如果服務(wù)端要提供文件傳輸?shù)墓δ?，我們能想到的最?jiǎn)單的方式是：將磁盤(pán)上的文件讀取出來(lái)，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送給客戶端。

　　傳統(tǒng) I/O 的工作方式是，數(shù)據(jù)讀取和寫(xiě)入是從用戶空間到內(nèi)核空間來(lái)回復(fù)制，而內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)是通過(guò)操作系統(tǒng)層面的 I/O 接口從磁盤(pán)讀取或?qū)懭搿?/p>

　　代碼通常如下，一般會(huì)需要兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用：

　　代碼很簡(jiǎn)單，雖然就兩行代碼，但是這里面發(fā)生了不少的事情。

　　首先，期間共發(fā)生了 4 次用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)的上下文切換，因?yàn)榘l(fā)生了兩次系統(tǒng)調(diào)用，一次是 read() ，一次是 write()，每次系統(tǒng)調(diào)用都得先從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)，等內(nèi)核完成任務(wù)后，再?gòu)膬?nèi)核態(tài)切換回用戶態(tài)。

　　上下文切換到成本并不小，一次切換需要耗時(shí)幾十納秒到幾微秒，雖然時(shí)間看上去很短，但是在高并發(fā)的場(chǎng)景下，這類(lèi)時(shí)間容易被累積和放大，從而影響系統(tǒng)的性能。

　　其次，還發(fā)生了 4 次數(shù)據(jù)拷貝，其中兩次是 DMA 的拷貝，另外兩次則是通過(guò) CPU 拷貝的，下面說(shuō)一下這個(gè)過(guò)程：

　　次拷貝，把磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)拷貝到操作系統(tǒng)內(nèi)核的緩沖區(qū)里，這個(gè)拷貝的過(guò)程是通過(guò) DMA 搬運(yùn)的。 第二次拷貝，把內(nèi)核緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)拷貝到用戶的緩沖區(qū)里，于是我們應(yīng)用程序就可以使用這部分?jǐn)?shù)據(jù)了，這個(gè)拷貝到過(guò)程是由 CPU 完成的。 第三次拷貝，把剛才拷貝到用戶的緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)，再拷貝到內(nèi)核的 socket 的緩沖區(qū)里，這個(gè)過(guò)程依然還是由 CPU 搬運(yùn)的。第四次拷貝，把內(nèi)核的 socket 緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)，拷貝到網(wǎng)卡的緩沖區(qū)里，這個(gè)過(guò)程又是由 DMA 搬運(yùn)的。

　　我們回過(guò)頭看這個(gè)文件傳輸?shù)倪^(guò)程，我們只是搬運(yùn)一份數(shù)據(jù)，結(jié)果卻搬運(yùn)了 4 次，過(guò)多的數(shù)據(jù)拷貝無(wú)疑會(huì)消耗 CPU 資源，大大降低了系統(tǒng)性能。

　　這種簡(jiǎn)單又傳統(tǒng)的文件傳輸方式，存在冗余的上文切換和數(shù)據(jù)拷貝，在高并發(fā)系統(tǒng)里是非常糟糕的，多了很多不必要的開(kāi)銷(xiāo)，會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。

　　所以，要想提高文件傳輸?shù)男阅?，就需要減少「用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)的上下文切換」和「內(nèi)存拷貝」的次數(shù)。