry->proc_fops = f;
  7. }
  8. void __init proc_misc_init(void)
  9. {
  10. create_seq_entry("cpuinfo", 0, &proc_cpuinfo_operations); //创建/proc目录
  11. }

定义proc_cpuinfo_operations:
  1. static const struct file_operations proc_cpuinfo_operations = {
  2. .open = cpuinfo_open,
  3. .read = seq_read,
  4. .llseek = seq_lseek,
  5. .release = seq_release,
  6. };

接下来看cpuinfo_open:
  1. static int cpuinfo_open(struct inode *inode, struct file *file)
  2. {
  3. return seq_open(file, &cpuinfo_op);
  4. }

cpuinfo_op是与硬件平台相关的。ARM的cpuinfo_op在/arc/arm/kernel/setup.c中:
  1. struct seq_operations cpuinfo_op = {
  2. .start = c_start,
  3. .next = c_next,
  4. .stop = c_stop,
  5. .show= c_show
  6. };

cpuinfo_op就是实际上对/proc/ cpuinfo进行修改的操作接口,其中最重要的是c_show:

  1. static int c_show(struct seq_file *m, void *v)
  2. {
  3. int i;
  4. seq_printf(m, "Processor\t: %s rev %d (%s)\n",
  5. cpu_name, (int)processor_id & 15, elf_platform);
  6. #if defined(CONFIG_SMP)//针对多处理器
  7. for_each_online_cpu(i) {
  8. seq_printf(m, "processor\t: %d\n", i);
  9. seq_printf(m, "BogoMIPS\t: %lu.%02lu\n\n",
  10. per_cpu(cpu_data, i).loops_per_jiffy / (500000UL/HZ),
  11. (per_cpu(cpu_data, i).loops_per_jiffy / (5000UL/HZ)) % 100);
  12. }
  13. #else /* CONFIG_SMP */
  14. seq_printf(m, "BogoMIPS\t: %lu.%02lu\n",
  15. loops_per_jiffy / (500000/HZ),
  16. (loops_per_jiffy / (5000/HZ)) % 100);
  17. #endif
  18. seq_puts(m, "Features\t: ");
  19. for (i = 0; hwcap_str[i]; i++)
  20. if (elf_hwcap & (1 << i))
  21. seq_printf(m, "%s ", hwcap_str[i]);
  22. seq_printf(m, "\nCPU implementer\t: 0x%02x\n", processor_id >> 24);
  23. seq_printf(m, "CPU architecture: %s\n", proc_arch[cpu_architecture()]);
  24. if ((processor_id & 0x0008f000) == 0x00000000) {/* pre-ARM7 */
  25. seq_printf(m, "CPU part\t: %07x\n", processor_id >> 4);
  26. } else {
  27. if ((processor_id & 0x0008f000) == 0x00007000) {/* ARM7 */
  28. seq_printf(m, "CPU variant\t: 0x%02x\n",
  29. (processor_id >> 16) & 127);
  30. } else {/* ARM7以上的CPU */
  31. seq_printf(m, "CPU variant\t: 0x%x\n",
  32. (processor_id >> 20) & 15);
  33. }
  34. seq_printf(m, "CPU part\t: 0x%03x\n",(processor_id >> 4) & 0xfff);
  35. }
  36. seq_printf(m, "CPU revision\t: %d\n", processor_id & 15);
  37. {
  38. unsigned int cache_info = read_cpuid(CPUID_CACHETYPE);
  39. if (cache_info != processor_id) {
  40. seq_printf(m, "Cache type\t: %s\n"
  41. "Cache clean\t: %s\n"
  42. "Cache lockdown\t: %s\n"
  43. "Cache format\t: %s\n",
