kafka零拷贝

  1. 在实际应用中,如果我们需要把磁盘中的某个文件内容发送到远程服务器上,如图

    那么它必须要经过几个拷贝的过程,如图(贴图)。
    
    1. 从磁盘中读取目标文件内容拷贝到内核缓冲区

    2. CPU 控制器再把内核缓冲区的数据赋值到用户空间的缓冲区中

    3. 接着在应用程序中,调用 write()方法,把用户空间缓冲区中的数据拷贝到内核下

      的 Socket Buffer 中。

    4. 最后,把在内核模式下的 SocketBuffer 中的数据赋值到网卡缓冲区(NIC Buffer)

    5. 网卡缓冲区再把数据传输到目标服务器上。

  2. 在这个过程中我们可以发现,数据从磁盘到最终发送出去,要经历 4 次拷贝,而在这四 次拷贝过程中,有两次拷贝是浪费的,分别是:

  3. 从内核空间赋值到用户空间

  4. 从用户空间再次复制到内核空间 除此之外,由于用户空间和内核空间的切换会带来 CPU 的上线文切换,对于 CPU 性能 也会造成性能影响。

  5. 而零拷贝,就是把这两次多于的拷贝省略掉,应用程序可以直接把磁盘中的数据从内核 中直接传输给 Socket,而不需要再经过应用程序所在的用户空间,如下图所示。

    零拷贝通过 DMA(Direct Memory Access)技术把文件内容复制到内核空间中的 Read Buffer,

    接着把包含数据位置和长度信息的文件描述符加载到 Socket Buffer 中,DMA 引擎直 接可以把数据从内核空间中传递给网卡设备。 在这个流程中,数据只经历了两次拷贝就发送到了网卡中,并且减少了 2 次 cpu 的上 下文切换,对于效率有非常大的提高。

    所以,所谓零拷贝,并不是完全没有数据赋值,只是相对于用户空间来说,不再需要进 行数据拷贝。对于前面说的整个流程来说,零拷贝只是减少了不必要的拷贝次数而已。

在程序中如何实现零拷贝呢?

  • 在 Linux 中,零拷贝技术依赖于底层的 sendfile()方法实现
  • 在 Java 中,FileChannal.transferTo() 方法的底层实现就是 sendfile() 方法。 除此之外,还有一个 mmap 的文件映射机制
    它的原理是:将磁盘文件映射到内存, 用户通过修改内存就能修改磁盘文件。使用这种 方式可以获取很大的 I/O 提升,省去了用户空间到内核空间复制的开销。

代码示例

在Kafka中,零拷贝主要体现在JVM层面对操作系统提供的系统调用的封装和使用上,并不是通过Java代码直接体现。例如,在处理网络传输时,Kafka依赖于Linux的sendfile()系统调用来实现零拷贝,而在Java中,这部分逻辑会隐藏在NIO或者Apache Kafka内部的网络通信模块中,不会直接暴露在应用层代码中。

以下是一个简化的示例,演示如何在Java NIO中尝试使用transferTo()方法,该方法底层可能会触发操作系统的sendfile系统调用实现零拷贝(取决于操作系统和JDK版本):

java 复制代码
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.SocketChannel;

public class ZeroCopyExample {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileInputStream fis = new FileInputStream("large_file.txt");
        FileChannel fileChannel = fis.getChannel();

        SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open();
        socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost", 9092)); // 假设这里连接的是Kafka Broker

        long position = 0;
        long count = fileChannel.size(); // 假设我们想要传输整个文件

        while (count > 0) {
            long transferred = fileChannel.transferTo(position, count, socketChannel);
            if (transferred == 0) {
                throw new IOException("Transfer failed unexpectedly.");
            }
            position += transferred;
            count -= transferred;
        }

        fileChannel.close();
        fis.close();
        socketChannel.close();
    }
}

本次的面试题涉及到一些计算机底层的原理,以上就是我对于 Kafka 中零拷贝原理的理解
更多精彩内容请关注☄公众号: Coder无霸哥

不要让我们追赶知识, 要让知识追赶我们~

相关推荐
J不A秃V头A32 分钟前
IntelliJ IDEA中设置激活的profile
java·intellij-idea
DARLING Zero two♡35 分钟前
【优选算法】Pointer-Slice:双指针的算法切片(下)
java·数据结构·c++·算法·leetcode
贵州晓智信息科技1 小时前
如何优化求职简历从模板选择到面试准备
面试·职场和发展
小池先生1 小时前
springboot启动不了 因一个spring-boot-starter-web底下的tomcat-embed-core依赖丢失
java·spring boot·后端
CodeClimb1 小时前
【华为OD-E卷-木板 100分(python、java、c++、js、c)】
java·javascript·c++·python·华为od
odng1 小时前
IDEA自己常用的几个快捷方式(自己的习惯)
java·ide·intellij-idea
CT随1 小时前
Redis内存碎片详解
java·开发语言
brrdg_sefg1 小时前
gitlab代码推送
java
hanbarger2 小时前
mybatis框架——缓存,分页
java·spring·mybatis
cdut_suye2 小时前
Linux工具使用指南:从apt管理、gcc编译到makefile构建与gdb调试
java·linux·运维·服务器·c++·人工智能·python