零拷贝作用 : 在网络编程中 , 如果要进行性能优化 , 肯定要涉及到零拷贝 , 使用零拷贝能极大的提升数据传输性能 ;
linux的kernel内核外是系统调用,系统调用外是shell、库函数,而应用程序则在最外层
后面几篇文章开始整理多路复用相关的知识,特别是epoll相关的原理介绍。本篇文章是第1篇文章,也是后续知识的基础,笔者觉得只有真正弄清楚了内核态和用户态,才能更好的理解后续的知识。
—>内核态: CPU可以访问内存所有数据, 包括外围设备, 例如硬盘, 网卡. CPU也可以将自己从一个程序切换到另一个程序 —>用户态: 只能受限的访问内存, 且不允许访问外围设备. 占用CPU的能力被剥夺, CPU资源可以被其他程序获取
内核态:cpu可以访问内存的所有数据,包括外围设备,例如硬盘,网卡,cpu也可以将自己从一个程序切换到另一个程序。
java的线程是映射到操作系统原生线程之上的,如果要阻塞或唤醒一个线程就需要操作系统介入,需要在户态与核心态之间切换,这种切换会消耗大量的系统资源,因为用户态与内核态都有各自专用的内存空间,专用的寄存器等,用户态切换至内核态需要传递给许多变量、参数给内核,内核也需要保护好用户态在切换时的一些寄存器值、变量等,以便内核态调用结束后切换回用户态继续工作。
当一个任务(进程)执行系统调用而陷入内核代码中执行时,我们就称进程处于内核运行态(或简称为内核态)。此时处理器处于特权级最高的(0级)内核代码中执行。当进程处于内核态时,执行的内核代码会使用当前进程的内核栈。每个进程都有自己的内核栈。当进程在执行用户自己的代码时,则称其处于用户运行态(用户态)。即此时处理器在特权级最低的(3级)用户代码中运行。当正在执行用户程序而突然被中断程序中断时,此时用户程序也可以象征性地称为处于进程的内核态。因为中断处理程序将使用当前进程的内核栈。这与处于内核态的进程的状态有些类似。
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究竟什么是用户态,什么是内核态,这两个基本概念以前一直理解得不是很清楚,根本原因个人觉得是在于因为大部分时候我们在写程序时关注的重点和着眼的角度放在了实现的功能和代码的逻辑性上,先看一个例子:
Linux 内核最初的源码不足一万行 , 当前的 Linux 内核源码已经有两千万行 ;
Unix/Linux的体系架构 📷 如上图所示,从宏观上来看,Linux操作系统的体系架构分为用户态和内核态(或者用户空间和内核)。内核从本质上看是一种软件——控制计算机的硬件资源,并提供上层应用程序运行的环境。 用户态即上层应用程序的活动空间,应用程序的执行必须依托于内核提供的资源,包括CPU资源、存储资源、I/O资源等。为了使上层应用能够访问到这些资源,内核必须为上层应用提供访问的接口:即系统调用。 系统调用是操作系统的最小功能单位,这些系统调用根据不同的应用场景可以进行扩展和裁剪,现在各种版本的Uni
vmstat是一个很全面的性能分析工具,可以观察到系统的进程状态、虚拟内存使用、磁盘的IO、中断、上下文切换、CPU使用等情况。在操作系统性能分析中,能100%理解vmstat输出的含义并灵活应用,是性能分析必备的基本能力。
零拷贝(Zero-Copy)是一个大家耳熟能详的概念,那么,具体有哪些框架会使用到零拷贝呢?在思考这个问题之前,让我们先一起探寻一下零拷贝机制的底层原理。
当进程执行系统调用而陷入内核代码中执行时,我们就称进程处于内核状态。此时处理器处于特权级最高的(0级)内核代码。当进程处于内核态时,执行的内核代码会使用当前的内核栈。每个进程都有自己的内核栈。
3G-4G大部分是共享的,是内核态的地址空间。这里存放整个内核的代码和所有的内核模块以及内核所维护的数据。
一、 Unix/Linux的体系架构 如上图所示,从宏观上来看,Linux操作系统的体系架构分为用户态和内核态(或者用户空间和内核)。内核从本质上看是一种软件——控制计算机的硬件资源,并提供上层应
先说明两个概念:中断和系统调用 一 系统调用: 是应用程序(运行库也是应用程序的一部分)与操作系统内核之间的接口,它决定了应用程序是如何和内核打交道的。 1, Linux系统调用:2.6.19版内核提供了319个系统调用。比如 exit fork read open close …… 2, 对Windows来说,操作系统提供给应用程序的接口不是系统调用,而是API。比如:ReadFile。我们暂时把API和系统调用等同起来 3, Linux中,每个系统调用对应一个系统调用号,内核维护了一个系统调
操作系统有三个特权级别:R0(Ring0)、R1(Ring1)、R2(Ring2)和R3(Ring3)。R0相当于内核态,R3相当于用户态,不同级别能够运行不同的指令集合。
如上图所示,从宏观上来看,Linux操作系统的体系架构分为用户态和内核态(或者用户空间和内核)。内核从本质上看是一种软件——控制计算机的硬件资源,并提供上层应用程序运行的环境。用户态即上层应用程序的活动空间,应用程序的执行必须依托于内核提供的资源,包括CPU资源、存储资源、I/O资源等。为了使上层应用能够访问到这些资源,内核必须为上层应用提供访问的接口:即系统调用。
Linux系统中一切皆文件,仔细想一下Linux系统的很多活动无外乎读操作和写操作,零拷贝就是为了提高读写性能而出现的。
Linux 按照特权等级,把进程的运行空间分为内核空间和用户空间,一次系统调用可以实现用户态和内核态的切换
像大白这种调包侠,深知不懂底层技术点就如同空中楼阁,再这样下去面阿里p10是没希望了。
而且这个问题还关联到了我们后面要学习的多线程、I/O 模型、网络优化等。 所以这是一道很不错的面试题目,它不是简单考某个概念,而是通过让求职者比较两种东西,从而考察你对知识整体的认知和理解。
平时在面试中你肯定会经常碰见的问题就是:RocketMQ为什么快?Kafka为什么快?什么是mmap?
