vllm v1的系列文章基于的代码版本是vllm 0.8.2（当前已更新到0.8.4），在代码细节上，不同版本间可能有diff，但在大框架上是不变的。本文将对vllm v1的整体运作流程进行介绍，在后面的系列中，再来看关于调度器、KV cache管理、分布式推理等更多细节。对于首次了解vllm的朋友，推荐先阅读以下2篇文章：

• vllm原理篇
• vllm v0整体运作流程

一、Offline batching（离线批处理）

1.1 调用方式

from vllm import LLM, SamplingParams

if __name == "__main__":
    # Sample prompts.
    prompts = [
        "Hello, my name is",
        "The president of the United States is",
        "The capital of France is",
        "The future of AI is",
    ]
    # Create a sampling params object.
    sampling_params = SamplingParams(temperature=0.8, top_p=0.95)

    # 创建llm实例，在这个过程中也创建了llm实例下维护的llm_engine
    llm = LLM(model="facebook/opt-125m")
    # 执行offline batching推理，得到这批prompts的输出
    outputs = llm.generate(prompts, sampling_params)
    # 打印输出
    for output in outputs:
        prompt = output.prompt
        generated_text = output.outputs[0].text
        print(f"Prompt: {prompt!r}, Generated text: {generated_text!r}")
                

1.2 整体流程

Offline batching下的整体流程如下图所示，在后文中，我们称请求为req：

我们先忽略图中七七八八的细节，从大面上来看一下这个流程：

• 首先，观察到我们采用2个不同的进程（process0，process1）来完成整个推理。

• process0上维护的核心对象是SyncMPClient（Sync MultiProcessing Client），我们简称其为客户端。process1上维护的核心对象是EngineCoreProc，我们简称其为EngineCore。

• vllm使用ZMQ来负责不同进程间的数据收发（不了解ZMQ的朋友，到此为止只要先了解它的主要功能是这个即可，后续再慢慢了解它的其余细节）

• 观察到：

• 对于req的输入输出处理(processor、 output_processor)是由客户端执行的；而req的实际推理过程(Scheduler -> ModelExecutor)则由EngineCore来执行。
• 也就是说，vllm v1将cpu和gpu上的调度拆成2个进程进行处理，这样可以更好实现cpu和gpu的overlap。举例来说，在先前vllm版本的推理中，我们经常会发现detokenize（tokenid -> 文本）这个步骤会成为推理瓶颈，特别是遇到长序列的情况。在等待序列做detokenize的过程中，gpu是空转的。现在通过这种拆解，让原来是串行的事情并行化。

最后，客户端的类型有很多种，由于本节我们讨论的是offline batching，所以展示的是SyncMPClient。在下一节中，我们会来看其余类型的客户端。

有了以上大体上的感知，现在我们可以来介绍图中细节了：

1、add req to：LLM端接收req，并将req发送至LLMEngine的processor。

2、process req：原始req -> EngineCoreRequest，processor的作用是对req进行预处理，具体包括：

• Tokenize
• 验证输入参数的合法性
• 将req封装成特定形式(EngineCoreRequest)等等

3、encode & send req：

• 将EngineCoreRequest发送给SyncMPClient
• SyncMPClient会对其做encode操作：EngineCoreRequest -> pickle EngineCoreRequest
• 通过zmq input_socket，将pickle EngineCoreRequest 发送给 EngineCoreProc（这里SyncMPClient和EngineCoreProc分别运行在2个不同的进程上，vllm选择使用ZMQ来负责进程间的数据通信）

进程分割线（Client -> EngineCoreProc）

4、recv & decode req：

• 在EngineCoreProc所在的进程上，会启动一个线程，在该线程中执行process_input_socket()函数，这个函数具体做了如下事情：

• 持续监听通过input_socket传来的pickle EngineCoreRequest
• decode：（pickle EngineCoreRequest -> EngineCoreRequest）
• 将 EngineCoreRequest 装入 input_queue 队列中

5、add req to scheduler：EngineCoreRequest 被添加进 Scheduler的waiting队列中6、one step inference

• Scheduler执行一步调度，从waiting和running队列中选择req进行推理，**输出一步推理后的结果(EngineCoreOutputs)**。这边的细节我们暂时略过，留到后文细说。

