传统IO拷贝与零拷贝技术比较

Posted 2020-11-26 z-qinfeng

1. 传统IO

由上面图知,传统io需要经过4次copy， 3次状态切换

第一次： 从硬盘 经过 DMA 拷贝 到 kernel buffer （内核buferr）

第二次： 从kernel buffer 经过cpu 拷贝到 user buffer ,比如拷贝到应用程序

第三次： 从user buffer 拷贝到 socket buffer 

第四次： 从socket buffer 拷贝到 protocol engine 协议栈

 

第一次状态切换： 用户态---》 内核状 （或者叫着 用户上下文----》 内核上下文）

第二次状态切换： 内核状---》 用户状

第三次状态切换： 用户状---》 内核状

 

DMA : direct memory access  直接内存拷贝

 

2. mmap优化

 

mmap : 通过内存映射 ，将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。这样在网络传输时就减少了内核空间到用户空间的拷贝次数

 

第一次拷贝： DMA拷贝，从硬件拷贝到内核空间

因为user buffer 与kernel buffer共享数据 ，所以不需要将数据从kernel buffer 拷贝到 user buffer , 数据可以直接在内核空间修改

第二次拷贝： kernel buffer 中的数据经过 cpu 拷贝到 socket buffer 

第三次拷贝： socket buffer 过DMA拷贝到protocol engine 

 

所以 mmp优化之后，拷贝共需要3次， 但是状态 切换还是3次

 

3. sendFile优化

Linux2.4 提供的sendFile实现了真正的零拷贝

 

第一次拷贝： DMA拷贝，将数据从硬盘拷贝到kernel buffer 

第二次拷贝： DMA拷贝，将数据从kernel buffer拷贝到protocol engine

没有经过cpu拷贝，也就是操作系统级别的拷贝，实现了真正的零拷贝

 

注意： sendFile技术还是有少量的数据（例如数据的大小，偏移量等）使用了cpu拷贝，从kernel buffer 拷贝到 socket buffer ,但是数据量很少，可忽略