零拷贝 Zero Copy

适用于输出中转场景（不做数据修改）

零拷贝指的是不经过用户态的数据扭转过程，而非不需要拷贝

• 通过网路传输文件时可减少CPU与带宽的消耗（减少了文件拷贝次数）
• 避免了用户态与内核态的交互，提高的传输瓶颈

 

拷贝机制演化过程

传统拷贝过程（四次拷贝）

• 服务器之间网络通信需要经过四次拷贝，其中包括两次用户态的慢拷贝
• 如果用户应用需要修改数据，那么这个过程时必要的，
• 在不需要修改数据时可跳过用户态的两次慢拷贝，提升传输性能

 

 

早期零拷贝过程（三次拷贝）

• 在不做数据修改的场景下，绕过用户态的慢拷贝
• 用户程序仅做数据缓存即可

 

 

零拷贝（两次拷贝）

• 在后续应用过程中发现 Socket Buffer 也是可以跳过的
• 所以 目前的 Linux 系统使用就是这种基于两次零拷贝的机制

 

 

零拷贝的使用

• JavaAPI 中 NIO FileChannel 的 transferTo() 与 transferFrom() 底层实现了零拷贝可直接调用

 

相关概念

DMA（Direct Memory Access）

直接内存访问，是一种无需CPU的参与就可以让外设与系统内存之间进行双向数据传输的硬件机制。

• 使用DMA可以使系统CPU从实际的I/O数据传输过程中摆脱出来，从而大大提高系统的吞吐率。
• DMA方式的数据传输由DMA控制器（DMAC）控制，在传输期间，CPU可以并发的执行其他任务。
• 当DMA结束后，DMAC通过中断通知CPU数据传输已经结束，由CPU执行相应的中断服务程序进行后续处理。

 

内核态与用户态

• 内核态（特权态）：具有所有资源访问权限的程序
• 用户态：访问权限受限的程序