Linux系统编程—零拷贝

“零拷贝”指的是：不在内核态和用户态之间拷贝数据。

正常情况下，拷贝一个文件的步骤是：

• 通过 read() 读取文件：磁盘 -> 内核缓冲区 -> 用户缓冲区；
• 通过 write() 写数据：用户缓冲区 -> 内核缓冲区 -> 磁盘。

可见，数据在用户态缓冲区和内核态缓冲区之间来回拷贝了两次。

使用零拷贝技术之后，数据流方向为：磁盘 -> 内核缓冲区 -> 磁盘。

#define _GNU_SOURCE
#include 

ssize_t splice(int fd_in, loff_t *off_in, int fd_out, loff_t *off_out, 
               size_t len, unsigned int flags);

• 在两个文件描述符之间拷贝数据，但不会在内核态和用户态之间来回拷贝数据。
• 成功时返回写到管道或从管道读取的字节数，失败时返回 -1 ，并设置 errno 。
• 从 fd_in 读取数据，写到 fd_out 中，且最多只传送 len 个字节。
• fd_in 和 fd_out 中必须有一个是管道描述符。
• 如果 fd_in 指向管道，则 off_in 必须为 NULL 。
• 如果 fd_in 不指向管道，但 off_in 为 NULL ，则会从当前文件偏移量开始读取数据，并相应地修改文件偏移量。
• 如果 fd_in 不指向管道，且 off_in 不为 NULL ，则会从文件偏移量 *off_in 处开始读取数据，会相应地修改 off_in ，但不会修改原来的文件偏移量。
• fd_out 和 off_out 情况类似。
• flags 常用值：SPLICE_F_MORE （提示后续会有更多的数据到来）；SPLICE_F_NONBLOCK （在读写管道时不要阻塞）；SPLICE_F_MOVE （如果可以的话，移动页而不是拷贝页）。
• 在实现上，并没有将数据从输入缓冲区（内核态）拷贝到输出缓冲区（内核态），而是输入缓冲区的指针和输出缓冲区的指针指向同一个内存页。
• 此外，len 的大小实际上受限于管道的容量（可以通过 man 7 pipe 来查看），一般是 16 个内存页（页大小可以通过 getconf PAGE_SIZE 来查看，一般是 4096 字节），故，len 的最大值一般为 65536 字节。
• splice 的使用方法是：
  • 创建两个文件描述符：fdIn 用于输入，fdOut 用于输出；
  • 创建一个管道：pipeFds ；
  • 调用一次 splice ：从 fdIn 读数据，并写入管道 pipeFds[1] ；
  • 再调用一次 splice ：从管道 piepFds[0] 读数据，并写到 fdOut 。

#define _GNU_SOURCE
#include 
#include 
#include 
#include 

int main(int argc, char* argv[]) {
	if (argc != 3) {
		printf("Usage: %s in-file, out-file\n", argv[0]);
		exit(EXIT_FAILURE);
	}

	int fdIn = open(argv[1], O_RDONLY);
	int fdOut = open(argv[2], O_WRONLY|O_CREAT, 0644);

	int pipeFds[2];
	pipe(pipeFds);

	size_t len = 65536;
	unsigned int flags = SPLICE_F_MOVE;
	ssize_t nRead;

	do {
		nRead = splice(fdIn, NULL, pipeFds[1], NULL, len, flags);
		splice(pipeFds[0], NULL, fdOut, NULL, nRead, flags);
	} while (nRead > 0);

	close(fdIn);
	close(fdOut);
	close(pipeFds[0]);
	close(pipeFds[1]);

	return 0;
}