支持私有化部署
AI知识库

53AI知识库

学习大模型的前沿技术与行业应用场景


【一文了解】Llama.cpp

发布日期:2025-04-05 13:04:09 浏览次数: 1579 作者:码农随心笔记
推荐语

探索开源大语言模型在多设备上的高效应用。

核心内容:
1. llama.cpp项目的目标和设计特点
2. 核心功能解析:模型推理、多轮对话、流式输出
3. 模型量化、采样策略和多平台支持

杨芳贤
53A创始人/腾讯云(TVP)最具价值专家
llama.cpp 是一个开源项目,它诞生的目的是将 Meta 的大语言模型(如 LLaMA1 - LLaMA3 等)高效地运行在各种设备上,尤其是 CPU 上。它的设计目标是轻量、跨平台、高性能,不依赖 GPU,也可以在手机、树莓派等资源有限的设备上运行。而且它是一个开源的项目,很适合开发者用来搭建本地大模型应用。
01

llama.cpp的功能


我们先来看看llama.cpp能实现哪些功能,能带来哪些便利:

  • 模型推理:加载预训练语言模型并在本地进行文本生成,无需联网。

  • 多轮对话:支持聊天模式,保留对话上下文,实现连续对话。

  • 流式输出:支持 token-by-token 的流式回复。(像 ChatGPT 一样)

  • 模型量化:支持多种量化格式(Q4, Q5, Q8 等),降低内存占用。

  • 多种采样策略:Top-k, Top-p, Temperature, Mirostat 等采样控制。

  • Tokenizer 支持:支持 SentencePiece / BPE 分词器,自动加载。

  • 模型格式支持:支持 GGUF 模型格式(推荐),兼容 LLaMA、Mistral 等。

  • 参数控制:支持设置 batch size、上下文长度、采样参数等。

  • API 服务:提供 HTTP / WebSocket 模式接口。(通过 `llama-server`)

  • 多平台支持:支持 Linux、macOS、Windows、iOS、Android、WASM。

  • 插件/集成:可嵌入到 C/C++ 应用中,也可被 Python/C#/Rust 等调用。

  • 推理优化:支持 SIMD 加速(AVX2/NEON)、KV 缓存、上下文复用。

  • 本地运行:所有内容可离线运行,无需联网,保护隐私,适合搭建含有非公开信息的个人知识库和企业知识库。

  • Prompt 模拟:支持模拟 ChatGPT prompt 模式,方便对接前端。

  • 工具支持:提供量化工具、模型格式转换工具、分词工具等。


我们选几个常用的功能加以解析:

1. 推理与聊天功能

 基础推理(单轮)

通过命令行或 API 传入 prompt,返回 LLM 生成的结果:

./main -m models/llama-2-7b.Q4_K_M.gguf -p "What is the capital of France?"

输出:

The capital of France is Paris.

多轮对话(聊天模式)

支持维护上下文,进行连续对话,例如运行以下指令:

./chat -m models/llama-2-7b.Q4_K_M.gguf

示例对话:

> Hello!Assistant: Hi! How can I help you today?
> What's 12 x 9?Assistant: 12 multiplied by 9 is 108.


2. 模型量化与加载

支持的量化格式(通过 `quantize` 工具):

格式
精度
优点
缺点
Q8_0
8-bit
精度高,性能好
占用较大
Q5_0 / Q5_K
5-bit
精度与性能折中
-
Q4_0 / Q4_K
4-bit
占用小,可在低端设备运行
精度略下降
GPTQ / AW
支持新量化方案(扩展)
需特定版本支持
-


通过量化,我们可以把原始模型从几十 GB 压缩到几 GB,适合在普通电脑运行。

多种采样策略

llama.cpp 实现了多种文本采样策略,用于控制输出的随机性和多样性:

  • Temperature:控制输出的创造性。(高温度更随机)

  • Top-k Sampling:从概率最高的 k 个 token 中采样。

  • Top-p Sampling (nucleus):从累积概率 p 的 token 中采样。

  • Mirostat:一种自适应采样策略,控制困惑度(更智能)。

  • Repeat penalty:降低重复 token 概率。


3. API 服务功能(通过 server 模块)

通过 `llama-server` 或社区项目,例如 `llama-cpp-python`,可以把 `llama.cpp` 部署为本地 API 服务。

示例:

./server -m models/llama-2-7b.Q4_K_M.gguf


提供 OpenAI 风格的 API 接口:

POST /v1/chat/completions{  "messages": [    {"role""user""content""Tell me a joke"}  ]}

llama.cpp 是一个功能强大且高效的大语言模型(LLM)推理引擎,尽管它不支持训练,但在推理方面,它具备丰富的功能,支持模型加载、聊天、流式输出、上下文管理、量化、API 接口等,它是使用Meta系列模型一款不可缺少的工具。


02

llama.cpp的架构


如果我们要用好llama.cpp,必须先了解这个开源框架的内容:

