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Linux kernel 的 sendfile 是如何提高性能的

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转:http://www.vpsee.com/2009/07/linux-sendfile-improve-performance/

现在流行的 web 服务器里面都提供 sendfile 选项用来提高服务器性能,那到底 sendfile 是什么,怎么影响性能的呢?sendfile 实际上是 Linux 2.0+ 以后的推出的一个系统调用,web 服务器可以通过调整自身的配置来决定是否利用 sendfile 这个系统调用。先来看一下不用 sendfile 的传统网络传输过程:

read(file, tmp_buf, len);
write(socket, tmp_buf, len);

硬盘 >> kernel buffer >> user buffer >> kernel socket buffer >> 协议栈

一般来说一个网络应用是通过读硬盘数据,然后写数据到 socket 来完成网络传输的。上面2行用代码解释了这一点,不过上面2行简单的代码掩盖了底层的很多操作。来看看底层是怎么执行上面2行代码的:

1、系统调用 read() 产生一个上下文切换:从 user mode 切换到 kernel mode,然后 DMA 执行拷贝,把文件数据从硬盘读到一个 kernel buffer 里。
2、数据从 kernel buffer 拷贝到 user buffer,然后系统调用 read() 返回,这时又产生一个上下文切换:从kernel mode 切换到 user mode。
3、系统调用 write() 产生一个上下文切换:从 user mode 切换到 kernel mode,然后把步骤2读到 user buffer 的数据拷贝到 kernel buffer(数据第2次拷贝到 kernel buffer),不过这次是个不同的 kernel buffer,这个 buffer 和 socket 相关联。
4、系统调用 write() 返回,产生一个上下文切换:从 kernel mode 切换到 user mode(第4次切换了),然后 DMA 从 kernel buffer 拷贝数据到协议栈(第4次拷贝了)。

上面4个步骤有4次上下文切换,有4次拷贝,我们发现如果能减少切换次数和拷贝次数将会有效提升性能。在kernel 2.0+ 版本中,系统调用 sendfile() 就是用来简化上面步骤提升性能的。sendfile() 不但能减少切换次数而且还能减少拷贝次数。

再来看一下用 sendfile() 来进行网络传输的过程:

sendfile(socket, file, len);

硬盘 >> kernel buffer (快速拷贝到kernel socket buffer) >> 协议栈

1、系统调用 sendfile() 通过 DMA 把硬盘数据拷贝到 kernel buffer,然后数据被 kernel 直接拷贝到另外一个与 socket 相关的 kernel buffer。这里没有 user mode 和 kernel mode 之间的切换,在 kernel 中直接完成了从一个 buffer 到另一个 buffer 的拷贝。
2、DMA 把数据从 kernel buffer 直接拷贝给协议栈,没有切换,也不需要数据从 user mode 拷贝到 kernel mode,因为数据就在 kernel 里。

步骤减少了,切换减少了,拷贝减少了,自然性能就提升了。这就是为什么说在 Nginx 配置文件里打开 sendfile on 选项能提高 web server性能的原因。

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