Apple M1，ARM / x86 Linux虚拟化和Boinc
大约六个月前，我推测苹果公司将如何应对即将到来的（当时传闻的）ARM过渡。苹果公司做到了，已经交付了硬件，而且我现在有机会玩了一段时间。我也像往常一样走了一些怪异的道路-如ARM Linux虚拟化，x86 Linux仿真和ARM VM中的BOINC！
我使用过的最快的Linux机器是Apple M1上的硬件虚拟化安装-这篇文章介绍了如何做！
虽然我通常不习惯购买刚发布的全新硬件，但我为M1买了个例外，并购买了M1 Mac Mini来代替Intel Mac Mini（我已经替换了功能完善的2014 iMac如果显示器没有发生故障，仍然可以运行-使用的显示器组件在未破裂的情况下售价为600美元）。英特尔公司并没有满足我的大部分要求（说GPU烂透了，这是一种轻描淡写的说法），我一直在追求中端ARM台式机很久了，而且事情会破裂。它不会打扰我-对我来说这不是生产机器，所以我很高兴在流血的，略微断裂的边缘上运行。这是ARM台式机使用的共同主题，尤其是64位，因此没有什么不同。
如何？它很快。真的非常快。不仅是强大的功能-这也很棒，而且简单，平坦，可以将其用于其他用途。太奇妙了。我认为这真的很好，但是超越了它，超越了“是的，我称之为神奇……”的境界。风扇几乎永远不会闲置，功耗（我在太阳能办公室工作，还记得吗？）是一个舍入误差，它确实可以按我的要求快速完成。
我的意思是，它甚至可以播放具有相当不错的图形的Kerbal Space Program！那是一个没有本机端口的x86游戏，也不完全是CPU吸盘！
这确实意味着杰布再次陷入了他可能宁愿不被卡住的地方。锁定舞台，否则拇指抽搐可能会使您离开Mun之上100m，而没有附加下降（或上升！）的舞台…
您是否应该购买Apple的M1设备之一？可能不是-等待6个月以获取下一轮硬件，然后再购买。到那时，大多数软件生态系统的怪癖都将得到解决，并且几乎所有东西都将起作用。就目前而言，我建议您别无选择，除非您对此表示满意，并希望电池寿命和性能达到合理的水平，否则我建议您推迟一下。
是的，是的，我知道，您超频的AMD ThreadBlaster 7970XP具有足够的线程数，可以在400W上更快地构建内核。所有这些性能都在30W左右，这是他们的第一遍。等等...
现在，我们对疯狂的x86转换性能也有一个答案（付出或付出大约是本机性能的80％，是的，这的确意味着M1运行x86二进制文件的速度比许多x86硬件要快）。之前，我已经在ARM上运行过x86二进制文件，并且在Rpi4上获得了大约10％的本机性能。痛苦。苹果的Rosetta 2可以从预编译翻译器中受益匪浅（在大多数情况下-它仍然必须解释JIT类型的工作负载），但是大多数人认为，充其量可以使您获得50％的收益。 ARM内存模型与x86根本不同，您最终会在各处散布内存障碍以确保跨线程一致性，这确实损害了性能。
问题是在x86上，如果您按特定顺序写入内存地址，则所有其他内核将看到相同顺序的写入。如果您写入一些数据，然后写入“ Ready！”标记，等到其他内核看到标记更改值时，就可以确定已经写入了数据blob。没有明确的（且缓慢的）内存屏障指令，ARM无法提供此类保证，这就是为什么ARM Windows上的x86仿真很痛苦的原因-保证较弱的内存模型上已翻译二进制文件的正确性很慢。
事实证明，Apple并不仅仅是在软件方面做到这一点-他们的硬件中拥有Total Store Ordering支持！当M1运行翻译后的x86二进制文件时，操作系统只是告诉芯片：“嘿，为此线程使用x86内存排序。”本机为ARM构建的事物可以利用内存重新排序的性能提升，而需要严格排序的事物可以得到严格排序。这是一种非常，非常聪明的方法，可以完全绕开翻译后的二进制文件的内存排序问题，这在星球上的任何其他ARM芯片中都不是问题（我会说，但我真的不认为这会成为流行实施的东西-苹果公司建立自己的芯片的特权）。
现在，发布的核心内容是：构建qemu以运行硬件虚拟化的ARM Linux！我从这些出色的说明开始作为指导，但是我还抛出了一些额外的补丁程序（因为它无法在我的M1和11.1上运行x86仿真），并且在此过程中我还要做其他一些事情。
