数据交互模式

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1. 读数据过程：

• 应用程序要读取磁盘数据，调用 read()函数从而实现用户态切换内核态，这是第 1 次状态切换；
  DMA 控制器将数据从磁盘拷贝到内核缓冲区，这是第 1 次 DMA 拷贝；
  CPU 将数据从内核缓冲区复制到用户缓冲区，这是第 1 次 CPU 拷贝；
  CPU 完成拷贝之后，read()函数返回实现用户态切换用户态，这是第 2 次状态切换；

2. 写数据过程：

• 应用程序要向网卡写数据，调用 write()函数实现用户态切换内核态，这是第 1 次切换；
  CPU 将用户缓冲区数据拷贝到内核缓冲区，这是第 1 次 CPU 拷贝；
  DMA 控制器将数据从内核缓冲区复制到 socket 缓冲区，这是第 1 次 DMA 拷贝；
  完成拷贝之后，write()函数返回实现内核态切换用户态，这是第 2 次切换；
• 综上：
  读过程涉及 2 次空间切换、1 次 DMA 拷贝、1 次 CPU 拷贝；
  写过程涉及 2 次空间切换、1 次 DMA 拷贝、1 次 CPU 拷贝；
  可见传统模式下，涉及多次空间切换和数据冗余拷贝，效率并不高，接下来就该零拷贝技术出场了。
  注：直接内存访问（Direct Memory Access），是一种硬件设备绕开 CPU 独立直接访问内存的机制。所以 DMA 在一定程度上解放了 CPU，把之前 CPU 的杂活让硬件直接自己做了，提高了 CPU 效率。

mmap 方式

• mmap 是 Linux 提供的一种内存映射文件的机制，它实现了将内核中读缓冲区地址与用户空间缓冲区地址进行映射，从而实现内核缓冲区与用户缓冲区的共享。

• mmap 对大文件传输有一定优势，但是小文件可能出现碎片

• 综上：
  减少了一次cpu数据拷贝，用户态与内核态的切换次数没有减少

sendfile方式

• 从用户程序的用户态切换至内核态，使用 DMA将数据读入内核缓冲区，不会使用 cpu
• 数据从内核缓冲区传输到 socket 缓冲区，cpu 会参与拷贝
• DMA 将 socket 缓冲区的数据写入网卡，不会使用 cpu
• 综上：
  发生了两次状态切换，1 次 CPU 拷贝、2 次 DMA 拷贝。

sendfile+DMA 收集

• 从 java 程序的用户态切换至内核态，使用 DMA将数据读入内核缓冲区，不会使用 cpu

• 只会将一些 offset 和 length 信息拷入 socket 缓冲区，几乎无消耗

• 使用 DMA 将 内核缓冲区的数据写入网卡，不会使用 cpu

• 综上：
  发生了两次状态切换，2 次 DMA 拷贝、不利用cpu计算、因为取消了缓冲区，所以零拷贝更适合小文件传输（不适合大文件）

  splice 方式

  

  • splice 系统调用可以在内核缓冲区和 socket 缓冲区之间建立管道来传输数据，避免了两者之间的 CPU 拷贝操作。splice 也有一些局限，它的两个文件描述符参数中有一个必须是管道设备