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,那么它必须经过几个拷贝的过程。

  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。
    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:
  5. 从内核空间赋值到用户空间
  6. 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 的上下文切换,对于CPU性能也会造成性能影响。
    而零拷贝,就是把这两次多余的拷贝省略掉,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。
    咕泡科技出品,严禁商用
    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ReadBuffer,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。
相关推荐
wangtianlang09121 小时前
深入理解Java多线程编程中的锁机制与性能优化策略
分布式
熊文豪3 小时前
Windows安装RabbitMQ保姆级教程
windows·分布式·rabbitmq·安装rabbitmq
Amy1870211182314 小时前
分布式光纤传感:照亮每一个角落的“温度感知神经”
分布式
Jabes.yang15 小时前
Java求职面试:从Spring Boot到Kafka的技术探讨
java·spring boot·面试·kafka·互联网大厂
玉石观沧海16 小时前
高压变频器故障代码解析F67 F68
运维·经验分享·笔记·分布式·深度学习
小马爱打代码17 小时前
分布式锁:原理算法和使用建议
分布式·算法
一叶飘零_sweeeet19 小时前
从 “黑盒“ 到 “透明“:SkyWalking 实战指南 —— 让微服务问题无所遁形
分布式·微服务·skywalking·分布式链路追踪
ArabySide20 小时前
【ASP.NET Core】分布式场景下ASP.NET Core中JWT应用教程
分布式·后端·asp.net core
还是大剑师兰特1 天前
Kafka 面试题及详细答案100道(91-95)-- 问题排查与解决方案1
kafka·大剑师·kafka面试题·kafka教程
小马爱打代码1 天前
zookeeper:一致性原理和算法
分布式·zookeeper·云原生