关于写策划的一个网站,哪里的赣州网站建设,新手创业开什么店最好,招聘信息网站开发背景Kafka为什么适用零拷贝#xff0c;其他存储结构不适用#xff1f;
Kafka 采用的是日志存储模型#xff0c;数据通常是顺序写入、顺序读取#xff0c;并且它的消费模式是 “读完即走”#xff08;一次性读取并发送给消费者#xff09;#xff0c;这与零拷贝的特性完美匹…Kafka为什么适用零拷贝其他存储结构不适用
Kafka 采用的是日志存储模型数据通常是顺序写入、顺序读取并且它的消费模式是 “读完即走”一次性读取并发送给消费者这与零拷贝的特性完美匹配
顺序读写场景Kafka 主要是顺序追加写和顺序读避免了随机读写的高开销。大块数据传输Kafka 传输的是完整的消息批次适合 sendfile() 直接搬运不需要 CPU 处理内容。不需要修改数据Kafka 的数据是写入后不可修改的不会有复杂的随机访问或事务更新。
Kafka 主要使用 sendfile() 和 mmap write() 两种方式实现零拷贝减少 CPU 负担提高吞吐量。 为什么其他存储结构不一定适用
虽然零拷贝很快但它并不适用于所有存储系统主要有以下限制
限制点解释影响场景1. 数据修改零拷贝适用于直接搬运数据但如果需要修改数据如数据库更新就必须先拷贝到用户态处理零拷贝就失去意义。数据库如 MySQL、文件系统2. 随机读写零拷贝最适合顺序读写但对于随机访问如 B 树索引查找传统读写方式更高效。数据库、Key-Value 存储如 Redis3. 数据格式解析数据如果需要解析、转换就不能直接用 sendfile()因为数据在内核态不经过用户态处理。JSON/XML 解析、数据库 SQL 计算4. 网络协议兼容sendfile() 主要适用于 TCP 传输如果是其他协议如 HTTP 处理、TLS 加密就难以使用零拷贝。Web 服务器如 Nginx、安全协议5. 操作系统支持不同操作系统对零拷贝的支持程度不同某些旧系统如 Windows 早期版本可能不完全支持 sendfile()。跨平台存储 总结 Kafka 适用于零拷贝因为它是顺序读写的日志型存储并且数据不会修改天然符合零拷贝的特性。 其他存储系统如数据库不常用零拷贝因为它们需要随机读写、事务更新、数据解析这会破坏零拷贝的高效性。 零拷贝并不是万能的适用于大块数据的顺序传输如 Kafka、Nginx 文件传输但不适用于需要频繁修改、解析的小数据存储如 MySQL、Redis。 高效 Kafka 采用零拷贝sendfile mmap减少数据在内核态和用户态的拷贝提高吞吐量。但零拷贝适用于顺序读写、不可变数据、大块传输的场景不适用于需要数据修改、随机访问、复杂计算的存储系统因此数据库等系统很少直接使用零拷贝。 适用于零拷贝的场景 ✅
零拷贝Zero Copy适用于顺序读写、大块数据传输、无需修改的数据主要体现在以下场景
适用场景原因常见技术日志存储Kafka、RocketMQ顺序追加写数据不修改批量传输sendfile()、mmap()文件传输Nginx、FTP、Samba完整文件传输数据不需要解析sendfile()视频/音频流媒体YouTube、Netflix大文件流式传输避免 CPU 复制开销mmap()、sendfile()磁盘备份HDFS、FastDFS大块文件传输不需要用户态处理sendfile()、mmap()数据库物理备份MySQL binlog 复制顺序读取 binlog 并传输mmap()、direct I/O大规模分布式存储Ceph、GlusterFS传输大块数据不需要 CPU 处理sendfile()、RDMA 不适用于零拷贝的场景 ❌
零拷贝不适用于需要随机读写、数据修改、复杂计算的场景例如
不适用场景原因常见技术数据库MySQL、PostgreSQL需要事务、随机读写、索引查找无法直接用 sendfile()B 树、Buffer Pool键值存储Redis、RocksDB随机访问、数据更新、内存计算多LSM-Tree、内存拷贝搜索引擎Elasticsearch、Solr全文检索数据需要预处理无法直接传输倒排索引、LuceneAPI 服务器Spring Boot、Flask数据需要 JSON/XML 解析sendfile() 无法处理JSON 解析器、序列化流数据计算Flink、Spark需要数据转换、聚合计算内存计算、ETL安全通信TLS、SSL 传输数据需要加解密不能直接用 sendfile()OpenSSL、TLS 总结
✅ 适用于零拷贝 顺序读写、大块数据传输、数据不修改Kafka、Nginx、视频流。 ❌ 不适用于零拷贝 随机访问、数据修改、解析计算数据库、Redis、搜索引擎。 高效 零拷贝适用于顺序传输、不修改的数据如 Kafka、Nginx、大文件传输提高吞吐量。 不适用于需要随机读写、数据修改、计算的场景如数据库、Redis、流计算因为它们依赖 CPU 处理数据无法直接使用 sendfile()。 传统拷贝流程说明
磁盘到内核缓冲区 数据从磁盘通过 DMA直接内存访问传输到内核缓冲区。内核缓冲区到用户缓冲区 CPU 将数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区。用户缓冲区到 Socket 缓冲区 CPU 再将数据从用户缓冲区拷贝到 Socket 缓冲区。Socket 缓冲区到网卡 数据从 Socket 缓冲区通过 DMA 传输到网卡准备发送。
在此过程中数据在内核空间和用户空间之间经历了多次拷贝增加了 CPU 负载和上下文切换次数影响了数据传输性能。 #mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz {font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .edge-thickness-normal{stroke-width:2px;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .label text,#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .node rect,#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .node circle,#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .node ellipse,#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .node polygon,#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .node .label{text-align:center;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .edgeLabel{background-color:#e8e8e8;text-align:center;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:#e8e8e8;fill:#e8e8e8;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-EIYws9GXgwq8KrAz :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} 用户空间 内核空间 硬件 DMA 传输 CPU 拷贝 CPU 拷贝 DMA 传输 用户缓冲区 内核缓冲区 Socket 缓冲区 磁盘 网卡 零拷贝流程说明
磁盘到内核缓冲区 数据从磁盘通过 DMA 传输到内核缓冲区。内核缓冲区到网卡 数据从内核缓冲区直接通过 DMA 传输到网卡准备发送。
在零拷贝过程中数据未经过用户空间避免了不必要的数据拷贝和上下文切换提高了传输效率。
通过上述对比可以看出零拷贝技术减少了数据在内核空间和用户空间之间的拷贝次数从而降低了 CPU 负载提高了数据传输性能。 #mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 {font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .edge-thickness-normal{stroke-width:2px;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .label text,#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .node rect,#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .node circle,#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .node ellipse,#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .node polygon,#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .node .label{text-align:center;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .edgeLabel{background-color:#e8e8e8;text-align:center;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:#e8e8e8;fill:#e8e8e8;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-fbd7zPqh9yOFVbU0 :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} 内核空间 硬件 DMA 传输 DMA 传输 内核缓冲区 磁盘 网卡
