kafka 的零拷贝原理 | 青训营笔记

288 阅读2分钟

在实际应用中,如果我们需要把磁盘中的某个文件内容发送到远程服务器上, 那么它必须要经过几个拷贝的过程,。 从磁盘中读取目标文件内容拷贝到内核缓冲区

CPU 控制器再把内核缓冲区的数据赋值到用户空间的缓冲区中 接着在应用程序中,调用 write()方法,把用户空间缓冲区中的数据拷贝到内核下 的** Socket Buffer** 中。 最后,把在内核模式下的 SocketBuffer 中的数据赋值到网卡缓冲区(NIC Buffer)

网卡缓冲区再把数据传输到目标服务器上。

image.png 在这个过程中我们可以发现,数据从磁盘到最终发送出去,要经历 4 次拷贝,而 在这四次拷贝过程中,有两次拷贝是浪费的,分别是: 从内核空间赋值到用户空间 从用户空间再次复制到内核空间 除此之外,由于用户空间和内核空间的切换会带来CPU的上线文切换,对于CPU

性能也会造成性能影响。 而零拷贝,就是把这两次多于的拷贝省略掉,应用程序可以直接把磁盘中的数据 从内核中直接传输给 Socket,而不需要再经过应用程序所在的用户空间,如下 图所示。 零拷贝通过DMA(Direct Memory Access) 技术把文件内容复制到内核空间中 的 Read Buffer, 接着把包含数据位置和长度信息的文件描述符加载到 Socket Buffer 中,DMA 引 擎直接可以把数据从内核空间中传递给网卡设备。 在这个流程中,数据只经历了两次拷贝就发送到了网卡中,并且减少了 2 次 cpu

的上下文切换,对于效率有非常大的提高

image.png 所以,所谓零拷贝,并不是完全没有数据赋值,只是相对于用户空间来说,不再 需要进行数据拷贝。对于前面说的整个流程来说,零拷贝只是减少了不必要的拷 贝次数而已。 在程序中如何实现零拷贝呢? 在 Linux 中,零拷贝技术依赖于底层的 sendfile()方法实现 在 Java 中,FileChannal.transferTo()方法的底层实现就是 sendfile()方法。 除此之外,还有一个 mmap 的文件映射机制 它的原理是:将磁盘文件映射到内存,用户通过修改内存就能修改磁盘文件。使 用这种方式可以获取很大的 I/O 提升,省去了用户空间到内核空间复制的开销