Linux 操作系统原理 — 零拷贝技术

最新推荐文章于 2025-05-15 10:06:40 发布
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Jmilk/article/details/98949655
本文介绍了Linux操作系统中的零拷贝技术，旨在优化I/O操作，减少数据在用户态和内核态间的拷贝以及CPU资源消耗。讨论了包括用户态直接I/O、mmap+write、Sendfile等在内的多种零拷贝方法，分析了各自的优缺点及适用场景，以提升文件传输性能。

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Linux I/O 缓存背景

当请求文件服务器的下载功能时，服务端程序所做的事情是：将服务器磁盘中的文件不做修改地从已连接的 Socket 发送到客户端，通常使用下面的代码完成：

while ((n = read(diskfd, buf, BUF_SIZE)) > 0)
    write<
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剖析linux下的零拷贝技术（zero-copy）
编程随笔与杂谈
03-18 9750
背景 　　大多数的网络服务器是基于server-client模式的。在这当中，下载是一个很常见的功能。此时服务器端需要将主机磁盘上的文件发送到客户端上去。传统的 Linux 操作系统的标准 I/O 接口是基于数据拷贝操作的，即 I/O 操作会导致数据在操作系统内核地址空间的缓冲区和应用程序地址空间定义的缓冲区之间进行传输。那么传统的I/O操作过程是咋样的呢？（下面是具体说明，以read和writ...
从理论到实践：零拷贝技术的全面解读
我是一名热爱编程和分享知识的技术作者，在金融和教育领域有多年的研发管理经验，感谢您访问我的博客，一定会为您带来不一样的收货！
07-22 1654
零拷贝技术的出现和发展，是为了适应高速网络和大规模数据处理的需要，解决传统数据传输机制的效率低下问题，优化系统资源利用，提高数据传输和处理的速度与性能。随着技术的进步，零拷贝技术在现代操作系统和高性能网络编程框架中得到了广泛应用，成为提高系统效率和响应速度的关键技术之一。深入理解I/O模型-优快云博客Sentinel与Nacos强强联合，构建微服务稳定性基石的重要实践_nacos sentinel-优快云博客。
Linux 中的零拷贝技术，第 2 部分
wing的专栏
03-15 676
Linux 中的直接 I/O 如果应用程序可以直接访问网络接口存储，那么在应用程序访问数据之前存储总线就不需要被遍历，数据传输所引起的开销将会是最小的。应用程序或者运行在用户模式下的库函数可以直接访问硬件设备的存储，操作系统内核除了进行必要的虚拟存储配置工作之外，不参与数据传输过程中的其它任何事情。直接 I/O 使得数据可以直接在应用程序和外围设备之间进行传输，完全不需要操作系统内核页缓存的
面试题：什么是零拷贝技术？mmap和sendfile如何实现零拷贝，它们是否真正实现了零拷贝？
最新发布
m0_71836706的博客
05-15 904
零拷贝技术并非指完全没有数据拷贝的过程，而是减少用户态和内核态的切换次数以及CPU拷贝的次数。它通常通过直接内存访问（DMA）技术和内存映射（如mmap）等机制来实现。DMA允许硬件设备（如网卡、硬盘控制器等）直接访问内存，而无需CPU的介入。在数据传输过程中，DMA控制器负责将数据从源地址传输到目标地址，从而减少了CPU的拷贝工作。内存映射技术将文件或设备的内容映射到进程的地址空间中，使得进程可以直接访问这些数据，而无需通过传统的读/写系统调用。这种方式减少了数据在用户空间和内核空间之间的拷贝次数。
【操作系统系列】Linux 零拷贝技术
菜鸡也有大佬梦
01-22 324
零拷贝 使用场景 在写一个服务端程序时（Web Server或者文件服务器），文件下载是一个基本功能。 这时候服务端的任务是：将服务端主机磁盘中的文件不做修改地从已连接的socket发出去，通常用下面的代码完成// 循环的从磁盘读入文件内容到缓冲区，再将缓冲区的内容发送到socket。 while((n = read(diskfd, buf, BUF_SIZE)) > 0) write(sockfd, buf , n); 但是由于Linux的I/O操作默认是缓冲I/O。 这里面主要使用
零拷贝操作系统
skycqd的博客
08-07 211
