4.5 零拷贝机制

1. 传统IO

正常的数据处理流程是这样的：

1. 使用DMA copy（不需要cpu参与）把磁盘中的数据copy到磁盘缓冲区
2. 使用cpu copy把磁盘缓冲区的数据复制到用户区
3. 用户区进行处理
4. 使用cpu copy把 用户区的数据拷贝到Socket缓冲区
5. 使用DMA copy（不需要cpu参与）把Socket缓冲区的数据通过socket发送
6. 调用完毕回到用户态

可以看出传统的IO进行了四次拷贝：1、2、4、5，进行了四次上下文切换：1、2、4、6

2. memory map优化

通过内存映射技术，把文件映射到内核缓冲区，同时用户空间可以共享内核空间的数据。 步骤如下：

1. 使用DMA copy（不需要cpu参与）把磁盘中的数据copy到磁盘缓冲区
2. 磁盘缓冲区和用户区共享数据，用户区进行处理
3. 使用cpu copy把用户区的数据拷贝到Socket缓冲区
4. 使用DMA copy（不需要cpu参与）把Socket缓冲区的数据通过socket发送
5. 调用完毕回到用户态 可以看出memory map进行了三次拷贝：1、3、4，进行了三次上下文切换：1、2、5

3. Linux 2.1 sendfile

步骤如下：

1. 使用DMA copy（不需要cpu参与）把磁盘中的数据copy到磁盘缓冲区
2. 使用cpu copy把磁盘缓冲区的数据拷贝到Socket缓冲区
3. 使用DMA copy（不需要cpu参与）把Socket缓冲区的数据通过socket发送
4. 调用完毕回到用户态

可以看出Linux 2.1 sendfile进行了三次拷贝：1、2、3，进行了两次上下文切换：1、4

4. Linux 2.6 sendfile

步骤如下：

1. 使用DMA copy（不需要cpu参与）把磁盘中的数据copy到磁盘缓冲区
2. 使用cpu copy（这个数据很少很快可以忽略）把磁盘缓冲区的少量数据拷贝到Socket缓冲区
3. 使用DMA copy（不需要cpu参与）把Socket缓冲区的数据通过socket发送
4. 调用完毕回到用户态

可以看出Linux 2.6 sendfile进行了两次拷贝：1、3，进行了两次上下文切换：1、4

5. 零拷贝是什么

CPU不需要为数据在内存之间的拷贝消耗资源。说白了就是cpu copy次数为0

5.1. Java中的零拷贝

• Netty的FileRegion，底层源码调用NIO的FileChannel.transferTo方法实现
• JDK NIO ByteBuffer.allocateDirect的堆外内存
• JDK NIO FileChannel.map：底层使用Linux的mmap
• JDK NIO FileChannel.transferTo: 底层使用Linux的sendfile

6. 参考

• 理解Netty中的零拷贝（Zero-Copy）机制 - plucury的个人空间 - OSCHINA
• Netty 之 FileRegion 文件传输 - 简书
• 深入剖析Linux IO原理和几种零拷贝机制的实现 - 知乎
• Java NIO 分析（十一）：零拷贝技术以及 NIO 的支持 - 开发者头条