1、零拷贝基础
零拷贝指的是，从一个存储区域到另一个存储区域的 copy 任务没有 CPU (确切的说是CPU的ALU,Arithmetic Logic Unit,即算术逻辑运算单元)参与。零拷贝通常用于网络文件传输，以减少cpu的消耗以及内存带宽（CPU和内存之间的总线）的占用，减少CPU内核空间（CPU可以操作的内存缓存以及CPU的寄存器）和用户空间（用户可以操作的内存缓存区域）的拷贝过程。减少用户上下文（用户状态环境）与CPU内核上下文（CPU状态环境）之间的切换。
用户空间：用户可操作的内存缓存区域。
CPU 内核空间：仅 CPU 可以操作的寄存器缓存及内存缓存区域。
用户上下文：用户状态环境。
CPU 内核上下文： CPU 内核状态环境。
零拷贝需要 DMA 控制器的协助。DMA，Direct Memory Access，直接内存存取，是 CPU的组成部分，其可以在 CPU 内核（算术逻辑运算器 ALU 等）不参与运算的情况下将数据从一个地址空间拷贝到另一个地址空间。
2、传统拷贝方式
下面均以“将一个硬盘中的文件通过网络发送出去”的过程为例，来详细分析不同拷贝方式的实现细节。
1）首先通过应用程序的 read()方法将文件从硬盘读取出来，然后再调用 send()方法将文件发送出去。
2）该拷贝方式共进行了 4 次用户空间与内核空间的上下文切换，以及 4 次数据拷贝，其中两次拷贝存在 CPU的ALU 参与。我们发现一个很明显的问题：应用程序的作用仅仅就是一个数据传输的中介（也就是上面图示中的第4步和第5步的过程），最后将kernel buffer 中的数据传递到了 socket buffer。显然这是没有必要的。所以就引入了零拷贝。
3、零拷贝方式
1）实现细节 Linux 系统（CentOS6 及其以上版本）对于零拷贝是通过 sendfile 系统调用实现的。
2）总结：
该拷贝方式共进行了 2 次用户空间与内核空间的上下文切换，以及 3 次数据拷贝，但整个拷贝过程均没有 CPU 的参与，这就是零拷贝。
我们发现这里还存在一个问题：kernel buffer 到 socket buffer 的拷贝需要吗？kernel buffer 与 socket buffer 有什么区呢？DMA 控制器所控制的拷贝过程有一个要求，数据在源头的存放地址空间必须是连续的。kernel buffer 中的数据无法保证其连续性，所以需要将数据再拷贝到 socket buffer，socket buffer 可以保证了数据的连续性。
这个拷贝过程能否避免呢？可以，只要主机的 DMA 支持 Gather Copy 功能，就可以避免由 kernel buffer 到 socket buffer 的拷贝。
4、Gather Copy 零拷贝
由于该拷贝方式是由 DMA 完成，与系统无关，所以只要保证系统支持 sendfile 系统调用功能即可。
1）实现细节：
该方式中没有数据拷贝到 socket buffer。取而代之的是只是将 kernel buffer 中的数据描述信息写到了 socket buffer 中。数据描述信息包含了两方面的信息：kernel buffer 中数据的地址及偏移量
2）总结：
该拷贝方式共进行了 2 次用户空间与内核空间的上下文切换，以及 2 次数据拷贝，并且整个拷贝过程均没有 CPU 的参与。
该拷贝方式的系统效率是高了，但与传统相比，也存在有不足。传统拷贝中 user buffer中存有数据，因此应用程序能够对数据进行修改等操作；零拷贝中的 user buffer 中没有了数据，所以应用程序无法对数据进行操作了。Linux 的 mmap 零拷贝解决了这个问题。
5、mmap零拷贝
mmap 零拷贝是对零拷贝的改进。当然，若当前主机的 DMA 支持 Gather Copy，mmap同样可以实现 Gather Copy DMA 的零拷贝。
1）实现细节
该方式与零拷贝的唯一区别是，应用程序与内核共享了 Kernel buffer。由于是共享，所以应用程序也就可以操作该 buffer 了。当然，应用程序对于 Kernel buffer 的操作，就会引发用户空间与内核空间的相互切换。
2）总结：
该拷贝方式共进行了 4 次用户空间与内核空间的上下文切换，以及 2 次数据拷贝，并且整个拷贝过程均没有 CPU 的参与。虽然较之前面的零拷贝增加了两次上下文切换，但应用程序可以对数据进行修改了。
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