零拷贝（Zero-copy）技术是一种计算机硬件和操作系统级别的优化手段，用于减少在数据传输过程中CPU对数据的不必要的内存复制操作。传统的数据传输通常涉及多次的数据拷贝和上下文切换，而零拷贝技术则通过绕过内核缓冲区直接将数据从磁盘、网络设备或其他I/O设备传输到应用程序或另一个I/O设备中，从而显著提升系统性能并降低CPU使用率。
传统数据传输流程：
- 应用进程读取磁盘文件 - 数据从磁盘被读入内核空间的缓冲区。
- 内核空间到用户空间拷贝 - 应用程序通过系统调用（如read()）将数据从内核空间拷贝到用户空间的缓冲区。
- 用户空间到内核空间拷贝 - 当需要通过网络发送时，应用程序再通过write()等系统调用将数据从用户空间拷贝回内核空间的socket缓冲区。
- DMA传输至网卡 - 最后，数据从内核空间的socket缓冲区通过DMA（Direct Memory Access）直接传输到网卡缓存中，然后由网卡发送出去。
零拷贝技术改进后的流程：
-
使用零拷贝技术可以省去步骤2和步骤3中的两次内存拷贝，有时甚至能避免步骤1的内存拷贝：
- DMA直传到内核缓冲区 - 磁盘控制器或网络接口卡可以直接通过DMA将数据加载到内核空间的缓冲区，不需要CPU介入。
- 内核空间共享缓冲区 - 操作系统支持内核空间与特定用户空间地址的映射（如mmap），使得用户空间可以直接访问内核缓冲区，无需拷贝数据。
- DMA引擎直接转发 - 在某些情况下，操作系统和硬件允许内核空间的缓冲区直接通过DMA传递给网卡或者其他I/O设备，跳过了任何用户空间交互。
具体实现方式包括但不限于以下几种技术：
- sendfile()系统调用：Linux系统提供sendfile()，可以直接将磁盘文件的数据发送到socket，避免了在用户空间和内核空间之间来回拷贝数据。
- 内存映射（Memory-mapped files） ：通过mmap()将文件映射到内存，使得应用程序可以直接访问磁盘上的数据，减少数据复制。
- 分散/聚集I/O（Scatter/Gather I/O） ：允许一次I/O操作包含多个不连续的缓冲区，减少CPU参与的数据拼接过程。
- 高速通道技术（如Intel的DDIO） ：数据直接从网卡写入最近的CPU缓存层级，进一步减少延迟和带宽消耗。
