zero-copy应用场景

应用场景：将本地一个文件通过网络传输给另一个程序 关键字： 数据复制过程中，内容不进行修改

zero-copy技术的使用场景有很多，比如Kafka, 又或者是Netty等，可以大大提升程序的性能 下面我们通过对比传统方式和zero-copy的方式传输数据，来理解zero-copy。

传统方式传输数据

代码如下：

// 将文件读取到buf中 
File.read(fileDesc, buf, len);
// 将buf中的数据写入到socket中
Socket.send(socket, buf, len);
复制代码

结合下图理解理解操作如下：

和

详细步骤如下 ： 1. 调用File.read()方法会发生上下文切换(context switch)，从user mode切换到kernel mode。在read()内部会调用sys_read()来从文件中读取数据。第一次copy由DMA (direct memory access)完成，将文件内容从磁盘读出，并存储在kernel空间的buffer中，为方便说明，这个buffer称为reader buffer。 2. 然后请求的数据被从kernel空间的buffer copy到user buffer中，这是第二次copy。调用的返回又触发了第二次上下文切换，从kernel mode返回到user mode。至此，数据存储在user buffer中。 3. Socket.send()会触发了第三次上下文切换，从user mode到kernel mode，并执行第三次copy，将数据从user buffer重新复制到kernel的buffer中。当然，这次的kernel buffer和第一步的kernel buffer不是同一个buffer，这次buffer和目标socket关联，命名为socket buffer。 4. 完成copy后，Socket.send()返回时，同时也造成了第四次上下文切换。同时第四次copy发生，DMA egine将数据从kernel buffer复制到网卡设备（protocol engine）中。第四次copy是独立而且异步的。

结论 ： 以上操作要经历4次user mode和kernel mode之间的上下文切换，数据都被拷贝了4次。通过上面的分析，我们发现第2步和第3步数据copy是多余，系统完全可以将文件读取到kernel buffer中后，直接将kernel buffer中的数据写入socket。为了实现这个优化，linux引入了zero copy。