分析|零拷贝Zero-Copy技术大公开

应用程序要读取磁盘数据，调用read()函数从而实现用户态切换内核态，这是第1次状态切换;

DMA控制器将数据从磁盘拷贝到内核缓冲区，这是第1次DMA拷贝;

CPU将数据从内核缓冲区复制到用户缓冲区，这是第1次CPU拷贝;

CPU完成拷贝之后，read()函数返回实现用户态切换用户态，这是第2次状态切换;

写数据过程：

应用程序要向网卡写数据，调用write()函数实现用户态切换内核态，这是第1次切换;

CPU将用户缓冲区数据拷贝到内核缓冲区，这是第1次CPU拷贝;

DMA控制器将数据从内核缓冲区复制到socket缓冲区，这是第1次DMA拷贝;

完成拷贝之后，write()函数返回实现内核态切换用户态，这是第2次切换;

综上所述：

读过程涉及2次空间切换、1次DMA拷贝、1次CPU拷贝;

写过程涉及2次空间切换、1次DMA拷贝、1次CPU拷贝;

可见传统模式下，涉及多次空间切换和数据冗余拷贝，效率并不高，接下来就该零拷贝技术出场了。

 零拷贝技术

出现原因

我们可以看到，如果应用程序不对数据做修改，从内核缓冲区到用户缓冲区，再从用户缓冲区到内核缓冲区。两次数据拷贝都需要CPU的参与，并且涉及用户态与内核态的多次切换，加重了CPU负担。

我们需要降低冗余数据拷贝、解放CPU，这也就是零拷贝Zero-Copy技术。

解决思路

目前来看，零拷贝技术的几个实现手段包括：mmap+write、sendfile、sendfile+DMA收集、splice等。

mmap是Linux提供的一种内存映射文件的机制，它实现了将内核中读缓冲区地址与用户空间缓冲区地址进行映射，从而实现内核缓冲区与用户缓冲区的共享。

这样就减少了一次用户态和内核态的CPU拷贝，但是在内核空间内仍然有一次CPU拷贝。

（编辑：温州站长网）

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