深入理解NIO零拷贝

NIO零拷贝

普通IO操作流程

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1. 用户程序向内核程序发起读请求
2. cpu从用户模式切换到内核模式，内核模式向磁盘发出读取数据的请求
3. 磁盘将数据读取到内核空间的缓冲区
4. 内核将数据从缓冲区拷贝到用户空间的缓冲区
5. 执行逻辑代码
6. 执行write方法，将数据写到网络的另一端。
7. 将数据从用户空间拷贝回内核空间
8. 将数据真正的写到磁盘或者socket中
   这种方式会导致系统遇到瓶颈，为传统IO操作

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零拷贝

零拷贝依赖于操作系统，操作系统实现了，则实现，没有实现则没有实现，跟java程序无关。

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1. 从图中可以看出对用户空间的数据拷贝已经没了。
2. 内核空间收到sendfile()申请
3. 内核空间向磁盘发送数据读取请求
4. 磁盘将数据读取到内核空间缓冲区
5. 将数据写入到socket缓冲区中
6. 通过socket缓冲区向网络客户端发送数据
7. 结果返回
8. sendfile()调用返回
   这种操作我们称为零拷贝，相对与上一种情况有了极大的提升。

思考：

我们能不能减少磁盘拷贝到内核的情况，而是将磁盘数据直接拷贝到socket缓冲区中？？

第二版零拷贝

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这种方式实现了从磁盘空间直接读入Socket缓冲区

最终版零拷贝

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1. 用户程序发送sendfile()指令给内核空间并返回到用户空间
2. 内核空间从磁盘采用DMA copy将数据从磁盘拷贝到了内核空间
3. 将内核缓冲区的数据的文件描述符的信息拷贝到socketbuffer，而不是数据。文件描述中含有数据的内存地址等信息。
4. protocol协议直接通过socketbuffer中读取到文件描述符信息从而找到kernel buffer存储数据的内存地址以及所需读取字符的长度。并将kernel buffer中的数据发送服务端

内存映射：

问题：上面的情况用户无法参与到数据的读取与写入的过程，如果用户需要参与呢？？
内存映射文件：
通过代码的方式将文件映射到系统内核空间，这样修改文件只需要访问内核空间就可以。

参考

零拷贝学习
浅谈Linux下的零拷贝机制
mmap原理