本文原文发表于HowardOakley博士的个人博客|mac处理器的核心负载本文原文发表于HowardOakley博士

本文原文发表于HowardOakley博士的个人博客，文章的翻译、注释以及发布均已得到作者同意。为了补充一些细节以及便于普通读者理解，本文对原文有一定程度的修改。

文章图片
1984年1月， Apple开始设计、开发和销售个人电脑系列产品Macintosh 。在这近40年时间里， Apple浓墨重彩地书写了许多科技史上的里程碑，其中就包括了三个非常重要的时间点——1994年从摩托罗拉68000架构迁移至PowerPC平台、2005年从PowerPC平台迁移至英特尔x86平台、2020年从英特尔x86平台迁移至AppleSilicon 。
2020年11月11日Apple在加州Cupertino正式发布了M1芯片，不仅是Apple自己首款基于ARM架构的用于个人电脑的自研处理器，而且其强大的性能也让当时苦「牙膏厂」久已的Geeker们也感到异常亢奋。
不过，看得见的风光总是与看不到的努力分不开的。作为专为Mac设计、优化的芯片，系统到底是怎么将程序调度在M系列处理器上的。
▍关于HowardOakley博士

文章图片
HowardOakley博士目前是一名Mac软件的开发者，同时也是网站EclecticLightCompany的创始人。他与Mac的缘分始于他对MacintoshSE和MacintoshProgrammer'sWorkshop的一见钟情，从此他沉溺于其中、不可自拔直至今日。
▍不对称的处理器架构
在以前的Intel处理器款的Mac中， Intel处理器所有的核心都是相同的，因此这种处理器是对称多处理（Symmetricmultiprocessing ，缩写为SMP）构架。系统要做的事情其实很简单，保持每一个核心的负载大体相近即可。
在Intel处理器款的Mac上打开「活动监视器」的CPU历史窗口，我们可以注意到图表分为了两列，左半部分奇数核是真实的物理核心，右半部分则是Intel超线程技术虚拟出来的核心。可以看到，在高负荷的情况下，系统将负载均匀地分散到了所有的核心上，而负载较轻时系统则将负载主要放在了真实的物理核心上。

文章图片
横坐标轴为时间，纵坐标轴则为负载，时间从左到右逐渐靠近当时的情况
但AppleSilicon上的CPU则完全不同，它的处理器部分都是由两种不同的CPU核心组成，一种是叫做Firestorm高性能核心（有时也被缩写成P核），而另一种则叫做Icestorm高能效核心（有时也被缩写成E核），这种不对称的处理器被称为非对称多处理（AsymmetricMultiprocessing ，缩写为AMP、ASMP）器，或是异构计算（HeterogeneousComputing）处理器。
从2020年开始到今天， M1系列共计发布了四款芯片，分别是：
M1（2020年）
M1Pro与M1Max（2021年）
M1Ultra（2022年）

文章图片
E核心有5个频率可以选择， P核心有15个频率可以选择
通过powermetrics我们可以知道E核心的频率最高为2064Mhz ， P核心的情况则分为两种情况， M1芯片的P核心最高频率为3204Mhz ， M1Pro/Max/Ultra的P核心最高频率可达3228MHz 。如果系统还是和以前一样将保持所有的核心负载相近，不仅会浪费P核心更多的中间档位，也会让跑在E核心上的程序明显更慢。
此外， M1和M1Pro/Max/Ultra有完全不同的E核心和P核心组合，每个处理器还可以选择不同的CPU数量，比如最基础款的14inchMacBookPro上的M1ProCPU部分只有6个性能核和2个能效核，所以开发者如果需要手动适配「保持所有的核心负载相近」这个逻辑从直觉上来说异常繁琐。