sendfile实现零拷贝

sendfile函数在两个文件描述符之间直接传递数据，完全在内核操作，从而避免了内核缓冲区和用户缓冲区的数据拷贝，效率很高，被称为零拷贝。

ssize_t  sendfile(int out_fd , int in_fd ,off_t* offset ,size_t count );

out_fd 是待写入内容的文件描述符，它必须是一个socket

in_fd 是待读出内容的文件描述符，它必须是一个支持类似mmap函数的文件描述符，即它必须指向真实的文件，不能是socket和管道

可以看出这个函数几乎就是专门为在网络上传输文件设置的，有socket，有文件描述符

offset参数指定从读入文件流的哪个位置开始读，如果为空，则使用读入文件流默认的起始位置

count参数指定在out_fd 和in_fd之间传输的字节数

成功返回传输的字节数，失败返回-1并设置errno

与read和write系统调用函数的比较：

read(file, tmp_buf, len);
write(socket, tmp_buf, len);

如果我们使用read和write函数，需要进行如下几个步骤：

步骤一：系统调用read导致了从用户空间到内核空间的上下文切换。DMA模块（直接内存访问，是一种不经过CPU而直接从内存存取数据的数据交换模式。在DMA模式下，CPU只须向DMA控制器下达指令，让DMA控制器来处理数据的传送，数据传送完毕再把信息反馈给CPU）从磁盘中读取文件内容，并将其存储在内核空间的缓冲区内，完成了第1次复制。

步骤二：数据从内核空间缓冲区复制到用户空间缓冲区，之后系统调用read返回，这导致了从内核空间向用户空间的上下文切换。此时，需要的数据已存放在指定的用户空间缓冲区内(参数tmp_buf)，程序可以继续下面的操作。

步骤三：系统调用write导致从用户空间到内核空间的上下文切换。数据从用户空间缓冲区被再次复制到内核空间缓冲区，完成了第3次复制。不过，这次数据存放在内核空间中与使用的socket相关的特定缓冲区中，而不是步骤一中的缓冲区。

步骤四：系统调用返回，导致了第4次上下文切换。第4次复制在DMA模块将数据从内核空间缓冲区传递至协议引擎的时候发生，这与我们的代码的执行是独立且异步发生的。

而使用sendfile函数，需要进行如下几个步骤:

步骤一：sendfile系统调用导致文件内容通过DMA模块被复制到某个内核缓冲区，之后再被复制到与socket相关联的缓冲区内。

步骤二：当DMA模块将位于socket相关联缓冲区中的数据传递给协议引擎时，执行第3次复制。

对比我们可以得出，相比使用sendfile函数，Read & Write方式带来的性能损耗主要有两点：
1. 不必要的内存拷贝。即多了一次从内核缓冲区到用户缓冲区的数据拷贝。
2. 系统调用带来的额外的用户态/内核态上下文切换。我们知道，使用系统调用会发生从内核态到用户态之间的相互转换。使用read&write方式，多使用了一次系统调用，就多了一次上下文切换，降低了性能。

  sendfile函数可能不属于真正意义的零拷贝，但是它减少切换次数和拷贝次数，总体来说是一个非常高效的数据拷贝函数，尤其在传输一个非常大的文件时，sendfile函数的高性能体现的更为明显。所以，一般网络传输文件时，应该使用sendfile函数，提高效率。

 

参考：https://blog.youkuaiyun.com/eydwyz/article/details/76637947