本文将从kafka零拷贝，探究其是如何“无孔不入”的高效利用磁盘/操作系统特性的。 先说说零拷贝 零拷贝并不是不需要拷贝，而是减少不必要的拷贝次数。通常是说在IO读写过程中。...实际上，零拷贝是有广义和狭义之分，目前我们通常听到的零拷贝，包括上面这个定义减少不必要的拷贝次数都是广义上的零拷贝。其实了解到这点就足够了。 我们知道，减少不必要的拷贝次数，就是为了提高效率。...顺序读写，是kafka利用磁盘特性的一个重要体现。 2、零拷贝 sendfile(in,out) 数据直接在内核完成输入和输出，不需要拷贝到用户空间再写出去。...我们来重点探究 kafka两个重要过程、以及是如何利用两个零拷贝技术sendfile和mmap的。...实际上是否能使用零拷贝与操作系统相关，如果操作系统提供 sendfile 这样的零拷贝系统调用，则这两个方法会通过这样的系统调用充分利用零拷贝的优势，否则并不能通过这两个方法本身实现零拷贝。
一、背景 Kafka的零拷贝（zero-copy）技术是 Kafka 性能高的根本所在。...四、零拷贝技术 有了 DMA 技术的，通过网卡直接去访问系统的内存，就可以实现现绝对的零拷贝了。这样就可以最大程度提高传输性能。...通过“零拷贝”技术，我们可以去掉那些没必要的数据复制操作， 同时也会减少上下文切换次数。...如果有5个消费者，传统方式下，数据复制次数为4*5=20次，而使用“零拷贝技术”只需要1+5=6次，一次为从磁盘复制到页面缓存，5次表示5个消费者各自读取一次页面缓存。...五、JAVA零拷贝的实现 Java的零拷贝由 FileChannel.transferTo() 方法实现。
我们发现Kafka的Zero-Copy零拷贝技术采用的是Java底层FileTransferTo方法，后期我们尝试了对TransferTo性能及其并行性能进行测试。...数据每遍历用户内核一次，就要被拷贝一次，这会消耗 CPU 周期和内存带宽。幸运的是，您可以通过一个叫 零拷贝— 很贴切 — 的技巧来消除这些拷贝。...使用零拷贝的应用程序要求内核直接将数据从磁盘文件拷贝到套接字，而无需通过应用程序。零拷贝不仅大大地提高了应用程序的性能，而且还减少了内核与用户模式间的上下文切换。...本文首先展示了通过传统拷贝语义进行的简单文件传输引发的开销，然后展示了使用 transferTo() 零拷贝技巧如何提高性能。...数据在被最终传入到应用程序前，在磁盘、内核缓冲区和用户缓冲区中被拷贝了多次。 Kafka使用的zero-copy零拷贝技术 再次检查传统场景，我们注意到第二次和第三次拷贝根本就是多余的。
为什么 Kafka 这么快 批量处理 客户端优化 日志格式 日志编码 消息压缩 建立索引，方便快速定位查询 分区 一致性 顺序写盘 页缓存 零拷贝 以上几点是对于 kafka 为什么这么快总结的几个方面...刚开始看零拷贝的时候，相信很多人。都一脸懵~，什么是零拷贝。零拷贝是怎么做到的。 Follow me！！！ 零拷贝 零拷贝并不是不需要拷贝，而是减少不必要的拷贝次数。通常是说在 IO 读写过程中。...实际上，零拷贝是有广义和狭义之分，目前我们通常听到的零拷贝，包括上面这个定义减少不必要的拷贝次数都是广义上的零拷贝。其实了解到这点就足够了。 我们知道，减少不必要的拷贝次数，就是为了提高效率。...kafka 的零拷贝 kafka 作为 MQ 也好，作为存储层也好，无非是两个重要功能，一是 Producer 生产的数据存到 broker，二是 Consumer 从 broker 读取数据；我们把它简化成如下两个过程...这也是零拷贝这一说法的来源。除了减少数据拷贝外，因为整个读文件 - 网络发送由一个 sendfile 调用完成，整个过程只有两次上下文切换，因此大大提高了性能。零拷贝过程如下图所示。
Kafka高吞吐的另一个依赖因素是磁盘的高速读写、sendFile 的零拷贝，顺序访问避免了磁盘IO速度缓慢的问题。而零拷贝直接降低了网络IO的代价。...下面就详细的来看看关于操作系统层面上顺序读写&速随机读写的一点现状、所谓的零拷贝技术。...sendFile，其实就是原本一份数据的IO是需要经过多次copy操作&内核态与用户态的上下文切换，读内核态缓存到应用程序缓存在从应用程序缓存到Socket缓存完成具体的IO操作，而sendFile系统调用零拷贝就是避免了上下文切换带来的...（Kafka 1版本使用的是Scala，2版本开始就是使用Java 了这两者都是在JVM上执行的，本质.class 文件解析执行阶段其实是一致的） 无零拷贝的过程：硬盘 -> 内核buffer -> 用户...image.png 当使用sendfile零拷贝时：硬盘 -> 内核 -> TCP协议栈 ? image.png 这就避免了内存切换之间的数据拷贝问题，相应的效率也就上升了，具体过程差不多就是这样。
