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[转]浅谈Linux下的零拷贝机制
有时候，应用程序在数据传输的过程中不需要对数据进行访问，将数据从linux的页缓存拷贝到用户进程的缓冲区就可以完全避免，传输的数据在页缓冲中就可以处理。在某些情况下，这种零拷贝技术能获得很好的性能。
总的来说，带有DMA收集拷贝功能的sendfile实现的I/O只使用了2次用户空间与内核空间的上下文切换，以及2次数据的拷贝，而且这2次的数据拷贝都是非CPU拷贝。
splice调用利用了Linux提出的管道缓冲区机制， 所以至少一个描述符要为管道。以上几种零拷贝技术都是减少数据在用户空间和内核空间拷贝技术实现的，但是有些时候，数据必须在用户空间和内核空间之间拷贝。
Linux系统I/O操作与零拷贝
1、简单的说，零拷贝是一种避免CPU将数据从一快存储拷贝到另外一块存储的技术。
2、使用DMA的系统I/O操作要进行4次内核空间与应用程序空间的上下文切换，2次CPU数据拷贝及2次DMA数据拷贝。 Mmap内存映射与标准I/O操作的区别在于当应用程序需要访问数据时，不需要进行内核缓冲区到应用程序缓冲区之间的数据拷贝。
3、下面我们通过一个Java非常常见的应用场景：将系统中的文件发送到远端（该流程涉及：磁盘上文件 —— 内存（字节数组） —— 传输给用户/网络）来详细展开传统I/O操作和通过零拷贝来实现的I/O操作。
4、sendfile只适用于将数据从文件拷贝到套接字上，限定了它的使用范围。Linux在17版本引入splice系统调用，用于在两个文件描述符中移动数据。
5、对于带有DMA收集拷贝功能的sendfile系统调用，还可以再减少一次内核缓冲区之间的拷贝。
6、“内核”指的是一个提供硬件抽象层、磁盘及文件系统控制、多任务等功能的系统软件。一个内核不是一套完整的操作系统。Linux中传统的I/O操作是一种缓存I/O，I/O过程中产生的数据传输通常需要在缓冲区中进行多次拷贝。
零拷贝Zero-copy技术详解
所以异步IO可以做到直接从磁盘缓冲区拷贝到用户缓冲区，适用于大文件传输。
零拷贝（zero-copy）基本思想是：数据报从网络设备到用户程序空间传递的过程中，减少数据拷贝次数，减少系统调用，实现CPU的零参与，彻底消除 CPU在这方面的负载。
Linux的fork（）使用写时拷贝（copy-on-write）页实现。写时拷贝是一种可以推迟甚至免除拷贝数据的技术。内核此时并不复制整个进程地址空间，而是让父进程和子进程共享同一个拷贝。
我们来重点探究 kafka两个重要过程、以及是如何利用两个零拷贝技术sendfile和mmap的。 传统方式实现： 先接收生产者发来的消息，再落入磁盘。 实际会经过四次copy，如下图的四个箭头。
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