在 A4 Slurm 叢集上訓練 Qwen2

本教學課程會說明如何在 Google Cloud的多節點、多 GPU Slurm 叢集上訓練大型語言模型 (LLM)。本教學課程使用的模型是以擁有 15 億個參數的 Qwen2 模型為基礎。Slurm 叢集使用兩部 a4-highgpu-8g 虛擬機器 (VM)，每部 VM 都有 8 個 NVIDIA B200 GPU。

本教學課程說明的兩個主要程序如下：

  1. 使用Google Cloud Cluster Toolkit 部署高效能的正式版 Slurm 叢集。在這個部署作業中，您會建立已預先安裝必要軟體的自訂 VM 映像檔。您也可以設定共用的 Filestore 執行個體，並設定高速 RDMA 網路。
  2. 叢集部署完成後，您可以使用本教學課程隨附的一組指令碼，執行分散式前置訓練工作。這項工作會運用 Hugging Face Accelerate 程式庫。

本教學課程適用於機器學習 (ML) 工程師、研究人員、平台管理員和營運人員，以及有興趣在 Google Cloud 部署高效能 Slurm 叢集來訓練大型語言模型的資料和 AI 專家。

目標

  • 使用 Hugging Face 存取 Qwen2 模型。
  • 準備環境。
  • 建立並部署正式級別的 A4 Slurm 叢集。
  • 使用 Accelerate 程式庫訓練 Qwen2 模型。
  • 監控工作。
  • 清除所用資源。

費用

在本文件中，您會使用下列 Google Cloud的計費元件：

如要根據預測用量估算費用，請使用 Pricing Calculator。

初次使用 Google Cloud 的使用者可能符合免費試用期資格。

事前準備

  1. 登入 Google Cloud 帳戶。如果您是 Google Cloud新手，歡迎 建立帳戶，親自評估產品在實際工作環境中的成效。新客戶還能獲得價值 $300 美元的免費抵免額，可用於執行、測試及部署工作負載。

  2. 安裝 Google Cloud CLI。

  3. 若您採用的是外部識別資訊提供者 (IdP)，請先使用聯合身分登入 gcloud CLI。

  4. 執行下列指令，初始化 gcloud CLI：

    gcloud init

  5. 建立或選取 Google Cloud 專案。

    選取或建立專案所需的角色

    • 選取專案：選取專案時，不需要具備特定 IAM 角色，只要您在專案中獲派角色，即可選取該專案。
    • 建立專案：如要建立專案，您需要「專案建立者」角色 (roles/resourcemanager.projectCreator)，其中包含 resourcemanager.projects.create 權限。瞭解如何授予角色。

    • 建立 Google Cloud 專案：

      gcloud projects create PROJECT_ID

      將 PROJECT_ID 替換為您要建立的 Google Cloud 專案名稱。

    • 選取您建立的 Google Cloud 專案：

      gcloud config set project PROJECT_ID

      將 PROJECT_ID 替換為 Google Cloud 專案名稱。

  6. 確認專案已啟用計費功能 Google Cloud 。

  7. 啟用必要的 API：

    啟用 API 時所需的角色

    如要啟用 API，您必須具備 serviceusage.services.enable 權限。如果您建立了專案，可能已透過「擁有者」角色 (roles/owner) 取得這項權限。否則，您可以透過「服務使用情形管理員」角色 (roles/serviceusage.serviceUsageAdmin) 取得這項權限。瞭解如何授予角色。 

    gcloud services enable compute.googleapis.com file.googleapis.com logging.googleapis.com cloudresourcemanager.googleapis.com servicenetworking.googleapis.com

  8. 安裝 Google Cloud CLI。

  9. 若您採用的是外部識別資訊提供者 (IdP)，請先使用聯合身分登入 gcloud CLI。

  10. 執行下列指令，初始化 gcloud CLI：

    gcloud init

  11. 建立或選取 Google Cloud 專案。

    選取或建立專案所需的角色

    • 選取專案：選取專案時，不需要具備特定 IAM 角色，只要您在專案中獲派角色，即可選取該專案。
    • 建立專案：如要建立專案，您需要「專案建立者」角色 (roles/resourcemanager.projectCreator)，其中包含 resourcemanager.projects.create 權限。瞭解如何授予角色。

    • 建立 Google Cloud 專案：

      gcloud projects create PROJECT_ID

      將 PROJECT_ID 替換為您要建立的 Google Cloud 專案名稱。

    • 選取您建立的 Google Cloud 專案：

      gcloud config set project PROJECT_ID

      將 PROJECT_ID 替換為 Google Cloud 專案名稱。

  12. 確認專案已啟用計費功能 Google Cloud 。

  13. 啟用必要的 API：

    啟用 API 時所需的角色

    如要啟用 API，您必須具備 serviceusage.services.enable 權限。如果您建立了專案，可能已透過「擁有者」角色 (roles/owner) 取得這項權限。否則，您可以透過「服務使用情形管理員」角色 (roles/serviceusage.serviceUsageAdmin) 取得這項權限。瞭解如何授予角色。 

    gcloud services enable compute.googleapis.com file.googleapis.com logging.googleapis.com cloudresourcemanager.googleapis.com servicenetworking.googleapis.com
    14.

