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。...如果有5个消费者，传统方式下，数据复制次数为4*5=20次，而使用“零拷贝技术”只需要1+5=6次，一次为从磁盘复制到页面缓存，5次表示5个消费者各自读取一次页面缓存。...五、JAVA零拷贝的实现 Java的零拷贝由 FileChannel.transferTo() 方法实现。
本文将从kafka零拷贝，探究其是如何“无孔不入”的高效利用磁盘/操作系统特性的。 先说说零拷贝 零拷贝并不是不需要拷贝，而是减少不必要的拷贝次数。通常是说在IO读写过程中。...实际上，零拷贝是有广义和狭义之分，目前我们通常听到的零拷贝，包括上面这个定义减少不必要的拷贝次数都是广义上的零拷贝。其实了解到这点就足够了。 我们知道，减少不必要的拷贝次数，就是为了提高效率。...顺序读写，是kafka利用磁盘特性的一个重要体现。 2、零拷贝 sendfile(in,out) 数据直接在内核完成输入和输出，不需要拷贝到用户空间再写出去。...我们来重点探究 kafka两个重要过程、以及是如何利用两个零拷贝技术sendfile和mmap的。...相比于文章开始，对传统IO 4步拷贝的分析，sendfile将第二次、第三次拷贝，一步完成。 其实这项零拷贝技术，直接从内核空间（DMA的）到内核空间（Socket的)、然后发送网卡。
零拷贝并不是真的就没有拷贝了，它是去掉了用户空间与内核空间的来回拷贝。对于用户空间来讲，我并没有拷贝，所以相对的来说就是零拷贝。...哪些地方用到了零拷贝技术 说了这么多，你可能会觉得我说的太理论，太抽象。这个技术实际哪里有用到呢？ Kafka Kafka之所以支持高吞吐量的文件传输很大一个原因就是使用了零拷贝。...Netty Netty中也使用了零拷贝技术，不过这里的零拷贝技术是基于用户层面的。...Java NIO 中的零拷贝 - MappedByteBuffer MappedByteBuffer 是 NIO 基于内存映射 (mmap) 这种零拷贝方式的提供的一种实现，它继承自 ByteBuffer...零拷贝机制在Spark Core中主要就被用来优化Shuffle过程中的溢写逻辑。由于Shuffle过程涉及大量的数据交换，因此效率当然是越高越好。
我们发现Kafka的Zero-Copy零拷贝技术采用的是Java底层FileTransferTo方法，后期我们尝试了对TransferTo性能及其并行性能进行测试。...- Kafka 使用的 zero-copy 技术 - 在Kafka中消息存储模式中，数据存储在底层文件系统中。...数据每遍历用户内核一次，就要被拷贝一次，这会消耗 CPU 周期和内存带宽。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。零拷贝不仅大大地提高了应用程序的性能，而且还减少了内核与用户模式间的上下文切换。...数据在被最终传入到应用程序前，在磁盘、内核缓冲区和用户缓冲区中被拷贝了多次。 Kafka使用的zero-copy零拷贝技术 再次检查传统场景，我们注意到第二次和第三次拷贝根本就是多余的。
零拷贝技术 概述 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。...实现零拷贝用到的主要技术是DMA数据传输技术和内存区域映射技术 零拷贝机制可以减少数据在内核缓冲区和用户进程缓冲区之间反复的I/O拷贝操作 零拷贝机制可以减少用户进程地址空间之间因为上下文切换而带来的CPU...） 零拷贝技术主要有三个实现思路：用户态直接I/O，减少数据拷贝次数以及写时复制技术 用户态直接I/O：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。...直接I/O不存在内核空间缓冲区和用户空间缓冲区之间的数据拷贝 减少数据拷贝次数：在数据传输过程中，避免数据在用户空间缓冲区和系统内核空间缓冲区之间的CPU拷贝，以及数据在系统内核空间内的CPU拷贝，这也是当前的主流零拷贝技术的实现思路...选择了 mmap + write 这种零拷贝方式，适用于业务级消息这种小块文件的数据持久化和传输；而 Kafka 采用的是 sendfile 这种零拷贝方式，适用于系统日志消息这种高吞吐量的大块文件的数据持久化和传输
