零拷贝技术 与 sendfile

愿打开此篇对你有所帮助。

（图片来源网络）
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曾经的 I/O 过程

弊端分析

可以看到，整个数据的传输过程，都要需要 CPU 亲自参与搬运数据的过程，而且这个过程，CPU 是不能做其他事情的。

解决方案

DMA 技术，也就是直接内存访问（Direct Memory Access） 技术。

在进行 I/O 设备和内存的数据传输的时候，数据搬运的工作全部交给 DMA 控制器，而 CPU 不再参与任何与数据搬运相关的事情，这样 CPU 就可以去处理别的事务。

弊端

四次上下文切换 + 四次拷贝。

我就传一份数据，整这么麻烦。

解决方案

在 Linux 内核版本 2.1 中，提供了一个专门发送文件的系统调用函数 sendfile()，函数形式如下：

#include <sys/socket.h>
ssize_t sendfile(int out_fd, int in_fd, off_t *offset, size_t count);

如果网卡支持 SG-DMA（The Scatter-Gather Direct Memory Access）技术，我们可以进一步减少通过 CPU 把内核缓冲区里的数据拷贝到 socket 缓冲区的过程。

检查一下，这一步我来讲，不要去百度了，一个抄一个，都没有亲测，看着就烦。

注意看你的网卡叫什么名字，不一定就 eth0.

于是，从 Linux 内核 2.4 版本开始起，对于支持网卡支持 SG-DMA 技术的情况下， sendfile() 系统调用的过程发生了点变化。

这就是所谓的零拷贝（Zero-copy）技术，因为我们没有在内存层面去拷贝数据，也就是说全程没有通过 CPU 来搬运数据，所有的数据都是通过 DMA 来进行传输的。

现成应用场景

1、卡夫卡
2、nginx（我就是从nginx源码里看到sendfile，于是写了这一篇）

危险！！！

在传输大文件（GB 级别的文件）的时候，PageCache 会不起作用，那就白白浪费 DMA 多做的一次数据拷贝，造成性能的降低，即使使用了 PageCache 的零拷贝也会损失性能。

由于文件太大，可能某些部分的文件数据被再次访问的概率比较低，这样就会带来 2 个问题：

PageCache 由于长时间被大文件占据，其他「热点」的小文件可能就无法充分使用到 PageCache，于是这样磁盘读写的性能就会下降了；
PageCache 中的大文件数据，由于没有享受到缓存带来的好处，但却耗费 DMA 多拷贝到 PageCache 一次；

所以，针对大文件的传输，不应该使用 PageCache，也就是说不应该使用零拷贝技术，因为可能由于 PageCache 被大文件占据，而导致「热点」小文件无法利用到 PageCache，这样在高并发的环境下，会带来严重的性能问题。

解决方案

在高并发的场景下，针对大文件的传输的方式，应该使用「异步 I/O + 直接 I/O」来替代零拷贝技术。

如果不是高并发的大文件IO，我选择临时起个线程。