  14. 將角色授予使用者帳戶。針對下列每個 IAM 角色，執行一次下列指令： roles/compute.admin, roles/iam.serviceAccountUser, roles/file.editor, roles/storage.admin, roles/serviceusage.serviceUsageAdmin, roles/compute.osAdminLogin, roles/iap.tunnelResourceAccessor 

    gcloud projects add-iam-policy-binding PROJECT_ID --member="user:USER_IDENTIFIER" --role=ROLE

    更改下列內容：

    • PROJECT_ID：專案 ID。
    • USER_IDENTIFIER：使用者帳戶的 ID。 例如：myemail@example.com。
    • ROLE：授予使用者帳戶的 IAM 角色。
  15. 為 Google Cloud 專案啟用預設服務帳戶： 
    gcloud iam service-accounts enable PROJECT_NUMBER-compute@developer.gserviceaccount.com \
    --project=PROJECT_ID

    將 PROJECT_NUMBER 替換為專案編號。如要查看專案編號，請參閱「 取得現有專案」。

  16. 將編輯者角色 (roles/editor) 授予預設服務帳戶：
    gcloud projects add-iam-policy-binding PROJECT_ID \
    --member="serviceAccount:PROJECT_NUMBER-compute@developer.gserviceaccount.com" \
    --role=roles/editor
  17. 為使用者帳戶建立本機驗證憑證： 
    gcloud auth application-default login
  18. 為專案啟用 OS 登入功能： 
    gcloud compute project-info add-metadata --metadata=enable-oslogin=TRUE
  19. 登入或建立 Hugging Face 帳戶。

使用 Hugging Face 存取 Qwen2

如要使用 Hugging Face 存取 Qwen2，請按照下列步驟操作：

  1. 簽署同意聲明協議，即可使用 Qwen 2 1.5B。

  2. 建立 read 存取權杖。

安裝 Cluster Toolkit

Cluster Toolkit 是開放原始碼工具，可簡化在 Google Cloud上部署高效能運算 (HPC)、人工智慧 (AI) 和機器學習 (ML) 工作負載的程序。如要進一步瞭解如何使用 gcluster 和管理叢集，請參閱 Cluster Toolkit 總覽。

  1. 準備 Cluster Toolkit 版本：

    export CLUSTER_TOOLKIT_TAG=v1.97.0

# Detect OS (linux or mac)
case "$(uname -s)" in
  Linux*)     OS="linux" ;;
  Darwin*)    OS="mac" ;;
  *)          echo "Error: Unsupported operating system: $(uname -s)" >&2; exit 1 ;;
esac

# Detect Architecture (amd64 or arm64)
case "$(uname -m)" in
  x86_64)     ARCH="amd64" ;;
  aarch64|arm64) ARCH="arm64" ;;
  *)          echo "Error: Unsupported architecture: $(uname -m)" >&2; exit 1 ;;
esac

  2. 下載版本：

    # Download and extract the platform-specific bundle
curl -LO "https://github.com/GoogleCloudPlatform/cluster-toolkit/releases/download/${CLUSTER_TOOLKIT_TAG}/gcluster_bundle_${OS}_${ARCH}.zip"
unzip "gcluster_bundle_${OS}_${ARCH}.zip" -d cluster-toolkit/
rm -f "gcluster_bundle_${OS}_${ARCH}.zip"

  3. 定義 gcluster 路徑：

    export CLUSTER_TOOLKIT_PATH="$(pwd)/cluster-toolkit"
export PATH="${CLUSTER_TOOLKIT_PATH}:${PATH}"
gcluster --version

準備環境

如要準備環境，請按照下列步驟操作：

  1. 設定預設環境變數： 

    export PROJECT_ID="YOUR_PROJECT_ID"
export CLUSTER_NAME="YOUR_CLUSTER_NAME"
export ZONE="YOUR_ZONE"
export REGION="YOUR_REGION"
export RESERVATION_URL="RESERVATION_NAME"
export GCS_BUCKET="YOUR_GCS_BUCKET"
export HF_TOKEN="YOUR_HF_TOKEN"

gcloud config set project "${PROJECT_ID}"
gcloud config set billing/quota_project "${PROJECT_ID}"

    更改下列內容：

    • YOUR_PROJECT_ID：要在其中建立 GKE 叢集的 Google Cloud 專案名稱。
    • YOUR_CLUSTER_NAME：要建立的 Slurm 叢集名稱。
    • YOUR_ZONE：預訂項目所在的可用區。
    • YOUR_REGION,：預訂項目所在的區域。
    • RESERVATION_NAME：您要用來建立 Slurm 叢集的預訂網址或名稱。
    • YOUR_GCS_BUCKET：儲存訓練檢查點結果的 bucket 名稱。建立值區前，請先瞭解值區命名規定。
    • YOUR_HF_TOKEN：您在稍早步驟中建立的 Hugging Face 權杖。

