為什麼要零拷貝？
1、基本概念
1.1、 DMA控制器
1.2、 CPU使用者态和核心态
2、零拷貝
2.1、普通拷貝
2.2、mmap零拷貝
2.3、sendfile零拷貝
總結
傳統的IO拷貝在計算機中拷貝次數太多，速度太慢，零拷貝可以減少拷貝次數，增加系統性能。另外，零拷貝并不是指沒有進行檔案的拷貝，隻是減少了拷貝的次數。
首先需要知道計算機硬體的讀寫速度，大概如下：
CPU高速緩存屬于速度最快的，這裡可以認為是飛機的速度。
網卡的速度，可以認為是汽車速度。
硬碟可以認為是走路的速度。
那假如把硬碟的檔案通過網卡發送出去，普通IO，CPU高速緩存要向網卡寫資料，即使CPU的速度再快，也會被其他兩個裝置影響。是以CPU需要一個小弟DMA控制器。
直接記憶體通路(DMA)是一種完全由硬體執行I/O交換的工作方式。在這種方式中，DMA控制器從CPU完全接管對總線的控制，資料交換不經過CPU，而直接在記憶體和I/O裝置之間進行 。DMA方式一般用于高速傳送成組資料。DMA控制器将向記憶體發出位址和控制信号，修改位址，對傳送的字的個數計數，并且以中斷方式向CPU報告傳送操作的結束。
DMA方式的主要優點是速度快。由于CPU根本不參加傳送操作，是以就省去了CPU取指令、取數、送數等操作。在資料傳送過程中，沒有儲存現場、恢複現場之類的工作。記憶體位址修改、傳送字個數的計數等等，也不是由軟體實作，而是用硬體線路直接實作的。是以DMA方式能滿足高速I/O裝置的要求，也有利于CPU效率的發揮。
世界上的人本來就是不平等的，這就好比，你老婆能管你的錢，但是你隻能悶頭掙錢一樣。程式也是如此，有的程式權限很高，可以通路計算機的任何資源，但是有的程式權限就低，隻能通路部分資源。這兩個類型的程式，就可以映射為CPU的使用者态和核心态。友善記憶可以這麼了解，核心态是計算機的核心，可以通路計算機的任何資源，如網卡、硬碟。但是為了安全，CPU不能讓使用者程式肆無忌憚的通路計算機的任何資源，這樣如果使用者程式不穩定可能會造成系統崩潰，是以才有的使用者态。
核心态：cpu可以通路記憶體的所有資料，包括外圍裝置，例如硬碟，網卡，cpu也可以将自己從一個程式切換到另一個程式。
使用者态：隻能受限的通路記憶體，且不允許通路外圍裝置，占用cpu的能力被剝奪，cpu資源可以被其他程式擷取。
是以，在CPU想要讀取硬碟檔案的時候，需要從使用者态切換為核心态，才有權限。讀取完成之後，為了程式安全，需要從核心态切換為使用者态。
在普通的拷貝時，大概流程如下
cpu切換到核心态，先到核心态查詢核心緩沖區，如果核心緩沖區有，則可以直接拷貝到使用者空間中。
如果核心緩沖區沒有，則CPU會讓DMA加載到核心空間中。這裡就會有一次DMA拷貝。
拷貝到核心緩沖區之後，CPU将會從核心緩沖區拷貝走。這是一次CPU拷貝。拷貝完成切換到使用者态。
寫的時候，再次切換到核心态。切換完成之後，寫到socket緩沖區。寫完之後，切換到使用者态。
DMA通過異步的方式将socket緩沖區的資料通過網卡發送到對端。
總結這種普通的IO。總共有4次CPU切換（上圖藍色）分别是讀2次、寫2次。4次檔案拷貝，分别是：
檔案從硬碟到核心空間
核心空間到CPU
CPU到socket緩沖區
socket緩沖區到網卡。
mmap是零拷貝的一種方式通過虛拟記憶體的方式實作。也就是說使用者空間和核心空間使用同一個實體位址。這樣，檔案就不在需要經過使用者空間。可以從核心緩沖區直接複制到socket緩沖區。減少了一次檔案拷貝。
sendfile函數在兩個檔案描述符之間傳遞資料（完全在核心中操作），進而避免了核心緩沖區和使用者緩沖區之間的資料拷貝，效率很高，被稱為零拷貝
系統調用 sendfile() 通過 DMA 把硬碟資料拷貝到核心緩沖區，然後資料被核心直接拷貝到另外一個與 socket 相關的 socket緩沖區。這裡沒有 使用者态和核心态 之間的切換，在核心中直接完成了從一個 緩沖區 到另一個緩沖區的拷貝。
DMA 把資料從核心緩沖區 直接拷貝給協定棧，沒有切換，也不需要資料從使用者态和核心态，因為資料就在 核心裡。
零拷貝并不是沒有拷貝，是指減少拷貝的次數。有兩種方式mmap和sendfile。
mmap 适合小資料量讀寫，sendFile 适合大檔案傳輸。（這個并沒有查到詳細理論依據，如果您有線索，歡迎留言）
mmap 需要 4 次上下文切換，3 次資料拷貝；sendFile 需要 3 次上下文切換，最少 2 次資料拷貝。
sendFile 可以利用 DMA 方式，減少 CPU 拷貝，mmap 則不能（必須從核心拷貝到 Socket 緩沖區）。
如果有誤，歡迎指正。