在学习中遇到了一个问题就是什么是零拷贝，因此学习之后以此来记录一下。
零拷贝、直接I/O、异步I/O等，优化的目的就是为了提高系统的吞吐量，减少访问磁盘次数。访问磁盘的速度会比读写内存会慢十倍以上。因此就需要提高它的读写速度。
什么是DMA?
DMA(Direct Memory Access)是直接内存访问技术。在进行I/O设备和内存数据传输的过程中，数据搬运的过程全部交给DMA控制器，而CPU不参与任何与数据搬运的事情。
这样说可能不太明白。先看看没有DMA技术会是怎样：
- CPU发出对应的指令给磁盘控制器，然后返回
- 磁盘控制器收到命令后，将所需的数据从磁盘搬运到磁盘缓冲区中，之后发出中断
- CPU收到中断以后放下当前的事务优先处理中断请求（中断请求未完成不会处理其他事情），接着讲磁盘缓冲区的数据一次一个字节地读进自己的寄存器中，然后再把寄存器中的数据写入到内存。
(所有图转自小林coding).
数据的传输过程都需要CPU来参与，且不能做其他事情，那么在使用千兆网络或者大量数据传输的时候一定忙不过来。于是就有了DMA技术
CPU不再参与将数据从磁盘缓冲区移动到内核缓存区中，工作全部由DMA完成。
传统的文件传输
如果服务器提供文件传输功能，最简单的方法就是将文件中磁盘中读取出来，然后通过网络协议发送给客户端。传统I/O设计到read()和write()。两次操作就会涉及到四次上下文切换（内核和用户态转换）和四次数据拷贝。
这种简单传统的文件传输中，存在冗余的上下文切换和数据拷贝，在高并发中多了很多不必要的开销。因此要提高文件传输的性能，就需要减少上下文切换和内存拷贝的次数
如何实现零拷贝？
- mmap + write
- senfile
mmap+write :
用mmap来替换掉read。那么mmap（）系统调用函数会直接把内存缓冲区的数据映射到用户空间，这样就不需要与用户缓冲区做交换，减少了一次数据拷贝的过程，但是依旧会有4次上下文的切换与3次数据拷贝
sendfile
在Linux内核版本2.1中，提供了专门发送文件的系统调用函数sendfile()
用这一个函数代替read和write那么就意味着可以减少两次上下文切换的开销。该调用会直接将内核缓冲区的数据拷贝到socket缓冲区内，不再需要拷贝到用户态。这样就只有两次上下文切换和三次数据拷贝。
而真正的零拷贝对网卡支持SG-DMA（The Scatter-Gather Direct Memory Access）技术，还可以进一步减少数据拷贝的过程。
DMA将磁盘缓冲区的数据拷贝到内核缓冲区中，将缓冲区描述符和数据长度放到socket缓冲器中，这样SG-DMA控制器直接将内核缓存中得到数据拷贝到网卡缓存区中。减少了将数据拷贝到socket缓冲区中的过程。
这就是零拷贝技术，并没有在内存层面区拷贝数据，全程没有通过CPU去搬运。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:
Kafka为什么有那么高的吞吐量原因之一就是使用到了零拷贝技术。
在Kafka文件传输的源码中会发现他调用了Java NIO库中的transferto方法，而Linux系统支持sendfile()系统调用，实际上使用到senfile（）系统调用函数。
PageCache内核缓冲区
前面提到的内核缓冲区实际是PageCache（磁盘高速缓存）。
PageCache的优点：
- 缓存最近被访问的数据
- 预读功能
程序运行的时候，具有「局部性」，所以通常刚被访问的数据在短时间内再次被访问的概率很高，于是我们可以用 PageCache 来缓存最近被访问的数据，当空间不足时淘汰最久未被访问的缓存。
预读：假设read每次读取32kb，虽然read只读取这么多，但内核会将32-64kb也读取到PageCache中，这样读取后面的内容成本就很低。在这些数据被清理之前读到就会减少很多开销。
但是在大文件传输中，PageCache很可能会不起作用，就会浪费DMA多做的一次数据拷贝，造成性能降低。
大文件传输的问题：
- PageCache被大文件占据，其他热点文件啊可能无法享受到福利
- PageCache 中的大文件数据，由于没有享受到缓存带来的好处，但却耗费 DMA 多拷贝到PageCache 一次；
因此为何总是将大文件的传输需要是要另外的方式实现。
大文件传输实现方式
可以使用异步IO+直接IO的方式。
异步IO:
内核向磁盘发起读请求，可以不等数据就会就返回，处理其他事情。内核将磁盘中的数据拷贝到进程缓冲区后，进程收到内核的通知再去处理数据。
异步IO直接绕过PageCache，绕过PageCache的叫做直接IO。通常对于磁盘异步IO只支持直接IO
。