您需要安装XCode，并且我们将使用自制软件安装构建qemu的一些先决条件。加上源代码的一些补丁，……我保证，这一切都很好玩！我不保证这会完全适合您，尽管我会尽力！
是的，我知道Parallels可以进行技术预览，您仍然无法更改Linux guest虚拟机的分辨率。如果您可以使用1024x768，则可以使用它，但是…我们可以使用开源做得更好！
您将需要XCode命令行工具（gcc等）来构建它，因此，如果尚未安装，请继续从App Store安装XCode。很大。
据了解，如果您不想完全安装，也可以通过运行xcode-select --install从命令行安装它们。这是我使用任何Mac电脑所做的第一件事，因此我将它们放到了周围。您可能还必须同意一些许可条款-自从我进行全新安装以来已经有一段时间了。
如果您使用正常的Homebrew安装路径，则将获得在Rosetta下运行的x86 Homebrew。这对大多数用例来说都很好，并且肯定比ARM Homebrew更好（一半代码不会在ARM下构建），但对ARM本机依赖项没有好处，我们将构建ARM本机qemu。
如果您依靠x86自制软件，那么……呃……修复没有构建的ARM东西？我想还是要安装到另一个目录。抱歉，我对并行安装Homebrew没有很好的建议。
cd〜mkdir自酿＆amp;＆amp; curl -L https://github.com/Homebrew/brew/tarball/master | tar xz --strip 1 -C homebrewsudo mv homebrew / opt / homebrewecho＆＃39; export PATH =＆＃34; / opt / homebrew / bin：$ PATH＆＃34;＆＃39; ＆gt;＆gt; 〜/ .zshrcsource〜/ .zshrcbrew更新
这将运行一些git fetch，一些构建，并且您通常应该有一个有效的brew安装。与XCode一样，这可能需要一段时间，具体取决于您的Internet连接。最近，我的ISP比平时吸吮更多，而且我没有本地制作Homebrew的镜像，所以……喝咖啡。
下一步：我们将下载qemu源码，签出正确的版本，应用几个补丁并进行构建！
第一个补丁程序系列是更新的核心-它增加了Hypervisor.framework支持（Apple最近的“所以，您想在没有内核模块的情况下进行硬件虚拟化……”框架），增加了对输出二进制文件进行签名以使其能够使用的功能。以及与Apple Silicon支持有关的各种其他事项。
运行硬件虚拟化实际上并不需要第二个修补程序系列，但是如果您想弄清楚M1上x86 VM的（有点糟糕，但仍然可以使用）性能，则需要此。 Apple Silicon防止内存页面同时可写和可执行，并且这添加了切换开关以正确处理事情，以便JIT引擎可以工作。
如果您没有应用第二个补丁，并且尝试运行x86系统仿真，则在尝试运行它时会收到极其无用的错误“无法分配动态翻译器缓冲区”。
而且，当然，如果您对x86仿真不感兴趣，则可以跳过目标列表中的x86_64-softmmu和i386-softmmu选项进行配置。
git clone https://git.qemu.org/git/qemu.gitgit结帐主-b wip / hvfcurl＆＃39; https：//patchwork.kernel.org/series/400619/mbox/' | git是--3waycurl＆＃39; https：//patchwork.kernel.org/project/qemu-devel/patch/ [受电子邮件保护] / mbox /＆| git am --3waymkdir buildcd build ../ configure- -target-list = aarch64-softmmu，x86_64-softmmu，i386-softmmu --enable-cocoamake -j 8