  2. 建立 Cloud Storage bucket：

    gcloud storage buckets create "gs://${GCS_BUCKET}" \
  --project="${PROJECT_ID}"

建立 A4 Slurm 叢集

如要建立 A4 Slurm 叢集，請按照下列步驟操作：

  1. 建立 a4high-slurm-deployment.yaml 檔案：

    MANIFEST_PATH="${CLUSTER_TOOLKIT_PATH}/examples/machine-learning/a4-highgpu-8g"
cat <<EOF > "${MANIFEST_PATH}/a4high-slurm-deployment.yaml"
terraform_backend_defaults:
  type: gcs
  configuration:
    bucket: ${GCS_BUCKET}

vars:
  deployment_name: ${CLUSTER_NAME}
  project_id: ${PROJECT_ID}
  region: ${REGION}
  zone: ${ZONE}
  a4h_cluster_size: 2
  a4h_reservation_name: ${RESERVATION_URL}
EOF

  2. 建立 Terraform 資訊清單：

    gcluster create \
  -d "${MANIFEST_PATH}/a4high-slurm-deployment.yaml" \
  "${MANIFEST_PATH}/a4high-slurm-blueprint.yaml" \
  -o "${CLUSTER_NAME}"

  3. 修補資訊清單：

    sed -i '/deletion_protection = {/,/}/ { s/enabled = true/enabled = false/; /reason  = "Avoid data loss"/d; }' "${CLUSTER_NAME}/${CLUSTER_NAME}/cluster-env/main.tf"

  4. 部署叢集：

    gcluster deploy "${CLUSTER_NAME}/${CLUSTER_NAME}" --auto-approve

    gcluster deploy 指令包含兩個階段，如下所示：

    • 第一階段會建構預先安裝所有軟體的自訂映像檔，最多可能需要 50 分鐘才能完成。

    • 第二階段會使用該自訂映像檔部署叢集。這個程序通常比第一階段更快完成。

    如果第一階段成功，但第二階段失敗，您可以嘗試略過第一階段，再次部署 Slurm 叢集：

    gcluster deploy "${CLUSTER_NAME}" --auto-approve --skip "image" -w

準備工作負載

如要準備工作負載，請按照下列步驟操作：

  1. 建立工作負載指令碼。

  2. 將指令碼上傳至 Slurm 叢集。

  3. 連線至 Slurm 叢集。

  4. 安裝架構和工具。

建立工作負載指令碼

如要建立訓練工作負載使用的指令碼，請按照下列步驟操作：

  1. 如要設定 Python 虛擬環境，請建立 install_environment.sh 檔案，並加入下列內容：

    #!/bin/bash
# This script should be run ONCE on the login node to set up the
# shared Python virtual environment.

set -e
echo "--- Creating Python virtual environment in /home ---"
python3 -m venv ~/.venv
echo "--- Activating virtual environment ---"
source ~/.venv/bin/activate

echo "--- Installing build dependencies ---"
pip install --upgrade pip wheel packaging

echo "--- Installing PyTorch for CUDA 12.8 ---"
pip install torch --index-url https://download.pytorch.org/whl/cu128

echo "--- Installing application requirements ---"
pip install -r requirements.txt

echo "--- Environment setup complete. You can now submit jobs with sbatch. ---"

  2. 如要指定微調工作的設定，請建立 accelerate_config.yaml 檔案，並加入下列內容：

    compute_environment: "LOCAL_MACHINE"
distributed_type: "FSDP"
downcast_bf16: "no"
fsdp_config:
  fsdp_auto_wrap_policy: "TRANSFORMER_BASED_WRAP"
  fsdp_backward_prefetch: "BACKWARD_PRE"
  fsdp_cpu_ram_efficient_loading: true
  fsdp_forward_prefetch: false
  fsdp_offload_params: false
  fsdp_sharding_strategy: "FULL_SHARD"
  fsdp_state_dict_type: "SHARDED_STATE_DICT"
  fsdp_transformer_layer_cls_to_wrap: "Qwen2DecoderLayer"
machine_rank: 0
main_training_function: "main"
mixed_precision: "bf16"
num_machines: 2
num_processes: 16
rdzv_backend: "static"
same_network: true
tpu_env: []
use_cpu: false

  3. 如要指定工作在 Slurm 叢集上執行的工作，請建立 submit.slurm 檔案，並加入下列內容：

    #SBATCH --job-name=qwen2-pretrain-smollm-fineweb
#SBATCH --nodes=2
#SBATCH --ntasks-per-node=1  # 1 main srun task on the node that manages accelerate
#SBATCH --gpus-per-node=8    # access to all 8 GPUs on the node
#SBATCH --partition=a4high
#SBATCH --output=logs/slurm-%j.out
#SBATCH --error=logs/slurm-%j.err

set -euo pipefail
echo "--- Slurm Job Started ---"

