- 零拷贝基本介绍
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零拷贝是网络编程的关键,很多性能优化都离不开。
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在 Java 程序中,常用的零拷贝有 mmap(内存映射) 和 sendFile。那么,他们在 OS 里,到底是怎么样的一个的设计?我们分析 mmap 和 sendFile 这两个零拷贝
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另外我们看下NIO 中如何使用零拷贝
- 传统 IO数据的读写
java传统IO和网络编程的一段代码
File file = new File("test.txt");
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(file, "rw");
byte[] arr = new byte[(int) file.length()];
raf.read(arr);
Socket socket = new ServerSocket(8080).accept();
socket.getOutputStream().write(arr);
传统IO拷贝示意图
mmap优化
- mmap通过内存映射,将文件映射到内核缓冲区,同时,用户空间可以共享内核空间数据。这样,在进行网络传输时,就可以内存空间到用户空间的拷贝次数
- mmap示意图
sendFile优化
- Linux 2.1 版本 提供了 sendFile 函数,其基本原理如下:数据根本不经过用户态,直接从内核缓冲区进入到 Socket Buffer,同时,由于和用户态完全无关,就减少了一次上下文切换
- 示意图和小结
提示:零拷贝从操作系统角度,是没有cpu 拷贝
- 零拷贝的再次理解
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我们说零拷贝,是从操作系统的角度来说的。因为内核缓冲区之间,没有数据是重复的(只有 kernel buffer 有一份数据)。
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零拷贝不仅仅带来更少的数据复制,还能带来其他的性能优势,例如更少的上下文切换,更少的 CPU 缓存伪共享以及无 CPU 校验和计算。
- mmap 和 sendFile的区别
1.mmap 适合小数据量读写,sendFile 适合大文件传输。
2.mmap 需要 4 次上下文切换,3 次数据拷贝;sendFile 需要 3 次上下文切换,最少 2 次数据拷贝。
3.sendFile 可以利用 DMA 方式,减少 CPU 拷贝,mmap 则不能(必须从内核拷贝到 Socket 缓冲区)。