控制器把数据从socket缓冲区拷贝到网卡，上下文从内核态切换回用户态，write()返回 零拷贝实现方式 在Linux中零拷贝的实现方式主要有: 用户态直接 I/O、减少数据拷贝次数以及写时复制技术。...（socket buffer） 基于 mmap + write 系统调用的零拷贝方式，整个过程发生了4次用户态和内核态的上下文切换和3次拷贝，具体流程如下： 用户进程通过mmap()方法向操作系统发起调用...它将读缓冲区中的数据描述信息–内存地址和偏移量记录到socket缓冲区，由 DMA 根据这些将数据从读缓冲区拷贝到网卡，相比之前版本减少了一次CPU拷贝的过程 整个过程发生了2次用户态和内核态的上下文切换和...Netty中的零拷贝 OS层面的零拷贝主要避免在用户态(User-space)和内核态(Kernel-space)之间来回拷贝数据。...零拷贝的理解 深入Linux IO原理和几种零拷贝
零拷贝实现方式 在Linux中零拷贝的实现方式主要有: mmap + write、sendfile、splice mmap+write(内存映射) mmap 是 Linux 提供的一种内存映射文件方法，...（read buffer）仍需将数据拷贝到内核写缓冲区（socket buffer） 基于 mmap + write 系统调用的零拷贝方式，整个过程发生了4次用户态和内核态的上下文切换和3次拷贝(减少了一次内核态到用户态的切换...splice() 是基于 Linux 的管道缓冲区 (pipe buffer) 机制实现的，所以splice()的两个入参文件描述符要求必须有一个是管道设备。...Linux 零拷贝的实际应用 Kafka kafka 文件传输中用到了 Java NIO 库中的 transferTo： long transferFrom(FileChannel fileChannel...零拷贝的理解 深入Linux IO原理和几种零拷贝
大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。 如今几乎每个人都听说过Linux中所谓的”零拷贝”特性，然而我经常碰到没有充分理解这个问题的人们。...在内核版本2.4中，socket缓冲区描述符结构发生了改动，以适应聚合操作的要求——这就是Linux中所谓的”零拷贝“。这种方式不仅减少了多个上下文切换，而且消除了数据冗余。...第四个参数是打算传输的字节数。为了sendfile可以使用”零拷贝“特性，网卡需要支持聚合操作，此外还应具备校验和计算能力。...这给希望在网络传输代码中利用”零拷贝”的开发者带来了问题。 这些实现差异中的一点在于Linux提供的sendfile，是定义为用于两个文件描述符之间和文件到socket之间的传输接口。...Solaris和HP-UX 中的sendfile系统调用包含额外的参数，用于消除为待传输数据添加头部的开销。 展望 Linux中“零拷贝”的实现还远未结束，并很可能在不久的未来发生变化。
引言 传统的 Linux 操作系统的标准 I/O 接口是基于数据拷贝操作的，即 I/O 操作会导致数据在操作系统内核地址空间的缓冲区和应用程序地址空间定义的缓冲区之间进行传输。...总结 本系列文章介绍了 Linux 中的零拷贝技术，本文是其中的第一部分，介绍了零拷贝技术的基本概念，Linux 为什么需要零拷贝这种技术以及简要概述了 Linux 中都存在哪些零拷贝技术这样一些基本背景知识...第一部分主要介绍了一些零拷贝技术的相关背景知识，简要概述了 Linux 为什么需要零拷贝技术以及 Linux 中都有哪几种零拷贝技术。...网卡的 DMA 引擎会在一次操作中从多个位置读取包头和数据。...为什么要扩展 Linux I/O API 传统的 Linux 输入输出接口，比如读和写系统调用，都是基于拷贝的，也就是说，数据需要在操作系统内核和应用程序定义的缓冲区之间进行拷贝。
