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传统的文件读写
传统的文件读写或者网络传输，通常需要将数据从内核态转换为用户态。应用程序读取用户态内存数据，写入文件 / Socket之前，需要从用户态转换为内核态之后才可以写入文件或者网卡当中。
数据首先从磁盘读取到内核缓冲区，这里面的内核缓冲区就是页缓存（PageCache）。然后从内核缓冲区中复制到应用程序缓冲区（用户态），输出到输出设备时，又会将用户态数据转换为内核态数据。
DMA
在介绍零拷贝之前，我们先来看一个技术名词DMA（Direct Memory Access 直接内存访问）。它是现代电脑的重要特征之一，允许不同速度的硬件之间直接交互，而不需要占用CPU的中断负载。DMA传输将一个地址空间复制到另一个地址空间，当CPU 初始化这个传输之后，实际的数据传输是有DMA设备之间完成，这样可以大大的减少CPU的消耗。我们常见的硬件设备都支持DMA，如下图所示：
零拷贝
对于常见的零拷贝，我们下面主要介绍一下mmap 和 sendfile 两种方式。下面的介绍我们基于磁盘文件拷贝的方式去讲解。
mmap
mmap 就是在用户态直接引用文件句柄，也就是用户态和内核态共享内核态的数据缓冲区，此时数据不需要复制到用户态空间。当应用程序往 mmap 输出数据时，此时就直接输出到了内核态数据，如果此时输出设备是磁盘的话，会直接写盘（flush间隔是30秒）。
上面的图片我们可以这样去理解，比如我们需要从 src.data 文件复制数据到 dest.data 文件中。此时我们不需要更改 src.data 里面的数据，但是对于 dest.data 需要追加一些数据。此时src.data 里面的数据可以直接通过DMA 设备传输，而应用程序还需要对 dest.data 做一些数据追加，此时应用对 dest.data 做 mmap 映射，直接对内核态数据进行修改。
sendfile
对于sendfile 而言，数据不需要在应用程序做业务处理，仅仅是从一个 DMA 设备传输到另一个 DMA设备。 此时数据只需要复制到内核态，用户态不需要复制数据，并且也不需要像 mmap 那样对内核态的数据的句柄（文件引用）。如下图所示：
从上图我们可以发现（输出设备可以是网卡/磁盘驱动），内核态有 2 份数据缓存 。sendfile 是 Linux 2.1 开始引入的，在 Linux 2.4 又做了一些优化。也就是上图中磁盘页缓存中的数据，不需要复制到 Socket 缓冲区，而只是将数据的位置和长度信息存储到 Socket 缓冲区。实际数据是由DMA 设备直接发送给对应的协议引擎，从而又减少了一次数据复制。
