java的零拷貝機制

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為何要懂零拷貝原理？因為rocketmq存儲核心使用的就是零拷貝原理。

 

1. io讀寫的方式
   
   1. 中斷
   2. DMA
2. 中斷方式
   1. 中斷方式的流程圖如下：
      
      
      1. 用戶進程發起數據讀取請求
      2. 系統調度為該進程分配cpu
      3. cpu向io控制器(ide,scsi)發送io請求
      4. 用戶進程等待io完成，讓出cpu
      5. 系統調度cpu執行其他任務
      6. 數據寫入至io控制器的緩沖寄存器
      7. 緩沖寄存器滿了向cpu發出中斷信號
      8. cpu讀取數據至內存
   2. 缺點：中斷次數取決於緩沖寄存器的大小
3. DMA ： 直接內存存取
   1. DMA方式的流程圖如下：
      
      
      1. 用戶進程發起數據讀取請求
      2. 系統調度為該進程分配cpu
      3. cpu向DMA發送io請求
      4. 用戶進程等待io完成，讓出cpu
      5. 系統調度cpu執行其他任務
      6. 數據寫入至io控制器的緩沖寄存器
      7. DMA不斷獲取緩沖寄存器中的數據（需要cpu時鍾）
      8. 傳輸至內存（需要cpu時鍾）
      9. 所需的全部數據獲取完畢后向cpu發出中斷信號
   2. 優點：減少cpu中斷次數，不用cpu拷貝數據
4. 數據拷貝
   1. 下面展示了 傳統方式讀取數據后並通過網絡發送 所發生的數據拷貝：
      
      
      1. 一個read系統調用后，DMA執行了一次數據拷貝，從磁盤到內核空間
      2. read結束后，發生第二次數據拷貝，由cpu將數據從內核空間拷貝至用戶空間
      3. send系統調用，cpu發生第三次數據拷貝，由cpu將數據從用戶空間拷貝至內核空間(socket緩沖區)
      4. send系統調用結束后，DMA執行第四次數據拷貝，將數據從內核拷貝至協議引擎
      5. 另外，這四個過程中，每個過程都發生一次上下文切換
   2. 內存緩沖數據，主要是為了提高性能，內核可以預讀部分數據，當所需數據小於內存緩沖區大小時，將極大的提高性能。
   3. 零拷貝是為了消除這個過程中冗余的拷貝
5. 零拷貝-sendfile 對應到java中
   為FileChannel.transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target)//將數據從文件通道傳輸到了給定的可寫字節通道
   1. 避免了第2，3步的數據拷貝，參考下圖：
      
      
      1. DMA從拷貝至內核緩沖區
      2. cpu將數據從內核緩沖區拷貝至內核空間(socket緩沖區)
      3. DMA將數據從內核拷貝至協議引擎
      4. 這三個過程中共發生2次上下文切換，分別為發起讀取文件和發送數據
   2. 以上過程發生了三次數據拷貝，其中有一次為cpu完成
   3. linux內核2.4以后，socket緩沖區做了調整，DMA帶收集功能，如下圖：
      
      
      1. DMA從拷貝至內核緩沖區
      2. 將數據的位置和長度的信息的描述符增加至內核空間(socket緩沖區)
      3. DMA將數據從內核拷貝至協議引擎
         所謂零拷貝，指的是應用內存與內核內存不存在拷貝。
         對應零拷貝技術有mmap及sendfile