当前位置：首页 > 科技 > 软件

面试官：说一下零拷贝技术的实现原理？

来源：责编：时间：2024-02-01 12:52:17 301观看

导读零拷贝（Zero-copy）技术是一种计算机操作系统中用于提高数据传输效率的优化策略。在传统的数据传输过程中，需要将数据从一个缓冲区拷贝到另一个缓冲区，然后再传输给目标。这涉及到多次的 CPU 和内存之间的数据拷贝操作，会消

零拷贝（Zero-copy）技术是一种计算机操作系统中用于提高数据传输效率的优化策略。在传统的数据传输过程中，需要将数据从一个缓冲区拷贝到另一个缓冲区，然后再传输给目标。这涉及到多次的 CPU 和内存之间的数据拷贝操作，会消耗 CPU 的时间和内存带宽。而零拷贝技术通过直接共享数据的内存地址，避免了中间的拷贝过程，从而提高了数据传输的效率。

1、传统 IO 执行流程

要搞明白零拷贝技术就要先搞清楚传统 IO 的执行流程，传统的 IO 的执行流程如下：

（1）用户态和内核态

操作系统有用户态和内核态之分，这是因为计算机体系结构中的操作系统设计了两个不同的执行环境，以提供不同的功能和特权级别。

用户态（User Mode）是指应用程序运行时的执行环境。在用户态下，应用程序只能访问受限资源，如应用程序自身的内存空间、CPU 寄存器等，并且不能直接访问操作系统的底层资源和硬件设备。
内核态（Kernel Mode）是指操作系统内核运行时的执行环境。在内核态下，操作系统具有更高的权限，可以直接访问系统的硬件和底层资源，如 CPU、内存、设备驱动程序等。

（2）DMA

DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）技术，绕过 CPU，直接在内存和外设之间进行数据传输。这样可以减少 CPU 的参与，提高数据传输的效率。

2、零拷贝技术的实现

零拷贝技术可以利用 Linux 下的 MMap、sendFile 等手段来实现，使得数据能够直接从磁盘映射到内核缓冲区，然后通过 DMA 传输到网卡缓存，整个过程中 CPU 只负责管理和调度，而无需执行实际的数据复制指令。

（1）MMap

MMap（Memory Map）是 Linux 操作系统中提供的一种将文件映射到进程地址空间的一种机制，通过 MMap 进程可以像访问内存一样访问文件，而无需显式的复制操作。

使用 MMap 可以把 IO 执行流程优化成以下执行步骤：

传统的 IO 需要四次拷贝和四次上下文（用户态和内核态）切换，而 MMap 只需要三次拷贝和四次上下文切换，从而能够提升程序整体的执行效率，并且节省了程序的内存空间。

（2）senFile 方法

在 Linux 操作系统中 sendFile() 是一个系统调用函数，用于高效地将文件数据从内核空间直接传输到网络套接字（Socket）上，从而实现零拷贝技术。这个函数的主要目的是减少 CPU 上下文切换以及内存复制操作，提高文件传输性能。

使用 sendFile() 可以把 IO 执行流程优化成以下执行步骤：

3、哪些地方用到了零拷贝技术？

在 Java 中，以下几个地方使用了零拷贝技术：

NIO（New I/O）通道：java.nio.channels.FileChannel 提供了 transferTo() 和 transferFrom() 方法，可以直接将数据从一个通道传输到另一个通道，例如从文件通道直接传输到 Socket 通道，整个过程无需将数据复制到用户空间缓冲区，从而实现了零拷贝。
Socket Direct Buffer：在 JDK 1.4 及更高版本中，Java NIO 支持使用直接缓冲区（DirectBuffer），这类缓冲区是在系统堆外分配的，可以直接由网卡硬件进行 DMA 操作，减少数据在用户态与内核态之间复制次数，提高网络数据发送效率。
Apache Kafka 或者 Netty 等高性能框架：这些框架在底层实现上通常会利用 Java NIO 的上述特性来优化数据传输，如 Kafka 生产者和消费者在传输消息时会用到零拷贝技术以提升性能。

