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Kafka：Zero-Copy 零拷贝

幸运的是，您可以通过一个叫 零拷贝— 很贴切 — 的技巧来消除这些拷贝。使用零拷贝的应用程序要求内核直接将数据从磁盘文件拷贝到套接字，而无需通过应用程序。...可以使用 transferTo() 方法直接将字节从它被调用的通道上传输到另外一个可写字节通道上，数据无需流经应用程序。...应用程序只是起到缓存数据并将其传回到套接字的作用而以，别无他用。数据可以直接从读取缓冲区传输到套接字缓冲区。transferTo() 方法就能够让您实现这个操作。...在内部，它依赖底层操作系统对零拷贝的支持；在 UNIX 和各种 Linux 系统中，此调用被传递到 sendfile() 系统调用中，如下面代码所示，下面代码将数据从一个文件描述符传输到了另一个文件描述符...然后由内核将数据拷贝到与输出套接字相关联的内核缓冲区。 2、数据的第三次复制发生在 DMA 引擎将数据从内核套接字缓冲区传到协议引擎时。

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P99 Conf Talk 汇总 | Rust 在高性能低延迟系统中的应用

一个正常的请求，比如打开或关闭一个文件，从一个套接字中发送或接收数据，将进入主ring 或延迟ring，这取决于其延迟需求。...其他心得 在 Rust 中很难实现 零拷贝（zero-copy），并且很难与您希望进行零拷贝的任何接口一起使用。...这些技术包括轮询阻塞套接字，由 Epoll 控制的非阻塞套接字，io_uring ，一直到完全绕过Linux内核，通过使用像 DPDK 或 Netmap 这样的东西直接与网络接口卡对话，来获得最大的网络性能...基本布局 ： 我们使用普通的 socket()系统调用创建一个AF_XDP套接字（XSK）。每个XSK都有两个ring：RX RING和 TX RING。...RX或TX描述符环指向存储区域（称为UMEM）中的数据缓冲区。RX和TX可以共享同一UMEM，因此不必在RX和TX之间复制数据包。

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    如何使用io_uring构建快速响应的IO密集型应用？

    二、io_uring系统调用io_uring从linix 5.1内核开始支持，但是到linix5.10后才达到比较好的支持，所以使用io_uring编程时，最好使用linix 5.10版本之后。...SQ和CQ在用户空间和内核之间共享，这减少了在启动和完成I/O时复制数据的消耗。...如果to_submit为零或提交队列为空，则该值可以为零。注意，如果创建环时指定了IORING_SETUP_SQPOLL，则返回值通常与to_submit相同，因为提交发生在系统调用的上下文之外。...提交队列条目sqe被设置为使用文件描述符sockfd开始接受由addr处的套接字地址和结构长度addrlen描述的连接请求，并在标志中使用修饰符标志。...在呼叫者已经使用io_uring_submit()提交请求之后，应用程序可以使用io_ uring_ wait_cqe()、io_uring_peek_cqe()或任何其他cqe检索帮助器检索完成，并使用

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    co-uring-http: 基于 C++ 无栈协程与 io_uring 的高性能 HTTP 服务器

    前言 GitHub: xiaoyang-sde/co-uring-http 前段时间我在实现 rust-kernel-riscv (使用 Rust 无栈协程进行上下文切换的操作系统内核) 时, 跟进了一些...Linux Kernel 的特性, 其中印象最深的就是 io_uring. io_uring 作为最新的高性能异步 I/O 框架, 支持普通文件与网络套接字的异步读写, 解决了传统 AIO 的许多问题...在 Linux 通过隔离内核页表来应对 Meltdown 攻击后, 系统调用的开销是不可忽略的, 而 io_uring 通过映射一段在用户态与内核态共享的内存区域, 显著减少系统调用的次数, 缓解了刷新缓存开销...它提供了一个 accept() 方法, 记录是否在 io_uring 中存在现有的 multishot accept 请求，并在不存在时提交一个新的请求....当收到一个 HTTP 请求时, io_uring 从 buffer_ring 中选择一个缓冲区用于存放收到的数据.

