**直接存储器访问（Direct Storage, DS）**是一种高效的数据传输技术，主要用于加速数据在计算机系统中的传输过程。它允许设备（如硬盘、固态硬盘（SSD）或其他外部存储设备）直接将数据传输到内存，而不经过CPU的中介。通过减少CPU的干预，DS能够显著提高数据的传输速度和减少延迟，特别是在大规模数据操作或高性能计算环境中。
直接存储器访问（Direct Storage, DS）
**直接存储器访问（Direct Storage, DS）**是一种高效的数据传输技术，主要用于加速数据在计算机系统中的传输过程。它允许设备（如硬盘、固态硬盘（SSD）或其他外部存储设备）直接将数据传输到内存，而不经过CPU的中介。通过减少CPU的干预，DS能够显著提高数据的传输速度和减少延迟，特别是在大规模数据操作或高性能计算环境中。
Direct Storage最初是微软为了优化游戏加载和渲染性能，在Windows 10和Windows 11中引入的一项技术，旨在使游戏和应用程序更快地加载数据并更流畅地运行。随着技术的不断发展，Direct Storage也逐渐应用于其他领域，如数据中心、高性能计算（HPC）等。
工作原理
传统的I/O操作一般是通过CPU控制的数据传输，数据从存储设备（如SSD或HDD）读取后，必须先通过CPU进行处理，然后将数据传输到内存。CPU在这个过程中可能成为瓶颈，因为它需要处理大量的I/O请求以及数据的移动。
而直接存储器访问的工作原理则是通过**DMA（Direct Memory Access）**技术，允许外部设备直接与系统内存进行数据交换。具体流程如下：
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设备请求数据：存储设备（如SSD）发出读取请求。
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操作系统分配内存：操作系统为数据请求分配一块内存缓冲区，指定数据应该存放的位置。
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直接数据传输：存储设备通过DMA控制器将数据直接从存储介质（如SSD）传输到内存，而无需经过CPU的干预。
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内存处理：内存接收到数据后，操作系统或应用程序可以直接处理这些数据。
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通知应用程序：当数据传输完成后，设备或操作系统会通知应用程序，表示数据已经准备好，可以进行后续的处理。
Direct Storage的优势
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减少CPU负担： 通过避免CPU的中介处理，直接存储器访问能够释放CPU的计算资源，使其能够更专注于计算任务，而不是浪费时间在数据搬运上。这对于需要频繁进行大规模数据交换的场景尤为重要，如大规模游戏地图加载、高分辨率视频处理等。
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加速数据加载： Direct Storage特别适用于需要快速数据加载的应用场景（如游戏）。通过减少数据传输的延迟，应用程序能够更迅速地加载资源，提升用户体验。尤其是在使用现代NVMe SSD时，Direct Storage能够大大提高存储访问速度。
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提高存储性能： 直接存储器访问能够优化存储与内存之间的数据传输，提高存储设备的带宽利用率，减少I/O延迟。在高性能计算中，这可以显著提升数据密集型应用的效率。
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降低延迟： 在传统的存储访问中，CPU的处理和上下文切换引入了较大的延迟。Direct Storage减少了这一过程，显著降低了延迟，使得应用能够更快速地响应用户输入和系统请求。
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适应现代硬件： Direct Storage的设计充分考虑了现代存储设备的特性，尤其是高性能的NVMe SSD，这些设备具备极高的数据传输速率。Direct Storage可以更好地利用这些高速度硬件，提升系统整体性能。
适用场景
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游戏加载： Direct Storage最初的设计目标就是加速游戏的加载过程。在游戏中，随着游戏世界的不断扩展，传统的磁盘I/O处理方式已无法满足需求。Direct Storage使得游戏可以更快速地加载大规模的纹理、地图和其他数据，从而减少加载时间，提高游戏的流畅性。
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大数据处理和分析： 对于需要处理大量数据的应用程序（如数据科学、机器学习和大数据分析），Direct Storage能够减少数据传输的延迟和增加处理速度。尤其是当大量数据存储在高速SSD中时，使用Direct Storage能够更高效地将数据加载到内存中进行分析。
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高性能计算（HPC）： 高性能计算环境通常需要对大规模的数据进行处理，传统的存储I/O方式可能成为性能瓶颈。通过Direct Storage，计算系统能够更快地访问存储数据，显著提升计算效率。
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虚拟化： 在虚拟化环境中，大量虚拟机共享存储资源，而传统的存储I/O操作可能导致存储访问延迟。通过Direct Storage，虚拟机可以更快速地访问存储数据，提高虚拟化的性能。
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视频编辑与渲染： 在视频编辑、3D渲染等高带宽需求的应用中，Direct Storage能够提供更快速的数据传输，帮助应用程序在处理大量高分辨率素材时减少延迟，提升工作效率。
Direct Storage与传统存储I/O的对比
| 特性 | 传统存储I/O | Direct Storage |
|---|---|---|
| 数据传输路径 | 数据需经过CPU处理 | 数据直接从存储设备传输到内存 |
| CPU负担 | 高，CPU需要处理数据传输和操作 | 低，减少了CPU对数据传输的处理需求 |
| 数据加载速度 | 较慢，受CPU限制 | 快，尤其在使用NVMe SSD时性能更为突出 |
| 延迟 | 较高，存在I/O和上下文切换延迟 | 较低，减少了中介环节 |
| 适用场景 | 普通应用和较低性能要求的设备 | 高性能计算、大数据、游戏、视频渲染等 |
设备和技术要求
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NVMe SSD：Direct Storage最适用于支持NVMe协议的固态硬盘（SSD），因为NVMe SSD提供极高的读写性能，能够充分发挥Direct Storage的优势。
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支持DirectStorage的操作系统：Windows 10、Windows 11等操作系统支持Direct Storage功能。为了启用这一功能，用户需要安装适配的硬件驱动程序和操作系统更新。
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支持DirectStorage的应用程序：为了利用Direct Storage，应用程序必须专门进行优化。大多数现代游戏（如《魔兽世界：暗影国度》、微软的《光环：无限》）和一些专业应用（如视频编辑软件）已经开始支持Direct Storage。
直接存储器访问（Direct Storage）是为了提高数据传输效率、降低延迟而设计的一项技术。通过允许设备直接将数据传输到内存，减少了CPU的负担，从而加快了数据加载和处理速度。它特别适用于需要频繁进行大规模数据交换的场景，如游戏加载、虚拟化、高性能计算、大数据处理等。随着NVMe SSD的普及和硬件性能的不断提高，Direct Storage正在成为现代计算机系统中不可或缺的技术之一。
