Treinamento distribuído com o Ray Train

Importante

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Este exemplo executa o ajuste fino distribuído por paralelismo de dados com TorchTrainer do Ray Train em 8 GPUs H100 em um único nó. Um script de inicialização inicia um cluster Ray no nó e, em seguida, o driver do Ray Train inicia um trabalhador por GPU, encapsula o modelo no DDP e fragmenta o conjunto de dados entre os trabalhadores automaticamente.

Ele faz o ajuste fino de um modelo público (Qwen2.5-3B), de modo que é executado como está, sem um token do Hugging Face.

A carga de trabalho faz o seguinte:

  • Envia o projeto local com code_source: snapshot.
  • Inicia um cabeçalho do Ray com todas as 8 GPUs e executa o driver do Ray Train.
  • Usa ray.train.torch.prepare_model e prepare_data_loader para lidar com encapsulamento DDP, posicionamento do dispositivo e amostragem distribuída.
  • Registra métricas no MLflow.

Pré-requisitos

Layout do projeto

Crie um diretório com os arquivos a seguir.

ray_train_distributed/
├── train.yaml          # air workload config (inline dependencies + Ray bootstrap)
└── train_ray.py        # Ray Train TorchTrainer driver + per-worker training

Etapa 1: Escreva o YAML da carga de trabalho

train.yaml solicita um único nó GPU_8xH100. As dependências são declaradas em linha em environment (com a imagem do cliente version), e o command inicia um cluster do Ray no nó e, em seguida, executa o driver, de maneira que a carga de trabalho não precisa de um arquivo de dependência nem de um script inicializador à parte:

experiment_name: air-ray-train-distributed

environment:
  version: '4'
  dependencies:
    - ray[default,train]>=2.30
    - transformers>=4.45
    - datasets>=3.0
    - huggingface_hub>=0.34
    # The base image ships fsspec 2023.5.0, which is too old for modern
    # huggingface_hub and breaks dataset/model downloads. Pin a newer fsspec.
    - fsspec>=2024.6.1

# 8 H100 on a single node. Ray Train launches one worker per GPU.
compute:
  num_accelerators: 8
  accelerator_type: GPU_8xH100

code_source:
  type: snapshot
  snapshot:
    root_path: .

command: |
  cd $CODE_SOURCE_PATH
  RAY_HEAD_PORT=6379
  GPUS_PER_NODE=${LOCAL_WORLD_SIZE:-8}
  if [ "${NODE_RANK:-0}" = "0" ]; then
    echo "NODE_RANK=0: starting Ray head with $GPUS_PER_NODE GPU(s)..."
    ray start --head --port=$RAY_HEAD_PORT --num-gpus="$GPUS_PER_NODE" --dashboard-host=0.0.0.0
    python train_ray.py
    ray stop
  else
    echo "NODE_RANK=$NODE_RANK: connecting to Ray head at $MASTER_ADDR:$RAY_HEAD_PORT..."
    for i in $(seq 1 12); do
      if ray start --address="$MASTER_ADDR:$RAY_HEAD_PORT" --num-gpus="$GPUS_PER_NODE" --block 2>/dev/null; then
        break
      fi
      echo "Attempt $i failed, retrying in 5s..."
      sleep 5
    done
  fi

max_retries: 0
timeout_minutes: 90
env_variables:
  NCCL_SOCKET_IFNAME: eth0

O command em linha inicia um cabeçalho do Ray com todas as GPUs no nó, executa o driver com python train_ray.py e, em seguida, interrompe o cluster. Ele também inclui uma ramificação de trabalho que se une ao cabeçalho, de maneira que o mesmo comando continua funcionando caso você dimensione a tarefa para vários nós.

Etapa 2: Definir o driver do Ray Train

train_ray.py define um train_func que é executado em cada worker e um main que configura o TorchTrainer para usar todas as GPUs no cluster. prepare_model encapsula o modelo no DDP e o move para a GPU do trabalho. prepare_data_loader adiciona um sampler distribuído:

def train_func(config: dict):
    model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(MODEL_NAME, torch_dtype=torch.bfloat16)
    model.config.use_cache = False
    model = prepare_model(model)              # DDP wrap + device placement

    loader = DataLoader(dataset, batch_size=config["batch_size"], shuffle=True, drop_last=True)
    loader = prepare_data_loader(loader)      # distributed sampler + GPU transfer
    optimizer = torch.optim.AdamW(model.parameters(), lr=config["lr"])
    ...
    ray.train.report({"loss": out.loss.item(), "step": step})


def main():
    ray.init(address="auto")
    total_gpus = int(ray.cluster_resources().get("GPU", 0))
    trainer = TorchTrainer(
        train_func,
        train_loop_config={"lr": 2e-5, "batch_size": 4, "max_steps": 100},
        scaling_config=ScalingConfig(num_workers=total_gpus, use_gpu=True),
    )
    trainer.fit()

O script completo está listado no script de treinamento completo no final desta página.

