Linux零拷貝之sendfile/splice

  sendfile/splice實現了真正意義上的零拷貝：CPU完全不需要參與數據的拷貝，應用層Java NIO爲開發人員提供了FileChannel.transferFrom()/transferTo()方法使用零拷貝。

sendfile

傳輸原理

1. 用戶進程通過 sendfile() 函數向內核（kernel）發起系統調用，上下文從用戶態（user space）切換爲內核態（kernel space）；
2. CPU 利用 DMA 控制器將數據從主存或硬盤拷貝到內核空間（kernel space）的讀緩衝區（read buffer）；
3. CPU 把讀緩衝區（read buffer）的文件描述符（file descriptor）和數據長度拷貝到網絡緩衝區（socket buffer）；
4. 基於已拷貝的文件描述符（file descriptor）和數據長度，CPU 利用 DMA 控制器的 gather/scatter 操作直接批量地將數據從內核的讀緩衝區（read buffer）拷貝到網卡進行數據傳輸；
5. 上下文從內核態（kernel space）切換回用戶態（user space），Sendfile 系統調用執行返回；
   

適用場景

  sendfile適用於文件數據到網卡的傳輸過程，並且用戶程序對數據沒有修改的場景；

splice

傳輸原理

1. 用戶進程通過 splice() 函數向內核（kernel）發起系統調用，上下文從用戶態（user space）切換爲內核態（kernel space）；
2. CPU 利用 DMA 控制器將數據從主存或硬盤拷貝到內核空間（kernel space）的讀緩衝區（read buffer）；
3. CPU 在內核空間的讀緩衝區（read buffer）和網絡緩衝區（socket buffer）之間建立管道（pipeline）；
4. CPU 利用 DMA 控制器將數據從網絡緩衝區（socket buffer）拷貝到網卡進行數據傳輸；
5. 上下文從內核態（kernel space）切換回用戶態（user space），Splice 系統調用執行返回；
   

適用場景

  splice適用於任意兩個文件描述符中傳輸數據（兩個文件描述符參數中有一個必須是管道設備），並且用戶程序對數據沒有修改的場景；

Java應用

  Java NIO的FileChannel.transferFrom()/transferTo()底層基於sendfile/splice，不僅可以進行網絡文件傳輸，還可以對本地文件實現零拷貝操作，示意圖如下所示：

參考：

1. 支撐百萬併發的“零拷貝”技術，你瞭解嗎？