零拷贝

概念

零拷贝指的是，从一个存储区域到另一个存储区域的copy任务没有CPU(ALU,Arithmetic Logic Unit算术逻辑单元)参与。通常用于网络文件传输。

优点

• 减少CPU消耗和内存带宽占用
• 减少用户空间（用户可操作性的内存缓存区域）与CPU内核空间(CPU可操作性的内存缓存区域以及寄存器缓存)的拷贝过程
• 减少用户上下文（用户状态环境）与CPU内核上下文（CPU状态环境）间的切换

零拷贝需要DMA控制器的协助。DMA(Direct Memory Access)，直接内存存取，是CPU的组成部分，其可以在CPU内核（算术逻辑运算器ALU等）不参与运算的情况下将数据从一个地址空间拷贝到另一个地址空间。

传统拷贝方式

该拷贝方式共进行了4次用户空间与内核空间的上下文切换，以及4次数据拷贝，其中两次拷贝存在CPU参与

应用程序的作用仅仅就是一个数据传输的中介，最后将kernel buffer中的数据传递到了socket buffer。

零拷贝方式

Linux系统（CentOS6及其以上版本）对于零拷贝是通过sendfile系统调用实现的

该拷贝方式共进行了2次用户空间与内核空间的上下文切换和3次数据拷贝，但整个过程均没有CPU的参与

问：kernel buffer到socket buffer的拷贝需要吗？kernel buffer与socket buffer有什么区别呢？

答：DMA控制器所控制的拷贝过程有一个要求，数据在源头的存放地址空间必须是连续的。kernel buffer中的数据无法保证其连续性，所以需要将数据再拷贝到socket buffer，socket buffer可以保证了数据的连续性。

问：这个拷贝过程能否避免呢？

答：可以，只要主机的DMA支持Gather Copy功能，就可以避免由kernel buffer到socket buffer的拷贝。

Gather Copy DMA零拷贝

该拷贝方式是由DMA完成，与系统无关，所以只要保证系统支持sendfile系统调用功能即可。

该拷贝方式共进行了2次用户空间与内核空间的上下文切换和2次数据拷贝，整个过程均没有CPU的参与

问：该拷贝方式有什么不足？

答：传统拷贝中user buffer中存有数据，因此应用程序能够对数据进行修改等操作；零拷贝中的user buffer中没有了数据，所以应用程序无法对数据进行操作了。Linux的mmap零拷贝解决了这个问题。

mmap零拷贝

mmap零拷贝是对零拷贝的改进。当然，若当前主机的DMA支持Gather Copy，mmap同样可以实现Gather Copy DMA的零拷贝。

该拷贝方式共进行了4次用户空间与内核空间的上下文切换和2次数据拷贝，整个过程均没有CPU的参与

虽然较之前面的零拷贝增加了两次上下文切换，但应用程序可以对数据进行修改了