坐下来，放松，等待……实际上，时间不长，该系统在所有8个内核上都运行很快，并且您应该有一些qemu二进制文件！
安装ARM版本的Ubuntu的方法有很多，但是现在可以通过https://cdimage.ubuntu.com/focal/daily-live/current/便捷地进行桌面构建-抓住focus-desktop-arm64.iso。您不希望使用“ amd64”版本-确保获得“ arm64”版本，否则将无法正常运行！
您还需要为ARM构建的EFI Blob。我正在按照的说明介绍如何使用自己的ARM VM进行构建（并包括指向一些已构建的ARM的链接），但是如果您碰巧需要的话，我还为您上传了一个：QEMU_EFI.fd
尽管您可以运行实时ISO，但这样做没有任何乐趣-为安装创建磁盘映像（您可以从刚刚进入的qemu / build目录中执行此操作，然后将映像快速粘贴到某处）。我假设您已将QEMU_EFI.fd文件放在同一目录中。
现在，让我们从安装程序CD中点亮虚拟机！它是Linux，因此我们仅使用所有virtio设备。 Virtio是虚拟化管理程序和来宾使用的一种方式，“您看，让我们跳过所有您在与真实硬件（我是假装）交谈的假装。我是系统管理程序，您知道我是，所以只要告诉我您想让我做什么，我会做的。”它比任何类型的硬件仿真都快得多（也使用更少的CPU），因此您绝对应该使用它。因为我们正在运行Linux guest虚拟机，所以它将做正确的事！
如果您只复制粘贴此内容，则将无法使用。正确设置文件路径。这将设置一个具有4GB RAM的4核VM，即使您使用的是8GB系统，它也可以正常工作。
./qemu-system-aarch64 \-串行stdio \ -M virt，highmem = off \ -accel hvf \ -cpu cortex-a72 \ -smp 4 \ -m 4096 \ -bios /path/to/QEMU_EFI.fd -device virtio-gpu-pci \-显示默认值，show-cursor = on \ -device qemu-xhci \ -device usb-kbd \ -device usb-tablet \ -device intel-hda \ -device hda-duplex \ -drive file = /path/to/Ubuntu.qcow2,if=virtio,cache=writethrough \ -cdrom /path/to/focal-desktop-arm64.iso
顺便说一句，如果您在Apple使其不成为默认设置之前对zsh的了解不多，则可以使用向上/向下箭头编辑这样的多行命令！超好！
如果一切顺利，您应该快速获得EFI屏幕，然后是引导加载程序！如果不是，请检查控制台上的串行输出，因为它可能告诉您一些重要的信息。
继续并选择“安装Ubuntu”-您应该很快在一个看起来非常熟悉的安装程序环境中迅速找到自己。在启动过程中的某个时候，您可能会弹出一个询问网络访问的弹出窗口-如果您想进行网络访问，则允许这样做（几乎可以肯定）。
qemu在实际注意到鼠标时有时会有些奇怪。如果看起来鼠标在VM中无法正常工作（您尝试与VM交互但没有任何反应），请尝试切换到另一个窗口然后再返回-它应该将其拾起。
安装Ubuntu。如果您深入了解有关Apple Silicon上VM的文章，则可能知道如何执行此操作。
完成后，更新软件包。对于后续的启动，您可以跳过-cdrom行，然后开始执行！我在此设置下重新启动了虚拟机，但运气不佳-仅关闭虚拟机并重新启动似乎更加可靠。
禁用访客中的监视器睡眠。在“设置”下->电源，黑屏。将其设置为“从不”。如果我出于无法完全理解的原因尝试运行该虚拟机，则可能会锁定它。
大多数人会做的第一件事是尝试设置合理的分辨率，并且有很多可用的方法。但是，我真正喜欢的（2560x1440）缺少是出于……原因？没关系，在qemu中的Linux下添加自定义分辨率很容易（这也适用于KVM）。
