零複製

零複製（英語：Zero-copy；也譯零拷貝）技術是指計算機執行操作時，CPU不需要先將數據從某處記憶體複製到另一個特定區域。這種技術通常用於通過網路傳輸檔案時節省CPU周期和記憶體頻寬。

基本介紹

• 中文名：零複製
• 外文名：Zero-copy
• 又稱：零拷貝
• 本質：一種計算機執行操作

原理

作業系統某些組件（例如驅動程式、檔案系統和網路協定棧）若採用零複製技術，則能極大地增強了特定應用程式的性能，並更有效地利用系統資源。通過使CPU得以完成其他而非將機器中的數據複製到另一處的任務，性能也得到了增強。另外，零複製操作減少了在用戶空間與核心空間之間切換模式的次數。

舉例來說，如果要讀取一個檔案並通過網路傳送它，傳統方式下每個讀/寫周期都需要複製兩次數據和切換兩次上下文，而數據的複製都需要依靠CPU。通過零複製技術完成相同的操作，上下文切換減少到兩次，並且不需要CPU複製數據。

零複製協定對於網路鏈路容量接近或超過CPU處理能力的高速網路尤為重要。在這種網路下，CPU幾乎將所有時間都花在複製要傳送的數據上，因此將成為使通信速率低於鏈路容量的瓶頸。

硬體實現

最早的實現為IBMOS/360，其中一個程式可以指示通道子系統從一個檔案或設備複製數據塊到另一處，無需先轉移數據。

實現零複製的軟體通常依靠基於直接存儲器訪問（DMA）的複製，以及通過記憶體管理單元（MMU）的記憶體映射。這些功能需要特定硬體的支持，並通常涉及到特定存儲器的對齊。

一種較新的方式為使用異構系統架構（HSA），便於CPU和GPU以及其他處理器傳遞指針。這需要CPU和GPU使用統一地址空間。

程式訪問

數種作業系統都通過特定API支持檔案的零複製。

Linux核心通過各個系統調用支持零複製，例如sys/socket.h的sendfile、sendfile64以及splice。它們部分在POSIX中指定，因此也存在於BSD核心或IBM AIX中，部分則是Linux核心API中獨有。

Microsoft Windows通過TransmitFile API支持零複製。

Java輸入流可以通過java.nio.channels支持零複製。FileChannel的transferTo()方法也可以支持零複製（如果底層作業系統支持）。

遠程直接記憶體訪問（RDMA）協定深度依賴零複製技術。