LLM智能路由:提升LLM推理系统整体效率

在大语言模型(LLM)应用中,用户请求与模型响应的长度差异、模型在PromptGenerate阶段生成的Token数量的随机性,以及GPU资源占用的不确定性,使得传统负载均衡策略难以实时感知后端负载压力,导致推理实例负载不均衡,影响系统吞吐量和响应效率。为此,EAS推出了LLM智能路由基础组件,基于LLM场景特有的Metrics动态分发请求,均衡各推理实例的算力与显存分配,提升集群资源利用率与系统稳定性。

工作原理

image

组件功能介绍

智能路由是由LLM Gateway、LLM Scheduler以及LLM Agent三个组件组合而成。

  • LLM Gateway

    主要负责用户请求流量的转发:

    • 协议支持:支持HTTP(HTTP_SSE)和WebSocket协议。

    • 缓冲限流:当后端推理实例负载较高且Waiting队列中已有请求时,新进入的请求不进行调度将缓存在LLM Gateway中,待选择合适的实例后再进行转发。

  • LLM Scheduler

    LLM智能路由的核心组件,负责选择当前后端较优的推理实例。

    新版支持基于Prompt前缀匹配的调度(需后端引擎开启preifix-caching功能),并根据实例负载和关键指标选择最优推理实例。

  • LLM Agent

    该组件随推理实例一起部署,主要负责以下功能:

    • 保活与异常处理:与LLM Scheduler保持心跳联系,实时监听推理进程的健康情况,在推理实例异常时,主动与LLM Scheduler联系,并将该实例摘除,并在恢复后重新接入服务列表。

    • 指标采集与上报:采集推理引擎相关指标(如waiting队列长度、KV Cache的使用率、每秒输入/输出Token数等),并主动上报给LLM Scheduler。

    • 自动探测推理框架:支持自动识别后端推理框架(如Blade-LLM、vLLM、SGLang),减少手动配置需求。

实现流程

LLM智能路由本质上是一种特殊的EAS服务,必须和推理服务部署在同一个服务群组下,才能正常工作。部署LLM智能路由和推理服务后,LLM智能路由能够将请求智能调度给后端推理服务,具体实现流程如下:

  1. 注册实例:LLM Agent等待LLM推理引擎ready(可接受处理请求)后,主动向LLM Scheduler注册,实时采集并上报相关引擎指标。

  2. 流量接入:LLM Gateway作为智能路由的流量入口,负责请求接收与转发,目前支持常用的HTTP(HTTP_SSE)以及websocket协议。

    如果智能路由的名称是llm_gateway,它所在的分组是group_llm_gateway,则访问地址为

    http://********.cn-beijing.pai-eas.aliyuncs.com/api/predict/group_llm_gateway.llm_gateway/v1/chat/completions

  3. 请求调度与转发:LLM Gateway接收到请求后,会将请求相关信息发给LLM Scheduler,调度策略基于当前指标的评估选择一个最佳的后端实例,返回给LLM Gateway,LLM Gateway再将请求发送给指定的后端实例进行推理。

Failover机制

描述LLM智能路由针对异常情况的处理能力:

  • LLM GateWay:作为流量接入层,实例数一般大于等于2。当某个实例发生故障时,流量会自动切换至其他健康实例,从而保证服务的持续可用性。

  • LLM Scheduler:作为一个请求调度模块,为了解决全局调度问题,目前设计为单实例运行。当LLM Scheduler出现故障后,在LLM Gateway感知到LLM Scheduler不可用时,会自动切换到轮询策略,将请求转发给后端推理实例。待LLM Scheduler恢复正常后,系统将重新启用调度逻辑,恢复正常的工作模式。

  • LLM Agent:设计目的是不侵入推理框架,同时具备良好的扩展性,以支持多个LLM推理引擎。当LLM Agent出现故障时,Scheduler会将该实例从服务列表中移除,确保流量不再转发至该实例,而转发至其他健康实例上。

  • 推理引擎(BladeLLM/vLLM/SGLang):本身具有不稳定因素,一旦发生故障,LLM Agent会立即感知并将该实例从Scheduler的服务列表中移除,暂停其流量分配。待该实例恢复正常后,再重新加入服务列表,继续承载流量。