Etapa 3: Enviar a execução

air run -f train.yaml --dry-run
air run -f train.yaml --watch

Etapa 4: inspecionar a execução

air get run <run-id>
air logs <run-id>

O cabeçalho do Ray e o driver são executados no nó 0, portanto, os logs são transmitidos de um único nó.

Onde os resultados chegam

As métricas relatadas com ray.train.report e registradas no MLflow aparecem no experimento do MLflow nomeado em experiment_name, que pode ser visualizado na interface do usuário do MLflow do espaço de trabalho.

Script de treinamento completo

O conteúdo completo train_ray.py para copiar e colar:

#!/usr/bin/env python3
"""Distributed data-parallel fine-tuning with Ray Train on a single 8x H100 node.

The workload `command` starts a Ray head with 8 GPUs and runs this script. Ray Train's
TorchTrainer launches one worker per GPU (8 total), wraps the model in DDP, shards
the dataset across workers, and aggregates metrics. Each worker runs `train_func`.

Uses a public model (no Hugging Face token required) so the example runs as-is.
"""

import os

import mlflow
import ray
import ray.train
import torch
from datasets import load_dataset
from ray.train import RunConfig, ScalingConfig
from ray.train.torch import TorchTrainer, prepare_data_loader, prepare_model
from torch.utils.data import DataLoader
from transformers import AutoModelForCausalLM, AutoTokenizer

MODEL_NAME = "Qwen/Qwen2.5-3B"
DATASET_NAME = "tatsu-lab/alpaca"
MAX_SEQ_LEN = 1024


def build_dataset(tokenizer):
    raw = load_dataset(DATASET_NAME, split="train[:8000]")

    def format_example(row):
        prompt = f"### Instruction:\n{row['instruction']}\n\n"
        if row.get("input"):
            prompt += f"### Input:\n{row['input']}\n\n"
        text = f"{prompt}### Response:\n{row['output']}{tokenizer.eos_token}"
        out = tokenizer(text, truncation=True, max_length=MAX_SEQ_LEN, padding="max_length")
        out["labels"] = out["input_ids"].copy()
        return out

    return raw.map(format_example, remove_columns=raw.column_names)


def train_func(config: dict):
    """Runs on every Ray Train worker (one per GPU)."""
    rank = ray.train.get_context().get_world_rank()

    tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(MODEL_NAME)
    if tokenizer.pad_token is None:
        tokenizer.pad_token = tokenizer.eos_token

    model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(MODEL_NAME, torch_dtype=torch.bfloat16)
    model.config.use_cache = False
    # prepare_model moves the model to this worker's GPU and wraps it in DDP.
    model = prepare_model(model)

    dataset = build_dataset(tokenizer).with_format("torch")
    loader = DataLoader(dataset, batch_size=config["batch_size"], shuffle=True, drop_last=True)
    # prepare_data_loader injects a DistributedSampler and moves batches to the GPU.
    loader = prepare_data_loader(loader)

    optimizer = torch.optim.AdamW(model.parameters(), lr=config["lr"])

    # AI Runtime injects MLFLOW_RUN_ID and configures the databricks tracking URI on
    # the node, so logging works without DATABRICKS_HOST/TOKEN. Gate on MLFLOW_RUN_ID
    # so the script also runs cleanly off-platform (e.g. locally) where it is unset.
    use_mlflow = rank == 0 and bool(os.environ.get("MLFLOW_RUN_ID"))
    if use_mlflow:
        mlflow.start_run(run_id=os.environ.get("MLFLOW_RUN_ID"))
        mlflow.log_params({"model": MODEL_NAME, "lr": config["lr"], "batch_size": config["batch_size"]})

    model.train()
    step = 0
    for batch in loader:
        out = model(
            input_ids=batch["input_ids"],
            attention_mask=batch["attention_mask"],
            labels=batch["labels"],
        )
        out.loss.backward()
        torch.nn.utils.clip_grad_norm_(model.parameters(), 1.0)
        optimizer.step()
        optimizer.zero_grad()
        step += 1

        ray.train.report({"loss": out.loss.item(), "step": step})
        if use_mlflow:
            mlflow.log_metric("train_loss", out.loss.item(), step=step)
        if step >= config["max_steps"]:
            break

    if use_mlflow:
        mlflow.end_run()


def main():
    ray.init(address="auto")
    total_gpus = int(ray.cluster_resources().get("GPU", 0))
    print(f"Ray cluster ready: {total_gpus} GPU(s)", flush=True)

    trainer = TorchTrainer(
        train_func,
        train_loop_config={"lr": 2e-5, "batch_size": 4, "max_steps": 100},
        scaling_config=ScalingConfig(num_workers=total_gpus, use_gpu=True),
        run_config=RunConfig(storage_path="/tmp/ray_results", name="qwen-sft"),
    )
    result = trainer.fit()
    print(f"Training finished. Final metrics: {result.metrics}", flush=True)

    ray.shutdown()


if __name__ == "__main__":
    main()

Recursos adicionais

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