  44. cache_types[CACHE_TYPE(cache_info)],
  45. cache_clean[CACHE_TYPE(cache_info)],
  46. cache_lockdown[CACHE_TYPE(cache_info)],
  47. CACHE_S(cache_info) ? "Harvard" : "Unified");
  48. if (CACHE_S(cache_info)) {
  49. c_show_cache(m, "I", CACHE_ISIZE(cache_info));
  50. c_show_cache(m, "D", CACHE_DSIZE(cache_info));
  51. } else {
  52. c_show_cache(m, "Cache", CACHE_ISIZE(cache_info));
  53. }
  54. }
  55. }
  56. seq_puts(m, "\n");
  57. seq_printf(m, "Hardware\t: %s\n", machine_name);
  58. seq_printf(m, "Revision\t: %04x\n", system_rev);
  59. seq_printf(m, "Serial\t\t: %08x%08x\n",system_serial_high, system_serial_low);
  60. return 0;
  61. }
``` import os, sys import argparse import torch import numpy as np import math parser = argparse.ArgumentParser(description='LLaMa-2 Self-Attention') parser.add_argument('model_size', type=int, choices = [7, 13], help='The size of the model to use. Default is 13') parser.add_argument('layer', type=int, help='The layer to use for self-attn') parser.add_argument('seq_len', type=int, help='The sequence length to use for self-attn') parser.add_argument('--input_file', required = True, type=str, help='The input file to use for self-attn') parser.add_argument('--output_file', default = 'llama-self-attn-output.bin', type=str, help='The output file to use for self-attn') from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLM from fileio_utils import * VALUE_LOGSF = 16 ACCU_LOGSF = 20 def rotate_half(x): """Rotates half the hidden dims of the input.""" x1 = x[..., : x.shape[-1] // 2] x2 = x[..., x.shape[-1] // 2 :] return torch.cat((-x2, x1), dim=-1) if __name__ == '__main__': compilation_error = os.system('make self-attn') if compilation_error: print("Error compiling self-attn") exit(1) args = parser.parse_args() # model_card = f"meta-llama/Llama-2-{args.model_size}b-hf" model_card = f"model-storage/hub/models--meta-llama--Llama-2-7b-hf/snapshots/01c7f73d771dfac7d292323805ebc428287df4f9" model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(model_card, local_files_only = True, cache_dir = "./model-storage") layer = model.model.layers[args.layer] embed_dim = layer.self_attn.q_proj.in_features workdir = f'./zkllm-workdir/Llama-2-{args.model_size}b' layer_prefix = f'layer-{args.layer}' os.system(f'./self-attn linear {args.input_file} {args.seq_len} {embed_dim} {workdir} {layer_prefix} {args.output_file}') Q, K, V = load_int('temp_Q.bin').reshape(args.seq_len, embed_dim) / (1 << 16), load_int('temp_K.bin').reshape(args.seq_len, embed_dim) / (1 << 16), load_int('temp_V.bin').reshape(args.seq_len, embed_dim) / (1 << 16) Q = Q.view(args.seq_len, layer.self_attn.num_heads, layer.self_attn.head_dim).transpose(0, 1) K = K.view(args.seq_len, layer.self_attn.num_heads, layer.self_attn.head_dim).transpose(0, 1) V = V.view(args.seq_len, layer.self_attn.num_heads, layer.self_attn.head_dim).transpose(0, 1) layer.self_attn.rotary_emb.to(0) cos, sin = layer.self_attn.rotary_emb(torch.randn(1, args.seq_len, embed_dim, device = 0), torch.arange(args.seq_len, device = 0).unsqueeze(0)) Q, K = Q * cos + rotate_half(Q) * sin, K * cos + rotate_half(K) * sin Q, K = Q.to(torch.float64), K.to(torch.float64) A_ = Q @ K.transpose(-2, -1) A = to_int64(A_, VALUE_LOGSF) # an upper triangular mask for perplexity mask = torch.triu(torch.ones(args.seq_len, args.seq_len, device = 0, dtype = bool), diagonal = 1) A -= torch.max(A * ~mask, dim = -1, keepdim = True).values shift = math.sqrt(layer.self_attn.head_dim) * torch.log((torch.exp((to_float(A, ACCU_LOGSF) / math.sqrt(layer.self_attn.head_dim))) * ~mask).sum(axis = -1, keepdim = True)) shift = to_int64(shift, ACCU_LOGSF) A -= shift attn_output = (torch.exp(to_float(A, ACCU_LOGSF, torch.float64) / math.sqrt(layer.self_attn.head_dim)).float()) * ~mask attn_output = attn_output @ V attn_output = fromto_int64(attn_output, VALUE_LOGSF) attn_output = attn_output.transpose(0, 1).contiguous() attn_output = attn_output.view(args.seq_len, embed_dim) attn_output = attn_output.transpose(0, 1).reshape(args.seq_len, embed_dim) save_int(attn_output, 1 << 16, 'temp_attn_out.bin') os.system(f'./self-attn attn {args.input_file} {args.seq_len} {embed_dim} {workdir} {layer_prefix} {args.output_file}') os.system('rm ./temp*.bin')```解释代码含义,解释中要对用到的函数做简要解释,我是个小白,有些函数不理解什么意思
03-11
<think>嗯,我现在需要帮用户解释一段关于LLaMA-2自注意力机制的代码。用户说自己是小白,所以我要尽量用简单易懂的语言,同时覆盖代码中的关键部分和函数。首先,我得通读整个代码,理解每个部分的作用,然后分步骤解释。 首先,代码的开头导入了必要的库,比如os、sys、argparse、torch、numpy和math。argparse是用来处理命令行参数的,用户可能不太清楚这些参数的作用,所以需要解释每个参数的意义,比如model_size、layer、seq_len等。然后,用户可能对from transformers导入的AutoTokenizer和AutoModelForCausalLM不太熟悉,需要简要说明这些是用来加载预训练模型的。 接下来,定义了一个rotate_half函数,这个函数的作用可能是旋转一半的隐藏维度,这在RoPE(旋转位置编码)中会用到。用户可能不理解为什么要旋转,可能需要解释RoPE的基本概念。 主函数部分,首先编译了一个C++或类似的可执行文件('make self-attn'),如果编译失败就退出。这里可能需要说明为什么要编译,以及这个可执行文件的作用,比如处理线性层或注意力计算。 然后加载模型,使用Hugging Face的from_pretrained方法,这里用户可能对本地模型路径和cache_dir有疑问,需要解释模型是如何存储和加载的。接着,代码获取指定层的自注意力模块,并提取embed_dim,这部分需要说明模型结构中的层和注意力头数等概念。 之后,代码调用./self-attn linear来处理输入文件,生成Q、K、V矩阵。用户可能不知道这些矩阵是什么,需要解释自注意力中的查询、键、值向量的作用。