Linux系统中一切皆文件,仔细想一下Linux系统的很多活动无外乎读操作和写操作,零拷贝就是为了提高读写性能而出现的。
平时在面试中你肯定会经常碰见的问题就是:RocketMQ为什么快?Kafka为什么快?什么是mmap?
像大白这种调包侠,深知不懂底层技术点就如同空中楼阁,再这样下去面阿里p10是没希望了。
相信不少的网友,在很多的博客文章里面,已经见到过零拷贝这个词,会不禁的发出一些疑问,什么是零拷贝?
操作系统的存储空间包含硬盘和内存,而内存又分成用户空间和内核空间。以从文件服务器下载文件为例,服务器需要将硬盘中的数据通过网络通信发送给客户端,大致流程如下:
提前说明有些操作系统的相关概念自行百度,但是个人认为,很多面试官可能对于操作系统也懂的不多,当然不排除一些真正的大佬,往往面试的面试官也就那样,废话不多说,开始讲解普通IO的底层原理
当涉及到网络传输中的零拷贝技术时,它在提高性能和效率方面扮演着重要的角色。在之前我们已经讨论了磁盘设备管理中的零拷贝技术,其中涉及到了DMA技术。现在,让我们来深入探讨一下网络传输中零拷贝技术的实现方式以及它的重要性。
1、用户态与内核态 ⽤户态和内核态是操作系统的两种运⾏状态。 (1)内核态:处于内核态的CPU可以访问任意的数据,包括外围设备,⽐如⽹卡、硬盘等,处于内核态的 CPU 可以从⼀个程序切换到另外⼀个程序,并且占⽤ CPU 不会发⽣抢占情况,⼀般处于特权级 0 的状态我们称之为内核态。 (2)⽤户态:处于⽤户态的CPU只能受限的访问内存,并且不允许访问外围设备,⽤户态下的 CPU 不允许独占,也就是说 CPU 能够被其他程序获取。
零拷贝机制(Zero-Copy)是在操作数据时不需要将数据从一块内存区域复制到另一块内存区域的技术,这样就避免了内存的拷贝,使得可以提高CPU的。零拷贝机制是一种操作数据的优化方案,通过避免数据在内存中拷贝达到的提高CPU性能的方案。
Flink的内存管理是基于JVM内存模型的,所以,在内存调优或者解决各种OOM等问题时JVM内存管理是绕不开的话题。本文以Direct Memory为切入点,探索堆外内存、直接内存、以及他们在Java NIO源码中如何体现的。最后,简单介绍Java NIO的零拷贝在Kafka和Netty中的应用。
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
零拷贝经常在各个框架使用,比如kafka,rocketmq,都起到了很好的作用,首先我们要知道零拷贝不是没有一次拷贝,是尽可能的减少拷贝。
磁盘可以说是计算机系统最慢的硬件之一,读写速度相差内存 10 倍以上,所以针对优化磁盘的技术非常的多,比如零拷贝、直接 I/O、异步 I/O 等等,这些优化的目的就是为了提高系统的吞吐量,另外操作系统内核中的磁盘高速缓存区,可以有效的减少磁盘的访问次数。
零拷贝是老生常谈的问题啦,大厂非常喜欢问。比如Kafka为什么快,RocketMQ为什么快等,都涉及到零拷贝知识点。最近技术讨论群几个伙伴分享了阿里、虾皮的面试真题,也都涉及到零拷贝。因此本文将跟大家一起来学习零拷贝原理。
零拷贝技术指在计算机执行操作时,CPU不需要先将数据从一个内存区域复制到另一个内存区域,从而可以减少上下文切换以及CPU的拷贝时间。它的作用是在数据报从网络设备到用户程序空间传递的过程中,减少数据拷贝次数,减少系统调用,实现CPU的零参与,彻底消除CPU的负载。
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)
在上一文中“图解Kafka消息是被怎么存储的?”,我们了解了Kafka内部是如何存储数据的,其中我们提到了Kafka之所以那么快的另外一个原因就是零拷贝(zero-copy)技术。本文我们就来了解Kafka中使用的零拷贝技术为什么那么快。
最近有粉丝收到来美团的面试邀请,面试前也没怎么准备,一面直接挂了。面试官问他什么是零拷贝,他没答出来。希望我能给他推荐一些资料看看,本文就是给他推荐的面试资料之一,主要来讲清楚,零拷贝到底是怎么一回事!
👋 你好,我是 Lorin 洛林,一位 Java 后端技术开发者!座右铭:Technology has the power to make the world a better place.
