如果不使用零拷贝技术,普通的IO操作在OS层面是如何执行的(二)

零拷贝常用技术

上一次我们说了传统的IO操作是如何是实现的,最后引出了零拷贝技术,这次我们看看有那些零开拷贝技术.(如果不使用零拷贝技术，普通的IO操作在OS层面是如何执行的)

• mmap+write
• sendfile+DMA gather copy
• splice

mmap+write零拷贝技术

mmap+write拷贝技术替换了传统的read+write技术,减少了一次CPU拷贝,mmap实际上Linux提供的一种内存映射技术,他把用户进程的一段虚拟地址映射到磁盘文件的地址.

因此使用mmap技术是为了把内核缓冲区的地址和用户缓冲区进行映射,从而使内核缓冲区地址和应用程序内存的地址进行共享,从而减少内核缓冲区到用户缓冲区的拷贝,如下图

上图表示，整个过程会有四次切换,和两次DMA拷贝,一次CPU拷贝,而mmap是针对大文件提高了I/O性能,但是对于小文件,可能会导致内存碎片的浪费

sendfile+DMA gather copy

sendfile系统调用,可以直接在内核空间进行拷贝,减少用户空间和内核空间的来回拷贝.

它将内核空间的读缓冲区（read buffer）中对应的数据描述信息（内存地址、地址偏移量）记录到相应的网络缓冲区（ socket buffer）中,由 DMA 根据内存地址、地址偏移量将数据批量地从读缓冲区（read buffer）拷贝到网卡设备中。

这样 DMA 引擎直接利用 gather 操作将页缓存中数据打包发送到网络中即可，本质就是和虚拟内存映射的思路类似。

上图表示整个过程，发生两次切换,两次DMA拷贝

splice零拷贝技术

splice是sendfile+DMA gather copy 又一次提升,他直接在内核空间的读缓冲区和网络缓冲区建立了通道pipeline,减少两者之间的CPU拷贝

上图表示,整体上经历了两次切换,和两次DMA拷贝,0次cpu拷贝

我们常用的组件kafka就是用的sendfile+DMA gather copy技术,而我们的RocketMq使用的是mmap+write技术等等