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    NIO的好处，Netty线程模型，什么是零拷贝

    这意味着，当一个线程调用read() 或 write()时，该线程被阻塞，直到有一些数据被读取，或数据完全写入。该线程在此期间不能再干任何事情了。...，而且在操作完成前数据被复制了四次 read() 调用引发了一次从用户模式到内核模式的上下文切换。...在内部，它依赖底层操作系统对零拷贝的支持；在 UNIX 和各种 Linux 系统中，此调用被传递到 sendfile() 系统调用中 transferTo() 方法引发 DMA 引擎将文件内容拷贝到一个读取缓冲区...然后由内核将数据拷贝到与输出套接字相关联的内核缓冲区。数据的第三次复制发生在 DMA 引擎将数据从内核套接字缓冲区传到协议引擎时。...如果底层网络接口卡支持收集操作 的话，那么我们就可以进一步减少内核的数据复制。在 Linux 内核 2.4 及后期版本中，套接字缓冲区描述符就做了相应调整，以满足该需求。

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    Linux网络优化之内核epollio_uring 到Python(ASGIWSGI) Java（BIONIO) 模型认知

    ; // 数据就绪回调函数 // 其他字段：状态（如ESTABLISHED）、窗口大小、超时时间等 }; 结构体描述： struct socket：用户态与内核态交互的桥梁，关联文件对象和核心套接字...对比上面的 多路复用 epoll 只解决了 就绪通知 问题，没有解决 I/O 执行 问题。 应用程序仍然需要调用 read/write 系统调用来处理数据，这在高负载下仍然是性能瓶颈。...应用通过一次 io_uring_enter 系统调用，通知内核有新的任务需要处理（或者内核通过轮询模式直接获取，实现零系统调用）。 内核从 SQ 中取出 SQE 并执行 I/O 操作。...对于接收端来说，当poll函数（或类似I/O多路复用机制）触发时，内核协议栈会将待处理的sk_buff（套接字缓冲区）交给传输层。...操作时主动让出CPU 非阻塞IO：所有IO操作（如网络、文件）均为非阻塞，通过回调或Future通知完成 下面的Demo中，await asyncio.sleep(1)会让协程让出CPU，事件循环可以同时处理其他请求

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    什么是零拷贝？

    当应用程序访问某块数据时，操作系统首先会检查，是不是最近访问过此文件，文件内容是否缓存在内核缓冲区，如果是，操作系统则直接根据read系统调用提供的buf地址，将内核缓冲区的内容拷贝到buf所指定的用户空间缓冲区中去...如果在应用程序中，不需要操作内容，过程2和3就是多余的，如果可以直接把内核态读取缓存冲区数据直接拷贝到套接字相关的缓存区，是不是可以达到优化的目的？...Java 实现应用缓存零拷贝 在Java中，正好 FileChannel 的 transferTo() 方法可以实现这个过程，该方法将数据从文件通道传输到给定的可写字节通道， 上面的file.read(...描述符out_fd必须指向一个套接字，而in_fd指向的文件必须是可以mmap的。这些局限限制了sendfile的使用，使sendfile只能将数据从文件传递到套接字上，反之则不行。...带DMA的sendfile 6 2.3 splice 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。

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    面试题：如何理解 Linux 的零拷贝技术？

    , n); 那么整个过程就需要经历：1）read 将数据从磁盘文件通过 DMA 等方式拷贝到内核开辟的缓冲区；2）数据从内核缓冲区复制到用户态缓冲区；3）write 将数据从用户态缓冲区复制到内核协议栈开辟的...方法一：用户态直接 I/O 这种方法可以使应用程序或者运行在用户态下的库函数直接访问硬件设备，数据直接跨过内核进行传输，内核在整个数据传输过程除了会进行必要的虚拟存储配置工作之外，不参与其他任何工作，这种方式能够直接绕过内核...应用程序调用write ，操作系统直接将数据从内核缓冲区拷贝到 socket 缓冲区，最后再通过 DMA 拷贝到网卡发出去。 ?...它指定在 in_fd 和 out_fd 之间传输数据，其中，它规定 in_fd 指向的文件必须是可以 mmap 的，out_fd 必须指向一个套接字，也就是规定数据只能从文件传输到套接字，反之则不行。...2）只适用于将数据从文件拷贝到套接字上。 方法五：splice splice 去掉 sendfile 的使用范围限制，可以用于任意两个文件描述符中传输数据。

