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零拷贝技术

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，需要优化

DMA技术

没有DMA之前，CPU必须处理完当前中断的内容才能处理其他事情。

  • 以read()，为例，中断时需要先从磁盘读到page cache，再读到用户缓存区。

  • DMA技术：在向磁盘发送IO请求时，会先发给DMA。此时CPU可以正常工作，等磁盘正式读到DMA缓存区，再发送中断信号让CPU工作--从内核拷贝到用户空间。

传统文件传输的糟糕

  • 一次read和write，要进行4次用户态与内核态上下文切换，两次系统调用，还有4次数据拷贝。
    • 四次数据：磁盘到内核，内核到用户，内核到socket，socket到网卡

要想提高文件传输的性能，就需要减少「用户态与内核态的上下文切换」和「内存拷贝」的次数。

思想

要想减少上下文切换到次数，就要减少系统调用的次数。

如何实现零拷贝？

  • mmap +write：mmap是映射内存区，可以共享，而read是拷贝。
    • 目的：减少一次拷贝，但还不够
  • sendfile发送文件的系统调用：替代send和write
    • （Linux 2.1）两次上下文，三次拷贝，省去内核到socket。
    • （Linux 2.3）两次上下文，内核到socket，内核到网卡。

异步IO

阻塞在read读取，可以用异步IO来解决。

文件传输过程，其中第一步都是先需要先把磁盘文件数据拷贝到内核缓冲区：磁盘高速缓存（PageCache）

注意跟页表没关系。

思路：尽量把读写磁盘，改为读写内存 - PageCache 使用了「预读功能」。这点和高速缓存其实也比较类似 - 但是大文件不适用，会占满PageCache。

大文件传输「异步 I/O + 直接 I/O」

传统IO - 先到pageCache - 再到用户缓存区 异步IO+直接IO： 此过程绕开了pageCache。绕开 PageCache 的 I/O 叫直接 I/O - 异步IO请求 - 磁盘IO直接读到用户缓存区 - 然后read再去读进程