文章收录地址：Java-Bang 专注于系统架构、高可用、高性能、高并发类技术分享 kafka.jpeg 除了消息顺序追加、页缓存等技术，Kafka 还使用零拷贝技术来进一步提升性能。...对 Linux 操作系统而言，零拷贝技术依赖于底层的 sendfile() 方法实现。...如果采用了零拷贝技术，那么应用程序可以直接请求内核把磁盘中的数据传输给 Socket，如下图所示。...image.png 零拷贝技术通过 DMA（Direct Memory Access）技术将文件内容复制到内核模式下的 Read Buffer 中。...零拷贝是针对内核模式而言的，数据在内核模式下实现了零拷贝。 要掌握Kafka的核心实现原理，不仅仅只是Kafka的日志格式、日志索引、日志清理等方面的内容，也包含底层物理存储相关的知识点。
Netty 实现高性能的另一个高阶特性——零拷贝。零拷贝是一个耳熟能详的词语，在 Linux、Kafka、RocketMQ 等知名的产品中都有使用，通常用于提升 I/O 性能。...而且零拷贝也是面试过程中的高频问题，那么你知道零拷贝体现在哪些地方吗？Netty 的零拷贝技术又是如何实现的呢？接下来我们就针对 Netty 零拷贝特性进行详细地分析。...传统 Linux 中的零拷贝技术 在介绍 Netty 零拷贝特性之前，我们有必要学习下传统 Linux 中零拷贝的工作原理。...所谓零拷贝，就是在数据操作时，不需要将数据从一个内存位置拷贝到另外一个内存位置，这样可以减少一次内存拷贝的损耗，从而节省了 CPU 时钟周期和内存带宽。...DMA 引擎从文件中读取数据，并存储到内核态缓冲区，这里是第一次数据拷贝。 2、请求的数据从内核态缓冲区拷贝到用户态缓冲区，然后返回
本文将详细介绍零拷贝技术的原理、实现方式和优势。 一、零拷贝技术的原理 零拷贝技术是指在不需将数据从源地址复制到目标地址的情况下，完成数据的传输和处理。...二、零拷贝技术的实现方式 零拷贝技术主要通过以下三种方式实现： 直接内存访问（DMA）：DMA控制器可以直接对内存进行读写操作，避免了CPU的介入。...零拷贝（Zero-Copy）：零拷贝技术是一种更为高效的数据传输方式。它允许应用程序在不进行数据复制的情况下，直接将数据传输到网络或磁盘中。...三、零拷贝技术的优势 零拷贝技术具有以下优势： 1.提高性能：零拷贝技术避免了数据的多次复制和上下文切换，从而提高了数据传输的性能。 2.节省资源：减少了CPU和内存的占用，降低了系统的资源消耗。...总之，零拷贝技术是一种高效的数据传输方式，可以显著提高系统的性能和资源利用率。在大数据时代，零拷贝技术将在数据处理、文件传输、网络通信等领域发挥越来越重要的作用。
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。...零拷贝 回到本文中的文件传输，有了DMA后，就可以实现绝对的零拷贝了，因为网卡是直接去访问系统主内存的。如下图： ?...传统方式与零拷贝性能对比 ? 可以看出速度快出至少三倍多。Kafka在文件传输的过程中正是使用了零拷贝技术对文件进行拷贝。建议以后多用FileChannel的transferTo吧。...零拷贝技术减少了用户态与内核态之间的切换，让拷贝次数降到最低，从而实现高性能。 Kafka使用零拷贝技术来进行文件的传输。
---- 解决方案 DMA 技术，也就是直接内存访问（Direct Memory Access） 技术。...这就是所谓的零拷贝（Zero-copy）技术，因为我们没有在内存层面去拷贝数据，也就是说全程没有通过 CPU 来搬运数据，所有的数据都是通过 DMA 来进行传输的。...在传输大文件（GB 级别的文件）的时候，PageCache 会不起作用，那就白白浪费 DMA 多做的一次数据拷贝，造成性能的降低，即使使用了 PageCache 的零拷贝也会损失性能。...PageCache 一次； 所以，针对大文件的传输，不应该使用 PageCache，也就是说不应该使用零拷贝技术，因为可能由于 PageCache 被大文件占据，而导致「热点」小文件无法利用到 PageCache...---- 解决方案 在高并发的场景下，针对大文件的传输的方式，应该使用「异步 I/O + 直接 I/O」来替代零拷贝技术。 如果不是高并发的大文件IO，我选择临时起个线程。
