零拷贝

一、为什么需要零拷贝

如下图所示，用户进程发起read()系统调用从磁盘读取，CPU发起IO然后交由DMA，DMA将数据从磁盘缓冲区拷贝到内核缓冲区，然后CPU又将数据从内核缓冲区复制到了用户态的用户缓冲区。这中间发生了两次拷贝。

如果此时用户进程想把read进来的数据通过网络write给远方的进程了，那么流程如下图所示:

可以看到，数据从用户态拷贝到了内核态socket缓冲区，DMA又将缓冲区里的数据拷贝到了网卡。。。。

可以看到，一次read、一次write，导致了：

• 两次系统调用
• 两次用户态切内核态
• 两次内核态切用户态
• 四次数据拷贝

要想提高性能、就要减少系统调用、减少内存拷贝次数。零拷贝就是这么做的。

二、mmap + write

mmap直接将内核缓存映射到用户态的进程中（流程如下），从而避免了一次用户态到内核态的数据拷贝。

此时：

• 两次系统调用
• 两次用户态切内核态
• 两次内核态切用户态
• 三次数据拷贝

只是减少了一次拷贝。能不能减少的再多点？当然可以

三、sendfile

使用sendfile系统调用，可以让cpu直接将数据从内核缓冲区拷贝到另一个内核缓冲区，从而避免了两次系统调用

此时：

• sendfile一次系统调用
• 一次用户态切内核态
• 一次内核态切用户态
• 三次数据拷贝

四、SG-DMA

网卡支持 SG-DMA 技术，那么sendfile会在减少一次数据拷贝，数据不会再在内核态的缓冲区之间拷贝了，而是直接由SG-DMA把内核态的缓冲区里的数据拷贝至网卡的缓冲区里。如下图所示：

此时：

• sendfile一次系统调用
• 一次用户态切内核态
• 一次内核态切用户态
• 两次数据拷贝