講義分析講稿

前前零拷貝是服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)編程的關(guān)鍵，任JavammapsendFile。那么，他們?cè)贠S里，到底是怎么樣的一個(gè)的設(shè)計(jì)？本文將簡(jiǎn)單聊聊mmap和sendFile這兩個(gè)零拷貝。傳傳統(tǒng)數(shù)據(jù)讀寫的劣初學(xué)Java時(shí)，我們?cè)趯W(xué)習(xí)IOFileFilefile=newRandomAccessFileraf=newRandomAccessFile(file,byte[]arr=newbyte[(int)file.length()];Socketsocket=newServerSocket(8080).accept();我們會(huì)調(diào)用read方法index.html的內(nèi)容——變成字節(jié)數(shù)組，然后調(diào)用write方法，將index.html字節(jié)流寫到socket中，那么，我們調(diào)用這兩個(gè)方法，在OS底層發(fā)生了什么呢？我這里借鑒了一張其他文字的，嘗試解釋這個(gè)過程。read調(diào)用導(dǎo)致用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的一次變化，同時(shí)，第一次 開始：DMA（DirectMemoryAccess，直接內(nèi)存存取，即不使用CPU拷貝數(shù)據(jù)到內(nèi)存，而是DMA引擎?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)到內(nèi)存，用于解放CPU）引擎從磁盤index.html文件，并將數(shù)據(jù)放入到內(nèi)核緩沖區(qū)。調(diào)用writeSocket第四次拷貝，數(shù)據(jù)異步的從Socket緩沖區(qū)，使用DMAwrite方法返回，再次從內(nèi)核態(tài)切換到用戶態(tài)如你所見，拷貝操作太多了。如何優(yōu)化這些流程mmapmmap優(yōu)如上圖，userbufferkernelbufferindex.html。如果你想把硬盤的index.html傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中，再也不用拷貝到用戶空間，再?gòu)挠脩艨臻g拷貝到Socket緩沖區(qū)?，F(xiàn)在，你只需要從內(nèi)核緩沖區(qū)拷貝到Socket緩沖區(qū)即可，這將減少一次內(nèi)存拷貝（43次），但不減少上下文切換次數(shù)那么，我們還能繼續(xù)優(yōu)化嗎Linux2.1版本供了sendFile函數(shù)，其基本原理如下：數(shù)據(jù)根本不經(jīng)過用戶態(tài)，直接從內(nèi)核緩沖區(qū)進(jìn)入到Socket如上圖，我們進(jìn)行sendFile系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，數(shù)據(jù)被DMA引擎從文件到內(nèi)核緩沖區(qū)，然后調(diào)用，然后掉一共write方法時(shí)，從內(nèi)核緩沖區(qū)進(jìn)入最后，數(shù)據(jù)從Socket緩沖區(qū)進(jìn)入到協(xié)議棧。此時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)過了3次拷貝，3次上下文切換現(xiàn)在，index.html要從文件進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，只需2次拷貝DMA引擎從文件拷貝到內(nèi)核緩沖區(qū)，第二次從內(nèi)核緩沖區(qū)將數(shù)據(jù)拷貝到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧；內(nèi)核緩存區(qū)只會(huì)拷貝一些offset和length信息到SocketBuffer，基本無消耗。等一下，不是說零拷貝嗎？為什么還是要2次拷貝答：首先我們說零拷貝，是從操作系統(tǒng)的角度來說的。因?yàn)閮?nèi)核緩沖區(qū)之間，沒有數(shù)據(jù)是重復(fù)的（只有kernelbuffer有一份數(shù)據(jù)，sendFile2.1版本實(shí)際上有2份數(shù)據(jù)，算不上零拷貝）。例如我們剛開始的例子，內(nèi)核緩存區(qū)和Socket緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)就是重復(fù)的。而零拷貝不僅僅帶來更少的數(shù)據(jù)，還能帶來其他的性能優(yōu)勢(shì)，例如更少的上下文切換，更少的CPU緩存?zhèn)喂蚕硪约盁oCPU校驗(yàn)和計(jì)算。再稍微講講mmap和sendFile的區(qū)別。mmap適合小數(shù)據(jù)量讀寫，sendFilemmap需要4次上下文切換，3次數(shù)據(jù)拷貝；sendFile需要32sendFileDMACPU拷