什么是零拷贝技术？

零拷贝技术，虽然平时接触到的比较少，但是确实大厂面试的热门，这里整理记录一下，虽不能完全领悟其原理，但至少要混个脸熟。

当应用程序访问数据时，操作系统首先会去检查，要访问的数据是否缓存在内核缓冲区，如果缓存了，操作系统将内核缓冲区的内容拷贝到用户空间缓冲区中去。如果不是，操作系统则首先将磁盘上的数据拷贝的操作系统的内核缓冲区，然后再把内核缓冲区上的内容拷贝到用户缓冲区中，紧接着把用户缓冲区的内容拷贝到网络堆栈相关的内核缓冲区中，最后socket再把内核缓冲区的内容发送到网卡上，这样总共有4次数据拷贝，有点懵的同学，可以看下图，就能非常直观的看拷贝过程

如果传输数据库很大，会占用大量的cpu资源。那有没有办法减少数据拷贝呢，有，零拷贝技术就是来解决这个性能问题的。

在谈零拷贝技术之前，必须得先说说DMA（Direct Memory Access），直接内存访问，DMA是允许外设组件将I/O数据直接传送到主存储器中并且传输不需要CPU的参与，来释放CPU时间分片资源。

在linux系统中，用户空间与内核空间之间的数据传输是没有类似DMA这种可以不需要CPU参与的传输工具，所以用户空间与内核空间之间的数据传输是需要CPU全程参与。所有需要通过零拷贝技术来减少和避免不必要的CPU数据拷贝过程。

在上图中，第一步通过DMA技术将磁盘文件中的内容拷贝到内核空间缓冲区中，因为使用了DMA技术，此过程中是不需要CPU参与的。

第二步，将内核缓冲区的数据拷贝到用户空间缓冲区，这一步，全程需要CPU参与的，那这一步能不能优化呢，不拷贝数据呢，可以的，如果让用户空间和内核空间共享数据，就可以达到这个优化目的，为此linux引入了mmap技术，mmap可以实现用户空间和内核空间数据共享，而避免减少一次内核空间到用户空间数据拷贝动作，在数据量很大的时候，效率提升尤其明显。其效果如下图所示

但是在图二中，还是有cpu copy动作，就是将内核缓冲区数据拷贝到内核socket缓冲区，那这一步能否优化呢，在Linux 2.4版本开始，操作系统底层提供了scatter/gather这种DMA的方式来从内核空间缓冲区中将数据直接读取到协议引擎中，而无需将内核空间缓冲区中的数据再拷贝一份到内核空间socket相关联的缓冲区中。

通过mmap，scatter/gather实现了数据零拷贝全过程，全程无需CPU参与。