服务端要向客户端连接发送一个文件，一般过程如下：

• 服务端首先调用 read() 函数读取文件内容。

• 服务端通过调用 write()/send() 函数将文件内容发送给客户端连接。

上面过程如下图所示：

从上图可以看出，在发送文件的过程中，首先需要将文件页缓存（Page Cache）从内核态复制到用户态缓存中，然后再从用户态缓存复制到客户端的 Socket 缓冲区中。

其实在上面的过程中，复制文件数据到用户态缓存这个操作是多余的，我们完全可以直接把文件页缓存的数据复制到 Socket 缓冲区即可，这样就可以减少一次拷贝数据的操作。

为了实现这样的功能，内核提供了一个名为 splice() 的系统调用，使用 splice() 系统调用可以避免从内核态拷贝数据到用户态。

不需要将内核态的数据拷贝到用户态缓存的技术被称为：零拷贝技术。

下面我们将介绍 splice() 系统调用的原理和实现。

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splice 使用实例

如果服务端要发送文件给客户端，使用 read()/write() 方式来实现的话，代码如下所示：

上面代码的流程比较简单，如下：

• 首先通过调用 stat() 系统调用获取文件的大小。

• 然后通过调用 read() 系统调用读取文件内容。

• 最后通过调用 write() 系统调用将文件内容发送给客户端连接。

从上面的代码可以看出，使用 read()/write() 方式发送文件给客户端，首先需要将文件内容读到用户态缓存中，然后才能发送给客户端连接。

然而，将文件内容读取到用户态缓存这个过程是多余的，我们看看怎么使用 splice() 系统调用来避免将文件内容拷贝到用户态缓存。

使用 splice() 发送文件时，需要创建一个管道作为中转，代码如下：

从上面代码可以看出，使用 splice() 发送文件时，我们并不需要将文件内容读取到用户态缓存中，但需要使用管道作为中转。

其实这里的管道只是作为一个通道，并不会产生数据拷贝的，如下图所示：

对比 read()/write() 版本的原理图，可以看出 splice() 版本省去了拷贝文件内容到用户态缓存这个步骤。

总结

本文主要介绍了使用 read()/write() 方式传输文件与使用 splice() 方式传输文件的原理，也提供了这两种方式的实例代码。

当然，从原理上看，使用 splice() 方式传输文件会比 read()/write() 方式性能要高。但如果真实测试这两种方式，会发现性能相差并不大。这是由于 splice() 方式虽然减少了数据拷贝过程，但是其处理逻辑比 read()/write() 方式更为复杂，所以性能提升并不理想，有兴趣的读者可以自己测试一下。

下一篇文章，我们将会介绍 splice() 的实现过程。

原文作者：Linux内核那些事