read() 系统调用会复制数据而不是传递引用

Posted 2023-02-16

【中文标题】read() 系统调用会复制数据而不是传递引用

【英文标题】：read() system call does a copy of data instead of passing the reference

【发布时间】：2011-04-19 10:54:04

【问题描述】：

read() 系统调用导致内核复制数据，而不是通过引用传递缓冲区。我在一次采访中被问到了这样做的原因。我能想到的最好的是：

为了避免跨多个进程同时写入同一缓冲区。 如果用户级进程尝试访问映射到内核虚拟内存区域的缓冲区，则会导致段错误。

事实证明，面试官对这两个答案都不完全满意。如果有人能详细说明上述内容，我将不胜感激。

【参考方案1】：

零拷贝实现意味着用户级进程必须有权访问内核/驱动程序内部使用的缓冲区以进行读取。用户在使用完缓冲区后必须显式调用内核来释放缓冲区。

根据读取的设备类型，缓冲区可能不仅仅是一个内存区域。 （例如，某些设备可能要求缓冲区位于内存的特定区域中。或者它们只能支持在启动时向它们提供固定的内存区域。）在这种情况下，用户程序无法“释放这些缓冲区（以便设备可以向它们写入更多数据）可能会导致设备和/或其驱动程序停止正常运行，这是用户程序永远无法做到的。

【讨论】：

请注意，例如最近内核实现了“拼接”支持，这意味着熔丝驱动程序现在存在零复制路径

【参考方案2】：

缓冲区由调用者指定，因此获取数据的唯一方法是复制它们。由于历史原因，API 的定义方式也是如此。

请注意，上述两点对于替代方案mmap 来说没有问题，它确实通过引用传递缓冲区（写入缓冲区而不是写入文件，因此您无法就地处理数据，而read 的许多用户就是这样做的）。

【讨论】：

使用MAP_PRIVATE，写入地图不会修改文件。

【参考方案3】：

我可能已经准备好反驳面试官的说法了。 read() 调用中的缓冲区由用户进程提供，因此来自用户地址空间。它也不能保证以任何特定方式与页框对齐。这使得直接在缓冲区中执行 IO 所需的操作变得很棘手，即。将缓冲区映射到设备驱动程序的地址空间或将其连接到 DMA。但是，在有限的情况下，这是可能的。

我似乎记得 Mac OS X 用于在地址空间之间复制数据的 BSD 子系统在这方面进行了优化，尽管我可能完全弄错了。