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    科大讯飞：说说零拷贝技术和多路复用技术？

    ① MMap MMap（Memory Map）是 Linux 操作系统中提供的一种将文件映射到进程地址空间的一种机制，通过 MMap 进程可以像访问内存一样访问文件，而无需显式的复制操作。...② senFile 方法 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。...提供了 transferTo() 和 transferFrom() 方法，可以直接将数据从一个通道传输到另一个通道，例如从文件通道直接传输到 Socket 通道，整个过程无需将数据复制到用户空间缓冲区...2.多路复用技术 多路复用技术则是一种让单个进程（或线程）能够同时监视多个描述符（如文件描述符、socket描述符）的技术，当其中任何一个描述符准备好进行读、写或者异常操作时，就会通知该进程。...这种方式可以显著提高并发处理能力，减少系统开销，特别是在处理大量并发连接时。

    40810

    Linux 内核新特性与系统设计-Linux Kernel Features Relevant to System Design

    使用 io_uring 异步排队写请求，可确保采集线程保持不被阻塞，同时维持稳定的吞吐量。 DAMON：数据访问监控 描述 DAMON（数据访问监控器）从 Linux 5.15 开始引入。...与 SELinux 或 AppArmor 不同，后者需要特权配置，而 Landlock 允许无特权应用程序限制自身对资源的访问。 它引入了一种规则集模型，应用程序定义文件访问规则，由内核强制执行。...即使被入侵，它也无法访问 /etc/passwd 或其他无关目录。同样，相机应用程序可以将其文件访问限制在 /media/camera，从而保护文件系统的其他部分。...这为存储敏感应用程序或加密数据提供了安全空间。 使用场景 加密操作：在 TLS 握手期间存储会话令牌或对称密钥。 密码管理器：将登录信息与其他系统操作隔离。...多媒体和图形系统：相机和 GPU 可以在不复制的情况下共享缓冲区。 网络设备：使用户空间驱动程序能够高效处理数据包。

    19210

    NIO效率高的原理之零拷贝与直接内存映射

    read()调用导致上下文从用户态切换到内核态。内核通过sys_read()（或等价的方法）从文件读取数据。DMA引擎执行第一次拷贝：从文件读取数据并存储到内核空间的缓冲区。...send()系统调用返回导致第四次上下文切换。当DMA引擎将数据从内核缓冲区传输到协议引擎缓冲区时，第四次拷贝是独立且异步的。...在UNIX和Linux系统中，调用这个方法会引起sendfile()系统调用，实现了数据直接从内核的读缓冲区传输到套接字缓冲区，避免了用户态(User-space) 与内核态(Kernel-space)...使用NIO零拷贝，流程简化为两步： transferTo方法调用触发DMA引擎将文件上下文信息拷贝到内核读缓冲区，接着内核将数据从内核缓冲区拷贝到与套接字相关联的缓冲区。...DMA引擎将数据从内核套接字缓冲区传输到协议引擎（第三次数据拷贝）。 内核态与用户态切换如下图： ?

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    零拷贝原理详解_多路复用的基本原理是什么

    进行大量的数据拷贝操作其实是一件简单的任务，从操作系统的角度来说，如果 CPU 一直被占用着去执行这项简单的任务，那么这将会是很浪费资源的；如果有其他比较简单的系统部件可以代劳这件事情，从而使得 CPU...当应用程序访问某块数据时，操作系统首先会检查，是不是最近访问过此文件，文件内容是否缓存在内核缓冲区，如果是，操作系统则直接根据read系统调用提供的buf地址，将内核缓冲区的内容拷贝到buf所指定的用户空间缓冲区中去...描述符out_fd必须指向一个套接字，而in_fd指向的文件必须是可以mmap的。这些局限限制了sendfile的使用，使sendfile只能将数据从文件传递到套接字上，反之则不行。...使用splice##### 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。...系统调用后，DMA执行了一次数据拷贝，从磁盘到内核空间 ②read结束后，发生第二次数据拷贝，由cpu将数据从内核空间拷贝至用户空间 ③send系统调用，cpu发生第三次数据拷贝，由cpu将数据从用户空间拷贝至内核空间

