大家好，我是树哥。相信大家在学习Kafka的时候，一定会问：为什么Kafka这么快？很多朋友会回答是因为零拷贝技术。而说到Zero-copy，就会谈到DMA技术。但DMA技术到底是什么？它的诞生背景是什么？它解决了什么问题？估计很多人不知道。今天就带大家来一盘DMA技术吧！什么是DMA？DMA，全称是DirectMemoryAccess，即直接内存访问。DMA将复制的数据从一个地址空间传输到另一个地址空间，提供外围设备与内存之间或内存与内存之间的高速数据传输。从DMA的定义我们可以知道，它主要是用来传输数据的，就是在外设和内存之间或者内存和内存之间传输数据。那么为什么要用DMA传输数据呢？原因是：之前传输数据需要CPU参与，传输大量数据时会消耗CPU资源。因此，为了提高CPU利用率，出现了DMA技术，即直接在内存和磁盘之间传输数据。在DMA技术出现之前，Linux是通过I/O中断来传输数据的。流程如下图所示：IO中断方式数据传输流程用户进程向CPU发起read系统调用读取数据，并从用户态切换到内核态，之后一直阻塞等待返回数据的。CPU收到指令后，向磁盘发起I/O请求，先将磁盘数据放入磁盘控制器缓冲区。数据准备完成后，磁盘向CPU发起I/O中断。CPU接收到I/O中断后，将磁盘缓冲区中的数据复制到内核缓冲区中，再将内核缓冲区中的数据复制到用户缓冲区中。用户进程从内核态切换回用户态，解除阻塞状态，然后等待CPU的下一个执行时间时钟。从上面的过程可以看出，CPU需要参与“将磁盘缓冲区复制到内核缓冲区”和“将内核缓冲区复制到用户缓冲区”这两个过程，极大地消耗了CPU资源。但是有了DMA技术，流程就变成了这样：DMA数据传输过程，用户进程向CPU发起read系统调用读取数据，从用户态切换到内核态，然后阻塞等待数据返回。CPU收到命令后，向DMA磁盘控制器发起调度命令。DMA磁盘控制器向磁盘发起I/O请求，先将磁盘数据放入磁盘控制器缓冲区，CPU全程不参与此过程。数据读取完成后，DMA磁盘控制器会收到磁盘的通知，将数据从磁盘控制器缓冲区复制到内核缓冲区。DMA磁盘控制器向CPU发送数据已经读取的信号，CPU负责将数据从内核缓冲区复制到用户缓冲区。用户进程从内核态切换回用户态，解除阻塞状态，然后等待CPU的下一个执行时间时钟。仔细对比加入DMA技术后的数据传输过程，我们可以发现，DMA技术优化了数据从磁盘缓冲区复制到内核缓冲区的过程，减少了CPU在这个过程中的参与。实现原理我们知道数据传输本质上还是需要CPU来处理，那么DMA技术如何在没有CPU参与的情况下实现数据传输呢？虽然没有仔细看过DMA的实现原理，但我可以大胆预测一下：其实DMA技术对CPU还是有用的，只是没有占用服务器的CPU。相反，它配备了一个用于数据处理的计算单元。传播。这有点像CPU既可以做一般计算，也可以做图形计算，但是因为图形渲染太复杂了，所以专门搞了个GPU来做图形渲染。DMA本质上是一种硬件技术，它的实际外观是主板上的一块芯片，即DMAC（DMAControllerDMAController）和I/O设备上的DMAC芯片。通过在每个I/O设备上加一个DMAC芯片，以网卡为例，用户发送数据。数据映射到内核后，CPU只需要告诉DMAC芯片“我”要发xxx数据，打算发到哪里去，帮我做，CPU就可以去继续了做其他事情。DMA最有价值的地方就是当要传输的数据特别大，要求速度特别快的时候，可以有效的减少CPU的阻塞时间。目前，包括磁盘控制器、网卡、显卡和声卡在内的大多数硬件设备都支持DMA技术。通过DMA和虚拟内存技术，我们达到了ZeroCopy的目的。在IO设备和用户程序空间之间的数据传输过程中，减少了数据副本的数量，减少了系统调用，CPU参与为零，完全消除了该区域的CPU负载。.总结所谓DMA（DirectMemoryAccess）其实是一种硬件技术，其主要目的是在大数据传输时减少CPU的消耗，从而提高CPU的利用效率。它本质上是主板和IO设备上的DMAC芯片。通过调度DMAC，CPU可以不参与从磁盘缓冲区到内核缓冲区的数据传输消耗，从而提高效率。参考资料前面的部分没问题！【STM32】DMA的原理，步骤超级详细详细，一篇看懂DMA_Z小轩的博客-CSDN博客_dmastm32VIP！好的！“零拷贝”的硬件基石——DMA到底是什么，它是如何工作的？-墨天轮画的不错！贵宾！什么是DMA技术及其用途？看完肯定有收获-关于DMA（Directmemoryaccess）的简单书籍比较通俗易懂-腾讯云开发者社区-腾讯云