只需创建一个带有以下内容的神奇小脚本setres.sh并对其进行调用：./setres.sh 2560 1440
/ bin / bashMODELINE =`cvt $ 1 $ 2 |尾-n 1 | sed /＃Model //＆＃34; | sed＆＃39; // g＆＃39;`MODENAME =`cvt $ 1 $ 2 |尾-n 1 |切-d＆＃39;＆＃34;＆＃39; -f 2``xrandr --newmode $ MODELINE''xrandr --addmode虚拟-1 $ MODENAME``xrandr-输出虚拟-1 --mode $ MODENAME`
如果您对虚拟机进行全屏显示，则实际上也不确定如何对其进行全屏显示。将其扔到另一个显示器上……这实际上并不是我如何使用虚拟机的问题。我喜欢它们在另一个显示器上全屏显示。如有疑问，请用三个手指（或F3）抬起头来。
因此，我们有了这个Linux VM。真的快吗？你能用它做真正的工作吗？
我不会在这里介绍完整的基准测试套件-当它是这个星球上性能更高的CPU之一时，我只是觉得不那么有趣。但是，我会同时抛弃速度计（在OS X上使用Chrome，在Linux上使用Chrome）。哪一个
其实你错了在VM中，Linux上的Chrome的运行速度比OS X中的Chrome快很多，而且还与“速度计”指标挂钩。从中得到什么。
作为参考，Raspberry Pi 4（超频至2GHz）大约为22，而我的办公室NUC大约为75。
而且，ARM虚拟机将在48分钟内构建我的博客（包括图像处理，我有很多），而在AMD 3700X上虚拟机则为62分钟（两种情况下都是单线程的），因此，它们的合成性和实用性较低。
实际上，我对基准撒谎了。我确实非常喜欢内存带宽，而M1确实非常擅长的事情之一就是内存带宽。是吗？我将在经常使用的几个系统上使用标准的dinky小内存带宽测试仪（mbw），然后在此Linux VM上使用。
我将运行mbw 1024并绘制每种memcpy类型的平均值…
好吧。 6770HQ具有eDRAM，3700X具有一定的余地，因为它运行的ECC速度较慢，i7-77070K是一个不错的盒子，而Mac Mini上的VM在此测试中绝对会杀死它们，峰值为41.2GB / s！这是一个愚蠢的小测试，并不是要非常聪明，因为大多数软件都不是，它只是使该系统上的内存速度增加了很多。
启动BOINC管理器，添加[受电子邮件保护]（我知道它们具有ARM工作单元），然后观察系统运行情况！遵循以下有关CPU调度的怪癖之类的内容……
我听说您可以使用Rosetta2（有趣的是不同的Rosetta）运行BOINC，并且x86转换层的内存膨胀有问题。在本地运行ARM时没有此类问题！
如果您真的想让事情变得糟透了，请使用-smp 8启动您的虚拟机，以便它可以访问所有8个CPU！只要可见VM窗口且屏幕未处于睡眠状态等等。
我在这里注意到的有趣的事情之一是，在M1上，CPU调度对于将任务推送到“高效”内核（内核1-4）上确实非常积极。如果VM窗口可见，它将在Core 5-8（性能内核）上调度线程，但是如果将其最小化，或者屏幕进入睡眠状态，它们将被卸载，并且所有内容都将移交给效率内核-甚至8核心VM。您可以通过“活动监视器”中的“ CPU历史记录”窗口轻松看到这一点。
在运行BOINC的4 CPU VM且显示可见的情况下，计算位于性能核心上（如预期的那样）。这是一项与CPU绑定的任务，很难完成。性能核心很有意义。
但是在将其最小化后不久，看看会发生什么！我显然不关心最小化任务的性能，所以……bazoop！最重要的是效率核心。
如果您为VM提供8个核心，那么正如机器可能会希望的那样，它将在计算机启动并运行时在所有8个核心上保持调度。但是，只要锁定屏幕，就可以…
一切都推到了效率核心。如果将VM最小化，您将看到相同的行为。
现在，我不太介意-我的办公室在晚上用电池供电，所以我觉得很好。但这是一种怪异的行为，对于运行大量计算而言肯定是低效的，并且可能与Apple的应用QoS参数有关。我希望有一种简单的方法可以告诉OS X：“嘿，在性能核心上执行此操作。”我不确定这是什么...