首先，期间共发生了 4 次用户态与内核态的上下文切换，因为发生了两次系统调用，一次是read()，一次是write()，每次系统调用都得先从用户态切换到内核态，等内核完成任务后，再从内核态切换回用户态。 上下文切换到成本并不小，一次切换需要耗时几十纳秒到几微秒，虽然时间看上去很短，但是在高并发的场景下，这类时间容易被累积和放大，从而影响系统的性能。 其次，还发生了 4 次数据拷贝，其中两次是 DMA 的拷贝，另外两次则是通过 CPU 拷贝的，下面说一下这个过程： 第一次拷贝，把...
Linux 零拷贝技术
编程点滴
03-25 1521
零拷贝（zero-copy）技术可以减少数据拷贝和共享总线操作的次数，消除通信数据在存储器之间不必要的中间拷贝过程，有效地提高通信效率，是设计高速接口通道、实现高速服务器和路由器的关键技术之一。数据拷贝受制于传统的操作系统或通信协议，限制了通信性能。采用零拷贝技术，通过减少数据拷贝次数，简化协议处理的层次，在应用和网络间提供更快的数据通路，可以有效地降低通信延迟，增加网络吞吐率。
Linux操作系统原理与应用--陈莉君
12-16
Linux操作系统原理与应用的学习内容涵盖了Linux内核的基本组成和关键概念，以及操作系统对于用户和开发者的意义和作用。以下是对文档内容的知识点详细解析： 首先，操作系统概述部分介绍了操作系统是什么，它包括...
Linux零拷贝原理.pdf
07-31
在了解了零拷贝原理和相关技术之后，我们可以更深入地理解Linux操作系统在数据处理方面的优化策略。零拷贝技术在提高网络服务器性能、减少延迟和提升吞吐量方面发挥着重要作用，尤其是在处理大量数据传输的应用中，...
【Java编程与系统基础】零拷贝技术及系统调用详解：提升数据传输与程序执行效率的关键方法 面试题
04-09
使用场景及目标：①帮助开发者理解零拷贝技术的工作原理及其在Java中的实现；②区分系统调用和库函数的使用场景，掌握两者在实际编程中的应用；③学会使用`free`命令查看内存使用情况，理解`cache`和`buffer`的不同...
深入剖析Linux IO原理和几种零拷贝机制的实现
陌上轩客
09-20 1103
前言 零拷贝（Zero-copy）技术指在计算机执行操作时，CPU 不需要先将数据从一个内存区域复制到另一个内存区域，从而可以减少上下文切换以及 CPU 的拷贝时间。它的作用是在数据报从网络设备到用户程序空间传递的过程中，减少数据拷贝次数，减少系统调用，实现 CPU 的零参与，彻底消除 CPU 在这方面的负载。实现零拷贝用到的最主要技术是 DMA 数据传输技术和内存区域映射技术。 ...
零拷贝技术原理
苦行僧
03-01 396
操作系统零拷贝详解
缘分天空
05-07 301
概念 在没有cpu干预的情况下，执行的一个存储区向另外一个存储区拷贝任务；可以减少总线周期和内存带宽； 普通I/O实现（4次用户态到内核态切换+4次拷贝） 应用程序调用系统调用read，进行第一次用户态到内核态上线文切换； 将磁盘文件加载到kernel buffer，进行第一次拷贝； 将kernel buffer的数据拷贝到用户态的user buffer中，进行第二次拷贝； read系统调用返回，进行第二次用户态到内核态上线文切换； 用户态应用程序调用write系统调用，进行第三次用户态
零拷贝技术
07-26 1508
作者：梁健（firstdot）E-MAIL：firstdot@163.com感谢王超、史晓龙的共同研究与大力帮助一．基本概念零 拷贝（zero-copy）基本思想是：数据报从网络设备到用户程序空间传递的过程中，减少数据拷贝次数，减少系统调用，实现CPU的零参与，彻底消除 CPU在这方面的负载。实现零拷贝用到的最主要技术是DMA数据传输技术和内存区域映射技术。如图1所示，传统的网络数据报处理，需要经
Netty、Kafka中的零拷贝技术到底有多牛?
spring_root的博客
02-25 1173
我们也经常在 Java NIO，Netty，Kafka，RocketMQ 等框架中听到零拷贝，它经常作为其提升性能的一大亮点；下面从 I/O 的几个概念开始，进而再分析零拷贝。 I/O 概念 缓冲区 缓冲区是所有 I/O 的基础，I/O 讲的无非就是把数据移进或移出缓冲区；进程执行 I/O 操作，就是向操作系统发出请求，让它要么把缓冲区的数据排干(写)，要么填充缓冲区（读）...
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