首发于我的个人博客
概念
零拷贝（zero copy）指的是当拷贝发生时，CPU并不参与实际的拷贝过程（也可以指拷贝数据这个过程），CPU可以切换到其他线程，数据的拷贝过程异步进行，异步过程通常要由硬件DMA实现。采用传统的读写操作将磁盘中的数据发送到网络中，通常经历2次用户态/内核态的切换，并且读和写操作CPU分别要参与一次拷贝过程。
DMA
DMA可以让CPU从数据拷贝中解放出来，这样IO就可以异步进行。CPU只需在DMA中初始化几个参数，接着CPU就可以干其它事情，而IO依旧在发生中。CPU告知DMA内存地址、读取的字节数和驱动的端口号。当DMA完成它的工作时，就会发生一个中断信号给CPU，这时数据就出现在期望的内存中。这样CPU就不必轮询IO的完成或参与到IO的流程（被称为programmed input/output）中。
问题
考虑以下代码：
// read a file to tmp_buf buffer
read(file, tmp_buf, len);
// write tem_buf's data to socket
write(socket, tmp_buf, len);这段代码会进行以下操作：
- read()会进行一次系统调用且执行一次上下文切换到内核态。这个过程有DMA将磁盘中的数据复制到内核的缓冲区之中。
- 数据从内核缓冲区复制到用户空间，read()调用返回，系统切回到用户态。
- write()进行一次系统调用，并且切换到内核态。第三次拷贝发生了，数据再次被拷贝到内核空间buffer，这个buffer关联一个socket。
- write()调用返回，并且切回到用户态。第四次拷贝由DMA执行，它将内核缓冲区的数据拷贝到协议引擎（protocol engine）中。
这个过程进行了四次上下文切换，CPU要参与两次拷贝过程。用户空间的拷贝过程都是没有必要的。
mmap
mmap将一个文件或设备映射到内存中。
#include
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,
int fd, off_t offset); mmap允许程序直接在用户态中访问内核空间中的数据，这样就避免了一次无意义的拷贝。
当向socket写入数据时，数据还是要拷贝到socket缓冲区中，再拷贝到协议引擎中。
sendfile
#include
ssize_t sendfile(int out_fd, int in_fd, off_t *offset, size_t count); sendfile()可以在两个文件描述符之间（fd）拷贝数据，它在内核态完成所以比read/write组合更加高效。in_fd是一个可以被mmap映射的文件。在Linux2.6.33之前，out_fd必须是个socket。sendfile返回传输的字节数。
sendfile可以将文件直接向socket传递，DMA将数据复制到内核空间后，再拷贝到socket buffer，然后DMA将数据传递给协议引擎。Linux2.4之后，DMA可以直接将内核缓冲区数据直接传输到协议引擎，消灭最后一次拷贝。
Java NIO transferTO
Java中java.nio.FileChannel提供了一个transferTo方法，在Unix/Linux中会被传递到sendfile()。ByteBuffer.allocateDirect()可以在JVM堆外分配，这样就不受GC的影响，也可以不再JVM与OS之间复制。FileChannel与SocketChannel都是WritableChannel，所以可以作为target传入。
public void transferTo(long position, long count, WritableByteChannel target);