零拷贝技术

以读取磁盘并发送数据为例

非零拷贝技术

读取磁盘并发送数据，非零拷贝技术需要发生三次数据拷贝（磁盘 -> 应用程序内存 -> 内核缓冲区 -> 网络协议栈缓冲区），CPU参与了所有数据的搬运过程。

零拷贝技术

读取磁盘并发送数据，零拷贝技术只进行了两次数据拷贝（磁盘——>内核缓冲区——>网卡），全程没有通过 CPU 来搬运数据，所有的数据都是通过DMA来进行传输的。这样就减少了上下文切换以及CPU的拷贝时间，从而提高了文件传输的性能。

零拷贝，指整个过程 CPU 零参与。

核心技术

传统的CPU存取数据的方式是：当需要从外设获取数据时，CPU首先将外设数据加载到内存中（因为内存的速度最接近CPU的处理速度），然后检查 cache 是否命中，如果命中则直接返回数据；如果没有命中，则需要继续从内存中获取数据。这个过程会占用大量的 CPU 时间，尤其是在大量数据传输的情况下。

DMA，全称 Direct Memory Access，即直接存储器访问。它是一种高速数据传输操作，能在 DMA 控制器的控制下实现存储器与外设、外设与外设之间的直接数据交换（如磁盘与网卡），整个过程中不需要通过 CPU。

DMA技术的诞生是为了解决 CPU 在数据传输过程中的瓶颈问题。传统的 IO 工作方式中，从硬盘读取数据，然后再通过网卡向外发送，需要进行多次上下文切换和数据拷贝，其中至少两次是由 CPU 完成的。这种方式大大降低了数据传输的效率。为了解决这个问题，DMA 技术应运而生，它让实际的数据传输工作由 DMA 控制器来完成，从而释放了 CPU 的资源。

具体来说，DMA 控制器是一种硬件电路，它可以在 CPU 的主程序执行过程中，接受外设发出的中断请求，暂时停止主程序的执行，转而去执行与数据传输相关的处理程序，从而实现数据的快速传输。例如，在零拷贝技术中，就利用了 DMA 技术来提高文件传输的性能。在这个过程中，只有一个 sendfile 系统调用导致的2次用户态与内核态的上下文切换，只进行了2次数据拷贝（磁盘——>内核缓冲区——>网卡），全程没有通过 CPU 来搬运数据，所有的数据都是通过 DMA 来进行传输的。