零複製
零復制（英語：Zero-copy；也譯零拷貝）技術是指計算機執行操作時，CPU不需要先將數據從某處內存複製到另一個特定區域。這種技術通常用於通過網絡傳輸文件時節省CPU周期和內存帶寬。[1]
原理
[編輯]操作系統某些組件（例如驅動程序、文件系統和網絡協議棧）若採用零複製技術，則能極大地增強了特定應用程序的性能，並更有效地利用系統資源。通過使CPU得以完成其他而非將機器中的數據複製到另一處的任務，性能也得到了增強。另外，零複製操作減少了在用戶空間與內核空間之間切換模式的次數。
舉例來說，如果要讀取一個文件並通過網絡發送它，傳統方式下每個讀/寫周期都需要複製兩次數據和切換兩次上下文，而數據的複製都需要依靠CPU。通過零複製技術完成相同的操作，上下文切換減少到兩次，並且不需要CPU複製數據。
零複製協議對於網絡鏈路容量接近或超過CPU處理能力的高速網絡尤為重要。在這種網絡下，CPU幾乎將所有時間都花在複製要傳送的數據上，因此將成為使通信速率低於鏈路容量的瓶頸。
硬件實現
[編輯]最早的實現為IBM OS/360，其中一個程序可以指示通道子系統從一個文件或設備複製數據塊到另一處，無需先轉移數據。
實現零複製的軟件通常依靠基於直接記憶體存取（DMA）的複製，以及通過內存管理單元（MMU）的內存映射。這些功能需要特定硬件的支持，並通常涉及到特定存儲器的對齊。
一種較新的方式為使用異構系統架構（HSA），便於CPU和GPU以及其他處理器傳遞指針。這需要CPU和GPU使用統一地址空間。[2][3]
程序訪問
[編輯]數種操作系統都通過特定API支持文件的零複製。
Linux內核通過各個系統調用支持零複製，例如sys/socket.h的sendfile、sendfile64以及splice。它們部分在POSIX中指定，因此也存在於BSD內核或IBM AIX中，部分則是Linux內核API中獨有。
Microsoft Windows通過TransmitFile API支持零複製。
Java輸入流可以通過java.nio.channels支持零複製。FileChannel的transferTo()方法也可以支持零複製（如果底層操作系統支持）。[4]
遠程直接內存訪問（RDMA）協議深度依賴零複製技術。
參見
[編輯]參考資料
[編輯]- ^ Zero Copy I: User-Mode Perspective in Linux Journal - January 1, 2003. [2017-01-10]. （原始內容存檔於2021-02-25）.
- ^ The programmer's guide to the APU galaxy (PDF). [2017-01-10]. （原始內容存檔 (PDF)於2013-07-22）.
- ^ AMD Outlines HSA Roadmap: Unified Memory for CPU/GPU. 2012-02-02 [2017-01-10]. （原始內容存檔於2013-07-22）.
- ^ Efficient data transfer through zero copy by Sathish K. Palaniappan and Pramod B. Nagaraja.. [2017-01-10]. （原始內容存檔於2018-08-23）.