Linux 零拷贝splice函数

Linux `splice` 函数简介

splice 是 Linux 系统中用于在两个文件描述符之间移动数据的系统调用。它的主要作用是在两个文件描述符之间传输数据，而无需在用户空间进行数据拷贝。也是零拷贝操作.

函数原型

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#include <fcntl.h>
ssize_t splice(int fd_in, loff_t *off_in, int fd_out, loff_t *off_out, size_t len, unsigned int flags);

参数解释

fd_in：源文件描述符，数据将从这个文件描述符中读取。
off_in：源文件的偏移量指针，在 fd_in 中的读取位置。可传入 NULL，表示使用当前位置。
fd_out：目标文件描述符，数据将写入到这个文件描述符中。
off_out：目标文件的偏移量指针，在 fd_out 中的写入位置。可传入 NULL，表示使用当前位置。
len：要传输的数据长度。
flags：传输标志位，可选参数，一般为 0。

使用splice函数时，fd_in和fd_out必须至少有一个是管道文件描述符(局限)。splice函数调用成功时返回移动字节的数量。它可能返回0，表示没有数据需要移动，这发生在从管道中读取数据（fd_in是管道文件描述符）而该管道没有被写入任何数据时。splice函数失败时返回-1并设置errno。常见的errno如表6-3所示。

示例代码

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/**
 * 发送文件给客户端（splice版本）
 */
int send_file_to_client(int client_fd, char *file)
{
    int fd;
    struct stat fstat;
    int blocks, remain;
    int pipefd[2];

    fd = open(file, O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        return -1;
    }

    stat(file, &fstat);

    blocks = fstat.st_size / 4096;
    remain = fstat.st_size % 4096;

    pipe(pipefd);  // 创建管道作为中转

    for (i = 0; i < blocks; i++) {
        // 1. 将文件内容读取到管道
        splice(fd, NULL, pipefd[1], NULL, 4096, SPLICE_F_MOVE|SPLICE_F_MORE);
        // 2. 将管道的数据发送给客户端连接
        splice(pipefd[0], NULL, client_fd, NULL, 4096, SPLICE_F_MOVE|SPLICE_F_MORE);
    }

    if (remain > 0) {
        splice(fd, NULL, pipefd[1], NULL, remain, SPLICE_F_MOVE|SPLICE_F_MORE);
        splice(pipefd[0], NULL, client_fd, NULL, remain, SPLICE_F_MOVE|SPLICE_F_MORE);
    }

    return 0;
}

工作原理

splice 函数的工作原理是在内核空间中直接操作页表，将数据从一个文件描述符传输到另一个文件描述符，避免了数据在用户空间和内核空间之间的复制。这样可以提高数据传输的效率。

适用场景

高效地将数据从一个文件描述符传输到另一个文件描述符，特别是在网络编程中可以提高数据传输的效率。
需要避免在用户空间和内核空间之间频繁拷贝大量数据的情况下，提高性能。

注意事项

splice 函数并不适用于所有情况，特别是在一些特定的文件系统或者设备上可能会有限制。
适当的错误处理是必要的，特别是在文件描述符和偏移量的处理上需要小心。
注意：使用splice函数时，fd_in和fd_out必须至少有一个是管道文件描述符。

这就是关于 Linux 中 splice 函数的简要介绍。这个函数在一些特定场景下可以带来性能的提升，但使用时需要注意其适用性和一些限制。

如果你想深入了解更多细节，可以查阅 Linux 手册或相关资料，以便更好地理解和使用这个函数。