zero_copy
基本概念
用户态与内核态
机器的资源是固定的，应用程序进程却有很多，如果无节制的使用资源会导致系统崩溃。所以必须要对进程使用何种资源进行限制，由此权限的不同可以分为用户态和内核态。处于内核态中的程序可以说为所欲为。内核态像外管理硬件资源，像内管理操作系统中的进程，内存等资源。用户态和内核态的划分可以表示为
系统调用
上面也提到了一个系统的资源是有限的，但是系统中却存在很多很多的进程，进程不可能无限制自由使用这些资源，所有会由操作系统来统一管理。应用程序进程要想使用资源，就必须通过操作系统提供的入口，这个入口及 System Call 系统调用。举个例子，copy 文件就可能会用到 sys_read 系统调用。系统调用是运行于内核态的。
库函数
系统调用本身过于底层，所以封装了一些逻辑作为上层的库函数调用
Shell
外壳，什么的外壳，内核的外壳，一种比较特殊的应用程序，通过 shell 我们可以直接和操作系统进行交互。
用户态到内核态是如何切换的
上面提到了进程请求资源需要系统调用，而系统调用运行在内核态，所以可以说系统调用使得我们由用户态切换到内核态。异常和外设中断也会使得我们切换到内核态。系统调用是一种软件中断。内核态完成后，相应进程会在切换回用户态。简单来说用户态切换到内核态的方式有3种
- System Call
- Exception
- Interrupt
DMA
Direct Memory Access ，直接内存访问，一种常见的内存访问方式，允许部分硬件子系统直接读写系统内存，而不需要 CPU 的介入
用户进程缓冲区
用户进程要想访问系统资源，就要系统调用，切换到内核态，调用返回后还要切换回用户态，上下文切换耗费了大量的 CPU 资源，因此可以分配一个用户进程 buffer，就比如读取文件时，可以分配一个 buffer，每次 read 系统调用读到的数据都会放到 buffer 里面，供后面的程序使用，不用每次涉及到的 read 都调用。由此可见用户进程缓冲区的作用就是减少系统调用的次数，从而减少 CPU 消耗
内核缓冲区
当用户进程读取文件时，一般不会直接读取文件，而是先问一下内核缓冲区，我有的东西你有木有，如果有的话，直接复制，如果没有的话就把进程挂起，去处理其他的事情。等到数据准备完毕，在通知相应的进程
套接字缓冲区
数据在 write/send 的时候，不会立即发送数据，而是先放到套接字缓冲区里面。关闭套接字会丢失套接字输入缓冲区中的内容，输出缓冲区中的内容会继续发送
一般的 远程文件 copy（从磁盘读取文件的时候是以DMA方式）
上图最左侧，共经历了4次copy，4次上下文切换，数据的每次 copy 都涉及到了 CPU，4次 CPU 拷贝
- 用户从磁盘读取文件内容，触发 sys_read 调用，由用户态切换为内核态，经历了一次上下文切换。文件被copy 到内核缓冲区
- read 调用返回 ，数据从内核缓冲区 copy 到 用户缓冲区，又一次上下文切换（内核态切换为用户态）
- 触发 sys_send 系统调用，数据从用户缓冲区 copy 到内核套接字缓冲区，用户态切换为内核态，一次上下文切换
- send 调用返回，触发一次上下文切换，数据被copy 目标缓冲区
中间是一种 “zero copy”，共经历了3次copy，2次上下文切换，1次 CPU 拷贝
- 用户从磁盘读取文件内容，文件被 copy 到读取缓冲区，同时触发 sys_read ，sys_send 系统调用，2次上下文切换，数据直接被 copy 到 相应的套接字缓冲区
- 数据被copy 目标缓冲区
zero copy
上图最右侧，数据只经历了1次copy，0次上下文切换也就是0次 CPU 拷贝
- 用户读取文件，放到内核缓冲区，文件描述符（记录数据的位置信息等元数据）被发往套接字缓冲区，直接从本机内存读取数据发送到远程机器
- 零拷贝中的零是指涉及到的 CPU 拷贝，即用户态切换到内核态的上下文切换