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verl保姆级入门指南：从安装到运行全流程

1. 引言

随着大型语言模型（LLMs）在自然语言处理领域的广泛应用，如何高效地进行后训练优化成为研究与工程实践中的关键问题。强化学习（Reinforcement Learning, RL）作为一种有效的对齐技术，在提升模型行为一致性、响应质量等方面展现出巨大潜力。然而，传统的RL框架往往难以应对LLM训练中高计算开销、复杂数据流和分布式资源调度的挑战。

verl正是在这一背景下诞生的一个灵活、高效且可用于生产环境的强化学习训练框架。它由字节跳动火山引擎团队开源，是其发表于HybridFlow论文的官方实现。verl专为大型语言模型的后训练设计，具备模块化架构、高性能吞吐能力和对主流LLM生态的良好兼容性，支持从单机到多节点集群的无缝扩展。

本文将作为一份保姆级入门指南，带你完整走完 verl 的安装、验证、配置到实际运行的全流程，涵盖基础环境搭建、核心组件介绍、多节点训练部署以及常见调试技巧，帮助你快速上手并投入实验或生产使用。

2. verl 框架概述

2.1 核心特性

verl 的设计理念在于“灵活性”与“效率”的统一，主要体现在以下几个方面：

• 多样化的 RL 算法支持：基于 Hybrid 编程模型，融合了单控制器与多控制器范式的优势，用户仅需几行代码即可构建复杂的 RL 数据流。
• 模块化 API 设计：通过解耦计算逻辑与数据依赖，verl 可轻松集成 PyTorch FSDP、Megatron-LM、vLLM 等主流 LLM 训练/推理框架。
• 灵活的设备映射与并行策略：支持将 Actor、Critic、Reference 等不同模型组件分布到不同的 GPU 组，实现细粒度资源控制。
• 无缝对接 HuggingFace 生态：可直接加载 Transformers 中的预训练模型，降低迁移成本。
• 极致性能优化：依托 3D-HybridEngine 实现 Actor 模型重分片，显著减少训练与生成阶段切换时的通信开销，达到当前最先进的吞吐水平。

2.2 架构简析

verl 的典型训练流程包含以下核心角色：

• Actor Model：负责生成响应，接受 PPO 更新。
• Critic Model：评估生成结果的价值函数。
• Reference Model：提供原始策略参考，用于 KL 散度约束。
• Rollout Worker：执行推理任务，生成样本。
• Trainer：协调训练过程，执行梯度更新。

这些组件可通过 Ray 分布式运行时实现跨节点调度，形成高效的异步流水线结构。

3. 安装与环境准备

3.1 前置依赖

在开始安装 verl 之前，请确保你的系统满足以下条件：

• Python >= 3.9
• PyTorch >= 2.0（建议使用 CUDA 11.8 或更高版本）
• Ray >= 2.40（重要：低于此版本不兼容）
• HuggingFace Transformers、Accelerate、vLLM（根据需求选择）

推荐使用 Conda 创建独立虚拟环境：

conda create -n verl python=3.10 conda activate verl

3.2 安装 verl

目前 verl 尚未发布至 PyPI，需从源码安装。假设你已克隆仓库：

git clone https://github.com/volcengine/verl.git cd verl pip install -e .

注意：若使用开发模式安装（-e），后续修改代码无需重新安装。

同时安装必要的运行时依赖：

pip install ray[default] torch torchvision torchaudio --index-url https://download.pytorch.org/whl/cu118 pip install transformers accelerate peft datasets wandb

对于需要 vLLM 加速推理的场景：

pip install vllm>=0.6.4

3.3 验证安装

进入 Python 环境，执行以下命令验证是否安装成功：

import verl print(verl.__version__)

如果输出类似0.1.0的版本号，则表示安装成功。你可以进一步检查模块可用性：

from verl.trainer import main_ppo help(main_ppo)

这表明主训练入口已正确导入。

4. 单机快速启动示例

4.1 准备数据集

verl 提供了多个内置数据预处理脚本，以 GSM8K 和 MATH 数据集为例：

python examples/data_preprocess/gsm8k.py --local_dir ../data/gsm8k python examples/data_preprocess/math_dataset.py --local_dir ../data/math

生成的 Parquet 文件将存储在指定目录中，后续训练可通过路径引用。

4.2 启动本地训练

使用main_ppo模块启动一个小型 PPO 训练任务。以下是一个适用于 Qwen2-7B-Instruct 的配置示例：

python3 -m verl.trainer.main_ppo \ data.train_files="../data/gsm8k/train.parquet" \ data.val_files="../data/gsm8k/test.parquet" \ data.train_batch_size=512 \ data.max_prompt_length=1024 \ data.max_response_length=512 \ actor_rollout_ref.model.path="Qwen/Qwen2-7B-Instruct" \ actor_rollout_ref.actor.optim.lr=1e-6 \ actor_rollout_ref.rollout.name=vllm \ actor_rollout_ref.rollout.gpu_memory_utilization=0.9 \ critic.model.path="Qwen/Qwen2-7B-Instruct" \ critic.optim.lr=1e-5 \ trainer.n_gpus_per_node=8 \ trainer.nnodes=1 \ trainer.project_name='verl_example' \ trainer.experiment_name='qwen2_7b_gsm8k' \ trainer.total_epochs=3 \ trainer.logger=['console']

说明：

• 使用 vLLM 进行 Rollout 推理，提高采样效率。
• 所有模型共享同一基础架构，适合单机多卡环境。
• 日志输出至控制台，便于观察训练状态。

5. 多节点训练部署

当模型规模扩大至数十亿参数以上时，单机资源已无法满足需求。verl 支持基于 Ray 的多节点分布式训练，以下是完整部署流程。

5.1 手动搭建 Ray 集群

设置 Head 节点

在主节点执行：

ray start --head --dashboard-host=0.0.0.0 --port=6379 --dashboard-port=8265

记录返回的 GCS 地址（如192.168.1.10:6379），工作节点需连接该地址。

启动 Worker 节点

在每个工作节点执行：

ray start --address='192.168.1.10:6379'