零拷贝是老生常谈的问题啦,大厂非常喜欢问。比如Kafka为什么快,RocketMQ为什么快等,都涉及到零拷贝知识点。最近技术讨论群几个伙伴分享了阿里、虾皮的面试真题,也都涉及到零拷贝。因此本文将跟大家一起来学习零拷贝原理。
用户空间:指的就是用户可以操作和访问的空间,这个空间通常存放我们用户自己写的数据等。
我们以用户通过网络读取一个本地磁盘上文件为例,在说零拷贝之前,我们先要说说一个普通的IO操作是怎样做的
原文链接:https://www.cnblogs.com/viviwind/archive/2012/09/22/2698450.html
当调用一次 channel.read 或 stream.read 后,会切换至操作系统内核态来完成真正数据读取,而读取又分为两个阶段,分别为:
从信号产生到信号保存,中间经历了很多,当操作系统准备对信号进行处理时,还需要判断时机是否 “合适”,在绝大多数情况下,只有在 “合适” 的时机才能处理信号,即调用信号的执行动作。关于信号何时处理、该如何处理,本文中将会一一揭晓
进程是操作系统分配资源(CPU、内存、文件)、调度任务和执行的一个基本单位。它拥有独立的内存空间、已分配的资源和独立的执行上下文。 线程是CPU调度的基本单位,同一进程内的线程共享了进程的资源和内存空间。
本文以 32 位系统为例介绍内核空间(kernel space)和用户空间(user space)。
先看基础常识: 基础 内核在创建进程的时候,会为进程创建相应的堆栈。 每个进程会有两个栈,一个用户栈,存在于用户空间,一个内核栈,存在于内核空间。 当进程在用户空间运行时,CPU寄存器里面的内容是用户堆栈地址,使用用户栈 当进程在内核空间时,CPU寄存器里面的内容是内核栈空间地址,使用内核栈。 切换过程: 当发生系统调用时,用户态的程序发起系统调用。用户态程序权限不足,因此会中断执行,发生中断后,当前CPU执行的程序会中断,跳转到中断处理程序。内核程序开始执行,
DMA 的全称叫直接存储器访问(Direct Memory Access),是一种允许外围设备(硬件子系统)直接访问系统主内存的机制。
这种技术是出现在 IO 操作上的, IO 操作会大量消耗 CPU 的性能,为什么说 IO 操作很容易成为性能瓶颈呢,每一个的 IO 操作都会涉及到操作系统的内核空间和用户空间的转换,真正执行的 IO 操作实际上是在操作系统的内核空间进行。无论是 文件IO ,还是 网络IO ,最后都可以统一为用户空间和内核空间数据的交换。计算机中内存和 CPU 都是非常稀有的资源,应该尽可能提高这些资源的使用效率。 IO 操作经常需要与磁盘就行交互,所以 IO 操作相比于 CPU 的速度要慢好几个数量级。利用这两者之间的速度差异,就可以实现不同种类的 IO 方式,也就是俗称的 IO模型。
JDK源码中很多Native方法,特别是多线程、NIO部分,很多功能需要操作系统功能支持,作为Java程序员,如果要理解和掌握多线程和NIO等原理,就需要对操作系统的原理有所了解。
上一篇推文《百万并发「零拷贝」技术系列之初探门径》中的示例告诉我们:传统的I/O操作读取文件并通过Socket发送,需要经过4次上下文切换、2次CPU数据拷贝和2次DMA控制器数据拷贝,如下图
最近有粉丝收到来美团的面试邀请,面试前也没怎么准备,一面直接挂了。面试官问他什么是零拷贝,他没答出来。希望我能给他推荐一些资料看看,本文就是给他推荐的面试资料之一,主要来讲清楚,零拷贝到底是怎么一回事!
内核从本质上看是一种软件——控制计算机的硬件资源,并提供上层应用程序运行的环境。用户态即上层应用程序的活动空间,应用程序的执行必须依托于内核提供的资源,包括CPU资源、存储资源、I/O资源等。
例如我们的应用程序需要从磁盘读取某个文件的数据,此时并不是直接从磁盘加载到应用内存中,而是:
当发生用户态到内核态的切换时,会发生如下过程(本质上是从“用户程序”切换到“内核程序”)
大家好,我是谢顶道人老李,多日不写文字显得颇为生疏、显得颇为江郎才尽、显得颇为文案匮乏。
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