Linux-I/O机制-零拷贝技术-Toy模板网

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【数据过程】

外设（磁盘）--> 内核缓冲区 --> 用户缓冲区

【DMA技术】——单片机的DMA为例

外设（磁盘）数据到内核的这个过程解放了CPU，CPU只需要给信号到DMA控制器即可，DMA自动完成数据拷贝然后触发中断通知CPU。
传输方向：
1）外设到内存（例如：ADC）
2）内存到外设（例如：串口发送）
3）内存到内存（例如：直接给一变量赋值一个常量型变量的值）

源和目标地址必须按数据传输宽度对齐。如串口8位，源地址也必须是8位。一次性最大传输数目：最大为65535。

【传统数据读写】

要完成1次read、write系统调用，进行了4次用户态与内核态的切换，4次数据拷贝；(1次系统调用会进行2次切换)。
1）数据拷贝：外设到内核，内核到用户层，用户层到内核，内核到外设；
2）核心问题：如何减少状态切换次数与数据拷贝次数？

【层次结构】

————————————
应用程序（用户态）
————————————（系统调用）
内核进程（内核态）
————————————（DMA）
硬件外设
————————————

【Linux的零拷贝技术】

1、mmap：用 mmap() 替换 read() 系统调用函数，直接把内核缓冲区里的数据「映射」到用户空间（虚拟内存上）。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（在内核态完成）。[减少了1次数据拷贝]

2、sendfile：只能将外设1数据读取到内核缓冲区（PageCache），在内核中再通过DMA将其直接写入外设2（这个过程中，应用程序无法对外设1读取的数据进行用户处理操作）。[减少了1次系统调用、2次数据拷贝]——真正零拷贝技术。

【异步IO技术】

直接I/O(异步IO技术)：硬件的数据绕过内核，直接读取到用户空间（没有PageCache层）。
1）前半部分，内核向磁盘发起读请求，但是可以不等待数据就位就可以返回，于是进程此时可以处理其他任务；
2）后半部分，当内核将磁盘中的数据拷贝到进程缓冲区后，进程将接收到内核的通知，再去处理数据；

需要PageCache的叫缓存 I/O，而异步 I/O 是绕开 PageCache，叫直接I/O。
1）传输大文件，使用「异步 I/O + 直接 I/O」；
2）传输小文件，使用「零拷贝技术」；
eg：nginx中，当传输文件小于某个值，使用sendfile，大于某个值，使用aio。

参考链接：zhuanlan.zhihu.com/p/616105519

文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-686267.html

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