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    面试官：说一下零拷贝技术的实现原理？

    2.零拷贝技术的实现零拷贝技术可以利用 Linux 下的 MMap、sendFile 等手段来实现，使得数据能够直接从磁盘映射到内核缓冲区，然后通过 DMA 传输到网卡缓存，整个过程中 CPU 只负责管理和调度...2.1 MMapMMap（Memory Map）是 Linux 操作系统中提供的一种将文件映射到进程地址空间的一种机制，通过 MMap 进程可以像访问内存一样访问文件，而无需显式的复制操作。...2.2 senFile 方法在 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：3.哪些地方用到了零拷贝技术？...) 方法，可以直接将数据从一个通道传输到另一个通道，例如从文件通道直接传输到 Socket 通道，整个过程无需将数据复制到用户空间缓冲区，从而实现了零拷贝。

    1.1K10

    NVMeoTCP 的落地挑战与解决方案

    消除折返缓冲 (Bounce Buffering)： TOE 可以直接将数据从网络传输到宿主机内存（或从宿主机内存传输到网络），避免了数据在宿主机内存和网卡内部缓冲之间的多次拷贝。...TOE NIC 通过 DMA 将数据直接传输到应用的缓冲区或从应用缓冲区读取数据。 TOE NIC 通过其以太网接口连接到远程存储。...io_uring 的核心在于用户空间和内核共享提交和完成队列，减少了系统调用开销。...要求和限制： 应用需要修改： 应用程序需要修改其 I/O 模型，从传统的阻塞/非阻塞系统调用切换到 io_uring 接口。...点对点 DMA (P2P DMA): 利用支持 P2P DMA 的硬件能力，允许网卡 (NIC) 直接将数据传输到 GPU 内存或其他支持 P2P 的设备内存，而无需通过宿主机 CPU 或内存作为中转。

    10610

    2023-07-16：讲一讲Kafka与RocketMQ中零拷贝技术的运用？

    零拷贝(英语: Zero-copy) 技术是指计算机执行操作时，CPU不需要先将数据从某处内存复制到另一个特定区域。这种技术通常用于通过网络传输文件时节省CPU周期和内存带宽。...➢零拷贝技术可以减少数据拷贝和共享总线操作的次数，消除传输数据在存储器之间不必要的中间拷贝次数，从而有效地提高数据传输效率 ➢零拷贝技术减少了用户进程地址空间和内核地址空间之间因为上:下文切换而带来的开销...实际上并不需要第二个和第三个数据副本。应用程序除了缓存数据并将其传输回套接字缓冲区之外什么都不做。相反，数据可以直接从读缓冲区传输到套接字缓冲区。...（RocketMQ使用的） 硬盘上文件的位置和应用程序缓冲区(application buffers)进行映射（建立一种一一对应关系），由于mmap()将文件直接映射到用户空间，所以实际文件读取时根据这个映射关系...sendfile linux 2.1支持的sendfile 当调用sendfile()时，DMA将磁盘数据复制到kernel buffer，然后将内核中的kernel buffer直接拷贝到socket

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    socket阻塞与非阻塞，同步与异步、IO模型

    node.js里面的描述： 线程在执行中如果遇到磁盘读写或网络通信（统称为I/O 操作），通常要耗费较长的时间，这时操作系统会剥夺这个线程的CPU 控制权，使其暂停执行，同时将资源让给其他的工作线程，这种线程调度方式称为...当线程遇到I/O 操作时，不会以阻塞的方式等待I/O 操作的完成或数据的返回，而只是将I/O 请求发送给操作系统，继续执行下一条语句。...使用这些接口可以很方便的构建服务器 /客户机的模型。 阻塞I/O模型图：在调用recv()/recvfrom（）函数时，发生在内核中等待数据和复制数据的过程。...当调用recv()函数时，系统首先查是否有准备好的数据。如果数据没有准备好，那么系统就处于等待状态。当数据准备好后，将数据从系统缓冲区复制到用户空间，然后该函数返回。...因为该做法对系统造成的开销是很大的，并且应用程序至少要调用recv()函数两次，才能实际地读入数据。较好的做法是，使用套接字的“I/O模型”来判断非阻塞套接字是否可读可写。

