什么是零拷贝?零拷贝的实现方式和原理

本文探讨了零拷贝技术,一种通过减少数据在内核和用户空间间的拷贝来提升数据传输效率的方法。重点介绍了Sendfile、Mmap、DirectI/O和Splice等实现方式,以及在Kafka、RocketMQ和Netty框架中的应用。

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1. 什么是零拷贝?

是一种高效的数据传输技术,它可以将数据从内核空间直接传输到应用程序的内存空间中。
零拷贝是为了避免类似传统数据传输中不必要的数据拷贝,将数据直接传输到目标内存区域,以提高数据传输的效率。但是并不是真正的零次拷贝,而是以减少拷贝次数的方式进行数据传输。

优点:大幅度提升数据传输效率,减少了CPU和内存的开销,加速了数据传输过程。

2. 传统的数据传输方式

在这里插入图片描述
1.用户进程发出read()系统调用,触发上下文切换,从用户态转换到内核态。
2.CPU发起IO请求,通过直接内存访问(DMA)从磁盘读取文件内容,复制到内核缓冲区PageCache。
3.将内核缓冲区数据,拷贝到用户空间缓冲区,触发上下文切换,从内核态转换到用户态。
4.用户进程发起write系统调用,触发上下文切换,从用户态切换到内核态。
5.将数据从用户缓冲区拷贝到内核中与目的地Socket关联的缓冲区。
6.数据最终经由Socket通过DMA传送到网卡缓冲区,write()系统调用返回,并从内核态切换回用户态。

3. 实现方式和原理

3.1 Sendfile

原理

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