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什么是Zero-Copy？

来源：程序员人生发布时间：2016-11-21 09:03:52 阅读次数：4261次

概述

斟酌这样1种经常使用的情形：你需要将静态内容（类似图片、文件）展现给用户。那末这个情形就意味着你需要先将静态内容从磁盘中拷贝出来放到1个内存buf中，然后将这个buf通过socket传输给用户，进而用户或静态内容的展现。这看起来再正常不过了，但是实际上这是很低效的流程，我们把上面的这类情形抽象成下面的进程：

read(file, tmp_buf, len);
write(socket, tmp_buf, len);

首先调用read将静态内容，这里假定为文件A，读取到tmp_buf, 然后调用write将tmp_buf写入到socket中，如图：

[图片]
在这个进程中文件A的经历了4次copy的进程：

首先，调用read时，文件A拷贝到了kernel模式；
以后，CPU控制将kernel模式数据copy到user模式下；
调用write时，先将user模式下的内容copy到kernel模式下的socket的buffer中；
最后将kernel模式下的socket buffer的数据copy到网卡装备中传送；

从上面的进程可以看出，数据白白从kernel模式到user模式走了1圈，浪费了2次copy(第1次，从kernel模式拷贝到user模式；第2次从user模式再拷贝回kernel模式，即上面4次进程的第2和3步骤。)。而且上面的进程中kernel和user模式的上下文的切换也是4次。

荣幸的是，你可以用1种叫做Zero-Copy的技术来去掉这些无谓的copy。利用程序用Zero-Copy来要求kernel直接把disk的data传输给socket，而不是通过利用程序传输。Zero-Copy大大提高了利用程序的性能，并且减少了kernel和user模式上下文的切换。

详述

Zero-Copy技术省去了将操作系统的read buffer拷贝到程序的buffer，和从程序buffer拷贝到socket buffer的步骤，直接将read buffer拷贝到socket buffer. Java NIO中的FileChannal.transferTo()方法就是这样的实现，这个实现是依赖于操作系统底层的sendFile()实现的。

public void transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target);

他底层的调用时系统调用sendFile()方法：

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

下图展现了在transferTo()以后的数据流向：
[图片]

下图展现了在使用transferTo()以后的上下文切换：
[图片]

使用了Zero-Copy技术以后，全部进程以下：

transferTo()方法使得文件A的内容直接拷贝到1个read buffer（kernel buffer）中；
然后数据(kernel buffer)拷贝到socket buffer中。
最后将socket buffer中的数据拷贝到网卡装备（protocol engine）中传输；
这明显是1个伟大的进步：这里把上下文的切换次数从4次减少到2次，同时也把数据copy的次数从4次下降到了3次。

但是这是Zero-Copy么，答案是不是定的。