多推理引擎支持

由于每个LLM推理引擎的/metrics接口返回的指标信息存在差异,LLM Agent负责对这些指标进行采集并统一格式化处理后上报。LLM Scheduler无需关注具体推理引擎的实现细节,只需基于统一化指标进行调度算法的编写。目前支持的LLM推理引擎及其对应的采集指标如下:

LLM推理引擎

指标

说明

Blade_LLM

decode_batch_size_mean

正在运行的请求数。

wait_queue_size_mean

在排队等待的请求数。

block_usage_gpu_mean

GPU KV Cache的使用率。

tps_total

每秒总共处理的Token数。

tps_out

每秒生成的Token数。

vLLM

vllm:num_requests_running

正在运行的请求数。

vllm:num_requests_waiting

在排队等待的请求数。

vllm:gpu_cache_usage_perc

GPU KV Cache的使用率。

vllm:prompt_tokens_total

PromptToken数。

vllm:generation_tokens_total

生成的总的Token数。

SGLang

sglang:num_running_reqs

正在运行的请求数。

sglang:num_queue_reqs

在排队等待的请求数。

sglang:token_usage

KV Cache的使用率。

sglang:prompt_tokens_total

PromptToken数。

sglang:gen_throughput

每秒生成的Token数。

使用限制

  • LLM智能路由应用于LLM推理场景,后端实例的推理框架仅支持BladeLLM、vLLMSGLang。

  • 只有关联多个推理实例,即与多个推理实例在同一服务群组中,LLM智能路由的功能价值才能得以发挥。

  • 部署LLM智能路由时,请确保与大语言模型(LLM)服务需选择相同的推理框架。

  • 仅在部署大语言模型服务时支持选择智能路由,更新服务时不支持该选项。

部署服务

部署LLM智能路由服务

支持以下两种部署方式:

方式一:通过控制台部署

  1. 登录PAI控制台,在页面上方选择目标地域,并在右侧选择目标工作空间,然后单击进入EAS

  2. 模型在线服务(EAS)页面,单击部署服务,选择以下任意一种部署方式:

    • 自定义模型部署>自定义部署

    • 场景化模型部署>LLM大语言模型部署

  3. 服务功能区域,打开LLM智能路由开关,然后在下拉列表中,单击新建LLM智能路由image

  4. 新建LLM智能路由配置面板中,配置以下关键参数,然后单击部署

    参数

    描述

    基本信息

    服务名称

    自定义服务名称,例如llm_gateway。

    资源配置

    部署资源

    LLM-智能路由的资源配置。默认配置如下:

    • 最小实例数:默认为2。建议您将最小实例数至少设置为2,以确保智能路由能够多实例运行。

    • CPU:默认为2核。

    • 内存:默认为4 GB。

    调度资源

    LLM-Scheduler调度资源。默认为:

    • CPU:2核。

    • 内存:4 GB。

    推理引擎

    请选择您在镜像中使用的推理框架,目前支持以下框架类型:

    • PAI-BladeLLM

    • vLLM

    • SGLang

    调度策略

    系统基于调度策略选择后端最佳推理实例。支持以下几种调度策略:

    • 请求匹配:KV Cache亲和性调度,是一种综合性调度策略,基于多项指标进行决策。将相似请求转发到对应缓存KV-Cache的实例中处理,从而使请求的处理效率最大化。使用时,需将引擎的prefix-caching功能打开。

    • 基于LLM指标:基于LLM服务的各项监控指标,智能分配服务流量,保证资源利用效率最大化。

    • 最少请求:将请求尽可能均匀地分配到各个服务器上,以减少某些服务器过载的可能性。该策略优先选择当前请求数最少的服务器,从而平衡服务器的负载。

    • PD分离:在Prefill-Decode分离的LLM部署方案中,选择该策略可最大化提升调度效率。

部署成功后,系统会自动创建一个群组服务,命名格式为group_LLM智能路由服务名称。您可以前往模型在线服务(EAS)页面的灰度发布页签进行查看。image

说明

由于智能路由与服务队列存在冲突,只能在服务群组中添加其中一个。

方式二:通过JSON独立部署

  1. 登录PAI控制台,在页面上方选择目标地域,并在右侧选择目标工作空间,然后单击进入EAS

  2. 模型在线服务(EAS)页面,单击部署服务,然后在自定义模型部署区域,单击JSON独立部署

  3. JSON文本编辑框中配置以下内容,然后单击部署

    其中关键配置说明如下,其他参数配置说明,请参见JSON部署参数说明

    • metadata.type:配置为LLMGatewayService,即可部署LLM智能路由服务。服务部署成功后,EAS会自动创建一个组合服务,包含LLM-GatewayLLM-Scheduler,其中

