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零拷贝

什么是零拷贝

零拷贝指的是，从一个存储区域到另一个存储区域的copy任务无需CPU参与就可完成。零拷贝的底层是
通过DMA总线技术实现的。零拷贝与具体的编程语言无关，完全依赖于OS，OS支持就可使用，不支持
设置了也不起作用。
DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种计算机系统内部的数据传输技术，需要DMA总
线（硬件的体系结构）的硬件支持。其整个数据传输过程是在DMA控制器下完成的。
零拷贝在计算机内部数据拷贝及网络传输中都大量使用，用于减少CPU消耗和内存带宽占用，减少用户
空间与内核空间的拷贝过程，减少用户态与内核态间的切换次数，提高系统效率，提升系统性能。例如
远程服务器处理客户端浏览器的主页打开请求过程，就是一个零拷贝在网络传输中的典型应用。下面全
部以该场景为例进行分析。

传统拷贝方式

站在服务器角度，服务器操作系统经历了以下过程

该拷贝方式共进行了16次用户空间与内核空间的上下文切换，以及4次数据拷贝，其中两次拷贝存在
CPU参与。

零拷贝方式

该拷贝方式共进行了14次用户空间与内核空间的上下文切换，以及3次数据拷贝，但整个拷贝过程均没
有CPU的参与，这就是零拷贝。

Gather Copy零拷贝

该拷贝方式是由DMA完成，当然，需要当前主机的DMA支持Gather Copy方式。

该方式中没有数据拷贝到socket buffer。取而代之的是只是将kernel buffer中的数据描述信息写到了socket buffer中。数据描述信息包含了两方面的信息：kernel buffer中数据的地址及偏移量。该拷贝方式共进行了14次用户空间与内核空间的上下文切换，以及2次数据拷贝，并且整个拷贝过程均没有CPU的参与。

mmap零拷贝

mmap，Memory Map，存储映射。mmap零拷贝是对零拷贝的改进。当然，若当前主机的DMA支持
Gather Copy，mmap同样可以实现Gather Copy DMA的零拷贝。

该方式与普通零拷贝的唯一区别是，应用程序与内核共享了Kernel buffer。由于是共享，所以应用程序
也就可以操作该buffer了。当然，应用程序对于Kernel buffer的操作，就会引发用户空间与内核空间的
相互切换。