这两天在看大模型长时记忆的一些实现方法，然后看到了这样一个开源项目：MemGPT，又称 Memory GPT，专门用来管理大模型的记忆。这可能是目前管理大模型记忆的最专业的框架和思路了。

GitHub：https://github.com/cpacker/MemGPT

• • Building persistent LLM agents with long-term memory

今天我们来看下 MemGPT 背后的实现原理，看看大佬是怎么实现大模型记忆管理和长时记忆的。并上手体验一下。

0. 实现原理

论文原文：MemGPT: Towards LLMs as Operating Systems

从论文的题目：MemGPT: Towards LLMs as Operating Systems，就可以看出大体的实现思路，它借鉴传统操作系统虚拟内存管理的方式，通过对记忆分层，智能管理不同存储层，在LLM的有限上下文窗口内提供扩展的上下文。在文档分析和多会话聊天两个领域中，MemGPT克服了现代LLM的上下文窗口限制，提高了性能。

0.1 记忆分层

MemGPT受操作系统启发，实现了一个多级存储架构。在这个架构中，有两种主要的内存类型：主上下文（类似于主内存/物理内存/RAM）和外部上下文（类似于磁盘内存/磁盘存储）。

• • 主上下文 (Main Context): 就是大模型中固定的上下文窗口，这部分包含LLM的提示词。是大模型接收到的内容。

• • 外部上下文 (External Context): 这是指保存在LLM的固定上下文窗口之外的任何信息。这部分信息如果需要在推理过程中被LLM使用，就必须显式地移动到主上下文中。大模型无法直接用，要想用，必须通过查找等将必要信息移动到主上下文中。

0.2 数据移动

MemGPT 通过 LLM 的 Function Calling 能力来协调主上下文和外部上下文之间的数据移动。Memory的编辑和检索完全是自主的：MemGPT 根据当前上下文自主更新和搜索自己的 Memory。例如，当上下文变得特别长时，会自动将多余的上下文经过整理后保存进持久化地址中。

下面代码是超过限制Token时的判断，返回active_memory_warning，外部根据此标志可以进行相应处理：

# Check the memory pressure and potentially issue a memory pressure warning
current_total_tokens = response.usage.total_tokens
active_memory_warning = False
# We can't do summarize logic properly if context_window is undefined
if self.agent_state.llm_config.context_window is None:
    # Fallback if for some reason context_window is missing, just set to the default
    print(f"{CLI_WARNING_PREFIX}could not find context_window in config, setting to default {LLM_MAX_TOKENS['DEFAULT']}")
    print(f"{self.agent_state}")
    self.agent_state.llm_config.context_window = (
        LLM_MAX_TOKENS[self.model] if (self.model is not None and self.model in LLM_MAX_TOKENS) else LLM_MAX_TOKENS["DEFAULT"]
    )
if current_total_tokens > MESSAGE_SUMMARY_WARNING_FRAC * int(self.agent_state.llm_config.context_window):
    printd(
        f"{CLI_WARNING_PREFIX}last response total_tokens ({current_total_tokens}) > {MESSAGE_SUMMARY_WARNING_FRAC * int(self.agent_state.llm_config.context_window)}"
    )
    # Only deliver the alert if we haven't already (this period)
    if not self.agent_alerted_about_memory_pressure:
        active_memory_warning = True
        self.agent_alerted_about_memory_pressure = True  # it's up to the outer loop to handle this
else:
    printd(
        f"last response total_tokens ({current_total_tokens}) < {MESSAGE_SUMMARY_WARNING_FRAC * int(self.agent_state.llm_config.context_window)}"
    )

下图是从Memory处理和移动到组装成完整的Prompt的过程描述，重点看一下：

MemGPT 将 主上下文 分为三个连续部分：系统指令、工作上下文和FIFO队列。

• • 系统指令是只读（静态）的，包含有关MemGPT控制流、不同内存级别的预期用途以及如何使用MemGPT功能的指令（例如，如何检索上下文外数据）的信息。这指导MemGPT实现自主编辑和检索。

看它源码中的这部分Prompt，太复杂了...... （如果每次都需要将这个Prompt告诉大模型，让其生成相应的Function Calling，那这成本是不是有点高了？）

• • 工作上下文是一个固定大小的非结构化文本读/写块，只能通过MemGPT函数调用进行写入。在会话设置中，工作上下文用于存储关于用户和Agent的对话信息。

• • FIFO队列存储消息的滚动历史。FIFO队列中的第一个索引存储系统消息，该消息包含已从队列中删除的消息的递归摘要。

图中有个箭头最多的，Function Executor，用来读写各种外部Memory，也就是实现Memory的增删改查，例如将外部上下文转移到主上下文中使用。

部分Function定义如下：包括修改主上下文，检索外部上下文等，都是通过这些Fuction来进行的。而这些Function的调用，是注册到LLM里面，由LLM根据上下文生成的Function Calling调用。

论文先看到这里，里面实现的细节非常多且复杂，需要花时间详细并且反复读才行。

用我自己的话和理解总结一下整体的实现思路：

将上下文分为主上下文和外部上下文，外部上下文存储在磁盘或向量数据库中，需要时进行检索，然后填充到主上下文中去使用。至于什么时候应该用外部上下文，什么时候应该修改主上下文，这由LLM根据当时的主上下文生成Function Calling，通过Function来去调用相应的函数实现上下文的变换。这样，外部上下文都是分散的，检索出来的也都是与当前主上下文相关的，所以就解决了长上下文时比较旧的内容丢失的问题。

1. 快速上手

1.1 普通玩法

1.1.1 环境安装

pip install -U pymemgpt

然后

memgpt run

运行界面如下：

当然你可以输入一些命令来使用高级一点的玩法：

/exit: Exit the CLI
/attach: Attach a loaded data source to the agent
/save: Save a checkpoint of the current agent/conversation state
/dump: View the current message log (see the contents of main context)
/dump <count>: View the last messages (all if is omitted)
/memory: Print the current contents of agent memory
/pop: Undo the last message in the conversation
/pop <count>: Undo the last messages in the conversation. It defaults to 3, which usually is one turn around in the conversation
/retry: Pops the last answer and tries to get another one
/rethink <text>: Will replace the inner dialog of the last assistant message with the <text> to help shaping the conversation
/rewrite: Will replace the last assistant answer with the given text to correct or force the answer
/heartbeat: Send a heartbeat system message to the agent
/memorywarning: Send a memory warning system message to the agent

这些命令具体怎么实现的，可以看 MemGPT\memgpt\main.py 中的源码：

这种玩法就不过多介绍了。下面重点介绍进阶玩法，开发的方式。

1.2 进阶玩法

1.2.1 源码安装

还是老规矩，用源码安装，方便以后断点调试和学习。

git clone https://github.com/cpacker/MemGPT.git
cd MemGPT
pip install -e .

1.2.2 上手代码

在运行前，一定记得将OpenAI的Key和代理设置到环境变量中，例如下面的 load_dotenv

# 加载 .env 到环境变量
from dotenv import load_dotenv, find_dotenv
_ = load_dotenv(find_dotenv())
from memgpt import create_client

# Connect to the server as a user
client = create_client()

# Create an agent
agent_info = client.create_agent(
  name="my_agent", 
  persona="You are a friendly agent.", 
  human="Bob is a friendly human."
)

# Send a message to the agent
messages = client.user_message(agent_id=agent_info.id, message="Hello, agent!")

1.2.3 运行效果

无法重复创建相同名字的Agent，可能是一个名字一个存储地址？这样实现的Agent整体的持久化存储？