什么是零拷贝 维基上是这么描述零拷贝的：零拷贝描述的是CPU不执行拷贝数据从一个存储区域到另一个存储区域的任务，这通常用于通过网络传输一个文件时以减少CPU周期和内存带宽。...零拷贝给我们带来的好处： 减少甚至完全避免不必要的CPU拷贝，从而让CPU解脱出来去执行其他的任务 减少内存带宽的占用 通常零拷贝技术还能够减少用户空间和操作系统内核空间之间的上下文切换 Linux...Linux 中零拷贝技术的实现方向 ① 直接 I/O：对于这种数据传输方式来说，应用程序可以直接访问硬件存储，操作系统内核只是辅助数据传输。...A：Linux提供了mmap零拷贝来实现我们的需求。 通过mmap实现的零拷贝I/O mmap(内存映射)是一个比sendfile昂贵但优于传统I/O的方法。 ?...Perspective Linux Programmer's Manual SENDFILE(2) Linux 中的零拷贝技术，第 1 部分 Linux 中的零拷贝技术
，最先出现瓶颈的就是I/O，尤其是在现代网络应用从 CPU 密集型转向了 I/O 密集型的大背景下，I/O越发成为大多数应用的性能瓶颈传统的 Linux 操作系统的标准 I/O 接口是基于数据拷贝操作的...CPU，也就是说 I/O 过程需要 CPU 去执行数据拷贝的操作，因此导致了极大的系统开销，限制了操作系统有效进行数据传输操作的能力这篇文章就从文件传输场景以及零拷贝技术深究Linux I/O的发展过程...拷贝到网卡的缓冲区里，这个过程是由 DMA 搬运的我们可以看到，通过使用 mmap() 来代替 read()， 可以减少一次数据拷贝的过程但这还不是最理想的零拷贝，因为仍然需要通过 CPU 把内核缓冲区的数据拷贝到...socket缓冲区，DMA 控制器将数据从socket缓冲区拷贝到网卡splice() 返回，上下文从内核态切换回用户态图片在 Linux 2.6.17 版本引入了 splice，而在 Linux 2.6.23...(Buffer Sharing)从前面的介绍可以看出，传统的 Linux I/O接口，都是基于复制/拷贝的：数据需要在操作系统内核空间和用户空间的缓冲区之间进行拷贝。
作者：kevineluo，腾讯 CSIG 后台开发工程师 本文将从文件传输场景以及零拷贝技术深究 Linux I/O 的发展过程、优化手段以及实际应用。...传统的 Linux 操作系统的标准 I/O 接口是基于数据拷贝操作的，即 I/O 操作会导致数据在操作系统内核地址空间的缓冲区和用户进程地址空间定义的缓冲区之间进行传输。...这篇文章就从文件传输场景以及零拷贝技术深究 Linux I/O的发展过程、优化手段以及实际应用。...splice() 是基于 Linux 的管道缓冲区 (pipe buffer) 机制实现的，所以splice()的两个入参文件描述符要求必须有一个是管道设备。...缓冲区共享 (Buffer Sharing) 从前面的介绍可以看出，传统的 Linux I/O接口，都是基于复制/拷贝的：数据需要在操作系统内核空间和用户空间的缓冲区之间进行拷贝。