# --- STAGE 1: Setup environment and pre-process data on each node's local SSD ---
srun --ntasks=$SLURM_NNODES --ntasks-per-node=1 --gpu-bind=none bash -c '
  set -e
  echo "Setting up local environment on $(hostname)..."
  LOCAL_VENV="/mnt/localssd/venv_job_${SLURM_JOB_ID}"
  LOCAL_CACHE="/mnt/localssd/hf_cache_job_${SLURM_JOB_ID}"
  PROCESSED_DATA_DIR="/mnt/localssd/processed_data_${SLURM_JOB_ID}"
  LOCAL_TMP="/mnt/localssd/tmp_job_${SLURM_JOB_ID}"

  rsync -a --info=progress2 ~/.venv/ ${LOCAL_VENV}/
  mkdir -p ${LOCAL_CACHE} ${PROCESSED_DATA_DIR} ${LOCAL_TMP}

  echo "Pre-processing data on $(hostname)..."
  source ${LOCAL_VENV}/bin/activate
  export TMPDIR="${LOCAL_TMP}"
  export TEMP="${LOCAL_TMP}"
  export TMP="${LOCAL_TMP}"
  export HF_HOME="${LOCAL_CACHE}"
  export HF_DATASETS_CACHE="${LOCAL_CACHE}"
  export HF_MODULES_CACHE="${LOCAL_CACHE}/modules"
  export HF_METRICS_CACHE="${LOCAL_CACHE}/metrics"

  python "${HOME}/preprocess_data.py" \
    --dataset_name "HuggingFaceFW/fineweb-edu" \
    --dataset_config "CC-MAIN-2024-10" \
    --tokenizer_id "Qwen/Qwen2-1.5B" \
    --max_seq_length 1024 \
    --output_path ${PROCESSED_DATA_DIR}

  echo "Setup on $(hostname) complete."
'

# --- STAGE 2: Run the Training Job using the Local Environment ---
echo "--- Starting Training ---"

LOCAL_VENV="/mnt/localssd/venv_job_${SLURM_JOB_ID}"
PROCESSED_DATA_DIR="/mnt/localssd/processed_data_${SLURM_JOB_ID}"
LOCAL_OUTPUT_DIR="/mnt/localssd/outputs_${SLURM_JOB_ID}"

export MASTER_ADDR=$(scontrol show hostnames "$SLURM_JOB_NODELIST" | head -n 1)
export MASTER_PORT=29505

# Network and initialization debugging configurations
export NCCL_DEBUG=INFO
export NCCL_DEBUG_SUBSYS=INIT,COLL
export TORCH_DISTRIBUTED_DEBUG=INFO
export NCCL_IB_DISABLE=0

# Launching with full GPU access enabled for accelerate
srun --ntasks=$SLURM_NNODES --ntasks-per-node=1 --gpu-bind=none bash -c "
  mkdir -p ${LOCAL_OUTPUT_DIR}
  source ${LOCAL_VENV}/bin/activate

  # Reset the forced Slurm isolation to expose all 8 GPUs to the processes
  unset CUDA_VISIBLE_DEVICES

  # Retrieve the default network device.
  DETECTED_IFACE=\$(ip route show | grep default | awk '{print \$5}' | head -n 1)
  echo \"[INFO] Automatically detected cluster network interface: \$DETECTED_IFACE\"

  # Dynamic injection of the detected interface into the network configuration
  export NCCL_SOCKET_IFNAME=\"\${DETECTED_IFACE},gpu*\"
  export TP_SOCKET_IFNAME=\"\${DETECTED_IFACE}\"
  export GLOO_SOCKET_IFNAME=\"\${DETECTED_IFACE}\"

  accelerate launch \
    --config_file ~/accelerate_config.yaml \
    --num_machines \$SLURM_NNODES \
    --num_processes \$((SLURM_NNODES * 8)) \
    --machine_rank \$SLURM_NODEID \
    --main_process_ip \$MASTER_ADDR \
    --main_process_port \$MASTER_PORT \
    train.py \
      --model_config_id 'Qwen/Qwen2-1.5B' \
      --preprocessed_data_path ${PROCESSED_DATA_DIR} \
      --output_dir ${LOCAL_OUTPUT_DIR} \
      --per_device_train_batch_size 4 \
      --gradient_accumulation_steps 4 \
      --max_steps 10000 \
      --learning_rate 5e-5 \
      --save_strategy steps \
      --save_steps 500 \
      --logging_steps 1
"

# --- STAGE 3: Copy Final Model from Local SSD to Home Directory ---
echo "--- Copying final model from local SSD to /home ---"
mkdir -p ~/qwen2-from-scratch-on-smollm-fineweb/

srun --nodes=1 --ntasks=1 --ntasks-per-node=1 bash -c "
  rsync -a --info=progress2 ${LOCAL_OUTPUT_DIR}/ ~/qwen2-from-scratch-on-smollm-fineweb/
"

echo "--- Slurm Job Finished ---"

