在传统的多核处理器中(比如之前Mac机型使用的Intel CPU)，所有核心都是一样的。当将线程分配给核心时，只需要平衡它们的负载，这被称为对称多处理(SMP)。

在“活动监视器”的“CPU历史记录”窗口中，核心负载(即CPU%)按时间显示，最早的值显示在最左侧。左半部分的奇数核心是真正的核心，它显示了一个8核英特尔至强W在高负载下的情况。右边偶数编号的核心是超线程模拟的虚拟核心，也负责处理重负载。

但苹果芯片的CPU不一样，因为它包含两种不同的核心类型，一种是高性能的(称为性能核心，P核心或Firestorm核心)，另一种是低功耗的(称为效率核心，E核心或Icestorm核心)。为了提高效率，需要根据核心类型分配线程。这种分配可以由应用程序和进程本身来控制，例如Asahi Linux；也可以通过操作系统来处理，比如macOS。在本文中，我们来看看macOS如何管理苹果M1芯片上的核心分配。这种管理方式被称为非对称多处理(AMP，但有些人喜欢称之为异构计算)。

结构

M1系列芯片有两个CPU内核:

e核，其内部处理单元约为P核的一半，最高时钟频率为2064MHz。

p，最高频率更高，原装M1 3204 MHz，M1 Pro/Max/Ultra 3228 MHz。

M1系列芯片的CPU内核有三种配置方式:

M1最初包含4 e和4 p内核，用于MacBook Air、13英寸MacBook Pro、iMac和Mac mini。

M1和马克斯拥有用于14英寸和16英寸MacBook Pro和Mac Studio Max的2 E和8 P内核。

M1有4 E和16 P内核，用于Mac Studio Ultra。

一些14英寸的MacBook Pro笔记本使用了缩小版的M1 Pro芯片，P核的数量从8个减少到6个。

为了简化内核管理，macOS将内核按照功能分成簇，每个簇包含2~4个同类型的内核。不幸的是，系统级别的核心数量(如powermetrics等工具显示的数量)与活动监视器中看到的数量不同。为了与后者保持一致，我们在这里使用活动监视器中看到的核心号，但是集群号仍然与系统方式保持一致。在macOS Monterey 12.3.1中，三个芯片的功能集群如下:

在原来的M1中，每种类型的核只有一个簇，分别是E0和P0，每个簇包含四个同类型的核；

M1和马克斯分别有一个包含两个E核的集群(E0)和两个包含四个P核的集群(P0和P1)；

Ultra有一个包含四个E核心的集群(E0)和四个包含四个P核心的集群(P0、P1、P2和P3)。

每个集群中的所有内核都以相同的时钟频率运行，并且通常(但不是在所有情况下)集群内的负载平衡将得以保持。有时，负载分布会不均匀，在某些极端情况下，一些线程可能会被分配到集群中的单个内核。

线程控制

与Asashi Linux不同，macOS不支持直接访问内核、内核类型或集群，至少公共API不提供这些功能。通常，它们需要在服务质量(QoS)设置中由Grand Central Dispatch管理，macOS使用该设置来决定线程管理的策略。

具有最低QoS的线程将只在E集群上运行，而具有较高QoS的核心可以被分配到E或P核心商。后者的行为可以通过taskpolicy命令行工具或setpriority()函数动态修改。这些工具可以限制高QoS线程只在E和core上运行，或者在E或P core上运行。但是，他们不能改变最低QoS线程的规则，这些线程只能在E-core上运行。

MacOS本身采用了大多数后台任务以最低QoS运行的策略。这些任务包括自动时间机器备份、Spotlight索引维护等。存档实用程序的压缩和解压缩任务也包括在内。比如下载了xip格式的Xcode，解压需要很长时间，因为代码只能在E核上运行，没有办法更改。

后台线程

最低QoS线程在最初的M1和M1 Pro/Max芯片上加载和运行的方式不同，因为它们的e-cluster大小不同。

的原M1芯片有四个E核，所以当QoS 9的线程运行时，时钟频率会设置为1000MHz(1GHz)左右。而只有两个E核的M1 Pro/Max则采取了不同的做法:如果只有一个线程，则以1000MHz左右的频率在集群上运行，但如果有两个或两个以上的线程，则频率提高到2064MHz。这样，M1 Pro/Max的E-cluster在不同的集群规模下，可以提供至少与原M1相当的功耗的后台任务性能。

一个常见的例外是，一些QoS最低的线程(如backupd)的进程也会受到I/O的限制。此类线程将在M1 Pro/Max上以1000MHz的速度运行。

用户线程

所有QoS高于9的线程都以相同的方式处理，但队列的优先级不同会导致不同的结果。

因为具有高QoS的线程可以在任何类型的集群上运行，所以M1和M1 Pro/Max的管理方式不同。原来的M1只有一个P集群，所以一次最多可以给两个集群分配8个线程，每个集群运行4个线程。当线程数小于等于4时，将尽可能全部分配给P簇，E簇只在队列中有更多高QoS线程时使用。核心P的执行频率约为3GHz，而核心E的执行频率为2GHz，约为运行QoS 9线程频率的两倍。

M1和马克斯芯片有三个集群，其中两个集群各包含四个P内核，另一个集群包含两个E内核。队列中的前四个线程将被分配给第一个P集群(P0)；如果有线程5~8，则分配给第二个P簇(P1)，否则第二个P簇空空闲以降低功耗。如果队列中有更多的线程，它们将被分配给E内核。每个内核类型的最大频率为P0，P1为3228MHz，E0为2064MHz。

M1芯片有五个集群，每个集群有四个核心。其策略与M1 Pro/Max芯片相同，但E0只有在四个P簇全部使用时才会使用。

但是有两种情况，代码看起来只在一个内核上运行:在引导过程中，在操作系统内核初始化并运行其他内核之前，代码只会在一个活动的E内核上运行。另一种情况是在安装macOS更新之前，在“准备”下载更新的时候。在M1 Pro/Max芯片上，五个线程被分配了相当于一个核的资源，所以可以看到CPU利用率是100%，但是被限制在一个P核，也就是第二个P簇(P0)中的第一个核(下图中的核3)。