再提一句，为什么读取磁盘文件时，一定要做上下文切换呢？这是因为，读取磁盘或者操作网卡都由操作系统内核完成。内核负责管理系统上的所有进程，它的权限最高，工作环境与用户进程完全不同。只要我们的代码执行 read 或者 write 这样的系统调用，一定会发生 2 次上下文切换：首先从用户态切换到内核态，当内核执行完任务后，再切换回用户态交由进程代码执行。因此，如果想减少上下文切换次数，就一定要减少系统调用的次数。解决方案就是把 read、write 两次系统调用合并成一次，在内核中完成磁盘与网卡的数据交换。
其次，我们应该考虑如何减少内存拷贝次数。每周期中的 4 次内存拷贝，其中与物理设备相关的 2 次拷贝是必不可少的，包括：把磁盘内容拷贝到内存，以及把内存拷贝到网卡。但另外 2 次与用户缓冲区相关的拷贝动作都不是必需的，因为在把磁盘文件发到网络的场景中，用户缓冲区没有必须存在的理由。如果内核在读取文件后，直接把 PageCache 中的内容拷贝到 Socket 缓冲区，待到网卡发送完毕后，再通知进程，这样就只有 2 次上下文切换，和 3 次内存拷贝。
如果网卡支持 SG-DMA（The Scatter-Gather Direct Memory Access）技术，还可以再去除 Socket 缓冲区的拷贝，这样一共只有 2 次内存拷贝。在DMA传输数据的过程中，要求源物理地址和目标物理地址必须是连续的。可是连续的存储器地址在物理上不一定是连续的，所以DMA传输要分成多次完成。如果在传输完一块物理上连续的数据后引起一次中断，然后再由主机进行下一块物理上连续的数据传输。Scatter-gather DMA方式则不同，它使用一个链表描述物理上不连续的存储空间，然后把链表首地址告诉DMA master。DMA master在传输完一块物理连续的数据后，不用发起中断，而是根据链表来传输下一块物理上连续的数据，直到传输完毕后再发起一次中断。 
实际上，这就是零拷贝技术。它是操作系统提供的新函数，同时接收文件描述符和 TCP socket 作为输入参数，这样执行时就可以完全在内核态完成内存拷贝，既减少了内存拷贝次数，也降低了上下文切换次数。而且，零拷贝取消了用户缓冲区后，不只降低了用户内存的消耗，还通过最大化利用 socket 缓冲区中的内存，间接地再一次减少了系统调用的次数，从而带来了大幅减少上下文切换次数的机会
你可以回忆下，没用零拷贝时，为了传输 320MB 的文件，在用户缓冲区分配了 32KB 的内存，把文件分成 1 万份传送，然而，这 32KB 是怎么来的？为什么不是 32MB 或者 32 字节呢？这是因为，在没有零拷贝的情况下，我们希望内存的利用率最高。如果用户缓冲区过大，它就无法一次性把消息全拷贝给 socket 缓冲区（这里是socket的大小有所限制）；如果用户缓冲区过小，则会导致过多的 read/write 系统调用。
那用户缓冲区为什么不与 socket 缓冲区大小一致呢？这是因为，socket 缓冲区的可用空间是动态变化的，它既用于 TCP 滑动窗口，也用于应用缓冲区，还受到整个系统内存的影响。尤其在长肥网络中，它的变化范围特别大。
零拷贝使我们不必关心 socket 缓冲区的大小。比如，调用零拷贝发送方法时，尽可以把发送字节数设为文件的所有未发送字节数，例如 320MB，也许此时 socket 缓冲区大小为 1.4MB，那么一次性就会发送 1.4MB 到客户端，而不是只有 32KB。这意味着对于 1.4MB 的 1 次零拷贝，仅带来 2 次上下文切换，而不使用零拷贝且用户缓冲区为 32KB 时，经历了 176 次（4 * 1.4MB/32KB）上下文切换。
综合上述，对文章开头提到的 320MB 文件的传输，当 socket 缓冲区在 1.4MB 左右时，只需要 4 百多次上下文切换，以及 4 百多次内存拷贝，拷贝的数据量也仅有 640MB，这样，不只请求时延会降低，处理每个请求消耗的 CPU 资源也会更少，从而支持更多的并发请求。