  4. 如要指定微調工作的依附元件，請建立 requirements.txt 檔案，並加入下列內容：

    # Hugging Face Libraries (Pinned to recent, stable versions for reproducibility)
transformers==4.53.3
datasets==4.0.0
accelerate==1.9.0
evaluate==0.4.5
bitsandbytes==0.46.1
trl==0.19.1
peft==0.16.0

# Other dependencies
tensorboard==2.20.0
protobuf==6.31.1
sentencepiece==0.2.0
    注意：本教學課程並未使用最新版本的 NVIDIA 和 PyTorch 依附元件。如需較新的依附元件，請參閱 NVIDIA 說明文件和 Pytorch 說明文件。

  5. 如要下載、權杖化及預先處理資料集，並轉換為可供訓練的格式，請建立 preprocess_data.py 檔案，並加入下列內容：

    import argparse
from datasets import load_dataset
from transformers import AutoTokenizer
import os
from itertools import chain

def get_args():
   parser = argparse.ArgumentParser(description="Download and preprocess a dataset.")
   parser.add_argument("--dataset_name", type=str, required=True)
   parser.add_argument("--dataset_config", type=str, required=True)
   parser.add_argument("--tokenizer_id", type=str, required=True)
   parser.add_argument("--max_seq_length", type=int, required=True)
   parser.add_argument("--output_path", type=str, required=True, help="Path to save the processed dataset.")
   return parser.parse_args()

def main():
   args = get_args()

   if os.path.exists(args.output_path) and os.listdir(args.output_path):
       print(f"Processed dataset already exists at {args.output_path}. Skipping.")
       return

   # 1. Load tokenizer
   tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(args.tokenizer_id)

   # 2. Load raw dataset
   print(f"Loading raw dataset {args.dataset_name}...")
   raw_dataset = load_dataset(args.dataset_name, name=args.dataset_config, split="train")

   # 3. Tokenize
   def tokenize_function(examples):
       return tokenizer(examples["text"])

   num_proc = os.cpu_count()
   print(f"Tokenizing dataset using {num_proc} processes...")
   print("Tokenizing dataset...")
   tokenized_dataset = raw_dataset.map(
       tokenize_function,
       batched=True,
       remove_columns=raw_dataset.column_names,
       desc="Running tokenizer on dataset",
       num_proc=num_proc,
   )

   # 4. Group texts
   def group_texts(examples):
       concatenated_examples = {k: list(chain.from_iterable(examples[k])) for k in examples.keys()}
       total_length = len(concatenated_examples[list(examples.keys())[0]])
       if total_length >= args.max_seq_length:
           total_length = (total_length // args.max_seq_length) * args.max_seq_length
       result = {
           k: [t[i : i + args.max_seq_length] for i in range(0, total_length, args.max_seq_length)]
           for k, t in concatenated_examples.items()
       }
       result["labels"] = result["input_ids"].copy()
       return result

   print("Grouping texts...")
   lm_dataset = tokenized_dataset.map(
       group_texts,
       batched=True,
       desc=f"Grouping texts in chunks of {args.max_seq_length}",
       num_proc=num_proc,
   )

   # 5. Save to disk
   print(f"Saving processed dataset to {args.output_path}...")
   lm_dataset.save_to_disk(args.output_path)
   print("Preprocessing complete.")

if __name__ == "__main__":
   main()

  6. 如要指定工作指令，請建立包含下列內容的 train.py 檔案：

    import torch
import argparse
from datasets import load_dataset, load_from_disk
import os
from transformers import (
    AutoConfig,
    AutoTokenizer,
    AutoModelForCausalLM,
    Trainer,
    TrainingArguments,
    DataCollatorForLanguageModeling,
)
from huggingface_hub import login

def get_args():
    parser = argparse.ArgumentParser()
    parser.add_argument("--model_config_id", type=str, default="Qwen/Qwen2-1.5B", help="Hugging Face model config to use for architecture.")
    # Data arguments - used if preprocessed data is not available
    parser.add_argument("--dataset_name", type=str, default="HuggingFaceFW/fineweb-edu", help="Hugging Face dataset for pre-training.")
    parser.add_argument("--dataset_config", type=str, default="CC-MAIN-2024-10", help="Config for the fineweb-edu dataset, e.g., 'CC-MAIN-2024-10'.")
    parser.add_argument("--preprocessed_data_path", type=str, default=None, help="Path to a preprocessed dataset on disk. If provided, skips download and processing.")
    # General arguments
    parser.add_argument("--hf_token", type=str, default=None, help="Hugging Face token for private models/tokenizers")
    parser.add_argument("--output_dir", type=str, default="qwen2-from-scratch-on-smollm-fineweb", help="Directory to save model checkpoints")