7、put output to output_queue：将一步推理结果放入 output_queue队列中这里我们会重复执行5/6/7步骤，即重复执行【一步调度->一步推理】的过程，直到 input_queue 和 scheduler中再无req存量。

8、encode & send req:

• 在EngineCoreProc所在的进程上，会启动一个线程，在该线程中执行process_output_socket()函数，这个函数具体做了如下事情：

• 持续监听output_queue中装入的一步推理输出结果(EngineCoreOutputs)
• encode：EngineCoreOutputs -> pickle EngineCoreOutputs
• 使用zmq output_socket作为通信管道，将pickle EngineCoreOutputs发送给SyncMPClient

进程分割线（EngineCoreProc -> Client）

9、recv & decode req

• 在SyncMPClient所在进程上，会启动一个线程，在该线程中执行process_output_socket()函数，这个函数具体做了如下事情：

• 持续监听通过output_socket传递来的pickle EngineCoreOutputs
• decode：pickle EngineCoreOutputs -> EngineCoreOutputs
• 将 EngineCoreOutputs 装入 output_queue 中

10、process_output，对EngineCoreOutputs做一些后置处理，例如detokenize等操作。11、output until all reqs are finished：LLM回去检测每一条req是否已做完推理(req.finished的状态)，由于目前我们是offline batching的模式，所以等到全部的req都完成推理后，LLM会一起输出推理结果。

二、Online Serving

2.1 调用方式

这里我假设起的online serving是这份脚本:

https://github.com/vllm-project/vllm/blob/4283a28c2fb7595c5d72d3edc7ad356c87273d94/vllm/entrypoints/openai/api_server.py

2.2 整体流程

我们还是先从整体上来感知online serving的运作流程：

• 和offline bacthing相比，EngineCoreProc部分的逻辑没有变
• Client和EngineCoreProc交互的逻辑没有变
• 所以现在，我们只需要关注Client的实现细节

Online Serving的Client实现细节如下：

1、async per req generate：用户发送req给vllm的API server，server对单req发起generate操作。这里会首先将req发送给AsyncLLM

2、create asynico.queue() for each req和register the queue to output_processor：

• 这两个步骤都在AsyncLLM上执行

• create asynico.queue() for each req：会针对每一个req创建一个异步队列，这个异步队列将用于存储这个req的输出结果。

• register the queue to output_processor：会把这个req的异步队列注册到output_processor中。

• 为什么每个req需要一个单独的队列：

• 在online serving中，req的输出结果是流式的（一块一块地把结果返回给用户）
• 在online serving中，用户时常有多轮对话的需求等等
• 基于这样的考虑，相比于offline batching对所有req的一次性统一输出，online serving下更有必要将各个req的输出隔离开来，因此才单独针对每个req创建一个用于盛放输出结果的异步队列。

3、prcocess req 和 4、encode & send req和offline batching逻辑基本一致，这里不再赘述

进程分割线（Client -> EngineCoreProc）

EngineCorePro会实际执行req的推理过程，5~9的步骤我们在offline batching中详细解释过，这里不再赘述

进程分割线（EngineCoreProc-> Client）

在AsyncLLM上，我们会启动一个异步任务asyncio.create_task(_run_output_handler())，这个异步任务上会执行_run_output_handler()函数，这个函数的主要作用是异步接受、处理来自EngineCore的模型输出结果，具体流程如下：10、AsyncMPClient上发起get_output_async()：

• 持续监听通过output_socket传递来的pickle EngineCoreOutputs
• decode：pickle EngineCoreOutputs -> EngineCoreOutputs
• 将 EngineCoreOutputs 装入 output_queue 中

11、split output into slices：

• 将output_queue中的数据切成slices，方便后续做流式输出
• 将slices数据装入这个req注册在output_processor中、只属于这个req的异步队列
• output_processor将会以slices为维度，对输出数据做诸如detokenize等的操作。

12、continously yield current output：

• 对于一条请求，AsyncLLM将会持续从output_processor中获取它当前的输出结果，返回给用户，直到这条请求推理完毕

此外，Vllm官方文档中，也给出了一张online serving的架构图(https://blog.vllm.ai/2025/01/27/v1-alpha-release.html)，上面的内容可以说是这张架构图的细节扩展，大家可以比对进行理解：

到此为止，我们就把V1的大致运作流程介绍完了，在后面的文章中，我们会来看关于调度器、KV Cache管理和分布式模型执行的更多细节。