零拷贝

从文件读取数据并通过网络将数据传递给其他程序:

  • read()调用导致上下文从用户态切换到内核态。内核通过sys_read()(或等价的方法)从文件读取数据。DMA引擎执行第一次拷贝:从文件读取数据并存储到内核空间的缓冲区。

  • 请求的数据从内核的读缓冲区拷贝到用户缓冲区,然后read()方法返回。read()方法返回导致上下文从内核态切换到用户态。现在待读取的数据已经存储在用户空间内的缓冲区。

  • send()调用导致上下文从用户态切换到内核态。第三次拷贝数据从用户空间重新拷贝到内核空间缓冲区。但是,这一次,数据被写入一个不同的缓冲区,一个与目标套接字相关联的缓冲区。

  • send()系统调用返回导致第四次上下文切换。当DMA引擎将数据从内核缓冲区传输到协议引擎缓冲区时,第四次拷贝是独立且异步的。

拷贝过程:读文件数据到内核缓冲区 -> 用户缓冲区 -> 套接字相关的缓冲区 -> 协议引擎缓冲区

零拷贝方式:

使用 transferTo() 从磁盘拷贝数据到套接字


使用transgerTo()方法时涉及的步骤包括以下两步:

  1. transgerTo方法调用触发DMA引擎将文件上下文信息拷贝到内核读缓冲区,接着内核将数据从内核缓冲区拷贝到与外出套接字相关联的缓冲区。

  2. DMA引擎将数据从内核套接字缓冲区传输到协议引擎(第三次数据拷贝)。

这是一个改进:上下文切换的次数从4次减少到2次,数据拷贝的次数从4次减少到3次(仅有一次数据拷贝消耗CPU资源)。然而,这并没有实现零拷贝的目标,如果底层网卡支持gather operations,可以进一步减少内核拷贝数据的次数。Linux 内核 从2.4 版本开始修改了套接字缓冲区描述符以满足这个要求。这种方法不仅减少了多个上下文切换,还消除了消耗CPU的重复数据拷贝。用户使用的方法没有任何变化,依然通过transferTo方法,但是方法的内部实现

发生了变化:

  1. transferTo方法调用触发 DMA 引擎将文件上下文信息拷贝到内核缓冲区。

  2. 数据不会被拷贝到套接字缓冲区,只有数据的描述符(包括数据位置和长度)被拷贝到套接字缓冲区。DMA 引擎直接将数据从内核缓冲区拷贝到协议引擎,这样减少了最后一次需要消耗CPU的拷贝操作。

 

posted on 2019-07-18 11:59  loveflying  阅读(112)  评论(0编辑  收藏  举报