导言 | 本文邀请到腾讯CSIG后台开发工程师kevineluo从文件传输场景以及零拷贝技术深究Linux I/O的发展过程、优化手段以及实际应用。...传统的Linux操作系统的标准I/O接口是基于数据拷贝操作的，即I/O操作会导致数据在操作系统内核地址空间的缓冲区和用户进程地址空间定义的缓冲区之间进行传输。...这篇文章就从文件传输场景，以及零拷贝技术深究Linux I/O的发展过程、优化手段以及实际应用。...2）缓冲区共享(Buffer Sharing) 从前面的介绍可以看出，传统的Linux I/O接口，都是基于复制/拷贝的：数据需要在操作系统内核空间和用户空间的缓冲区之间进行拷贝。...总体来看，零拷贝技术至少可以把文件传输的性能提高一倍以上，以下是各方案详细的成本对比： 零拷贝技术是基于PageCache的，PageCache会缓存最近访问的数据，提升了访问缓存数据的性能，同时，为了解决机械硬盘寻址慢的问题
本文讲解 Linux 的零拷贝技术，云计算是一门很庞大的技术学科，融合了很多技术，Linux 算是比较基础的技术，所以，学好 Linux 对于云计算的学习会有比较大的帮助。...为什么需要零拷贝 传统的 Linux 系统的标准 I/O 接口（read、write）是基于数据拷贝的，也就是数据都是 copy_to_user 或者 copy_from_user，这样做的好处是，通过中间缓存的机制...什么是零拷贝 零拷贝就是这个问题的一个解决方案，通过尽量避免拷贝操作来缓解 CPU 的压力。Linux 下常见的零拷贝技术可以分为两大类：一是针对特定场景，去掉不必要的拷贝；二是去优化整个拷贝的过程。...由此看来，零拷贝并没有真正做到“0”拷贝，它更多是一种思想，很多的零拷贝技术都是基于这个思想去做的优化。 ?...零拷贝的几种方法 原始数据拷贝操作 在介绍之前，先看看 Linux 原始的数据拷贝操作是怎样的。
4、应用零拷贝技术，减少用户态和内核态之间的上下文切换 传统 IO 数据拷贝原理 在正式分析零拷贝机制原理之前，我们先来看下传统 IO 在数据拷贝的基本原理，从数据拷贝 (I/O 拷贝) 的次数以及上下文切换的次数进行对比分析...Linux 提供了 sendfile() 用来减少我们前面提到的数据拷贝和的上下文切换次数。...mmap 数据零拷贝原理 如果需要对数据做操作，Linux 提供了mmap 零拷贝来实现。...1、构建基于 NIO 的服务端，监听 8899 端口。...：237607747,耗时：161（100到300毫秒之间） 结合运行结果，基于 NIO 零拷贝技术要比传统 IO 传输效率高 3倍多。
在硬件这一层看，Buffer应该为内存，Cache为CPU集成的告诉缓存。Buffer为了让不同速度的设备能够同步，建立的一个缓冲区域，写进Buffer的数据是为了从中拿出写入其他设备。...以Linux为例，Buffer(Buffer Cache)以块形式缓冲了块设备的操作，定时或手动的同步到硬盘，它是为了缓冲写操作然后一次性将很多改动写入硬盘，避免频繁写硬盘，提高写入效率。...：操作系统通过缓存以及预读机制对文件系统中的 block 基于 page 进行缓存管理；Direct Buffer：当使用 Direct I/O 提供的相关 API 时，操作系统不再提供基于 Page...参数用于控制基于 Page Cache 的 Redo Log Buffer 的数据落盘机制2。...注意事项：使用 Page Cache 机制的数据刷盘机制，即使基于同步策略，即每次写操作都要求数据直接落盘，但在数据落盘之前，数据总是先要写于 Page Cache 中，再将 Page Cache 中的具体
