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。
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?
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。
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!
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。
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。
零拷贝是一种计算机操作,其中计算机的操作系统减少了在从一个应用程序到另一个或从应用程序到操作系统的数据传输过程中所需的数据复制次数。这种技术尤其在处理大量数据时非常有用,因为它可以显著减少CPU的使用率,减少上下文切换,以及减少数据在系统中的传输时间。
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系统的“用户空间”和“内核空间” 从Linux系统上看,除了引导系统的BIN区,整个内存空间主要被分成两个部分:内核空间(Ke
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(Zero-Copy)是一个大家耳熟能详的概念,那么,具体有哪些框架会使用到零拷贝呢?在思考这个问题之前,让我们先一起探寻一下零拷贝机制的底层原理。
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。
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。
本文探讨Linux中 主要的几种零拷贝技术 以及零拷贝技术 适用的场景 。为了迅速建立起零拷贝的概念,我们拿一个常用的场景进行引入:
我们以用户通过网络读取一个本地磁盘上文件为例,在说零拷贝之前,我们先要说说一个普通的IO操作是怎样做的
最近一位3年工作经验的小伙伴去某厂面试,被问到这样一个问题,说:”请你简单说一下Kafka的零拷贝原理“。然后,这位小伙伴突然愣住了,什么是零拷贝,零拷贝跟Kafka有关系吗?
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。
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。
零复制(英语:Zero-copy;也译零拷贝)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。
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)
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。所谓的零拷贝是指将数据直接从磁盘文件复制到网卡设备中,而不需要经由应用程序之手。零拷贝大大提高了应用程序的性能,减少了内核和用户模式之间的上下文切换。对 Linux 操作系统而言,零拷贝技术依赖于底层的 sendfile() 方法实现。对应于 Java 语言,FileChannal.transferTo() 方法的底层实现就是 sendfile() 方法。
有这样一个场景,有两台服务器A,B。你在A服务器上写了一个程序,这个程序功能是将服务器A的数据拷贝到服务器B上。这个功能会经历下面几步。
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?
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
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。
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。
👋 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.
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。
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。
用kafka做存储层,为什么呢?一大堆可以做数据存储的 MySQL、MongoDB、HDFS……
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。
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。
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。I/O相关的各类优化已经深入到了日常开发者接触到的语言、中间件以及数据库的方方面面。通过了解和学习相关技术和思想,开发者能对日后自己的程序设计以及性能优化上有所启发。 前言 存储器是计算机的核心部件之一,在完全理想的状态下,存储器应该要同时具备以下三种特性:第一,速度足够快:存储器的存取速度应当快于CPU执行一条指令,这样CPU的效率才不会受限于存储器;第二,
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。
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。
Kafka之所以那么快,其中一个很大的原因就是零拷贝(Zero-copy)技术,零拷贝不是kafka的专利,而是操作系统的升级,又比如Netty,也用到了零拷贝。下面我就画图讲解零拷贝,如果对你有帮助请点个赞支持。
(2)零拷贝完全依赖操作系统,操作系统提供了就是提供了,没有提供就没有提供,java本身做不了任何事情
「Zero-copy」 describes computer operations in which the CPU does not perform the task of copying data from one memory area to another. This is frequently used to save CPU cycles and memory bandwidth when transmitting a file over a network.
前一段时间研究了大规模日志流高吞吐并行存储,通过深入研究Kafka的底层存储机制。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。以及后面在Kafka上面实现了并行TransferTo方法,并应有到了Apache Kafka系统中。
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。 前言 存储器是计算机的核心部件之一,在完全理想的状态下,存储器应该要同时具备以下三种特性: 速度足够快:存储器的存取速度应当快于 CPU 执行一条指令,这样 CPU 的效率才不会受限于存储器; 容量足够大:容量能够存储计算机所需的全部数据; 价格足够便宜:价格低廉,所有类型的计算机都能配备。 但是现实往往是残酷的,我们目前的计算机技术无法同时满足上述的三个
1.DMA(Direct Memory Access,直接内存拷贝,即经过CPU的拷贝)等待数据准备好,把磁盘数据读取到操作系统内核缓冲区; 2.用户进程,将内核缓冲区的数据copy到用户空间。 3.读取文件,再用socket发送出去,再将用户空间的数据copy到socket网络发送缓冲区(属于操作系统内核的缓冲区); 4.将socket buffer的数据,copy到网卡,由网卡进行网络传输。
Kafka是大数据领域无处不在的消息中间件,目前广泛使用在企业内部的实时数据管道,并帮助企业构建自己的流计算应用程序。Kafka虽然是基于磁盘做的数据存储,但却具有高性能、高吞吐、低延时的特点,其吞吐量动辄几万、几十上百万,这其中的原由值得我们一探究竟。本文属于Kafka知识扫盲系列,让我们一起掌握Kafka各种精巧的设计。
零拷贝技术 是编写高性能服务器的一个关键技术,在介绍 零拷贝技术 前先说明一下 用户空间 与 内核空间。
有一天,小H在吃完午饭回到办公室,旁边几位同学在打《王者荣耀》,并且在挑拨匹配到的一对情侣队友分手。
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。
存储器是计算机的核心部件之一,在完全理想的状态下,存储器应该要同时具备以下三种特性:
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。
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?
DMA : direct memory access 直接内存拷贝( 不使用CPU )
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