    # TrainingArguments
    parser.add_argument("--max_seq_length", type=int, default=1024, help="Maximum sequence length")
    parser.add_argument("--num_train_epochs", type=int, default=1, help="Number of training epochs")
    parser.add_argument("--max_steps", type=int, default=-1, help="If set to a positive number, it overrides num_train_epochs.")
    parser.add_argument("--per_device_train_batch_size", type=int, default=4, help="Batch size per device during training")
    parser.add_argument("--gradient_accumulation_steps", type=int, default=4, help="Gradient accumulation steps")
    parser.add_argument("--learning_rate", type=float, default=5e-5, help="Learning rate")
    parser.add_argument("--logging_steps", type=int, default=10, help="Log every X steps")
    parser.add_argument("--save_strategy", type=str, default="steps", help="Checkpoint save strategy")
    parser.add_argument("--save_steps", type=int, default=500, help="Save checkpoint every X steps")

    return parser.parse_args()

def main():
    args = get_args()

    # --- 1. Setup and Login ---
    if args.hf_token:
        login(args.hf_token)

    # --- 2. Load Tokenizer ---
    # We load the tokenizer from the specified config ID to ensure compatibility
    # with the model architecture (e.g., special tokens).
    tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(args.model_config_id)

    # --- 3. Initialize Model from Scratch ---
    print(f"Initializing a new model from {args.model_config_id} configuration...")
    config = AutoConfig.from_pretrained(args.model_config_id)
    model = AutoModelForCausalLM.from_config(config)

    print(f"Model has {model.num_parameters():,} parameters.")

    # --- 4. Load or Create and prepare the training dataset ---
    if args.preprocessed_data_path and os.path.exists(args.preprocessed_data_path):
        print(f"Loading preprocessed dataset from {args.preprocessed_data_path}...")

        # Synchronization of distributed processes
        local_rank = int(os.environ.get("LOCAL_RANK", -1))
        if local_rank != -1:
            # Introducing a minimal time offset per GPU to avoid I/O collisions.
            import time
            time.sleep(local_rank * 0.2)

        lm_dataset = load_from_disk(args.preprocessed_data_path, keep_in_memory=False)

    else:
        print("No preprocessed dataset found, starting from raw data...")
        raw_dataset = load_dataset(args.dataset_name, name=args.dataset_config, split="train")

        # Tokenization function
        def tokenize_function(examples):
            return tokenizer(examples["text"])

        tokenized_dataset = raw_dataset.map(
            tokenize_function,
            batched=True,
            remove_columns=raw_dataset.column_names,
            desc="Running tokenizer on dataset",
        )

        # Main data processing function that will concatenate all texts from our dataset
        # and generate chunks of max_seq_length.
        def group_texts(examples):
            # Concatenate all texts.
            concatenated_examples = {k: [item for sublist in examples[k] for item in sublist] for k in examples.keys()}
            total_length = len(concatenated_examples[list(examples.keys())[0]])
            # We drop the small remainder.
            if total_length >= args.max_seq_length:
                total_length = (total_length // args.max_seq_length) * args.max_seq_length
            # Split by chunks of max_len.
            result = {
                k: [t[i : i + args.max_seq_length] for i in range(0, total_length, args.max_seq_length)]
                for k, t in concatenated_examples.items()
            }
            result["labels"] = result["input_ids"].copy()
            return result

        lm_dataset = tokenized_dataset.map(
            group_texts,
            batched=True,
            desc=f"Grouping texts in chunks of {args.max_seq_length}",
        )


    # --- 5. Configure Training Arguments ---
    # Check for bfloat16 support
    use_bf16 = torch.cuda.is_available() and torch.cuda.is_bf16_supported()

    training_args = TrainingArguments(
        output_dir=args.output_dir,
        num_train_epochs=args.num_train_epochs,
        max_steps=args.max_steps,
        per_device_train_batch_size=args.per_device_train_batch_size,
        gradient_accumulation_steps=args.gradient_accumulation_steps,
        learning_rate=args.learning_rate,
        logging_steps=args.logging_steps,
        save_strategy=args.save_strategy,
        save_steps=args.save_steps,
        save_total_limit=2, # Optional: Limit the number of checkpoints
        bf16=use_bf16,
        fp16=not use_bf16,
        optim="adamw_torch",
        lr_scheduler_type="cosine",
        warmup_ratio=0.03,
        report_to="tensorboard",
        gradient_checkpointing=True,
        # Required for gradient checkpointing with some parallelization strategies
        gradient_checkpointing_kwargs={"use_reentrant": False},
    )

    # --- 6. Create Trainer and Start Training ---
    # Data collator will take care of creating batches for causal language modeling
    data_collator = DataCollatorForLanguageModeling(tokenizer=tokenizer, mlm=False)

    trainer = Trainer(
        model=model,
        args=training_args,
        train_dataset=lm_dataset,
        # eval_dataset=... # Optional: if you have a validation set
        tokenizer=tokenizer,
        data_collator=data_collator,
    )

    print("Starting training from scratch...")
    trainer.train()
    print("Training finished.")