一、背景 Kafka的零拷贝（zero-copy）技术是 Kafka 性能高的根本所在。...四、零拷贝技术 有了 DMA 技术的，通过网卡直接去访问系统的内存，就可以实现现绝对的零拷贝了。这样就可以最大程度提高传输性能。...通过“零拷贝”技术，我们可以去掉那些没必要的数据复制操作， 同时也会减少上下文切换次数。...通过上图可以看到，零拷贝技术只用将磁盘文件的数据复制到页面缓存中一次，然后将数据从页面缓存直接发送到网络中（发送给不同的订阅者时，都可以使用同一个页面缓存），避免了重复复制操作。...五、JAVA零拷贝的实现 Java的零拷贝由 FileChannel.transferTo() 方法实现。
因此，为了优化文件的传输性能，我们需要减少上下切换和拷贝的次数。 如何实现零拷贝？...CPU 最后再借助DMA将Socket缓冲区的数据拷贝到网卡缓冲区里 mmap + write的实现方式需要3次数据拷贝和4次上下文切换 sendfile sendfile是Linux内核2.1版本中专门发送文件的系统调用函数...上述零拷贝还不是真正的零拷贝，如果网卡支持SG-DMA技术的话，我们可以进一步减少数据拷贝的次数（即减少CPU把内核缓冲区的内容拷贝到Socket缓冲区的过程）。...在Linux内核2.4y以后，对于网卡支持SG-DMA技术的情况下，sendfile系统调用的过程也发生了变化： 首先通过DMA拷贝将磁盘的数据拷贝到内核缓冲区 第二步，将缓冲区描述符和数据长度传到Socket...缓冲区，网卡的SG-DMA控制器可以直接将内核缓冲区的数据拷贝到网卡的缓冲区里 通过以上技术，我们真正实现了零拷贝，数据拷贝次数发生两次，并且我们全程没有让CPU介入数据拷贝过程，通过DMA技术实现了数据的拷贝
那么有没有可能减少数据的复制次数，提高网络 I/O 的效率呢？答案是肯定的。 那么到底什么是零拷贝呢？...就是将数据直接从内核态的缓冲区中直接拷贝到 Socket 的缓冲区中，没有经过用户态的缓冲区，之所以被叫做零拷贝是相对于用户态来说的。如下图所示： ?...总的来说，从操作系统的角度来看是零拷贝，因为数据不是在内核缓冲区之间复制的。...在操作系统支持的情况下，通过该方法传输数据并不需要将源数据从内核态拷贝到用户态，再从用户态拷贝到目标通道的内核态，同时也避免了两次用户态和内核态间的上下文切换，也即使用了“零拷贝”。...参考链接 维基百科-零拷贝 Linux 零拷贝原理 作 者：haifeiWu 原文链接：https://www.hchstudio.cn/article/2019/fb0f/ 版权声明：非特殊声明均为本站原创作品
上一篇推文《百万并发「零拷贝」技术系列之初探门径》中的示例告诉我们：传统的I/O操作读取文件并通过Socket发送，需要经过4次上下文切换、2次CPU数据拷贝和2次DMA控制器数据拷贝，如下图 ?...从中也可以看得出提高性能可以从减少数据拷贝和上下文切换的次数着手，在Linux操作系统层面上有4种实现方案：内存映射mmap、sendfile、splice、tee，这些实现中或多多少的减少数据拷贝次数或减少上下文切换次数...现实中对零拷贝的概念有广义和狭义之分，广义上是指只要减少了数据拷贝的次数就称之为零拷贝；狭义上是指真正的零拷贝，比如上例中避免2和3的CPU拷贝。...； DMA控制器将网络缓冲区的数据发送网卡，并返回，由内核态进入用户态，发生第4次上下文切换； 总结 避免了内核空间和用户空间的2次CPU拷贝，但增加了1次内核空间的CPU拷贝，整体上相当于只减少了1次...2次上下文切换，0次CPU拷贝，2次DMA拷贝，实现真正意义上的零拷贝； 依然不能修改数据； 但那时的sendfile有个致命的缺陷，如果你查看Sendfild手册，你会发现如下描述 ?