      • LLM-Gateway的资源使用该服务的配置。

      • LLM-Scheduler默认的资源配置为4CPU4 GB内存。

    • metadata.instance:即LLM-Gateway实例数,建议至少设置为2,以防止单点故障。

    配置文件内容示例如下,您可以使用基础配置部署LLM智能路由服务,如果基础配置无法满足您的需求,您还可以进行高阶配置。

    • 基础配置

      {
          "cloud": {
              "computing": {
                  "instance_type": "ecs.c7.large"
              }
          },
          "metadata": {
              "type": "LLMGatewayService",
              "cpu": 4,
              "group": "group_llm_gateway",
              "instance": 2,
              "memory": 4000,
              "name": "llm_gateway"
          }
      }
    • 高阶配置

      {
          "cloud": {
              "computing": {
                  "instance_type": "ecs.c7.large"
              }
          },
          "llm_gateway": {
              "infer_backend": "vllm",
              "max_queue_size": 128,
              "retry_count": 2,
              "wait_schedule_timeout": 5000,
              "wait_schedule_try_period": 500
          },
          "llm_scheduler": {
              "cpu": 4,
              "memory": 4000,
              "policy": "prefix-cache"
          },
          "metadata": {
              "cpu": 2,
              "group": "group_llm_gateway",
              "instance": 2,
              "memory": 4000,
              "name": "llm_gateway",
              "type": "LLMGatewayService"
          }
      }

      其中关键配置说明如下:

      配置

      说明

      llm_gateway.infer_backend

      大语言模型使用的推理框架,支持:

      • vllm

      • bladellm

      • sglang

      未配置时,系统可根据LLM服务配置自动识别推理引擎。

      llm_gateway.max_queue_size

      LLM Gateway缓存队列的最大长度,默认是512。

      当超过后端推理框架处理能力时,多余的请求会缓存在该队列,等待调度。

      llm_gateway.retry_count

      重试次数,默认是2。当后端推理实例异常时,进行请求重试并转发到新的实例。

      llm_gateway.wait_schedule_timeout

      当后端引擎处于满负荷时,请求会间隔的尝试进行调度。该参数表示尝试调度地时间,默认为10秒。

      llm_gateway.wait_schedule_try_period

      表示每次尝试调度的间隔时间,默认为1秒。

      llm_scheduler.cpu

      指定LLM-SchedulerCPU,默认为4核。

      llm_scheduler.memory

      指定LLM-SchedulerMemory,默认为4 GiB。

      llm_scheduler.instance_type

      指定LLM-Scheduler的实例规格,与llm_scheduler.cpu/llm_scheduler.memory二选一配置,因该规格已经定义了CPU核数和内存大小,无需单独配置CPUMemory。

      llm_scheduler.policy

      调度策略,取值如下:

      • prefix-cache(默认值):KV Cache亲和性调度,是一种综合性调度策略,基于多项指标进行决策(包括llm-metric-basedleast-request指标信息)。将相似请求转发到对应缓存KV-Cache的实例中处理,从而使请求的处理效率最大化。使用时,需将引擎的prefix-caching功能打开。

        llm-metric-based:基于LLM服务的各项监控指标,智能分配服务流量,保证资源利用效率最大化。

        least-request:将请求尽可能均匀地分配到各个服务器上,以减少某些服务器过载的可能性。该策略优先选择当前请求数最少的服务器,从而平衡服务器的负载。

        pd-split:在Prefill-Decode分离的LLM部署方案中,选择该策略可最大化提升调度效率。

部署大语言模型(LLM)服务

您可以通过EAS场景化部署一键部署LLM大语言模型服务,也可以通过Model Gallery实现一键部署。本文以EAS场景化部署为例,具体操作步骤如下:

  1. 登录PAI控制台,在页面上方选择目标地域,并在右侧选择目标工作空间,然后单击进入EAS

  2. 模型在线服务(EAS)页面,单击部署服务。然后在部署服务页面,选择LLM大语言模型部署,并配置以下关键参数,其他参数配置说明,请参见控制台自定义部署参数说明

    说明
    • 请选择与LLM智能路由服务一致的推理引擎。

    • 当使用vLLM加速部署,并且LLM智能路由服务的调度策略选择请求匹配时,需将引擎的prefix-caching功能打开。

    • 支持通过单击右上角的切换为自定义部署按钮,更新相关参数(如运行命令等)。

    参数

    描述

    基本信息

    版本选择

    支持选择以下两种版本:

    • 开源模型一键部署:使用该版本时,请选择支持vLLM、BladeLLMSGLang加速引擎的模型类别。

    • 高性能部署:使用BladeLLM引擎快速部署LLM服务。请选择镜像版本和模型配置。

    服务功能

    LLM智能路由

    打开LLM智能路由开关,并选择已创建的LLM智能路由。

  3. 参数配置完成后,单击部署

访问服务

获取服务访问地址和Token

  1. 登录PAI控制台,在页面上方选择目标地域,并在右侧选择目标工作空间,然后单击进入EAS

  2. 单击LLM智能路由服务的服务方式列下的调用信息

  3. 调用信息页面,查询服务访问地址和Token。image

  4. 配置服务访问地址。

    • 访问地址配置规则:<LLM智能路由访问地址>/<LLM服务请求接口>。其中:

      • <LLM智能路由访问地址>为步骤3查询的访问地址,例如http://175805416243****.cn-beijing.pai-eas.aliyuncs.com/api/predict/group_llm_gateway.llm_gateway

      • <LLM服务请求接口>为LLM服务API请求接口,例如:v1/completions

    • 访问地址示例值为:http://175805416243****.cn-beijing.pai-eas.aliyuncs.com/api/predict/group_llm_gateway.llm_gateway/v1/completions

访问测试

在终端中,执行以下命令访问服务。

curl -H "Authorization: xxxxxx" -H "Content-Type: application/json" http://********.cn-beijing.pai-eas.aliyuncs.com/api/predict/<服务群组名称>.<LLM智能路由名称>/v1/completions -d '{"model": "llama2", "prompt": "I need your help writing an article. I will provide you with some background information to begin with. And then I will provide you with directions to help me write the article.", "temperature": 0.0, "best_of": 1, "n_predict": 34, "max_tokens": 34, "stream": true}'

其中:

  • "Authorization: xxxxxx":配置为上述步骤已获取的Token。

  • http://********.cn-beijing.pai-eas.aliyuncs.com/api/predict/<服务群组名称>.<LLM智能路由名称>/v1/completions:更新为上述步骤已配置的访问地址。

返回结果示例如下:

data: {"id":"0d9e74cf-1025-446c-8aac-89711b2e****","choices":[{"finish_reason":"","index":0,"logprobs":null,"text":"\n"}],"object":"text_completion","usage":{"prompt_tokens":36,"completion_tokens":1,"total_tokens":37},"error_info":null}

data: {"id":"0d9e74cf-1025-446c-8aac-89711b2e****","choices":[{"finish_reason":"","index":0,"logprobs":null,"text":"\n"}],"object":"text_completion","usage":{"prompt_tokens":36,"completion_tokens":2,"total_tokens":38},"error_info":null}

data: {"id":"0d9e74cf-1025-446c-8aac-89711b2e****","choices":[{"finish_reason":"","index":0,"logprobs":null,"text":""}],"object":"text_completion","usage":{"prompt_tokens":36,"completion_tokens":3,"total_tokens":39},"error_info":null}

...