小结

使用零拷贝技术可以减少 CPU 拷贝，及减少了上下文的切换带来的性能开销，提高了程序的整体执行效率，它们的区别对比如下表格所示：

	CPU 拷贝/次数	DMA 拷贝/次数	上下文切换/次数
传统 IO	2	2	4
MMap	1	2	4
sendFile()	1	2	2

本文链接：http://www.28at.com/showinfo-26-70480-0.html面试官：说一下零拷贝技术的实现原理？

声明：本网页内容旨在传播知识，若有侵权等问题请及时与本网联系，我们将在第一时间删除处理。邮件：2376512515@qq.com

上一篇：你对MySQL的int(11)真的了解吗？

下一篇：免费用JetBrains全家桶的门槛变高了，这个条件必须满足

标签：

热门焦点

7月安卓手机性价比榜：努比亚+红魔两款新机入榜

7月登场的新机有努比亚Z50S Pro和红魔8S Pro，除了三星之外目前唯二的两款搭载超频版骁龙8Gen2处理器的产品，而且努比亚和红魔也一贯有着不错的性价比，所以在本次的性价比榜单
K6：面向开发人员的现代负载测试工具

K6 是一个开源负载测试工具，可以轻松编写、运行和分析性能测试。它建立在 Go 和 JavaScript 之上，它被设计为功能强大、可扩展且易于使用。k6 可用于测试各种应用程序，包括 Web
一年经验在二线城市面试后端的经验分享

忠告这篇文章只适合2年内工作经验、甚至没有工作经验的朋友阅读。如果你是2年以上工作经验，请果断划走，对你没啥帮助~主人公这篇文章内容来自「升职加薪」星球星友的投稿，坐
新电商三兄弟，“抖快红”成团！

来源：价值研究所作者：Hernanderz 随着内容电商的概念兴起，抖音、快手、小红书组成的“新电商三兄弟”成为业内一股不可忽视的势力，给阿里、京东、拼多多带去了巨大压
阿里大调整

来源：产品刘有媒体报道称，近期淘宝天猫集团启动了近年来最大的人力制度改革，涉及员工绩效、层级体系等多个核心事项，目前已形成一个初步的“征求意见版”：1、取消P序列
OPPO、vivo、小米等国内厂商Q2在印度智能手机市场份额依旧高达55%

7月20日消息，据外媒报道，研究机构的报告显示，在全球智能手机出货量同比仍在下滑的大背景下，印度这一有潜力的市场也未能幸免，出货量同比也有下滑，多家厂
2299元起！iQOO Pad明晚首销：性能最强天玑平板

5月23日，iQOO如期举行了新品发布会，除了首发安卓最强旗舰处理器的iQOO Neo8系列新机外，还在发布会上推出了旗下首款平板电脑——iQOO Pad，其最大的卖点
华为举行春季智慧办公新品发布会首次推出电子墨水屏平板

北京时间2月27日晚，华为在巴塞罗那举行春季智慧办公新品发布会，在海外市场推出之前已经在中国市场上市的笔记本、平板、激光打印机等办公产品，并首次推出搭载
荣耀Magic4 至臻版首创智慧隐私通话强劲影音系统

2022年第一季度临近尾声，在该季度内，许多品牌陆续发布自己的最新产品，让大家从全新的角度来了解当今的手机技术。手机是电子设备中，更新迭代十分迅速的一款产品，基

面试官：说一下零拷贝技术的实现原理？

1、传统 IO 执行流程

（1）用户态和内核态

（2）DMA

2、零拷贝技术的实现

（1）MMap

（2）senFile 方法

3、哪些地方用到了零拷贝技术？

小结

7月安卓手机性价比榜：努比亚+红魔两款新机入榜

K6：面向开发人员的现代负载测试工具

一年经验在二线城市面试后端的经验分享

新电商三兄弟，“抖快红”成团！

阿里大调整

OPPO、vivo、小米等国内厂商Q2在印度智能手机市场份额依旧高达55%

2299元起！iQOO Pad明晚首销：性能最强天玑平板

华为举行春季智慧办公新品发布会首次推出电子墨水屏平板

荣耀Magic4 至臻版首创智慧隐私通话强劲影音系统

最新推荐

猜你喜欢

热门推荐

相关资讯