我们知道，linux系统在读取数据的时候，并不是直接从磁盘或者网卡读取到用户进程中的，其中会经历过从设备到内核缓冲区，再由内核缓冲区到用户缓冲区的过程，这个过程最早是由CPU进行的，后来设计了DMA设备在这个过程中解放了CPU，但是仍然不能完全避免CPU的操作
低效的IO系统
在不存在DMA设备的时候，读取磁盘的过程大致如下所示：
可以看到，一次IO的过程涉及到四次内核态与用户态的切换，以及四次拷贝的过程，两次拷贝分别是指：
CPU将数据从磁盘拷贝到内核缓冲区
CPU将数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区
CPU将数据从用户缓冲区拷贝到内核缓冲区
CPU将数据从内核缓冲区写入到网卡
可以看到，CPU在这个过程中扮演了将数据搬运到指定区域的角色，这意味着在进行IO的这段时间里，CPU无法空闲，需要执行数据拷贝的操作，在一次完整的IO中，竟然需要拷贝四次数据，切换四次状态，这样的操作太多了，会严重影响IO的效率，同时CPU被占用又会严重影响系统的效率。
DMA技术解放CPU
后来研发了一种新的技术叫做直接内存访问(DMA)，旨在解放文件传输过程中的CPU，减少CPU的占用。
DMA技术本质上是在设备上面增加一个独立的芯片，这个芯片能够承担数据传输的作用，这样当用户进程发起文件读取的需求时，不再由CPU进行数据拷贝，而是CPU告知DMA控制器(DMAC)需要传输的数据的起点和长度，此时CPU可以区执行其它的工作，再由DMA芯片将数据传输到内核缓冲区，数据传输完成后，DMA控制器会发起一个中断信号，告知CPU数据传输完成，CPU再回来继续执行这部分内容。
然而DMA技术也有它的问题，它是用于设备间的数据交互的加速，换句话说，对于用户态与内核态之间的数据传输，仍然需要CPU来完成
当我们使用DMA技术的时候，一个简单的读取磁盘中的文件并通过网络发送的流程如下图所示，我们可以看到，即使在这样一个过程下，我们也只是节省了两次CPU进行数据拷贝的时间。
这个过程并不简洁，它包含了两次系统调用以及两次CPU执行的数据拷贝，这个过程中，我们为了将磁盘的数据发送到网络上，将一份数据拷贝了四次。
显然，如果我们希望降低IO时性能的损耗，就应该从降低系统调用次数以及CPU数据拷贝次数的角度来进行。
更高效的文件传输方式
为了优化系统IO的能力，linux在高版本内核中提供了两个关键命令：mmap和sendfile。
mmap：它取代了read命令的作用，将内核缓冲区的数据直接映射到了用户内存中，减少了一次CPU将数据从内核缓冲区转运到用户缓冲区的过程。sendfile：sendfile比起上一个命令要更进一步，它允许用户直接传入起始的文件描述符和目的文件描述符，直接在两个文件之间进行搬运，将read和write的作用集中到了一个命令上面。
mmap
我们能够意识到，read命令有一步把内核缓冲区的数据拷贝到用户缓冲区，这一步是由CPU来完成的，但这一步不是必须的，我们完全可以节省这一步操作，mmap命令的作用就在于此，一个简单的mmap调用流程如下所示：
用户进程调用
mmap命令之后，DMA将磁盘数据拷贝到内核缓冲区，linux将内核缓冲区映射到了用户内存，使得用户进程可以直接操作内核缓冲区的内存。用户进程调用
write命令，CPU将数据从内核缓冲区拷贝到socket缓冲区DMA将数据从socket缓冲区写入到网卡
我们可以看到，在这个过程中，我们仍然执行了两次系统调用，但是减少了一次将数据拷贝到用户缓冲区的操作，这仍然是有优化的空间的。
sendfile
linux内核在2.1版本中提供了一个专门用于发送文件的系统命令，sendfile，它可以直接将某个文件在从源文件描述符写入目的文件描述符，这意味着又减少了一次系统调用的成本。
一个简单的sendfile命令的过程如下所示：
当然，这并不是没有更进一步优化的可能，如果网卡能够支持SG-DMA技术，那么可以通过SG-DMA直接从内核缓冲区拷贝到网卡中。
所谓零拷贝
以上就是所谓的零拷贝技术,因为我们没有在内存层面去拷贝数据，也就是说全程没有通过 CPU 来搬运数据，所有的数据都是通过 DMA 来进行传输的。
事实上，我们常说的零拷贝，就止步于mmap这个层级，通过减少一次CPU的数据拷贝，能够大幅提升IO的效率，也就是说，在没有更高级的硬件的基础上，从内核缓冲区到网卡的CPU拷贝是无法避免的。