[DONE]

查看服务监控指标

服务测试完成后,您可以通过查看服务监控指标,来了解服务的性能。具体操作步骤如下:

  1. 模型在线服务(EAS)页面,单击已部署的LLM智能路由服务的日志/监控列下的image

  2. 监控页签,查看以下指标信息。

    Token Throughput

    LLM输入和输出Token的吞吐量image

    • IN:表示LLM输入Token的吞吐量。

    • OUT:表示LLM输出Token的吞吐量。

    GPU Cache Usage

    LLM Engine GPU KV Cache的使用率

    image

    Engine Current Requests

    LLM Engine实时请求并发数

    image

    • Running:LLM Engine正在执行的请求数量。

    • Waiting:LLM Engine等待队列中的请求数量。

    Gateway Current Requests

    LLM智能路由实时请求数

    image

    • Total:LLM智能路由当前总共接收的请求数量(总实时并发数)。

    • Pending:LLM Engine未处理的缓存在LLM智能路由中的请求数。

    Time To First Token

    请求的首包延时

    image

    • Max:请求首包延迟的最大值。

    • Avg:请求首包延迟的平均值。

    • Min:请求首包延迟的最小值。

    • TPxx:请求首包延迟的各个分位点值。

    Time Per Output Token

    请求的每包延时

    image

    • Max:请求每包延迟的最大值。

    • Avg:请求每包延迟的平均值。

    • Min:请求每包延迟的最小值。

    • TPxx:请求每包延迟的各个分位点值。

附录:测试结果对比

通过对Distill-Qwen-7B、QwQ-32BQwen2.5-72b三个模型进行测试,发现LLM智能路由在推理服务的速度和吞吐上有显著的性能提升,具体的测试环境和测试结果如下:

重要

以下测试结果仅供参考,实际表现请以您的实际测试结果为准。

测试环境

配置项

Distill-Qwen-7B

QwQ-32B

Qwen2.5-72b

调度策略

prefix-cache

prefix-cache

prefix-cache

测试数据(多轮对话)

ShareGPT_V3_unfiltered_cleaned_split.json

ShareGPT_V3_unfiltered_cleaned_split.json

ShareGPT_V3_unfiltered_cleaned_split.json

测试的推理引擎

vLLM(0.7.3)

vLLM(0.7.3)

vLLM(0.7.3)

后端实例个数

5

5

5

卡型

ml.gu8tf.8.40xlarge

ml.gu8tf.8.40xlarge

ml.gu7xf.8xlarge-gu108

并发数

500

100

100

测试结果

监控指标

Distill-Qwen-7B

QwQ-32B

Qwen2.5-72b

LLM智能路由

使用LLM智能路由

效果提升

LLM智能路由

使用LLM智能路由

效果提升

LLM智能路由

使用LLM智能路由

效果提升

Successful requests

3698

3612

-

1194

1194

-

1194

1194

-

Benchmark duration

460.79 s

435.70 s

-

1418.54 s

1339.04 s

-

479.53 s

456.69 s

-

Total input tokens

6605953

6426637

-

2646701

2645010

-

1336301

1337015

-

Total generated tokens

4898730

4750113

-

1908956

1902894

-

924856

925208

-

Request throughput

8.03 req/s

8.29 req/s

+3.2%

0.84 req/s

0.89 req/s

+5.95%

2.49 req/s

2.61 req/s

+4.8%

Output token throughput

10631.17 tok/s

10902.30 tok/s

+2.5%

1345.72 tok/s

1421.08 tok/s

+5.6%

1928.66 tok/s

2025.92 tok/s

+5.0%

Total Token throughput

24967.33 tok/s

25652.51 tok/s

+2.7%

3211.52 tok/s

3396.38 tok/s

+5.8%

4715.34 tok/s

4953.56 tok/s

+5.0%

Mean TTFT

532.79 ms

508.90 ms

+4.5%

1144.62 ms

859.42 ms

+25.0%

508.55 ms

389.66 ms

+23.4%

Median TTFT

274.23 ms

246.30 ms

-

749.39 ms

565.61 ms

-

325.33 ms

190.04 ms

-

P99 TTFT

3841.49 ms

3526.62 ms

-

5339.61 ms

5027.39 ms

-

2802.26 ms

2678.70 ms

-

Mean TPOT

40.65 ms

39.20 ms

+3.5%

68.78 ms

65.73 ms

+4.4%

46.83 ms

43.97 ms

+4.4%

Median TPOT

41.14 ms

39.61 ms

-

69.19 ms

66.33 ms

-

45.37 ms

43.30 ms

-

P99 TPOT

62.57 ms

58.71 ms

-

100.35 ms

95.55 ms

-

62.29 ms

54.79 ms

-