2010 年左右移动互联网初见端倪，消费者对性能的需求不断提高，手机处理器芯片核心数量发展迅猛，短短一两年时间，就完成了从单核到双核乃至四核、八核的变化。

为应对这一趋势，ARM 推出了大小核心的设计，大核性能强悍支撑高计算资源场景下的用户需求，小核节能降低在待机情况下芯片的耗电量，不过这项技术问世之初，却出现了这样一个诡异的现象，一核有难，N 核围观....CPU 的调度出现了问题。

当然后来芯片厂商优化使这样调度不均衡的情况大为改观，但是计算密集任务与IO 密集型任务的调优依旧是资深程序员所必须掌握的技能。本文向我们展示了苹果 M1 与英特尔至强 w 系列处理器上的测试情况。

运作与QoS

无论是 Intel 内核还是 ARM 内核，macOS 都必须管理同一处理器上的多个任务并行运行。尽管实现方式有很多种，但为了简单起见，在这里我只打算集中讨论使用苹果 Foundation 框架的操作队列，因为大多数 macOS 应用都采用了这种方式。

从本质上讲，其原理非常简单。应用执行任务需要花费时间，因此为了避免阻塞用户以及其他应用的运行，开发人员将代码和数据放入一个 Operation 中（就像任务一样），然后在一个或多个内核上运行。开发人员可以指定两个常见的参数是：并发操作的最大数量，以及服务优先级亦称为任务不可打断级别（Quality of Service，即QoS）。

苹果提供了四个可以指定的QoS级别，第五个级别则由macOS决定。编写代码时，开发人员需要使用QoS级别的名称，范围从background（最低）到userInteractive（最高）。这些名称分别对应于9～33之间均匀分布的整数值，这本身就很奇怪。不对应于任何名称（例如32或34）的整数值不起作用，macOS不认识这些值，而且还会给QoS赋值-1，然后由系统决定使用四个定义级别中的哪一个。

测试

为了研究 QoS 行为，我为压缩/解压实用程序 Cormorant 构建了一个专门的免费版本，用于设置其任务的 QoS 级别。接着，我创建了一个标准的 10GB 测试文件，并使用不同的QoS进行了多次压缩测试。

在 Intel Xeon W 8 核处理器上，如果没有相互竞争的进程的话，那么无论采用什么 QoS 设置，所有操作都会尽快执行。无论怎么设置 QoS，测试的 10GB 文件通常都需要 5.6～6.6 秒的时间才能完成压缩，只有当同时进行互相竞争操作时，QoS 设置的优先级才能起到作用。

例如，分别设置 QoS 为 9（background）和 33（userInteractive），然后运行压缩，QoS 值较高的进程仍然会在正常时间内完成工作，而 QoS 值较低的进程则出现了延迟，直到 24 秒才完成任务。当使用多个压缩任务来加载处理器时，通过活动监视器观察超线程，就会发现虚拟的第二个核心承担了一些额外的负载。

我在 M1 上重复了类似的测试，无论是在带有主电源的 Mac mini，还是使用电池的 MacBook Pro，其结果都大不相同。当 QoS 为 9（background）时，所有操作仅在四个节能内核（Icestorm）上运行，即便这四个核心满载，而高性能核心一直空闲。当 QoS 设置为更高的值（从17 到 33）时，操作会在所有八个核心上运行。

QoS 的设置对任务执行的影响也很明显。当 QoS 为 9（background）时，标准压缩任务耗时 38～43 秒，而当 QoS 设置为更高的值时，操作几乎没有变化。当同时运行两个计算密集型后台任务时，一个任务几乎花费了同样的时间（40秒），而另一个任务几乎花了两倍的时间（77 秒），这两个任务都仅使用了节能核心。

与 Intel 内核相比，QoS 值较高的操作也更加一致。当 QoS 值较高时，多个任务同时运行与单个任务单独运行所耗费的时间几乎相同，而 QoS 值较低的任务耗费的时间略长，约为 15.5 秒，但仍不到节能核心所需时间的一半。

策略

如果你已经使用了 M1 Mac，则可以观察一下苹果的新策略。打开“Activity Monitor”，并在“窗口”菜单中通过“CPU History”命令观察 M1 是处于空闲还是使用状态。

下面是我之前使用过的一个测试示例的情况。

我发现 macOS 使用内核的规律是，几乎所有 macOS 的活动都在节能内核上运行，而高性能内核上只是偶尔才出场。但运行应用和执行其他用户任务会采用相反的方式，首先使用的是高性能核心，然后才是节能核心。这是因为这些用户任务运行使用的 QoS 至少是 17（在许多情况下为 25 和 33）。

就处理器而言，M1 Mac 分为两部分：四个节能内核主要负责运行 macOS 及其许多后台任务，节省下四个高性能核心供用户的应用程序使用。

M1 Mac 更快

虽然基准测试表现非常好，但是人们对于 M1 Mac 的评价普遍是，感觉更快，即使性能测量并没有表现出意外的惊喜。一种有效的表现出快速的方法是让 macOS 和用户软件分开使用不同的核心，就像 M1 一样。

在操作系统的问题中，没有什么比界面速度缓慢给用户留下的印象更糟的了。我们都有过类似的经历：遇到某个 mdworker 进程不断崩溃并重新启动，或者其他原因导致 macOS 阻塞。由于这些进程都交给了节能核心，因此它们只会影响到其他 macOS 的后台任务，对我们的影响大大降低。

上图所示的任务运行非常缓慢，花费了 15 分钟才备份了不到 1GB 的文件。如果不是在活动监视器中亲眼观察到，我都完全不知道它的性能有问题。由于加载了英特尔处理器的 Mac 无法以相同的方式将其任务划分到不同的核心上，因此当 macOS 被阻塞时，也会影响用户进程。

我想对那些认为苹果 Macs 台式机应该采用统一核心的人说，拥有八个高性能核心当然很好，但是请不要去掉 macOS 的节能核心。