零拷贝(Zero-copy)技术是一种计算机操作系统中用于提高数据传输效率的优化策略。在传统的数据传输过程中,需要将数据从一个缓冲区拷贝到另一个缓冲区,然后再传输给目标。这涉及到多次的 CPU 和内存之间的数据拷贝操作,会消耗 CPU 的时间和内存带宽。而零拷贝技术通过直接共享数据的内存地址,避免了中间的拷贝过程,从而提高了数据传输的效率。
要搞明白零拷贝技术就要先搞清楚传统 IO 的执行流程,传统的 IO 的执行流程如下:
操作系统有用户态和内核态之分,这是因为计算机体系结构中的操作系统设计了两个不同的执行环境,以提供不同的功能和特权级别。
使用 MMap 可以把 IO 执行流程优化成以下执行步骤:
传统的 IO 需要四次拷贝和四次上下文(用户态和内核态)切换,而 MMap 只需要三次拷贝和四次上下文切换,从而能够提升程序整体的执行效率,并且节省了程序的内存空间。
在 Linux 操作系统中 sendFile() 是一个系统调用函数,用于高效地将文件数据从内核空间直接传输到网络套接字(Socket)上,从而实现零拷贝技术。这个函数的主要目的是减少 CPU 上下文切换以及内存复制操作,提高文件传输性能。
使用 sendFile() 可以把 IO 执行流程优化成以下执行步骤:
在 Java 中,以下几个地方使用了零拷贝技术:
CPU 拷贝(次数) | DMA 拷贝(次数) | 上下文切换(次数) | |
---|---|---|---|
传统 IO | 2 | 2 | 4 |
MMap | 1 | 2 | 4 |
sendFile() | 1 | 2 | 2 |
无论是传统 IO,还是零拷贝,其中两次 DMA 拷贝都不能省略,这是为什么?零拷贝技术除了 MMap 和 sendFile() 之外,还有没有其他的技术实现?
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