linux内核sendfile简析

在apache，nginx，lighttpd等web服务器当中，都有一项sendfile相关的配置，在一些网上的资料都有谈到sendfile会提升文件传输性能，那sendfile到底是什么呢？它的原理又是如何呢？
在传统的文件传输里面（read/write方式），在实现上其实是比较复杂的，需要经过多次上下文的切换，我们看一下如下两行代码 

1. read(file, tmp_buf, len);       
2. write(socket, tmp_buf, len);  

以上两行代码是传统的read/write方式进行文件到socket的传输。

 

当需要对一个文件进行传输的时候，其具体流程细节如下：

1、调用read函数，文件数据被copy到内核缓冲区

2、read函数返回，文件数据从内核缓冲区copy到用户缓冲区

3、write函数调用，将文件数据从用户缓冲区copy到内核与socket相关的缓冲区。

4、数据从socket缓冲区copy到相关协议引擎。

以上细节是传统read/write方式进行网络文件传输的方式，我们可以看到，在这个过程当中，文件数据实际上是经过了四次copy操作：

 

硬盘—>内核buf—>用户buf—>socket相关缓冲区—>协议引擎

 

而sendfile系统调用则提供了一种减少以上多次copy，提升文件传输性能的方法。Sendfile系统调用是在2.1版本内核时引进的：

 sendfile(socket, file, len);

运行流程如下： 

1、sendfile系统调用，文件数据被copy至内核缓冲区

2、再从内核缓冲区copy至内核中socket相关的缓冲区

3、最后再socket相关的缓冲区copy到协议引擎

 

相较传统read/write方式，2.1版本内核引进的sendfile已经减少了内核缓冲区到user缓冲区，再由user缓冲区到socket相关 缓冲区的文件copy，而在内核版本2.4之后，文件描述符结果被改变，sendfile实现了更简单的方式，系统调用方式仍然一样，细节与2.1版本的 不同之处在于，当文件数据被复制到内核缓冲区时，不再将所有数据copy到socket相关的缓冲区，而是仅仅将记录数据位置和长度相关的数据保存到 socket相关的缓存，而实际数据将由DMA模块直接发送到协议引擎，再次减少了一次copy操作，但是目前支持不超过2G。