滴滴二面:kafka的零拷贝原理?

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SocketBuffer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(NICBuffer)5.网卡缓冲区再把数据传输到目标服务器上。

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:6.从内核空间赋值到用户空间

7.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。

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(DirectMemoryAccess)技术把文件内容复制到内核空间中的ReadBuffer,接着把包含数据位置和长度信息的文件描述符加载到SocketBuffer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map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。

相关推荐
SoleMotive.8 小时前
谢飞机爆笑面经:Java大厂3轮12问真题拆解(Redis穿透/Kafka分区/MCP Agent)
redis·spring cloud·kafka·java面试·mcp
程序猿阿伟9 小时前
《分布式追踪Span-业务标识融合:端到端业务可观测手册》
分布式
爆米花byh9 小时前
在RockyLinux9环境的Kafka4.1.1单机版安装(无ZK依赖)
中间件·kafka
yumgpkpm10 小时前
预测:2026年大数据软件+AI大模型的发展趋势
大数据·人工智能·算法·zookeeper·kafka·开源·cloudera
消失的旧时光-194311 小时前
第十六课实战:分布式锁与限流设计 —— 从原理到可跑 Demo
redis·分布式·缓存
若水不如远方11 小时前
分布式一致性(三):共识的黎明——Quorum 机制与 Basic Paxos
分布式·后端·算法
DemonAvenger11 小时前
Kafka消费者深度剖析:消费组与再平衡原理
性能优化·kafka·消息队列
会算数的⑨12 小时前
Kafka知识点问题驱动式的回顾与复习——(一)
分布式·后端·中间件·kafka
张小凡vip12 小时前
Kafka--使用 Kafka Connect 导入/导出数据
分布式·kafka
回忆是昨天里的海12 小时前
kafka概述
分布式·kafka