Linux内核数据交互

一次完成的数据交互包括几个部分:系统调用syscall、CPU、DMA、网卡、磁盘等。

Linux内核数据交互

系统调用syscall是应用程序和内核交互的桥梁,每次进行调用/返回就会产生两次切换:

  • 调用syscall 从用户态切换到内核态
  • syscall返回 从内核态切换到用户态

Linux内核数据交互

来看下完整的数据拷贝过程简图:

Linux内核数据交互

读数据过程

  • 应用程序要读取磁盘数据,调用read()函数从而实现用户态切换内核态,这是第1次状态切换;
  • DMA控制器将数据从磁盘拷贝到内核缓冲区,这是第1次DMA拷贝;
  • CPU将数据从内核缓冲区复制到用户缓冲区,这是第1次CPU拷贝;
  • CPU完成拷贝之后,read()函数返回实现用户态切换用户态,这是第2次状态切换;

写数据过程

  • 应用程序要向网卡写数据,调用write()函数实现用户态切换内核态,这是第1次切换;
  • CPU将用户缓冲区数据拷贝到内核缓冲区,这是第1次CPU拷贝;
  • DMA控制器将数据从内核缓冲区复制到socket缓冲区,这是第1次DMA拷贝;
  • 完成拷贝之后,write()函数返回实现内核态切换用户态,这是第2次切换;

综上所述

  • 读过程涉及2次空间切换、1次DMA拷贝、1次CPU拷贝;
  • 写过程涉及2次空间切换、1次DMA拷贝、1次CPU拷贝;

可见传统模式下,涉及多次空间切换和数据冗余拷贝,效率并不高,接下来就该零拷贝技术出场了。

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