零拷贝并不是真的就没有拷贝了，它是去掉了用户空间与内核空间的来回拷贝。对于用户空间来讲，我并没有拷贝，所以相对的来说就是零拷贝。...哪些地方用到了零拷贝技术 说了这么多，你可能会觉得我说的太理论，太抽象。这个技术实际哪里有用到呢？ Kafka Kafka之所以支持高吞吐量的文件传输很大一个原因就是使用了零拷贝。...Netty Netty中也使用了零拷贝技术，不过这里的零拷贝技术是基于用户层面的。...Java NIO 中的零拷贝 - MappedByteBuffer MappedByteBuffer 是 NIO 基于内存映射 (mmap) 这种零拷贝方式的提供的一种实现，它继承自 ByteBuffer...零拷贝机制在Spark Core中主要就被用来优化Shuffle过程中的溢写逻辑。由于Shuffle过程涉及大量的数据交换，因此效率当然是越高越好。
而内核空间到用户空间则需要CPU的参与进行拷贝，既然需要CPU参与，也就涉及到了内核态和用户态的相互切换，如下图： NIO的零拷贝 零拷贝的数据拷贝如下图： 内核态与用户态切换如下图： 改进的地方...但这还没有达到我们零拷贝的目标。如果底层NIC（网络接口卡）支持gather操作，我们能进一步减少内核中的数据拷贝。...这种方式不但减少多次的上下文切换，同时消除了需要CPU参与的重复的数据拷贝。用户这边的使用方式不变，而内部已经有了质的改变： NIO的零拷贝由transferTo()方法实现。...NIO的直接内存 首先，它的作用位置处于传统IO（BIO）与零拷贝之间，为何这么说？...零拷贝则是直接在内核空间完成文件读取并转到磁盘（或发送到网络）。由于它没有读取文件数据到JVM这一环，因此程序无法操作该文件数据，尽管效率很高！ 而直接内存则介于两者之间，效率一般且可操作文件数据。
Linux 零拷贝的实际应用 Kafka kafka 文件传输中用到了 Java NIO 库中的 transferTo： long transferFrom(FileChannel fileChannel...Nginx Nginx 也支持零拷贝技术，一般默认是开启零拷贝技术，这样有利于提高文件传输的效率，是否开启零拷贝技术的配置如下： http { ......sendfile on ... } 大文件传输场景分析 在大文件传输的场景下，零拷贝技术并不是最优选择；因为在零拷贝的任何一种实现中，都会有「DMA 将数据从磁盘拷贝到内核缓存区——Page Cache...Netty中的零拷贝 OS层面的零拷贝主要避免在用户态(User-space)和内核态(Kernel-space)之间来回拷贝数据。...零拷贝的理解 深入Linux IO原理和几种零拷贝
Kafka 在执行消息的写入和读取这么快的原因，其中的一个原因是零拷贝（Zero-copy）技术，下面我们来了解一下这么高效的原因。...DMA 在介绍零拷贝之前，我们先来看一个技术名词DMA（Direct Memory Access 直接内存访问）。...零拷贝 对于常见的零拷贝，我们下面主要介绍一下mmap 和 sendfile 两种方式。下面的介绍我们基于磁盘文件拷贝的方式去讲解。...零拷贝的Java实现 JDK 中的 FileChannel 提供了外部 channel 交互的传输方法。...从上面测试结果可以看出，mmap 和 sendfile 的方式要远远优于传统的文件拷贝。
，write()返回 零拷贝实现方式 在Linux中零拷贝的实现方式主要有: 用户态直接 I/O、减少数据拷贝次数以及写时复制技术。...减少数据拷贝次数：在数据传输过程中，避免数据在用户空间缓冲区和系统内核空间缓冲区之间的CPU拷贝，以及数据在系统内核空间内的CPU拷贝，这也是当前主流零拷贝技术的实现思路。...Netty中的零拷贝 OS层面的零拷贝主要避免在用户态(User-space)和内核态(Kernel-space)之间来回拷贝数据。..., header 和 body 对象在内部其实是共享了 byteBuf 存储空间的不同部分而已 通过 FileRegion 实现零拷贝 Netty 中使用 FileRegion 实现文件传输的零拷贝,...零拷贝的理解 深入Linux IO原理和几种零拷贝
你可能觉得这样挺浪费空间的，每次都需要把内核空间的数据拷贝到用户空间中 ，所以零拷贝的出现就是为了解决这种问题的。...总结 所谓的【零拷贝】，并不是真正无拷贝，而是在不会拷贝重复数据到 jvm 内存中，零拷贝的优点有： 更少的用户态与内核态的切换 不利用 cpu 计算（只要涉及到内存之间的 copy 都要用 CPU），...减少 cpu 缓存伪共享（因为零拷贝会使用 DMA 进行数据的 copy，根本没有放入内存，所以 cpu 无法参与计算） 零拷贝适合小文件传输（文件较大会把内核缓冲区占满，https://www.cnblogs.com...同样 Kafka 中存在大量的网络数据持久化到磁盘和磁盘文件通过网络发送的过程，Kafka使用了 Sendfile 零拷贝方式。...中的零拷贝技术到底有多牛?