 用户接口层(CLI / API)  
main.cpp
命令行客户端
chat.cpp
聊天模式客户端
server.cpp
HTTP/WebSocket 服务接口
llama 推理引擎(llama.cpp / llama.h)
load model
模型加载
Tokenizer
分词器
推理逻辑
前向传播、KV 缓存、注意力
采样策略
Top-k, Top-p, 温度, Mirostat 等
prompt + history
上下文管理
GGML 张量计算库
ggml.c / ggml.h
核心张量库
static computation graph
支持静态计算图
底层优化
SIMD / AVX / NEON / Metal / CUDA
矩阵乘法、激活函数、RMSNorm、Softmax 等算子

量化与模型工具
quantize.c
模型量化工具
convert.py  
模型格式转换(如 HF → GGUF)
tokenizer scripts
分词器训练或转换脚本


1. 用户接口层(User Interface Layer)

这一层为用户提供了不同的使用方式:

文件
功能
main.cpp
主命令行接口。支持加载模型并运行 prompt 推理。
chat.cpp
聊天模式,维护对话上下文,支持多轮聊天。

server/

提供 HTTP / WebSocket API 接口,适合集成到服务中。


特点:

  • 简洁实用

  • 支持流式输出

  • 支持参数控制(温度、top-k 等)


2. llama 推理引擎(llama.cpp / llama.h)

这是 llama.cpp 的核心模块,负责构建模型、执行推理逻辑。它是面向用户的 API 层,封装了对 ggml 的调用。

主要功能:

组件
功能描述
llama_model
模型结构、权重、超参数管理
llama_context
推理上下文,包含 KV 缓存、token history 等
tokenizer
使用 `sentencepiece` 或内置 tokenizer 进行分词
llama_eval()
前向传播,输入 token,生成 logits
sampling.c
采样策略,生成下一个 token


特点:

  • 封装良好

  • 支持流式生成

  • 支持多种采样策略


3. GGML(计算图与张量计算库)

ggml是 llama.cpp 的底层计算引擎,用于高效地在 CPU 上执行神经网络推理。它不依赖外部库,完全用 C 语言实现。

特点:

特性
描述
静态计算图
使用静态图优化内存和计算路径
张量操作
支持加法、乘法、softmax、matmul、激活等
后端优化
支持 AVX2 / AVX512 / NEON / Metal / CUDA 计算
内存管理
使用 Arena-style 内存池,避免频繁 malloc/free
多线程
支持 CMake 选项开启并行计算(例如 OpenMP)


优势:

  • 极致的轻量化

  • 原生 SIMD 支持

  • 可自编译为 WebAssembly、iOS、安卓等平台


4. 模型与量化工具

支持将 HuggingFace 或原始 PyTorch 模型转换为 llama.cpp 使用的格式(推荐使用 GGUF)。

工具介绍:

工具
描述
convert.py
将原始模型(HF 格式)转换为 GGUF 格式
quantize.c
支持多种量化格式,如 Q4_0, Q5_1, Q8_0
tokenizer
支持加载 sentencepiece 模型进行分词


GGUF 格式介绍:

  • 替代旧的 `.bin` 格式,gguf已成为一种流行的模型格式。

  • 支持 metadata、tokenizer、模型结构、量化参数。

  • 更易于跨平台和版本兼容。


根据官方资料,我们总结了 llama.cpp 架构的设计理念:

  • 轻量化:不依赖 Python、CUDA,仅用 C/C++ 实现

  • 跨平台:支持 Linux、macOS、Windows、iOS、Android、WASM

  • 高性能:SIMD 加速、支持量化、低内存占用

  • 模块化:分层清晰,易于扩展(如插件式采样策略)


04

总结



最后我们来总结一下llama.cpp的能力:

  • 模型推理:支持多种 LLM 的本地运行与文本生成

  • 聊天对话:多轮上下文对话、角色扮演

  • 流式输出:实时 token 输出

  • 高效运行:支持量化、SIMD、多线程、上下文复用

  • 模型工具:模型量化、转换、分析

  • 本地部署:支持 CPU-only、Android、iOS、等平台

  • API 服务:可作为后端接口服务部署

  • 多语言接入:支持 Python / C++ / Rust 等语言调用


llama.cpp 以其高性能、灵活性和易用性著称,适用于研究和生产环境。不仅功能强大,对初学者也十分友好,官方文档和示例代码丰富,便于快速上手和二次开发。它是一个高度模块化和可扩展的库,适合自然语言处理任务,涵盖从基础到高级的多种功能,满足不同场景需求,为我们搭建大模型应用提供了更为便利的工具。

llama.cpp Github:https://github.com/ggml-org/llama.cpp


图片  --THE END--  图片


请点击本号阅读更多文章


53AI,企业落地大模型首选服务商

产品:场景落地咨询+大模型应用平台+行业解决方案

承诺:免费场景POC验证,效果验证后签署服务协议。零风险落地应用大模型,已交付160+中大型企业

联系我们

售前咨询
186 6662 7370
预约演示
185 8882 0121

微信扫码

添加专属顾问

回到顶部

加载中...

扫码咨询