然后,从临时文件中加载这些矩阵,并进行形状变换,调整维度以适应多头注意力。这里可能需要解释view、transpose等PyTorch函数的作用。 然后应用旋转位置编码,使用rotary_emb生成cos和sin,并对Q、K进行旋转操作。用户可能对旋转位置编码的原理不太清楚,需要简要说明其作用是在不同位置生成不同的编码,增强模型的位置感知能力。 接下来计算注意力分数A_,并将其转换为整数类型。这里涉及到矩阵乘法,用户可能对Q和K的转置相乘得到注意力分数有疑问,需要解释注意力分数的计算过程。 然后处理mask,生成上三角掩码,用于防止模型看到未来的信息。用户可能对掩码的作用和生成方式不太明白,需要解释在解码器中如何避免信息泄漏。 之后进行一些数值调整,比如减去最大值和shift,可能涉及到数值稳定性的处理,比如防止softmax溢出。这里需要解释为什么要做这些减法,以及shift的计算方式。 计算attn_output时,应用softmax(通过exp和归一化),然后乘以V矩阵,得到最终的注意力输出。用户可能对softmax的作用和矩阵乘法的意义有疑问,需要逐步解释。 最后,保存输出并调用./self-attn attn执行进一步的处理,清理临时文件。这部分需要说明整个流程的步骤,包括如何处理输入输出文件,以及最终的结果保存。 在解释过程中,需要确保提到的每个函数都有简要说明,例如rotate_half、load_int、save_int、to_int64等,可能用户不熟悉这些自定义函数的作用。同时,要避免使用过多技术术语,或者在使用时给出简单解释,确保小白用户能够理解。 另外,用户可能对整个自注意力机制的工作流程不太清楚,所以需要将代码分解为几个主要步骤:加载模型、处理输入、计算QKV、应用位置编码、计算注意力分数、应用掩码、softmax、输出结果等,并逐一解释每个步骤的目的和实现方式。 还要注意代码中的数值转换,比如除以(1 << 16),转换为整数,这可能涉及到定点数或量化处理,需要解释为什么这样做,可能是为了适配后续的硬件或加速计算。 总之,我需要将整个代码分解成几个部分,逐步解释每个部分的功能,涉及的函数和操作,同时保持语言简洁明了,帮助用户建立对LLaMA-2自注意力机制实现的基本理解。</think>我来逐步解释这段代码的功能和关键函数: 1. **基础设置** - `argparse`模块处理命令行参数,用于指定: - `model_size`:模型规模(7B/13B) - `layer`:要提取的模型层 - `seq_len`:输入序列长度 - `input_file/output_file`:输入输出文件路径 2. **模型加载** ```python model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(...) # 加载预训练模型 layer = model.model.layers[args.layer] # 获取指定层 ``` - `AutoModelForCausalLM`是HuggingFace的自动加载器 - 模型存储在本地路径`model-storage/hub/...` 3. **数据处理核心** - `rotate_half()`函数:实现旋转位置编码(RoPE)的核心操作 ```python # 示例:将向量分半后交换位置并取反 x = [1,2,3,4] → x1=[1,2], x2=[3,4] 输出 → [-3,4,1,2] ``` 4. **注意力计算流程** ① **加载输入数据** ```python Q, K, V = load_int('temp_Q.bin')... # 从二进制文件加载量化后的矩阵 reshape(...) # 调整张量形状为(序列长度, 嵌入维度) / (1 << 16) # 将整数转换为浮点数(16位量化) ``` ② **多头处理** ```python view(...).transpose(...) # 将矩阵重组为(头数, 头维度, 序列长度) ``` ③ **应用旋转位置编码** ```python cos, sin = layer.self_attn.rotary_emb(...) # 生成旋转矩阵 Q = Q * cos + rotate_half(Q) * sin # 应用旋转公式 ``` ④ **注意力分数计算** ```python A_ = Q @ K.transpose(...) # 矩阵乘法计算原始注意力分数 A = to_int64(A_, VALUE_LOGSF) # 转换为定点数(保持16位精度) ``` ⑤ **掩码处理** ```python mask = torch.triu(...) # 生成上三角掩码(防止关注未来词) A -= torch.max(...) # 数值稳定性处理 ``` ⑥ **Softmax近似** ```python shift = math.sqrt(...) # 计算数值稳定参数 attn_output = torch.exp(...) # 近似softmax计算 ``` ⑦ **输出处理** ```python attn_output @ V # 与Value矩阵相乘 save_int(...) # 保存量化后的输出结果 ``` 5. **关键辅助函数** - `load_int()`/`save_int()`:读写定点数二进制文件 - `to_int64()`:浮点数转定点数(保持精度) - `fromto_int64()`:定点数转浮点数 **整体流程**:读取输入 → 生成Q/K/V → 应用位置编码 → 计算注意力 → 保存结果。这段代码实现了LLaMA-2的自注意力计算过程,特别处理了定点数运算和旋转位置编码等核心机制
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