你可能觉得这样挺浪费空间的，每次都需要把内核空间的数据拷贝到用户空间中 ，所以零拷贝的出现就是为了解决这种问题的。...这里简单提一嘴，关于零拷贝提供了两种方式分别是： mmap+write Sendfile 1.2 [虚拟内存 & CPU是通过寻址来访问内存的。...总结 所谓的【零拷贝】，并不是真正无拷贝，而是在不会拷贝重复数据到 jvm 内存中，零拷贝的优点有： 更少的用户态与内核态的切换 不利用 cpu 计算（只要涉及到内存之间的 copy 都要用 CPU），...减少 cpu 缓存伪共享（因为零拷贝会使用 DMA 进行数据的 copy，根本没有放入内存，所以 cpu 无法参与计算） 四、其他零拷贝 4.1 Netty Netty 中的 Zero-copy 与上面我们所提到到...（组合）和 Slice（拆分）两种 Buffer 来实现零拷贝 （减少数据组合时的 copy）。
文章收录地址：Java-Bang 专注于系统架构、高可用、高性能、高并发类技术分享 kafka.jpeg 除了消息顺序追加、页缓存等技术，Kafka 还使用零拷贝技术来进一步提升性能。...所谓的零拷贝是指将数据直接从磁盘文件复制到网卡设备中，而不需要经由应用程序之手。零拷贝大大提高了应用程序的性能，减少了内核和用户模式之间的上下文切换。...对 Linux 操作系统而言，零拷贝技术依赖于底层的 sendfile() 方法实现。...如果采用了零拷贝技术，那么应用程序可以直接请求内核把磁盘中的数据传输给 Socket，如下图所示。...零拷贝是针对内核模式而言的，数据在内核模式下实现了零拷贝。 要掌握Kafka的核心实现原理，不仅仅只是Kafka的日志格式、日志索引、日志清理等方面的内容，也包含底层物理存储相关的知识点。
在上一文中“图解Kafka消息是被怎么存储的？”，我们了解了Kafka内部是如何存储数据的，其中我们提到了Kafka之所以那么快的另外一个原因就是零拷贝（zero-copy）技术。...本文我们就来了解Kafka中使用的零拷贝技术为什么那么快。...零拷贝 回到本文中的文件传输，有了DMA后，就可以实现绝对的零拷贝了，因为网卡是直接去访问系统主内存的。如下图： ?...传统方式与零拷贝性能对比 ? 可以看出速度快出至少三倍多。Kafka在文件传输的过程中正是使用了零拷贝技术对文件进行拷贝。建议以后多用FileChannel的transferTo吧。...零拷贝技术减少了用户态与内核态之间的切换，让拷贝次数降到最低，从而实现高性能。 Kafka使用零拷贝技术来进行文件的传输。
注意事项 （1）零拷贝的含义是数据不从内核空间拷贝到用户空间，也不从用户空间拷贝到内核空间 （2）零拷贝完全依赖操作系统，操作系统提供了就是提供了，没有提供就没有提供，java本身做不了任何事情 传统的...：java客户端向系统发起写请求，并且把用户缓冲区（java堆）数据复制到内核缓冲区 代码 InputStream 、OutputStream Socket基础使用_CBeann的博客-CSDN博客 零拷贝...Linux2.4之前的零拷贝是把 kernel buffer 中全部的数据 拷贝 到 socket buffer Linux2.4之后的零拷贝是把kernel buffer中的地址和数据长度拷贝到到...socket buffer（优化后），类似 当真正发送数据的时候，客户端会从socketbuffer中拿到地址和数据长度找到kernel buffer 进行发送 这个过程只有2次数据拷贝，是真正意义上的零拷贝..._哔哩哔哩_bilibili Netty、Kafka中的零拷贝技术到底有多牛?
