零拷贝是网络 IO 的一个概念。在了解零拷贝之前，我们先来看一个简单的问题。我们经常会遇到需要将硬盘中的一个文件拷贝到另外的地方去，这是一个非常简单而且常见的场景，使用 JavaIO 很容易就可以实现。我们知道，Java 程序最终也是调用操作系统的 read() 和 write() 方法来实现的。虽然看起来很简单，但是这两步操作却经历了 4 次拷贝和 4 次上下文切换。

如上图所示，第一步，用户程序调用系统的 read() 方法，上下文从用户模式切换到内核模式，系统通过DMA拷贝，将文件内容从磁盘上读取出来，写到内核缓冲区。
第二步，数据从内核缓冲区通过 cpu 拷贝复制到用户缓冲区，然后 read() 方法返回，上下文从内核模式切换到用户模式。
第三步，调用系统的 write() 方法，上下文从用户模式切换到内核模式，同时通过 cpu 拷贝将数据放到套接字关联的缓冲区中。
第四步，系统通过 DMA 拷贝将数据写到协议栈中，write() 方法返回，上下文从内核模式切换到用户模式。

cpu 拷贝：计算机中内存的读写操作需要 cpu 来协调数据总线、地址总线和控制总线共同完成。所以在发生读写操作的时候，cpu 往往需要停下来，协助内存协调总线资源，因此叫做 cpu 拷贝。
DMA 拷贝：Direct Memory Access ，在计算机中，当需要和外设进行数据交换时，cpu 需要进行初始化，再外设和内存之间传输不需要 cpu 参与。
上下文切换：操作系统为了保护系统不被破坏，为操作系统设置了两种状态：用户状态和内核状态。当用户需要访问系统资源时，需要通过系统调用，从用户状态进入到内核状态，调用完成后再由内核状态回到用户状态，两种状态的转换就是所说的上下文切换。

可以看到，一个简单的文件复制，实际也是经历复杂 cpu 和内存操作。为了能够节省系统资源和提高性能，Linux 系统进行了 mmap 优化。

如上图所示，第一步，用户程序调用系统的 read() 方法，上下文从用户模式切换到内核模式，系统通过 DMA 拷贝，将文件内容从磁盘上读取出来，写到内核缓冲区。然后与用户进程共享该缓冲区，而不需要进行 CPU 拷贝，read() 方法返回，上下文从内核模式切换到用户模式。
第二步，调用系统的 write() 方法，上下文从用户模式切换到内核模式，同时将数据放到套接字关联的缓冲区中。
第三步，系统通过 DMA 拷贝将数据写到协议栈中，write() 方法返回，上下文从内核模式切换到用户模式。

通过 mmap 优化，减少了一次 cpu 拷贝，但是还是有 3 次拷贝和 4 次上下文切换。
在 Linux 内核 2.1 版本中又进一步优化，引入了 sendfile 。

如上图所示，第一步，用户程序调用系统的 sendfile 操作，使用 DMA 拷贝将文件内容从磁盘复制到内核缓冲区。
第二步，通过 cpu 拷贝将数据从内核缓冲区复制到套接字关联的缓冲区。
第三步，通过 DMA 拷贝将数据从套接字缓冲区放到协议栈中，然后上下文从内核模式切换到用户模式。

到目前位置，整个过程还是经历了 2 次 DMA 拷贝和 1 次 cpu 拷贝，以及 2 次上下文切换。
到了内核 2.4 版本中，Linux 对套接字缓冲区描述符进行了修改，不再将内核缓冲区中的数据拷贝到套接字缓冲区中，而只是将数据的长度等信息添加到套接字缓冲区中，这些信息大小几乎可以忽略不记，从而又减少了一次 cpu 拷贝，如下图所示。

第一步，用户程序调用系统的 sendfile 操作，使用 DMA 拷贝将文件内容从磁盘复制到内核缓冲区，将数据的长度等信息写到套接字缓冲区。
第二步，通过 DMA 拷贝将数据从套接字缓冲区放到协议栈中，然后上下文从内核模式切换到用户模式。

最终，整个过程只进行了 2 次 DMA 拷贝，没有 cpu 拷贝，这就是我们所说的零拷贝。因此我们看到，零拷贝并不是整个系统没有拷贝的操作，而是整个过程没有消耗 cpu 资源的拷贝操作。