计算机硬件-网络

网卡

网卡如下 :

想起网卡就想起了零拷贝 , 软件开发中常常遇到 ,例如 MQ 中 ,例如 Nginx 中 .

首先，什么是“零拷贝”？

“零拷贝”的目标，顾名思义，就是尽量减少甚至完全避免数据在内存中的不必要的复制次数。

在传统的数据传输（比如从硬盘读取文件并通过网络发送）中，数据需要经历多次复制和上下文切换：

1. 从硬盘到内核缓冲区：操作系统从硬盘读取文件数据，复制到内核空间的页面缓存。
2. 从内核缓冲区到用户缓冲区：应用程序（例如一个Web服务器）需要处理这些数据，于是数据被从内核空间复制到用户空间的应用程序缓冲区。
3. 从用户缓冲区到内核Socket缓冲区：应用程序准备发送数据，数据又被复制回内核空间的Socket缓冲区。
4. 从Socket缓冲区到网卡：最后，数据从Socket缓冲区复制到网卡，最终发送到网络。

在这个过程中，数据被复制了4次，用户态和内核态之间也发生了4次上下文切换，CPU需要亲自处理所有这些复制工作，开销巨大。

那么，“零拷贝”和“网卡”是如何结合的呢？

“零拷贝”技术通过以下方式，巧妙地利用了网卡和操作系统的能力，来绕过这些昂贵的复制操作：

关键机制：DMA 和 内存映射

1. DMA：

   • 无论是传统方式还是零拷贝，数据从硬盘到内存，以及从内存到网卡的最后一步，通常都由一个叫 DMA 的硬件来负责。
   • DMA允许硬盘、网卡等外设不经过CPU，直接与内存交换数据。这就已经把CPU从两次复制工作中解放出来了。

2. 零拷贝的核心技术（如 sendfile）：

   • 操作系统提供了像 sendfile() 这样的系统调用。
   • 当应用程序需要发送一个文件时，它调用 sendfile()，告诉内核源文件（在硬盘）和目标Socket。
   • 内核会进行如下优化：
     • 内存映射：内核将存放文件数据的内核缓冲区与网卡的Socket缓冲区进行映射，让它们指向同一块物理内存。
     • 直接传输：然后，内核直接指示网卡，从这块被映射的内存区域读取数据并发送。
     • CPU不参与数据复制：在整个过程中，数据没有被复制到用户空间，也没有在内核空间内来回复制。CPU只需要下达指令，而无需亲自搬运数据。

光猫

互联网 <--(光信号)--> 光纤 <--(光信号)--> 光猫 <--(网络信号/网线)--> 路由器 <--(Wi-Fi/网线)--> 你的手机/电脑

入户光猫 , 光纤接在盒子后面 ,分出几个线口 ,有电视的 ,电话的, 网络的 .

交换机

路由器

在家里 ,接入光猫后的设备就是路由器

企业级的路由器又是长啥样的呢?

wifi 就是无线路由器 .

其他

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