sendfile函数--零拷贝(转)

零拷贝:零拷贝技术可以减少数据拷贝和共享总线操作的次数,消除通信数据在存储器之间不必要的中间拷贝过程,有效地提高通信效率,是设计高速接口通道、实现高速服务器和路由器的关键技术之一。
sendfile

#include <sys/sendfile.h>
ssize_t sendfile(int out_fd, int in_fd, off_t* offset, size_t count);
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参数特别注意的是:in_fd必须是一个支持mmap函数的文件描述符,也就是说必须指向真实文件,不能使socket描述符和管道。
out_fd必须是一个socket描述符.
由此可见sendfile几乎是专门为在网络上传输文件而设计的。
out_fd:已经打开了,用于写操作的文件描述符
in_fd:已经打开了,用于读操作的文件描述符
offset:偏移量:表示sendfile函数从in_fd中的哪一偏移量开始读取数据,如果是0表示从文件的开始读,否则从相应的偏移量读取,如果是循环读取的时候,下一次offset值应为sendfile函数返回值加上本次的offset的值。
count:是在两个描述符之间拷贝的字节数
返回值:
如果成功的拷贝,返回写操作到out_fd的字节数,错误返回-1,并相应的设置error信息。

关于sendfile与read和write的比较
服务器响应一个http请求的步骤如下:
1.把磁盘文件读入内核缓冲区
2.从内核缓冲区读到内存
3.处理(静态资源不需要处理)
4.发送到网卡的内核缓冲区(发送缓存)
5.网卡发送数据
而sendfile系统调用,省略了2,3步,磁盘文件被直接发送到了网卡的内存缓冲区,减少了数据复制和内核态切换的开销。
sendfile一直都在核心态进行

普通的read和write的传统网络传输过程的步骤

read(file, tmp_buf, len);
write(socket, tmp_buf, len);
硬盘 >> kernel buffer >> user buffer >> kernel socket buffer >> 协议栈
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一般的网络应用是通过读硬盘数据,然后写数据到socket来完成网络传输的。
底层实现如下:
1.系统调用read()产生一个上下文切换:从用户模式切换到内核模式,然后DMA(直接内存存取)执行拷贝,把文件数据从硬盘读到一个内核缓冲区里面去。
2.数据从内核缓冲区拷贝到用户态缓冲区,然后系统调用read()返回,这时又产生一个上下文切换:从内核状态切换到用户态。
3.系统调用write()产生一个上下文切换:从用户态切换到内核态,然后把步骤2中读到用户缓冲区的数据拷贝到核心态缓冲区(数据第二次拷贝到核心态缓冲区),不过这次是个不同的核心态缓冲区,这个缓冲区和socket相关联。
4.系统调用write()返回,产生一个上下文切换:从内核态切换到用户态(第4次切换),然后DMA从内核缓冲区拷贝数据到协议栈(第四次拷贝)。

上述4个步骤,4次上下文切换,4次拷贝,我们发现减少他的切换和拷贝次数,将有效提高性能。这也是sendfile提高性能的方法。

关于sendfile进行网络传输的过程

sendfile(socket, file, len);
硬盘 >> kernel buffer (快速拷贝到kernel socket buffer) >> 协议栈
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1.系统调用sendfile()通过DMA把硬盘数据拷贝到内核缓冲区,然后数据直接拷贝到另一个与socket相关的内核缓冲区。(区别)这里没有用户态和核心态之间的切换,在核心态中直接完成了从一个缓冲区到另一个缓冲区的拷贝。
2.DMA把数据从内核缓冲区直接拷贝给协议栈,没有切换,也不需要数据从用户态拷贝到核心态,因为数据就在内核里面。
由此比较,sendfile远比read和write方式在进行数据拷贝时高效。

关于sendfile的应用代码–代码作用是把a文件(和客户端程序在同一目录下)传递给服务器端
服务端

#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <assert.h>
int main(int argc,char* argv[])
{
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
assert(sockfd!=-1);

struct sockaddr_in saddr,caddr;

saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_port = htons(6500);
saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.11");

int res = bind(sockfd,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));
assert(res!=-1);

listen(sockfd,5);

int len = sizeof(caddr);
int c = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&caddr,&len);

while(1)
{
if(c<0)
{
continue;
}
char buff[128] = {0};
recv(c,buff,127,0);
printf("%s",buff);
}
close(c);
return 0;
}
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客户端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/sendfile.h>

int main(int argc,char* argv[])
{
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
assert(sockfd!=-1);

struct sockaddr_in saddr;
memset(&saddr,0,sizeof(saddr));
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_port = htons(6500);
saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.11");

int res = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));
assert(res!=-1);

int fd1 = open("./a",O_RDONLY);
int len = 1;
while(len)
{
len = sendfile(sockfd,fd1,0,1024);
if(len==0)
{
break;
}
printf("发出了%d个字节\n",len);
}
close(sockfd);
return 0;

}

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转载自www.cnblogs.com/wangbin/p/9923043.html