图1、 用户空间与内核空间
一、传统方式--仅CPU参与的数据拷贝
- 当应用程序需要读取磁盘数据时，调用 read()从用户态切换到内核态，read()这个系统调用最终由 CPU 来完成；
- CPU 向磁盘发起 I/O 请求，磁盘收到之后开始准备数据；
- 磁盘将数据放到磁盘缓冲区之后，向 CPU 发起 I/O 中断，报告 CPU 数据已经 Ready 了；
- CPU 收到磁盘控制器的 I/O 中断之后，开始拷贝数据，完成之后 read()返回，再从内核态切换到用户态；
图2、传统方式数据拷贝
二、直接内存访问（Direct Memory Access，DMA）
1、直接内存访问，指硬件设备绕开 CPU 独立直接访问内存的机制。
2、DMA 在一定程度上解放了 CPU，把之前 CPU 的杂活让硬件直接自己做了，提高了 CPU 效率。
3、DMA需要硬件支持，可以理解为操作系统为提升CPU效率，为网卡、声卡、显卡、磁盘提供的一段特殊驱动程序。
图3、DMA方式数据拷贝
图4、DMA方式数据拷贝的另一种图示
DMA与传统方式最主要的变化是：CPU 不再和磁盘直接交互，而是 DMA 和磁盘交互并且将数据从磁盘缓冲区拷贝到内核缓冲区。
传统方式、DMA都存在多次冗余数据拷贝和内核态 &用户态的切换
三、零拷贝（Zero-Copy）
用户空间和内核空间无cpu拷贝，我们称之为0拷贝，实现方式如下：
3.1 mmap 方式（内存映射）
mmap 是 Linux 提供的一种内存映射文件的机制，它实现了将内核中读缓冲区地址与用户空间缓冲区地址进行映射，从而实现内核缓冲区与用户缓冲区的共享。
注意：映射的文件大小最大只能为1.5G~2G，所以RocketMQ存储消息的文件大小为1G
3.2 sendfile 方式
mmap+write 方式有一定改进，但是由系统调用引起的状态切换并没有减少。
sendfile 系统调用是在 Linux 内核 2.1 版本中被引入，它建立了两个文件之间的传输通道。应用程序只需要调用 sendfile 函数即可完成数据拷贝，减少了2次切换。
注意：由于数据不经过用户缓冲区，因此该数据无法被修改。
3.3 sendfile+DMA 收集
Linux 2.4 内核对 sendfile 系统调用进行优化，但是需要硬件 DMA 控制器的配合。
升级后的 sendfile 将内核空间缓冲区中对应的数据描述信息（如：文件描述符（FD）、地址偏移量等信息）记录到 socket 缓冲区中。
DMA 控制器根据 socket 缓冲区中的地址和偏移量将数据从内核缓冲区拷贝到网卡中，从而省去了内核空间中仅剩 1 次 CPU 拷贝。
可以简单理解为：从内核缓冲区直接拷贝到网卡
3.4 splice 方式
splice 系统调用是 Linux 在 2.6 版本引入的，splice 系统调用可以在内核缓冲区和 socket 缓冲区之间建立管道来传输数据，避免了两者之间的 CPU 拷贝操作。
splice不再需要硬件支持，并且不再限定于 socket 上，即可实现两个普通文件之间的数据零拷贝。
四、各种方式对比