验证集群状态

在任意节点运行：

ray status

应显示所有节点在线，并列出可用 GPU 数量。

5.2 提交训练作业

使用ray job submit提交任务：

ray job submit --address="http://192.168.1.10:8265" \ --runtime-env=verl/trainer/runtime_env.yaml \ --no-wait \ -- \ python3 -m verl.trainer.main_ppo \ trainer.n_gpus_per_node=8 \ trainer.nnodes=2 \ data.train_batch_size=1024 \ actor_rollout_ref.model.path="Qwen/Qwen2-7B-Instruct" \ critic.model.path="Qwen/Qwen2-7B-Instruct" \ trainer.project_name='verl_multinode' \ trainer.experiment_name='qwen2_7b_2node' \ trainer.total_epochs=5

注意：--address应指向 Head 节点的 Dashboard 地址。

5.3 监控与日志查看

常用命令如下：

• ray job list：列出所有提交作业
• ray job status <job_id>：查看作业状态
• ray job logs <job_id>：查看实时日志
• 访问 Web UI：http://<head_ip>:8265查看详细指标与任务拓扑

6. 基于 Slurm 的自动化集群训练

在 HPC 或企业级 GPU 集群中，通常使用 Slurm 作业调度系统。以下是一个完整的slurm_script.sh示例，整合了容器化、Ray 初始化与训练启动。

6.1 脚本功能概览

该脚本完成以下任务：

1. 加载必要模块
2. 构建或拉取 Docker 镜像
3. 启动容器并挂载代码与缓存
4. 初始化 Ray Head 与 Worker 节点
5. 执行数据预处理
6. 启动 PPO 训练任务

6.2 关键配置说明

#SBATCH --nodes=2 #SBATCH --gpus-per-node=8 #SBATCH --cpus-per-task=28

设定两节点、每节点 8 张 GPU，确保资源充足。

网络相关环境变量设置：

export NCCL_IB_HCA=mlx5_0,mlx5_1,... export NCCL_IB_GID_INDEX=3 export TOKENIZERS_PARALLELISM=false

避免 InfiniBand 通信冲突，关闭 tokenizer 多进程警告。

6.3 容器启动与 Ray 初始化

使用docker run启动守护容器：

docker run --rm -d \ --network host \ --device /dev/dri --device /dev/kfd --device /dev/infiniband \ --privileged \ -v ${HOME}:${HOME} \ -w "${verl_workdir}" \ --shm-size 128G \ --name "${CONTAINER_NAME}" \ "${IMG}" \ tail -f /dev/null

随后在各节点启动 Ray 进程：

srun --nodes=1 --ntasks=1 -w "$head_node" \ docker exec "${CONTAINER_NAME}" \ ray start --head --node-ip-address="$head_node_ip" --port=6379 --block &

Worker 节点加入集群：

srun --nodes=1 --ntasks=1 -w "$worker_node" \ docker exec "${CONTAINER_NAME}" \ ray start --address="$ip_head" --block &

6.4 提交训练任务

最后通过srun在 Head 节点执行训练命令：

PYTHONUNBUFFERED=1 srun --overlap --nodes=2 --ntasks=1 -w "$head_node" \ docker exec "${CONTAINER_NAME}" \ python3 -m verl.trainer.main_ppo \ data.train_files="../data/gsm8k/train.parquet" \ ... trainer.nnodes=2 \ trainer.n_gpus_per_node=8

提交方式：

sbatch slurm_script.sh

7. 调试与故障排查

7.1 推荐工具：Ray 分布式调试器（VSCode 扩展）

自 Ray 2.39 起，Anyscale 推出了 Ray Distributed Debugger VSCode 扩展，强烈推荐使用。

安装前提

• Visual Studio Code
• ray[default] >= 2.9.1
• debugpy >= 1.8.0

启用事后调试

在启动 Ray 前设置环境变量：

export RAY_DEBUG_POST_MORTEM=1

清除旧标志：

unset RAY_DEBUG unset --ray-debugger-external

设置断点

在远程函数中插入：

@ray.remote def my_function(): breakpoint() # 断点生效 return True

提交作业后，VSCode 扩展会自动检测断点并允许你附加调试器。

7.2 传统调试方法：ray debug

启用旧版调试器：

RAY_DEBUG=legacy ray start --head --ray-debugger-external

在代码中添加breakpoint()，提交任务后运行：

ray debug

系统会暂停在断点处，进入交互式调试界面。

8. 总结

verl 作为一个专为大型语言模型后训练设计的强化学习框架，凭借其模块化设计、高性能吞吐和对主流生态的良好集成，正在成为 RLHF 领域的重要工具之一。本文从零开始，系统介绍了 verl 的安装、验证、单机训练、多节点部署及调试方法，覆盖了从入门到进阶的核心流程。

关键要点回顾：

1. 环境准备：务必使用 Ray ≥ 2.40，避免版本不兼容问题。
2. 快速验证：通过导入模块和打印版本号确认安装成功。
3. 单机训练：适合小规模实验，配置简洁，易于调试。
4. 多节点扩展：借助 Ray 实现横向扩展，支持大规模模型训练。
5. Slurm 集成：适用于企业级集群，脚本化部署提升稳定性。
6. 调试支持：优先使用 VSCode 分布式调试器，提升开发效率。

掌握 verl 不仅能加速你的 RLHF 实验迭代，也为构建高质量对话系统提供了坚实的技术底座。

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