MySQL 缓冲区设计MySQL 的缓冲区设计如下图所示：图片Figure1.MySQL 的缓冲区设计如上图所示，MySQL 在不同层次使用了与缓存机制不同的配套技术。
Linux 版本下的 sendfile 演进：Linux 提供 sendfile技术。Kafka中，transferFrom和transferTo方法。...零拷贝技术：先从用户态切换到内核态，把磁盘数据拷贝到内核缓冲区，同时从内环缓冲区拷贝一些offset和length数据到socket缓冲区， 接着从内核态切换到用户态，从内核缓冲区直接把数据拷贝到网络协议引擎里去...3、第三次拷贝：最后，数据被 DMA 引擎从 Socket 缓冲区拷贝到协议栈，内核态切到用户态。产生2次上下文切换，3次拷贝。...index.html 要从文件进入到网络协议栈，只需 2 次拷贝：1、第一次拷贝：数据被 DMA 引擎从磁盘拷贝到内核缓冲区，用户态切到内核态。...内核缓存区只会拷贝一些 offset 和 length 信息到 SocketBuffer，基本无消耗。零拷贝的目标就是省略这些无谓的copy。
为什么 Kafka 这么快 批量处理 客户端优化 日志格式 日志编码 消息压缩 建立索引，方便快速定位查询 分区 一致性 顺序写盘 页缓存 零拷贝 以上几点是对于 kafka 为什么这么快总结的几个方面...刚开始看零拷贝的时候，相信很多人。都一脸懵~，什么是零拷贝。零拷贝是怎么做到的。 Follow me！！！ 零拷贝 零拷贝并不是不需要拷贝，而是减少不必要的拷贝次数。通常是说在 IO 读写过程中。...实际上，零拷贝是有广义和狭义之分，目前我们通常听到的零拷贝，包括上面这个定义减少不必要的拷贝次数都是广义上的零拷贝。其实了解到这点就足够了。 我们知道，减少不必要的拷贝次数，就是为了提高效率。...kafka 的零拷贝 kafka 作为 MQ 也好，作为存储层也好，无非是两个重要功能，一是 Producer 生产的数据存到 broker，二是 Consumer 从 broker 读取数据；我们把它简化成如下两个过程...为了优化写入速度 Kafka 采用了两个技术， 顺序写入和 MMFile（Memory Mapped File）。 顺序写入 磁盘读写的快慢取决于你怎么使用它，也就是顺序读写或者随机读写。
高效IO之零拷贝技术 这种技术是出现在 IO 操作上的， IO 操作会大量消耗 CPU 的性能，为什么说 IO 操作很容易成为性能瓶颈呢，每一个的 IO 操作都会涉及到操作系统的内核空间和用户空间的转换...如果不知道原理是没法找出优化点的，所以我们要探索一下拷贝的实现机制 拷贝实现机制分析 首先，你需要理解用户态空间（User Space）和内核态空间（Kernel Space），这是操作系统层面的基本概念...流程： 将需要拷贝的数据拷贝到内核空间中，于是产生了一次用户空间到内核空间的上下文切换 数据读取后返回后导致上下文从内核空间切换到了用户空间（这两步完成了读操作） 将读取的数据要写入到IO设备中，执行写入操作把用户空间切换到内核空间上下文中...而基于 NIO transferTo 的实现方式，在 Linux 和 Unix 上，则会使用到零拷贝技术，数据传输并不需要用户态参与，省去了上下文切换的开销和不必要的内存拷贝，进而可能提高应用拷贝性能。...可以理解为内核态空间与磁盘之间的数据传输，不需要再经过用户态空间，只需要2次切换、2次拷贝。
零拷贝技术 什么是零拷贝技术？ 零拷贝技术是一个思想，指的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。...零拷贝技术的具体实现方式有很多，例如： sendfile mmap splice 直接 Direct I/O 不同的零拷贝技术适用于不同的应用场景，下面依次进行 sendfile、mmap、Direct...与其他零拷贝技术一样，避免了内核空间到用户空间的数据拷贝，如果要传输的数据量很大，使用直接 I/O 的方式进行数据传输，而不需要操作系统内核地址空间拷贝数据操作的参与，这将会大大提高性能。...MySQL 的零拷贝技术使用方式请移步我的另一篇文章[3]。....%20DMA%20与零拷贝技术.md
