零拷貝技術是一種思想，指的是計算機操作時，CPU不需要先將數據從某處內存復制從某處內存復制到另一個特定區域。可見，零拷貝的特點是 CPU 不全程負責內存中的數據寫入其他組件，CPU 僅僅起到管理的作用。但注意，零拷貝不是不進行拷貝，而是 CPU 不再全程負責數據拷貝時的搬運工作。如果數據本身不在內存中，那么必須先通過某種方式拷貝到內存中（這個過程 CPU 可以不參與），因為數據只有在內存中，才能被轉移，才能被 CPU 直接讀取計算。
零拷貝技術的具體實現方式有很多，例如：
- mmap(內存映射) + write
- sendfile
不同的零拷貝技術應用于不同場景，下面依次進行sendfile、mmap的分析
mmap(內存映射) + write
在前面我們知道，read() 系統調用的過程中，CPU會把內核緩沖區的數據拷貝到用戶的緩沖區里，于是為了減少這一步開銷，我們可以用 mmap() 替換 read() 系統調用函數，mmap的系統調用作用是將內核空間地址映射為用戶空間地址映射，這樣CPU就不用將數據從內核態拷貝到用戶態了
mmap內存映射+write
圖中涉及3次數據拷貝（1次CPU拷貝、兩次DMA拷貝），具體拷貝過程如下：
1、應用進程調用mmap后，DMA會把磁盤數據拷貝到內核page cache中，然后操作系統的應用進程和內核空間的共享這個緩沖區
2、應用進程再調用 write，操作系統直接將用戶緩沖區的數據拷貝到 內核的socket 緩沖區中，這一切都發生在內核態，由 CPU 來搬運數據
3、最后，把內核的 socket 緩沖區里的數據，拷貝到網卡的緩沖區里，這個過程是由 DMA 搬運的。
由此可見mmap的優勢：
1、可以減少一次數據拷貝的過程。
2、但這還不是最理想的零拷貝，因為把用戶緩沖區的數據拷貝到內核socket 緩沖區里的工作仍然需要通過CPU完成。
3、相對于傳統數據傳輸，mmap減少了一次CPU拷貝，上下文切換依然需要四次
sendfile
sendfile主要使用到了兩個技術：
1、DMA技術
2、傳遞文件描述符代替數據拷貝
3、一次系統調用代替兩次系統調用
下面依次講解這三個技術的作用。
1.利用 DMA 技術
sendfile 依賴于 DMA 技術，將四次 CPU 全程負責的拷貝與四次上下文切換減少到兩次，如下圖所示：
sendfile利用DMA技術
DMA 負責磁盤到內核空間中的 Page cache（read buffer）的數據拷貝以及從內核空間中的 socket buffer 到網卡的數據拷貝。
2.傳遞文件描述符代替數據拷貝
傳遞文件描述可以代替數據拷貝，這是由于兩個原因：
- page cache 以及 socket buffer 都在內核空間中；
- 數據傳輸過程前后沒有任何寫操作；
sendfile利用傳遞描述符
利用傳遞文件描述符代替內核中的數據拷貝
sendfile + SG-DMA技術傳輸文件，需要進行2次用戶態和內核態的切換，2次數據拷貝（1次DMA拷貝，1次SG-DMA拷貝）
注意事項：只有網卡支持 SG-DMA（The Scatter-Gather Direct Memory Access）技術才可以通過傳遞文件描述符的方式避免內核空間內的一次 CPU 拷貝。這意味著此優化取決于 linux 系統的物理網卡是否支持，這也就意味著硬件也要受限制（Linux 在內核 2.4 版本里引入了 DMA 的 scatter/gather – 分散/收集功能，只要確保 Linux 版本高于 2.4 即可）。
3.一次系統調用代替兩次系統調用
由于 sendfile 僅僅對應一次系統調用，而傳統文件操作則需要使用 read 以及 write 兩個系統調用。
正因為如此，sendfile 能夠將用戶態與內核態之間的上下文切換從 4 次講到 2 次。
sendfile系統調用代替read/write
總結下sendfile的具體過程如下：
- 通過 DMA 將磁盤上的數據拷貝到內核緩沖區里；
- 緩沖區描述符和數據長度傳到 socket 緩沖區，這樣網卡的 SG-DMA 控制器就可以直接將內核緩存中的數據拷貝到網卡的緩沖區里，此過程不需要將數據從操作系統內核緩沖區拷貝到 socket 緩沖區中，這樣就減少了一次數據拷貝；
此種方式對比之前的，真正意義上去除了CPU拷貝，CPU 可以去執行其他的業務計算任務，同時和 DMA 的 I/O 任務并行，極大地提升系統性能。
但他的劣勢也很明顯，強依賴于硬件的支持
