Linux网络编程--sendfile零拷贝高效率发送文件

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Linux系统使用man sendfile,查看sendfile原型如下：

#include <sys/sendfile.h>

ssize_t sendfile(int out_fd, int in_fd, off_t *offset, size_t count);

参数特别注意的是：in_fd必须是一个支持mmap函数的文件描述符，也就是说必须指向真实文件，不能使socket描述符和管道。

out_fd必须是一个socket描述符。

由此可见sendfile几乎是专门为在网络上传输文件而设计的。

Sendfile 函数在两个文件描述符之间直接传递数据(完全在内核中操作，传送)，从而避免了内核缓冲区数据和用户缓冲区数据之间的拷贝，操作效率很高，被称之为零拷贝。

传统方式read/write send/recv 
在传统的文件传输里面（read/write方式），在实现上其实是比较复杂的，需要经过多次上下文的切换，我们看一下如下两行代码：    
1. read(file, tmp_buf, len);

2. write(socket, tmp_buf, len);

以上两行代码是传统的read/write方式进行文件到socket的传输。

当需要对一个文件进行传输的时候，其具体流程细节如下：

1、调用read函数，文件数据被copy到内核缓冲区

2、read函数返回，文件数据从内核缓冲区copy到用户缓冲区

3、write函数调用，将文件数据从用户缓冲区copy到内核与socket相关的缓冲区。

4、数据从socket缓冲区copy到相关协议引擎。

以上细节是传统read/write方式进行网络文件传输的方式，我们可以看到，

在这个过程当中，文件数据实际上是经过了四次copy操作：    硬盘—>内核buf—>用户buf—>socket相关缓冲区(内核)—>协议引擎

新方式sendfile

sendfile系统调用则提供了一种减少以上多次copy，提升文件传输性能的方法。

1、系统调用 sendfile() 通过 DMA 把硬盘数据拷贝到 kernel buffer，然后数据被 kernel 直接拷贝到另外一个与 socket 相关的 kernel buffer。这里没有 user mode 和 kernel mode 之间的切换，在 kernel 中直接完成了从一个 buffer 到另一个 buffer 的拷贝。
2、DMA 把数据从 kernel buffer 直接拷贝给协议栈，没有切换，也不需要数据从 user mode 拷贝到 kernel mode，因为数据就在 kernel 里。