但是，如果您想知道他们如何在笔记本电脑上获得如此惊人的电池寿命？这是一个主要提示-如果可以的话，它几乎可以在效率核心上运行几乎所有内容。而且似乎工作正常！除非您使用交流电源，否则不要运行任何东西。我将不得不对此进行处理。
应用第二套补丁程序后，您还可以在qemu中运行x86 VM。我们可以跳过x86的一些参数，我只是在这里运行LiveCD来说明我的观点，但是如果您确实有需要，可以添加磁盘。
./qemu-system-x86_64 \-串行stdio \ -M q35 \ -cpu qemu64 \ -smp 1 \ -m 4096 \ -device virtio-gpu-pci \-显示默认值，show-cursor = on \ -device qemu- xhci \-设备usb-kbd \-设备usb平板电脑\-设备intel-hda \-设备hda-duplex \ -cdrom /path/to/ubuntu-20.04-desktop-amd64.iso
如果要获得“适当的” SMP，则可以添加以下内容，并将-smp 1更改为-smp 4：
qemu-system-x86_64：--accel tcg，thread = multi：警告：来宾期望比主机提供更强的内存排序这可能会导致奇怪/难以调试的错误
应该有某种方法可以请求将TCO作为处理此问题的用户空间流程-这肯定是一种很好的用法。有一种方法可以使用前面提到的TSO启动器来实现，但是我只是不想为我不打算经常使用的东西构建内核模块。
但这是一台合法的x86 VM，运行Ubuntu 20.04 Desktop，尽管我不会将其称为“快速”，但也并非完全无法使用。我的意思是，您不应使用它，但可以使用。
QEMU正在执行JIT-即时编译。它将x86操作转换为ARM操作，根据需要模拟复杂的事物，然后运行它们。因此，性能不会接近原生。浏览器基准测试是双重打击，因为浏览器正在执行Javascript的JIT，然后必须通过另一个JIT运行x86转换，但是它们确实可以运行并完成。它可以运行，只是速度不是很快。它通常可以与我的旧上网本Clank或Raspberry Pi 3相提并论，但性能确实因任务而异。绝对不是您想大量使用的东西。
但是随后挂起-在这里，或者在黑屏上显示冻结的鼠标光标。 CPU仍根据主机上的CPU利用率执行某些操作，但是鼠标被冻结了，有些随意的拨动不能解决问题。
当然，如果愿意，您可以运行ARM Windows 10，并且愿意摆弄驱动程序之类的东西-我暂时不觉得这件事非常有趣。但是，此版本应该可以做到，而我正在按照的说明中包含有关如何实现此目的的信息！但是，根据其他报告，Win10 ARM构建可以在VM中正常运行，并且如果您确实需要，它将可以很好地运行x86应用程序。
在M1的硬件虚拟化中，Linux速度很快。就像，巨大，巨大，令人难以置信的快速。对于M1上“需要Linux”的任何事物绝对有用，而且很可能是您现在可以获得的用于单线程工作的最快的Linux计算机。
您可以在M1上运行完整的x86系统-现在非常缓慢。而且您可能不应该。
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