+write 实现的零拷贝 sendfile 实现的零拷贝 带有DMA收集拷贝功能的sendfile实现的零拷贝 java提供的零拷贝方式 「关注公众号，一起交流 :潜行前行」 零拷贝的好处 减少或避免不必要的...DMA异步将内核空间socket缓冲区中的数据传递到网卡 「通过sendfile实现的零拷贝I/O使用了2次用户空间与内核空间的上下文切换，以及3次数据的拷贝。...其中3次数据拷贝中包括了2次DMA拷贝和1次CPU拷贝」 带有DMA收集拷贝功能的sendfile实现的零拷贝 从Linux 2.4版本开始，操作系统提供scatter和gather的SG-DMA方式，...这样一来我们就实现了最理想的零拷贝I/O传输了，不需要任何一次的CPU拷贝，以及最少的上下文切换」 java提供的零拷贝方式 java NIO的零拷贝实现是基于mmap+write方式 FileChannel...[2] java NIO 的通道Channel的理解[3] Channel基本使用——FileChannel类和内存映射的使用[4] Reference [1] 浅谈 Linux下的零拷贝机制: https
TCP 协议的 socket 在使用上述接口和方法进行数据传输时利用到了 Linux 的零拷贝技术 sendfile 和 splice。...我前段时间为 Go 语言内部的 Linux splice 零拷贝技术做了一点优化：为 splice 系统调用实现了一个 pipe pool，复用管道，减少频繁创建和销毁 pipe buffers 所带来的系统开销...，理论上来说能够大幅提升 Go 的 io 标准库中基于 splice 零拷贝实现的 API 的性能。...splice 纵观 Linux 的零拷贝技术，相较于mmap、sendfile和 MSG_ZEROCOPY 等其他技术，splice 从使用成本、性能和适用范围等维度综合来看更适合在程序中作为一种通用的零拷贝方式...进行高频的零拷贝操作的性能必定会有数量级的提升。
零拷贝 为什么使用直接内存就能如此提高读写性能？因为使用了零拷贝技术。...心心念的零拷贝终于出现了，还是老话，先进行铺垫，然后才轮到零拷贝的内容（笔者最怕操作系统，所以这方面的知识讲得会细一些） 2.1 内存 硬盘与CPU的速度差距太大，当CPU处理完数据，硬盘还没把数据准备好...2.6 零拷贝 零拷贝可以减少CPU拷贝和状态切换的次数，这样显然可以提高性能 其实现方式有：（顺便提一下NIO的直接内存使用的是mmap方式） mmap + write sendFile sendFile...+ DMA收集 splice 2.6.1 mmap mmap是Linux提供的一种内存映射文件机制，可以将内核缓冲区和用户缓冲区的部分空间实现共享，这样可以减少一次用户态与内核态的CPU拷贝（总计4次状态切换...在Netty这样高性能网络通信框架中，也是经常读写的，所以其底层也涉及到了零拷贝技术 缺点： 读过程中要将数据拷贝到用户缓冲区我们才能进行修改的，而缺失这一环（直接拷贝到套接字缓冲区或网卡）那么我们就不能对数据进行修改
回归正题，NIO的高性能除了体现在Epoll模型之外，还有很重要的一点，就是零拷贝！...首先大家要先明白一点，所谓的0拷贝，并不是一次拷贝都没有，而是数据由内核空间向用户空间的相互拷贝被取消了，所以称之为零拷贝！...DMA引擎异步将Socket缓冲区拷贝到网卡通过底层协议栈发送至对端！ 我们可以了解一下，这当中发生了4次上下文的切换和4次数据拷贝！...内核空间和Socket也是一个个的对应的文件，sendfile函数可以将两个文件里面的数据来回传输，这也造就了，我们后面的零拷贝优化！...这个优化不可谓不狠，上下文切换次数变为两次，数据拷贝变为两次，这基本符合了我们上面的优化要求，但是我们还是会发现，从内核空间到Socket缓冲区，然后从内核缓冲区到网卡似乎也有点鸡肋，所以，Linux2.4
回归正题，NIO的高性能除了体现在Epoll模型之外，还有很重要的一点，就是零拷贝！...首先大家要先明白一点，所谓的0拷贝，并不是一次拷贝都没有，而是数据由内核空间向用户空间的相互拷贝被取消了，所以称之为零拷贝！...DMA引擎异步将Socket缓冲区拷贝到网卡通过底层协议栈发送至对端！ 我们可以了解一下，这当中发生了4次上下文的切换和4次数据拷贝！...内核空间和Socket也是一个个的对应的文件，sendfile函数可以将两个文件里面的数据来回传输，这也造就了，我们后面的零拷贝优化！ sendfile - linux2.4之前 ?...这个优化不可谓不狠，上下文切换次数变为两次，数据拷贝变为两次，这基本符合了我们上面的优化要求，但是我们还是会发现，从内核空间到Socket缓冲区，然后从内核缓冲区到网卡似乎也有点鸡肋，所以，Linux2.4
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