mmap()系统调用函数会直接把内核缓冲区里的数据「映射」到用户空间 ， 这样 ， 操作系统内核与用户空间就不需要再进行任何的数据拷贝操作 。

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具体过程如下：
应用进程调用了mmap()后 ， DMA 会把磁盘的数据拷贝到内核的缓冲区里 。 接着 ， 应用进程跟操作系统内核「共享」这个缓冲区；
应用进程再调用write() ， 操作系统直接将内核缓冲区的数据拷贝到 socket 缓冲区中 ， 这一切都发生在内核态 ， 由 CPU 来搬运数据；
最后 ， 把内核的 socket 缓冲区里的数据 ， 拷贝到网卡的缓冲区里 ， 这个过程是由 DMA 搬运的 。
我们可以得知 ， 通过使用mmap()来代替read() ，可以减少一次数据拷贝的过程 。
但这还不是最理想的零拷贝 ， 因为仍然需要通过 CPU 把内核缓冲区的数据拷贝到 socket 缓冲区里 ， 而且仍然需要 4 次上下文切换 ， 因为系统调用还是 2 次 。
sendfile
在 Linux 内核版本 2.1 中 ， 提供了一个专门发送文件的系统调用函数sendfile() ， 函数形式如下：
它的前两个参数分别是目的端和源端的文件描述符 ， 后面两个参数是源端的偏移量和复制数据的长度 ， 返回值是实际复制数据的长度 。
首先 ， 它可以替代前面的read()和write()这两个系统调用 ， 这样就可以减少一次系统调用 ， 也就减少了 2 次上下文切换的开销 。
其次 ， 该系统调用 ， 可以直接把内核缓冲区里的数据拷贝到 socket 缓冲区里 ， 不再拷贝到用户态 ， 这样就只有 2 次上下文切换 ， 和 3 次数据拷贝 。 如下图：

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但是这还不是真正的零拷贝技术 ， 如果网卡支持 SG-DMA（The Scatter-Gather Direct Memory Access）技术（和普通的 DMA 有所不同） ， 我们可以进一步减少通过 CPU 把内核缓冲区里的数据拷贝到 socket 缓冲区的过程 。
你可以在你的 Linux 系统通过下面这个命令 ， 查看网卡是否支持 scatter-gather 特性：
于是 ， 从 Linux 内核2.4版本开始起 ， 对于支持网卡支持 SG-DMA 技术的情况下 ， sendfile()系统调用的过程发生了点变化 ， 具体过程如下：
第一步 ， 通过 DMA 将磁盘上的数据拷贝到内核缓冲区里；
第二步 ， 缓冲区描述符和数据长度传到 socket 缓冲区 ， 这样网卡的 SG-DMA 控制器就可以直接将内核缓存中的数据拷贝到网卡的缓冲区里 ， 此过程不需要将数据从操作系统内核缓冲区拷贝到 socket 缓冲区中 ， 这样就减少了一次数据拷贝；
所以 ， 这个过程之中 ， 只进行了 2 次数据拷贝 ， 如下图：

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这就是所谓的零拷贝（Zero-copy）技术 ， 因为我们没有在内存层面去拷贝数据 ， 也就是说全程没有通过 CPU 来搬运数据 ， 所有的数据都是通过 DMA 来进行传输的 。
零拷贝技术的文件传输方式相比传统文件传输的方式 ， 减少了 2 次上下文切换和数据拷贝次数 ， 只需要 2 次上下文切换和数据拷贝次数 ， 就可以完成文件的传输 ， 而且 2 次的数据拷贝过程 ， 都不需要通过 CPU ， 2 次都是由 DMA 来搬运 。
所以 ， 总体来看 ， 零拷贝技术可以把文件传输的性能提高至少一倍以上 。
使用零拷贝技术的项目
事实上 ， Kafka 这个开源项目 ， 就利用了「零拷贝」技术 ， 从而大幅提升了 I/O 的吞吐率 ， 这也是 Kafka 在处理海量数据为什么这么快的原因之一 。

稿源：(CSDN)

【】网址：http://www.shadafang.com/c/hn10049531C2020.html

标题：coding|原来 8 张图，就可以搞懂“零拷贝”了！( 三 )