传统IO的工作方式是,数据读取和写入是从用户空间和内核空间来回复制,内核空间的数据时通过操作系统层面的IO接口从磁盘读取或写入。
在前一章节中,我们了解了DMA技术在文件传输中的重要性,并简要介绍了零拷贝技术。为了提高文件传输的性能,我们需要减少用户态与内核态之间的上下文切换次数以及内存拷贝次数。本章将深入探讨零拷贝技术的优化方法,让我们一起走进零拷贝的优化之路!
注意事项:除了 Direct I/O,与磁盘相关的文件读写操作都有使用到 page cache 技术。
大白话解释,零拷贝就是没有把数据从一个存储区域拷贝到另一个存储区域。但是没有数据的复制,怎么可能实现数据的传输呢?其实我们在java NIO、netty、kafka遇到的零拷贝,并不是不复制数据,而是减少不必要的数据拷贝次数,从而提升代码性能
我们看到,通过 DMA 芯片进行的硬盘读写过程需要进行四次特权级切换和四次拷贝操作。
零拷贝(Zero-copy)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。
Linux 按照特权等级,把进程的运行空间分为内核空间和用户空间,分别对应着下图中, CPU 特权等级分为4个,Linux 使用 Ring 0 和 Ring 3。
DMA(Direct Memory Access) 即直接存储器访问, DMA 传输方式无需 CPU 直接控制传输,通过硬件为 RAM 、I/O 设备开辟一条直接传送数据的通路,能使 CPU 的效率大
零拷贝作用 : 在网络编程中 , 如果要进行性能优化 , 肯定要涉及到零拷贝 , 使用零拷贝能极大的提升数据传输性能 ;
在操作系统中,从内核的形态区分,可以分为内核态(Kernel Space)和用户态(User Space)。
"零拷贝"这三个字,想必大家多多少少都有听过吧,这个技术在各种开源组件中都使用了,比如kafka,rocketmq,netty,nginx等等开源框架都在其中引用了这项技术。所以今天想和大家分享一下有关于零拷贝的一些知识。
显然,从上面得知本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制,但这里要注意直接内存也是物理内存的一部分,也受到真实内存的限制,所以当直接内存占用过多时,使Java堆分配不到足够的内存空间也就抛出OOM异常了
现在只要涉及到存储,涉及到和文件相关的开源框架,几乎都不约而同的会使用零拷贝技术,因为零拷贝技术可以让速度变快。零拷贝技术并不是说完全不拷贝,而是尽可能的减少拷贝。
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。这样做最大的好处是可以减少磁盘 I/O 的操作,因为如果所请求的数据已经存放在操作系统的高速缓冲存储器中,那么就不需要再进行实际的物理磁盘 I/O 操作。但是数据传输过程中的数据拷贝操作却导致了极大的 CPU 开销,限制了操作系统有效进行数据传输操作的能力。 零拷贝( zero-copy )技术可以有效地改善数据传输的性能,在内核驱动程序(比如网络堆栈或者磁盘存储驱动程序)处理 I/O 数据的时候,零拷贝技术可以在某种程度上减少甚至完全避免不必要 CPU 数据拷贝操作。
DMA 的全称叫直接内存存取(Direct Memory Access),是一种允许外围设备(硬件子系统)直接访问系统主内存的机制。
传统的WEB服务器在收到请求后,从磁盘读取数据,然后将数据写到网卡,通过网卡发送给客户端,这一读一写的过程中就涉及数据的拷贝:
这个过程涉及到 4 次上下文切换以及 4 次数据的复制,并且有两次复制操作是由 CPU 完成。但是这个过程中,数据完全没有进行变化,仅仅是从磁盘复制到网卡缓冲区。
DMA 的全称叫直接存储器访问(Direct Memory Access),是一种允许外围设备(硬件子系统)直接访问系统主内存的机制。
在介绍零拷贝的IO模式之前,我们先简单了解下传统的IO模式是怎么样的?
"狼哥,面试又跪了,碰到了知识盲区" "哪个?" "一面还可以,二面面试官问我零拷贝的原理,懵逼了...这块内容没去研究过" "哦,这个知识点,我之前应该有讲过,你没注意到?" "这东西工作中用不到,可能被我忽略了" "啧啧啧..." "哎,有空和我讲讲?"
在一个web系统中从一个文件中读出数据并将数据传输到网络上另一程序的场景,有两种方式:
此前的文章中,我们通过向地址 B8000h 写入数据来实现在显示器上输出彩色的文本,我们介绍说这是“彩色字符模式”,并且介绍了它的用法:
当调用一次 channel.read 或 stream.read 后,会切换至操作系统内核态来完成真正数据读取,而读取又分为两个阶段,分别为:
可以看到,整个数据的传输过程,都要需要 CPU 亲自参与搬运数据的过程,而且这个过程,CPU 是不能做其他事情的。
这段代码就是读取一个文件,然后再把它写出去,看起来就几行代码,其实涉及到多次拷贝,其流程如下:
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