    # --- 7. Save the final model ---
    print(f"Saving final model to {args.output_dir}")
    trainer.save_model()

if __name__ == "__main__":
    main()

將指令碼上傳至 Slurm 叢集

如要將上一節建立的指令碼上傳至 Slurm 叢集，請按照下列步驟操作：

  1. 擷取叢集的登入節點名稱，然後設定 LOGIN_NODE 變數：

    LOGIN_NODE="$(gcloud compute instances list \
                --project="${PROJECT_ID}" \
                --filter="labels.ghpc_deployment='${CLUSTER_NAME}' AND labels.slurm_instance_role='login'" \
                --format="value(name)" | head -n 1)"

    LOGIN_NODE 變數會儲存類似 ${CLUSTER_NAME}-login-001 的值。

  2. 建立防火牆規則：

    gcloud compute firewall-rules create allow-ssh-ingress-from-iap \
  --project="${PROJECT_ID}" \
  --network="${CLUSTER_NETWORK}" \
  --direction=INGRESS \
  --action=allow \
  --rules=tcp:22 \
  --source-ranges=35.235.240.0/20 \
  --description="Allow SSH ingress from Google Cloud Identity-Aware Proxy (IAP)"

  3. 將指令碼上傳至登入節點的主目錄：

    gcloud compute scp \
  --project="${PROJECT_ID}" \
  --zone="${ZONE}" \
  --tunnel-through-iap \
  ./install_environment.sh \
  ./requirements.txt \
  ./submit.slurm \
  ./accelerate_config.yaml \
  ./train.py \
  ./preprocess_data.py \
  "${LOGIN_NODE}":~/

連線至 Slurm 叢集

透過 SSH 連線至登入節點，連線至 Slurm 叢集：

gcloud compute ssh "${LOGIN_NODE}" \
    --project="${PROJECT_ID}" \
    --tunnel-through-iap \
    --zone="${ZONE}"
    -- -t "export HF_TOKEN='${HF_TOKEN}'; bash -l"

安裝架構和工具

連線至登入節點後，請執行下列步驟來安裝架構和工具：

  1. 設定 Python 虛擬環境和所有必要依附元件：

    chmod +x install_environment.sh
./install_environment.sh

開始預先訓練工作負載

如要開始訓練工作負載，請按照下列步驟操作：

  1. 將工作提交至 Slurm 排程器：

    sbatch submit.slurm

  2. 在 Slurm 叢集的登入節點上，您可以檢查 home 目錄中建立的輸出檔案，監控工作進度：

    tail -f ~/logs/slurm-1.err # (or .out, depending on where the script is currently sending logs)

    如果工作順利啟動，.err 檔案會顯示進度列，並隨著工作進度更新。

監控工作負載

您可以監控 Slurm 叢集中的 GPU 使用情形，確認微調作業是否有效率地執行。如要這麼做，請在瀏覽器中開啟下列連結：

https://console.cloud.google.com/monitoring/metrics-explorer?project=PROJECT_ID&pageState=%7B%22xyChart%22%3A%7B%22dataSets%22%3A%5B%7B%22timeSeriesFilter%22%3A%7B%22filter%22%3A%22metric.type%3D%5C%22agent.googleapis.com%2Fgpu%2Futilization%5C%22%20resource.type%3D%5C%22gce_instance%5C%22%22%2C%22perSeriesAligner%22%3A%22ALIGN_MEAN%22%7D%2C%22plotType%22%3A%22LINE%22%7D%5D%7D%7D

你也可以直接在終端機中輸入指令：

open "https://console.cloud.google.com/monitoring/metrics-explorer?project=${PROJECT_ID}&pageState=%7B%22xyChart%22%3A%7B%22dataSets%22%3A%5B%7B%22timeSeriesFilter%22%3A%7B%22filter%22%3A%22metric.type%3D%5C%22agent.googleapis.com%2Fgpu%2Futilization%5C%22%20resource.type%3D%5C%22gce_instance%5C%22%22%2C%22perSeriesAligner%22%3A%22ALIGN_MEAN%22%7D%2C%22plotType%22%3A%22LINE%22%7D%5D%7D%7D"

監控工作負載時，您可以查看下列資訊：

  • GPU 使用率：如果微調工作正常運作，您應該會看到所有 16 個 GPU (叢集中每個 VM 有 8 個 GPU) 的使用率在訓練期間上升並穩定在特定程度。測試

  • 工作時間：這項工作大約需要一小時才能完成。

下載模型

成功執行工作後，訓練好的模型會儲存在登入節點的 ~/qwen2-from-scratch-on-smollm-fineweb/ 目錄中。由於這個持續性共用目錄會掛接至叢集中的所有節點，因此即使作業完成或運算節點解除分配，模型檢查點仍可供使用。

您可以使用 gcloud compute scp 指令，將儲存的模型從登入節點下載至本機電腦，如下列範例所示：

# From your local machine
gcloud compute scp --project="${PROJECT_ID}" --zone="${ZONE}" --tunnel-through-iap \
  "${LOGIN_NODE}":~/qwen2-from-scratch-on-smollm-fineweb/ ./qwen2-trained-model/ --recurse

