我們平時通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件時會用到的兩個系統(tǒng)調(diào)用：
read(file, tmp_buf, len);
write(socket, tmp_buf, len);

調(diào)用過程示意圖如下：

在用戶空間調(diào)用 read() 讀取文件時發(fā)生兩次內(nèi)存拷貝：

1. DMA引擎將文件讀取到內(nèi)核的文件緩沖區(qū)
2. 調(diào)用返回用戶空間時將內(nèi)核的文件緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)復(fù)制到用戶空間的緩沖區(qū)

接著調(diào)用 write() 把數(shù)據(jù)寫入 socket 時，又發(fā)生了兩次內(nèi)存拷貝：

1. 將用戶空間的緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)復(fù)制到內(nèi)核的 socket 緩沖區(qū)
2. 將內(nèi)核 socket 緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)復(fù)制到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議引擎

也就是說，在整個文件發(fā)送的過程中，發(fā)生了四次內(nèi)存拷貝。
然后，數(shù)據(jù)讀取到用戶空間后并沒有做過任何加工處理，因此通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件時，根本沒有必要把文件內(nèi)容復(fù)制到用戶空間。

于是引入了 mmap()：
tmp_buf = mmap(file, len);
write(socket, tmp_buf, len);

調(diào)用過程示意圖：

1. 調(diào)用 mmap() 時會將文件直接讀取到內(nèi)核緩沖區(qū)，并把內(nèi)核緩沖區(qū)直接共享到用戶空間
2. 調(diào)用 write() 時，直接將內(nèi)核緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)復(fù)制到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議引擎

這樣一來，就少了用戶空間和內(nèi)核空間之間的內(nèi)存復(fù)制了。
這種方式會有個問題，當(dāng)前進(jìn)程在調(diào)用 write() 時，另一個進(jìn)程把文件清空了，程序就會報出 SIGBUS 類型錯誤。

Linux Kernel 2.1 引進(jìn)了 sendfile()，只需要一個系統(tǒng)調(diào)用來實現(xiàn)文件發(fā)送。
sendfile(socket, file, len);

調(diào)用過程示意圖：

1. 調(diào)用 sendfile() 時會直接在內(nèi)核空間把文件讀取到內(nèi)核的文件緩沖區(qū)
2. 將內(nèi)核的文件緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)復(fù)制到內(nèi)核的 socket 緩沖區(qū)中
3. 將內(nèi)核的 socket 緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)復(fù)制到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議引擎

從性能上看，這種方式只是少了一個系統(tǒng)調(diào)用而已，還是做了3次拷貝操作。

Linux Kernel 2.4 改進(jìn)了 sendfile()，調(diào)用接口沒有變化：
sendfile(socket, file, len);

調(diào)用過程示意圖：

1. 調(diào)用 sendfile() 時會直接在內(nèi)核空間把文件讀取到內(nèi)核的文件緩沖區(qū)
2. 內(nèi)核的 socket 緩沖區(qū)中保存的是當(dāng)前要發(fā)送的數(shù)據(jù)在內(nèi)核的文件緩沖區(qū)中的位置和偏移量
3. DMA gather copy 將內(nèi)核的文件緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)復(fù)制到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議引擎

這樣就只剩下2次拷貝啦。

在許多 http server 中，都引入了 sendfile 的機(jī)制，如 nginx、lighttpd 等，它們正是利用 sendfile() 這個特性來實現(xiàn)高性能的文件發(fā)送的。