什么是零拷贝 维基上是这么描述零拷贝的：零拷贝描述的是CPU不执行拷贝数据从一个存储区域到另一个存储区域的任务，这通常用于通过网络传输一个文件时以减少CPU周期和内存带宽。...零拷贝给我们带来的好处 减少甚至完全避免不必要的CPU拷贝，从而让CPU解脱出来去执行其他的任务 减少内存带宽的占用 通常零拷贝技术还能够减少用户空间和操作系统内核空间之间的上下文切换 零拷贝的实现...零拷贝实际的实现并没有真正的标准，取决于操作系统如何实现这一点。...零拷贝完全依赖于操作系统。操作系统支持，就有；不支持，就没有。不依赖Java本身。 广义的实现流程参考图（来源网络）： ?...高并发场景处理大文件时，应当使用异步 IO 和直接 IO 来替换零拷贝技术
零拷贝技术 概述 零拷贝技术指在计算机执行操作时，CPU不需要先将数据从一个内存区域复制到另一个内存区域，从而可以减少上下文切换以及CPU的拷贝时间。...实现零拷贝用到的主要技术是DMA数据传输技术和内存区域映射技术 零拷贝机制可以减少数据在内核缓冲区和用户进程缓冲区之间反复的I/O拷贝操作 零拷贝机制可以减少用户进程地址空间之间因为上下文切换而带来的CPU...，这个缓冲区能被同时映射到用户空间和内核态，内核和用户共享这个缓冲区池 Linux零拷贝对比 无论是传统 I/O 拷贝方式还是引入零拷贝的方式，2 次 DMA Copy 是都少不了的，因为两次 DMA...选择了 mmap + write 这种零拷贝方式，适用于业务级消息这种小块文件的数据持久化和传输；而 Kafka 采用的是 sendfile 这种零拷贝方式，适用于系统日志消息这种高吞吐量的大块文件的数据持久化和传输...但是值得注意的一点是，Kafka 的索引文件使用的是 mmap + write 方式，数据文件使用的是 sendfile 方式。
零拷贝 如果能够减少这些特权级切换和拷贝操作，系统性能必然会大幅提升。...从这一思路出发，“零拷贝”技术就这样诞生了，主要有以下三个思路： 用户态可以直接操作读写，从而避免特权级切换； 减少交互过程的拷贝次数； 写时复制，需要写操作的时候再执行拷贝操作，读数据过程不拷贝。...4.2 mmap 的性能 内存映射 IO 并没有减少每次磁盘读写过程中的 DMA 拷贝，但却让 CPU 的拷贝减少了，因为 CPU 无需再将数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区。...5. sendfile 函数相关的 IO 操作 5.1 sendfile 零拷贝技术 另一种零拷贝技术就是 sendfile 函数，它通过直接从内核缓冲区向 socket 缓冲区拷贝数据，减少了 CPU...DMA gather copy 依赖于硬件实现，这就限制了 sendfile 在不同硬件环境下的表现，那么，是否有什么办法，能够让不支持 DMA gather copy 的硬件实现中也支持这样高性能的零拷贝呢
在介绍零拷贝的IO模式之前，我们先简单了解下传统的IO模式是怎么样的？...二、什么是零拷贝： 零拷贝指在进行数据 IO 时，数据在用户态下经历了零次 CPU 拷贝，并非不拷贝数据。...），这进一步提升了零拷贝的性能。...三、Linux 中的零拷贝方式： 1、mmap + write 实现的零拷贝： #include void *mmap(void *start, size_t length,...3、kafka： Kafka 的索引文件使用的是 mmap + write 方式，数据文件使用的是 sendfile 方式 参考文章： （重点推荐）https://juejin.cn/post/6887469050515947528
3 传统 I/O 方式为了理解零拷贝技术的思路，首先了解一下传统 I/O 方式存在的问题。...3 零拷贝方式零拷贝技术实现的方式通常有 2 种：mmap + write 、sendfile、sendfile + DMA scatter-gather 。...基于 mmap + write 系统调用的零拷贝方式，整个拷贝过程会发生 4 次上下文切换，1 次 CPU 拷贝和 2 次 DMA 拷贝。...，适用于业务级消息这种小块文件的数据持久化和传输；而 Kafka 采用的是 sendfile 这种零拷贝方式，适用于系统日志消息这种高吞吐量的大块文件的数据持久化和传输。...但是值得注意的一点是，Kafka 的索引文件使用的是 mmap + write 方式，数据文件使用的是 sendfile 方式。
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