Linux零拷贝之sendfile/splice

  sendfile/splice实现了真正意义上的零拷贝：CPU完全不需要参与数据的拷贝，应用层Java NIO为开发人员提供了FileChannel.transferFrom()/transferTo()方法使用零拷贝。

sendfile

传输原理

1. 用户进程通过 sendfile() 函数向内核（kernel）发起系统调用，上下文从用户态（user space）切换为内核态（kernel space）；
2. CPU 利用 DMA 控制器将数据从主存或硬盘拷贝到内核空间（kernel space）的读缓冲区（read buffer）；
3. CPU 把读缓冲区（read buffer）的文件描述符（file descriptor）和数据长度拷贝到网络缓冲区（socket buffer）；
4. 基于已拷贝的文件描述符（file descriptor）和数据长度，CPU 利用 DMA 控制器的 gather/scatter 操作直接批量地将数据从内核的读缓冲区（read buffer）拷贝到网卡进行数据传输；
5. 上下文从内核态（kernel space）切换回用户态（user space），Sendfile 系统调用执行返回；
   

适用场景

  sendfile适用于文件数据到网卡的传输过程，并且用户程序对数据没有修改的场景；

splice

传输原理

1. 用户进程通过 splice() 函数向内核（kernel）发起系统调用，上下文从用户态（user space）切换为内核态（kernel space）；
2. CPU 利用 DMA 控制器将数据从主存或硬盘拷贝到内核空间（kernel space）的读缓冲区（read buffer）；
3. CPU 在内核空间的读缓冲区（read buffer）和网络缓冲区（socket buffer）之间建立管道（pipeline）；
4. CPU 利用 DMA 控制器将数据从网络缓冲区（socket buffer）拷贝到网卡进行数据传输；
5. 上下文从内核态（kernel space）切换回用户态（user space），Splice 系统调用执行返回；
   

适用场景

  splice适用于任意两个文件描述符中传输数据（两个文件描述符参数中有一个必须是管道设备），并且用户程序对数据没有修改的场景；

Java应用

  Java NIO的FileChannel.transferFrom()/transferTo()底层基于sendfile/splice，不仅可以进行网络文件传输，还可以对本地文件实现零拷贝操作，示意图如下所示：

参考：

1. 支撑百万并发的“零拷贝”技术，你了解吗？