PageCache与ZeroCopy
PageCache即页面缓存，它是操作系统实现的一种主要的磁盘缓存，它的目的就是减少对磁盘IO的操作。
具体来说，就是把磁盘中的数据缓存到内存里，然后把对磁盘的访问变成对内存的访问。
目前很多一些主流的框架或者架构设计，为了弥补性能上的差异，基本上都是用“磁盘”做缓存的，也就是说可以把所有内存当做磁盘用。
相信很多做过高并发项目的一些小伙伴们都会知道，我们一开始最早期可能会读关系型数据库，关系型数据库一旦压力大了，大家可能就会想到的策略是分库分表，分库分表也可能不满足我们的需求，就有可能会用一些非关系型数据库，或者remote cache，比如redis这种，那么像一些入口级别流量非常非常高的话，可能你的redis都扛不住，这个时候我们就可能借助于内存。
比如在我们的磁盘中有一个1.txt，我们想把它读到应用程序里，那对于OS级别做了哪些事情呢？
当一个进程准备去读取磁盘上内容的时候，操作系统首先不会去准备读磁盘文件，而是先检查在PageCache中是否存在，如果存在那就说明是命中了，直接把数据返回，这样就减少对物理盘的IO操作。如果缓存页不存在，那么这时候才会发起一次IO请求，然后把读取到的数据先加入缓存页，最后再返回给进程，这个也可以理解为就是一个空间换时间。
读数据是这样做的，那么如果是写呢？
如果有一个文件，我想写入磁盘中，那同样操作系统也会检查这个数据是否存在缓存页中，如果不存在它就会在缓存页中添加相应的页，然后把数据写到页里面，然后修改过的页也就变成脏页了，操作系统会在合适的时机把脏页中的数据刷到磁盘里，以保证数据的一致性。
上述就是一个最简单的文件读写的过程。
那如果我们想把磁盘中的文件读到内存里，然后读到应用程序里，再写入到另外一个应用程序，那这个过程它会经过哪些过程呢？
我们来看一下这幅图：
我们废话不多说，看下面这幅图：
首先，我们看最右侧，操作系统会先把物理磁盘中的内容先写到内核读取的缓冲区，这是操作系统级别的，属于内核空间上下文。
左边这一块就是用户缓冲区，属于应用程序的上下文。
然后用户缓冲区会读取操作系统级别的内核缓冲区中的数据，这个时候应用程序里就有数据了。那如果再想把它写入到另外一个应用程序，就需要再从应用缓冲区把数据写入到内核缓冲区，然后再把数据转入到Socket缓冲区，然后到达实际的物理网口，最后通过网络传给另一个消费者。
这个就是我们一个正常的文件读取然后写入到另外一端的过程，它会经历好几次的Copy，第一次Copy到内核中，第二次Copy是到用户缓冲区，然后又从用户缓冲区Copy到操作系统内核缓存，最后再拷贝到Socket的缓冲区，再写入到网卡，一共经历了四次的Copy，这是我们一个传统文件的读写。
而Kafka采用的是零拷贝，节省了很多次Copy，我们来看看Kafka对一个文件是怎么做的呢？
因为我们Kafka都是采用Pull的机制，消费者在读取数据的时候，肯定是需要将服务端的磁盘文件中数据读取出来，通常情况下，我们Kafka会有多个订阅者，生产者发布的消息会被不同的消费者多次消费，为了优化这个流程，Kafka内部就是采用了ZeroCopy，Kafka大量使用了缓存页和ZeroCopy这也是它高性能非常非常至关重要的原因。
虽然消息都是被写到缓存页的，然后由操作系统负责具体的刷盘策略和刷盘任务。
我们看下图：
这个图就是描述了一个经典的ZeroCopy技术了，它跟应用程序是完全没有关联的，我们右边应用程序完全不做任何Copy，磁盘文件只在用户内核的空间上下文做一次Copy，然后直接写到网卡，也就是说我们ZeroCopy只是把磁盘文件复制到了页面缓存，然后把数据从页面缓存直接发送到网卡中，也就是说发送给不同的订阅者的时候，都可以使用同一个页面缓存，而避免了重复复制的操作。