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1、功能性的错误检查，接着进行传统的DAC检查，并在即将访问内核的内部对象之Linux中传统的I/O作是一种缓存I/O，I/O过程中产生的数据传输通常需要在缓冲区中进行多次拷贝。

2、当应用程序需要访问某个数据（read()作）时，作系统会先判断这块数据是否在内核缓冲区中，如果在内核缓冲区中找不到这块数据，内核会先将这块数据从磁盘中读出来放到内核缓冲区中，应用程序再从缓冲区中读取。

3、当应用程序需要将数据输出（write()）时，同样需要先将数据拷贝到输出堆栈相关的内核缓冲区，再从内核缓冲区拷贝到输出设备中。

4、以一次网络请求为例，如下图。

5、对于一次数据读取，用户应用程序只需要调用read（）及write（）两个系统调用就可以完成一次数据传输，但这个过程中数据经过了四次拷贝，且数据拷贝需要由CPU来调控。

6、在某些情况下，这些数据拷贝会极大地降低系统数据传输的性能，比如文件中，一个文件从磁盘读取后不加修改地回传给调用方，那么这占用CPU时间去处理这四次数据拷贝的性价比是极低的。

7、一次提供了一个通用的安全系统调用；处理网络调用的系统I/O的流程：以上可以发现，传统的Linux系统I/O 作要进行4次内核空间与应用程序空间的上下文切换，以及4次数据拷贝。

8、直接内存访问（Direct Memory Access，DMA）是计算机科学中的一种内存访问技术，允许某些电脑内部的硬件子系统地读取系统内存，而不需要处理器（CPU）的介入。

9、在同等程度的处理器负担下，DMA是一种快速的数据传送方式。

10、这类子系统包括硬盘、显卡、网卡和声卡。

11、在Linux系统中，当应用程序需要读取文件中的数据时，作系统先分配一些内存，将数据从存储设备读入到这些内存中，然后再将数据传递应用进程；当需要往文件中写数据时，作系统先分配内存接收用户数据，然后再将数据从内存写入磁盘。

12、文件cache管理就是对这些由作系统分配并用开存储文件数据的内存的管理。

13、在Linux系统中，文件cache分为两个层面，page cache 与 Buffer cache，每个page cache包含若干个buffer cache。

14、作系统中，磁盘文件都是由一系列的数据块（Block）组成，buffer cache也叫块缓存，是对磁盘一个数据块的缓存，目的是为了在程序多次访问同一个磁盘块时减少访问时间；而文件系统对数据的组织形式为页，page cache为页缓存，是由多个块缓存构成，其对应的缓存数据块在磁盘上不一定是连续的。

15、也就是说buffer cache缓存文件的具体内容--物理磁盘上的磁盘块，加速对磁盘的访问，而page cache缓存文件的逻辑内容，加速对文件内容的访问。

16、buffer cache的大小一般为1k，page cache在32位系统上一般为4k，在64位系统上一般为8k。

17、磁盘数据块、buffer cache、page cache及文件的关系如下图：文件cache的目的是加快对数据文件的访问，同时会有一个预读过程。

18、对于每个文件的次读请求，系统会读入所请求的页面并读入紧随其后的几个页面；对于第二次读请求，如果所读页面在cache中，则会直接返回，同时又一个异步预读的过程（将读取页面的下几页读入cache中），如果不在cache中，说明读请求不是顺序读，则会从磁盘中读取文件内容并刷新cache。

19、因此在顺序读取情况下，读取数据的性能近乎内存读取。

20、DMA允许硬件子系统直接将数据从磁盘读取到内核缓冲区，那么在一次数据传输中，磁盘与内核缓冲区，输出设备与内核缓冲区之间的两次数据拷贝就不需要CPU进行调度，CPU只需要进行缓冲区管理、以及创建和处理DMA。

21、而Page Cache/Buffer Cache的预读取机制则加快了数据的访问效率。

22、如下图所示，还是以文件请求为例，此时CPU负责的数据拷贝次数减少了两次，数据传输性能有了较大的提高。

23、使用DMA的系统I/O作要进行4次内核空间与应用程序空间的上下文切换，2次CPU数据拷贝及2次DMA数据拷贝。

24、Mmap内存映射与标准I/O作的区别在于当应用程序需要访问数据时，不需要进行内核缓冲区到应用程序缓冲区之间的数据拷贝。

25、Mmap使得应用程序和作系统共享内核缓冲区，应用程序直接对内核缓冲区进行读写作，不需要进行数据拷贝。

26、Linux系统中通过调用mmap()替代read()作。

本文到这结束，希望上面文章对大家有所帮助。