一文读懂零拷贝技术|splice原理与实现
splice 原理重温
在《splice使用》一文中介绍了 的原理和使用，现在我们来分析一下 的代码实现。splice``splice
我们先来回顾一下 的原理：splice
如上图所示，使用 拷贝数据时，需要通过管道作为中转。首先将 绑定到 的写端，然后通过 的读端读取到 的数据，并且拷贝到 缓冲区中。splice``splice``页缓存``管道``管道``页缓存``socket
管道的实现可以参考：《图解 |Linux进程通信 - 管道实现》
我们在《图解 |Linux进程通信 - 管道实现》一文中介绍过，管道有个 ，这个 需要绑定真实的物理内存页。而 splice 就是将管道的 绑定到文件的 ，如下图所示：环形缓冲区``环形缓冲区``环形缓冲区``页缓存
通过将文件页缓存绑定到管道的环形缓冲区后，就可以通过管道的读端读取文件页缓存的数据。
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splice 代码实现
在《splice使用》一文中介绍过 的使用过程，要将文件内容发送到客户端连接的步骤如下：splice
首先，使用 系统调用将文件的内容与管道绑定。splice()
然后，使用 系统调用将管道的数据拷贝到客户端连接 socket。splice()
我们先来看看 系统调用的实现，代码如下：splice()
splice()系统调用主要调用 函数进行下一步处理，我们来分析一下 函数的实现。函数主要分两种情况进行处理，代码如下：do_splice()``do_splice()``do_splice()
如上面代码所示， 函数分两种情况处理，如下：do_splice()
如果输入端是一个管道，则调用 函数进行处理。do_splice_from()
如果输出端是一个管道，则调用 函数进行处理。do_splice_to()
下面我们分别来说明这两种情况的处理过程。
1. 输入端是一个管道
如果输入端是一个管道（也就是说从管道拷贝数据到输出端句柄），那么将会调用 函数进行处理， 函数的实现如下：do_splice_from()``do_splice_from()
如果输出端是一个普通文件，那么 将会指向 函数。如果输出端是一个 socket，那么 将会指向 函数。out->f_op->splice_write()``generic_file_splice_write()``out->f_op->splice_write()``generic_splice_sendpage()
下面将以 函数作为分析对象， 函数会调用 进行下一步处理，如下所示：generic_file_splice_write()``generic_file_splice_write()``__splice_from_pipe()
我们接着来分析 函数的实现：__splice_from_pipe()
对 函数进行简化后，逻辑就很简单。主要过程如下：__splice_from_pipe()
获取管道环形缓冲区（管道的实现可以参考《图解 |Linux进程通信 - 管道实现》一文）。
调用 函数把管道环形缓冲区的数据拷贝到输出端的文件中。pipe_to_file()
所以，输入端是一个管道的调用链如下：
2. 输出端是一个管道
如果输出端是一个管道（也就是说将输入端与管道绑定），那么将会调用 函数进行处理， 函数的实现如下：do_splice_to()``do_splice_to()
如果输入端是一个普通文件，那么 将会指向 函数。如果输出端是一个 socket，那么 将会指向 函数。in->f_op->splice_read()``generic_file_splice_read()``in->f_op->splice_read()``sock_splice_read()
下面将以 函数作为分析对象， 函数会调用 进行下一步处理，如下所示：generic_file_splice_read()``generic_file_splice_read()``__generic_file_splice_read()
__generic_file_splice_read()函数的代码比较长，为了更易于分析，所以对其进行了精简。从精简后的代码可以看出， 函数主要完成 4 个步骤：__generic_file_splice_read()
查找要绑定的页缓存是否已经存在（已经从硬盘同步到页缓存）。
如果还有没有同步到内核的页缓存，那么申请新的页缓存。
如果页缓存与硬盘的数据不一致，那么先从硬盘同步到页缓存。
调用 函数将页缓存与管道绑定。splice_to_pipe()
所以最终会调用 函数将页缓存与管道绑定，我们来看看 函数的实现：
splice_to_pipe()函数代码虽然比较长，但是逻辑很简单，就是将管道的环形缓冲区与文件的页缓存进行绑定，这样就能过通过管道的读端来读取页缓存的数据。
所以，输出端是一个管道的调用链如下：
总结
本文主要介绍了 的原理与实现， 是 的一种实现。希望通过本文，能够让读者对 有更深入的理解。splice``splice``零拷贝技术``零拷贝技术
当然本文也忽略了很多实现的细节，所以在阅读的过程中遇到某些细节不理解的时候，可以直接阅读源代码来解疑。
