Linux系统中内核态、用户态和零拷贝技术解析

本文深入探讨Linux系统中内核态与用户态的概念及其控制数据传输的方式,讲解DMA技术和零拷贝技术,如mmap+write、sendfile等,以提高文件传输性能。此外,还讨论了PageCache的作用和优化,以及针对大文件传输的异步I/O和直接I/O策略。

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目录

第一:存储介质的性能

​第二:内核态和用户态

第三:内核态和用户态是怎么控制数据传输的?

​第四:什么是 DMA ?

​第五:零拷贝技术实现的方式

第六:mmap + write

第七:sendfile

​第八:为啥要聊PageCache?

​第九:大文件传输怎么做?


第一:存储介质的性能

话不多说,先看一张图,下图左边是磁盘到内存的不同介质,右边形象地描述了每种介质的读写速率。一句话总结就是越靠近cpu,读写性能越快。了解了不同硬件介质的读写速率后,你会发现零拷贝技术是多么的香,对于追求极致性能的读写系统而言,掌握这个技术是多么的优秀~

上图是当前主流存储介质的读写性能,从磁盘到内存、内存到缓存、缓存到寄存器,每上一个台阶,性能就提升10倍。如果我们打开一个文件去读里面的内容,你会发现时间读取的时间是远大于磁盘提供的这个时延的,这是为什么呢?问题就在内核态和用户态这2个概念后面深藏的I/O逻辑作怪。

​第二:内核态和用户态

内核态:也称为内核空间。cpu可以访问内存的所有数据,还控制着外围设备的访问,例如硬盘、网卡、鼠标、键盘等。cpu也可以

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