通过一些方法从用户态陷入到内核态执行: - io相关操作,设置时钟指令,内存操作(申请内存,清理内存) - 终端,异常,陷入等 - 进程/线程 管理 - 系统调用,调用硬件等 - 用户内存地址的转换,由程序地址转为物理地址映射 零拷贝...,socket缓冲区中,第三次拷贝 4:内核态 socket缓冲区中数据复制到网卡中,转成网卡协议发送,第四次拷贝 可以看出,当我们通过http请求一个文件时,会出现4次拷贝....操作系统会根据读取的文件,预存储到内核态内存中,因为硬盘效率非常慢,所以当有多次相同文件读取请求时,可以将文件数据从内核态缓存中直接复制到用户态内存中,节省文件操作 零拷贝技术就是避免cpu将数据从一块存储位置拷贝到另一块位置...,通过以下技术可以实现零拷贝: mmap mmap 可以将一个文件预加载到内核空间中,并于用户空间共享内存地址,这样就可以避免数据从内核态复制到用户态中,可节省一次拷贝.例如: #include <...将内核框架数据拷贝到socket缓冲区,第二次拷贝 4:socket缓冲区数据复制到网卡中,第三次拷贝 sendfile #include ssize_t senfile
而内核空间到用户空间则需要CPU的参与进行拷贝，既然需要CPU参与，也就涉及到了内核态和用户态的相互切换，如下图： NIO的零拷贝 零拷贝的数据拷贝如下图： 内核态与用户态切换如下图： 改进的地方...但这还没有达到我们零拷贝的目标。如果底层NIC（网络接口卡）支持gather操作，我们能进一步减少内核中的数据拷贝。...这种方式不但减少多次的上下文切换，同时消除了需要CPU参与的重复的数据拷贝。用户这边的使用方式不变，而内部已经有了质的改变： NIO的零拷贝由transferTo()方法实现。...NIO的直接内存 首先，它的作用位置处于传统IO（BIO）与零拷贝之间，为何这么说？...直接内存（mmap技术）将文件直接映射到内核空间的内存，返回一个操作地址（address），它解决了文件数据需要拷贝到JVM才能进行操作的窘境。
Kafka高吞吐的另一个依赖因素是磁盘的高速读写、sendFile 的零拷贝，顺序访问避免了磁盘IO速度缓慢的问题。而零拷贝直接降低了网络IO的代价。...下面就详细的来看看关于操作系统层面上顺序读写&速随机读写的一点现状、所谓的零拷贝技术。...copy操作，同时利用直接存储器访问技术（DMA）执行IO操作，避免了内核缓冲区之前的数据拷贝操作。...（Kafka 1版本使用的是Scala，2版本开始就是使用Java 了这两者都是在JVM上执行的，本质.class 文件解析执行阶段其实是一致的） 无零拷贝的过程：硬盘 -> 内核buffer -> 用户...image.png 当使用sendfile零拷贝时：硬盘 -> 内核 -> TCP协议栈 ? image.png 这就避免了内存切换之间的数据拷贝问题，相应的效率也就上升了，具体过程差不多就是这样。
Kafka 在执行消息的写入和读取这么快的原因，其中的一个原因是零拷贝（Zero-copy）技术，下面我们来了解一下这么高效的原因。...DMA 在介绍零拷贝之前，我们先来看一个技术名词DMA（Direct Memory Access 直接内存访问）。...零拷贝 对于常见的零拷贝，我们下面主要介绍一下mmap 和 sendfile 两种方式。下面的介绍我们基于磁盘文件拷贝的方式去讲解。...零拷贝的Java实现 JDK 中的 FileChannel 提供了外部 channel 交互的传输方法。...从上面测试结果可以看出，mmap 和 sendfile 的方式要远远优于传统的文件拷贝。
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...Nginx Nginx 也支持零拷贝技术，一般默认是开启零拷贝技术，这样有利于提高文件传输的效率，是否开启零拷贝技术的配置如下： http { ......sendfile on ... } 大文件传输场景分析 在大文件传输的场景下，零拷贝技术并不是最优选择；因为在零拷贝的任何一种实现中，都会有「DMA 将数据从磁盘拷贝到内核缓存区——Page Cache...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
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