    4.1K30

    RustFS vs MinIO：从原理到精通的深度技术解析

    io_uring：基于共享内存环形队列，真正的零系统调用I/O。计算开销反射与接口：Go的接口断言和反射带来一定的CPU开销。单态化：编译期展开泛型，运行时等同于C++手写优化。...3.1I/O模型对比：从syscall到io_uring传统的MinIO(Go)在进行磁盘I/O时，每一次读写都需要陷入内核态。...io_uring原理图(修正版)关键点解析：零系统调用：应用提交请求只需写入内存，无需切换内核态。零拷贝：数据通过DMA直接传输到用户空间，无需在内核缓冲区中转。...展开代码语言：GoAI代码解释//简化逻辑funcErasureEncode(data[]byte)[][]byte{//1.需要分配新内存存储分片shards:=make([][]byte,k+m)//2.将数据复制到分片中...结语从MinIO到RustFS，不仅仅是语言的更替，更是I/O模型从“系统调用时代”向“共享内存时代”的跨越，也是执行模型从“运行时托管”向“编译期确定性”的进化。

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    从新手到架构师:Web服务器如何实现大文件跨节点传输

    CPU 当应用程序需要读取磁盘数据时，调用read()从用户态陷入内核态，read()这个系统调用最终由CPU来完成; CPU向磁盘发起I/O请求，磁盘收到之后开始准备数据; 磁盘将数据放到磁盘缓冲区之后...那有没有可能让数据从外设A拷贝到外设B时， 让CPU减少或甚至不参与消耗算力资源呢？ 答案是肯定的！ • DMA技术如何实现数据直接传输 DMA技术，在Linux OS如何应用？...： 读数据过程： 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...所以，总体来看，零拷贝技术可以把文件传输的性能提高至少一倍以上 splice方式 splice系统调用是Linux 在 2.6 版本引入的，其不需要硬件支持，并且不再限定于socket上，实现两个普通文件之间的数据零拷贝...如果你想，我可以进一步画一张 mmap 读写 vs sendfile 传输 的对比流程图，用于分享或做 PPT 使用。是否需要？

    42700

    c++ 网络编程（十）TCPIP LINUXwindows 异步通知IO模型与重叠IO模型 附带示例代码

    一般地说，这些函数的工作机制是：告知内核启动某个操作，并让内核在整个操作（包括将数据从内核复制到我们自己的缓冲区）完成后通知我们。...该系统调用立即返回，并且在等待I/O完成期间，我们的进程不被阻塞。本例子中我们假设要求内核在操作完成时产生某个信号，该信号直到数据已复制到应用进程缓冲区才产生，这一点不同于信号驱动I/O模型。 ?.../O)模型使应用程序能达到更加系统性能 因为他和其他4种模型不同的是,使用重叠模型的应用程序通知缓冲区收发系统直接使用数据,也就是说,如果应用程序 投递了一个10kb大小的缓冲区来接收数据,而数据已经到达套接字...,则将该数据直接拷贝到投递的缓冲区, 而4种模型中,数据达到并拷贝到单套接字接收缓冲区,此时应用程序会被告知可以读入的容量,当应用程序调用 接收函数之后,数据才从单套接字缓冲区拷贝应用程序到缓冲区,差别就体现了...I/O模型，在创建套接字时，必须使用WSASocket函数，设置重叠标志。

    1.9K20

    零拷贝技术：减少数据复制和上下文切换，提高网络传输效率（下）

    然而，在文件传输过程中，我们实际上并没有对文件进行任何操作，只是将磁盘文件传输给网卡。CPU数据拷贝的次数是由于上下文切换导致CPU在用户态和内核态之间来回复制数据，这是没有必要的。...为了减少这一步的开销，可以使用 mmap() 替换 read() 系统调用函数。我们之前在讨论进程间如何通信时，我们有提到过共享缓冲区，即将内核态的一部分内存空间映射到应用程序所使用的虚拟空间上。...尽管sendfile()函数本身仍然需要进行系统调用，但仍然能够减少了2次上下文切换的开销。其次，该系统调用可以直接将内核缓冲区中的数据复制到套接字缓冲区中，而无需再复制到用户态。...你可以在你的Linux系统上使用以下命令来查看网卡是否支持散射-聚集特性：：$ ethtool -k eth0 | grep scatter-gatherscatter-gather: on因此，从Linux...因此，总体来看，零拷贝技术可以将文件传输的性能提升至少一倍以上。值得一提的是，在讲解零拷贝技术时，并没有提到网络协议是在哪个步骤中封装的。

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