下載模型後，您可以執行下列操作：

  • 載入模型以進行推論：使用 Hugging Face Transformers 架構載入 qwen2-trained-model/ 目錄，並使用新訓練的 Qwen2 模型執行推論。
  • 額外微調：將儲存的檢查點做為起點，針對更具體的資料集進行額外微調。
  • 將模型推送至 Hugging Face Hub：將訓練好的模型推送至 Hugging Face Hub，即可與他人分享。

清除所用資源

為避免因為本教學課程所用資源，導致系統向 Google Cloud 帳戶收取費用，請刪除含有相關資源的專案，或者保留專案但刪除個別資源。

刪除資源

  1. 如要刪除 Slurm 叢集，請按照下列步驟操作：

    ./gcluster destroy "${CLUSTER_NAME}" --auto-approve

  2. 如要刪除 Cloud Storage bucket，請按照下列步驟操作：

    gcloud storage buckets delete "gs://${GCS_BUCKET}" --quiet || true

  3. 如要刪除 Packer 映像檔，請開啟網路瀏覽器，前往下列頁面，搜尋特定映像檔，然後按一下「刪除」。

    http://console.cloud.google.com/compute/images

  4. 如要刪除與專案相關聯的所有虛擬私有雲網路、防火牆規則、路由器、IP 和子網路，請按照下列步驟操作：

    echo "========================================================================="
echo " STARTING AUTOMATED NETWORK CLEANUP FOR CLUSTER: ${CLUSTER_NAME}"
echo "========================================================================="

echo "Discovering all VPC networks linked to the cluster..."
NETWORKS=$(gcloud compute networks list --project="${PROJECT_ID}" --format="value(name)" | grep "^${CLUSTER_NAME}" || true)

if [ -z "${NETWORKS}" ]; then
    echo "No VPC networks found starting with ${CLUSTER_NAME}. Everything is already clean!"
    exit 0
fi

echo "Found the following networks to process:"
echo "${NETWORKS}"
echo "-------------------------------------------------------------------------"

echo "=== 1. Wiping Global Firewall Rules ==="
FIREWALL_RULES=$(gcloud compute firewall-rules list \
    --project="${PROJECT_ID}" \
    --filter="network ~ ^${CLUSTER_NAME} OR name ~ ^${CLUSTER_NAME}" \
    --format="value(name)" || echo "")

if [ -n "${FIREWALL_RULES}" ]; then
    echo "Deleting matching firewall rules:"
    echo "${FIREWALL_RULES}"
    echo "${FIREWALL_RULES}" | xargs -r gcloud compute firewall-rules delete --project="${PROJECT_ID}" --quiet
else
    echo "No matching firewall rules found."
fi

echo "=== 2. Tearing Down Network-Specific Infrastructure ==="
echo "${NETWORKS}" | while read -r net_name; do
    [ -z "${net_name}" ] && continue
    echo "Processing resources for network: ${net_name}"

    ROUTERS=$(gcloud compute routers list \
        --project="${PROJECT_ID}" \
        --regions="${REGION}" \
        --filter="network=${net_name}" \
        --format="value(name)" || echo "")

    if [ -n "${ROUTERS}" ]; then
        echo "  -> Deleting routers: ${ROUTERS}"
        echo "${ROUTERS}" | xargs -r gcloud compute routers delete --region="${REGION}" --project="${PROJECT_ID}" --quiet
    fi

    IPS=$(gcloud compute addresses list \
        --project="${PROJECT_ID}" \
        --regions="${REGION}" \
        --filter="name ~ ^${net_name}" \
        --format="value(name)" || echo "")

    if [ -n "${IPS}" ]; then
        echo "  -> Deleting IP reservations: ${IPS}"
        echo "${IPS}" | xargs -r gcloud compute addresses delete --region="${REGION}" --project="${PROJECT_ID}" --quiet
    fi

    SUBNETS=$(gcloud compute networks subnets list \
        --project="${PROJECT_ID}" \
        --regions="${REGION}" \
        --filter="network=${net_name}" \
        --format="value(name)" || echo "")

    if [ -n "${SUBNETS}" ]; then
        echo "  -> Deleting subnetworks:"
        echo "${SUBNETS}"
        echo "${SUBNETS}" | xargs -r gcloud compute networks subnets delete --region="${REGION}" --project="${PROJECT_ID}" --quiet
    fi
done

echo "-------------------------------------------------------------------------"
echo "Waiting 15 seconds for Google Cloud API dependencies to unlock..."
sleep 15

echo "=== 3. Final VPC Networks Destruction ==="
echo "${NETWORKS}" | while read -r net_name; do
    [ -z "${net_name}" ] && continue
    echo "Deleting core VPC network: ${net_name}..."
    gcloud compute networks delete "${net_name}" --project="${PROJECT_ID}" --quiet || \
    echo "Warning: Could not delete ${net_name} yet. If a lock occurred, please rerun in 1 minute."
done

echo "========================================================================="
echo " SUCCESS: All network resources for cluster ${CLUSTER_NAME} have been wiped!"
echo "========================================================================="

刪除專案

刪除 Google Cloud 專案：

gcloud projects delete PROJECT_ID

後續步驟