磁盘可以说是计算机系统中最慢的硬件之一，读写速度跟内存完全不在一个量级上，所以针对优化磁盘的技术非常的多，比如零拷贝、直接 I/O、异步 I/O 等等，这些优化的目的就是为了提高系统的吞吐量，另外操作系统内核中的磁盘高速缓存区，可以有效的减少磁盘的访问次数。
本文是介绍这些技术的开端，讲一讲什么是 DMA 技术。
为什么要有 DMA 技术？
在没有 DMA 技术之前，用户进程调用 read() 函数，I/O
的过程是这样的：
- CPU 发出对应的指令给到磁盘控制器，然后返回；
- 磁盘控制器收到指令后，开始准备数据；磁盘控制器会把数据放入到磁盘控制器的内部缓冲区中，然后产生一个中断；
- CPU 接收到中断信号之后，停下手头的工作，接着会把磁盘控制器缓冲区的数据一个字节一个字节地读到自己的寄存器中，然后再把寄存器中的数据写到内存，在这个过程中 CPU 是无法执行其他任务的。
整个数据的传输过程中，CPU 都需要参与，这个过程，CPU 是不能执行其他任务的。简单的搬运少量数据问题不大，但是如果说使用千兆网卡或者硬盘传输大量数据的时候，都是用 CPU 来搬运来话，肯定是无法忍受的。
于是乎就出现了 DMA 技术，即直接内存访问(Direct Memory Access)。
什么是 DMA 技术
维基百科中是这么说的：Direct memory access (DMA) is a feature of computer systems that allows certain hardware subsystems to access main system memory independently of the central processing unit (CPU).
简单来说就是在进行 I/O 设备和内存的数据传输的时候，数据搬运的工作全部交给 DMA 控制器，CPU 不再参与任何与数据搬运相关的工作，这样 CPU 就可以在这个过程中执行其他的任务。
「DMA 控制器参与的数据传输过程」
- 用户进程调用
read()方法，向 OS 发出 I/O 请求，请求读取数据到进程的内存缓冲区中，进程此时进入阻塞等待； - OS 接收到请求后，进一步将 I/O 请求发送给 DMA，然后 CPU 继续执行其他的任务；
- DMA 进一步将 I/O 请求发送给磁盘；
- 磁盘收到 DMA 的 I/O 请求，把数据从磁盘读取到磁盘控制器的缓冲区中，当磁盘控制器的缓冲区被读满之后，会向 DMA 发起中断信号，通知 DMA 控制器自己的缓冲区已满；
- DMA 接收到磁盘的信号，将磁盘控制器缓冲区中的数据拷贝到内核缓冲区中，这个过程不占用 CPU；
- 当 DMA 读取了足够多的数据，就会发送中断给到 CPU；
- CPU 接收到 DMA
的信号，知道数据已经准备好了，于是将数据从内核拷贝到用户空间，
read()系统调用返回。
上述的整个过程，CPU 不再参与「将数据从磁盘控制器缓冲区搬运到内核缓冲区」的工作，这部分工作全程有 DMA 来完成。但是 CPU 在整个过程中还是起到了至关重要的作用，传输什么数据、搬运路径等信息，都需要 CPU 告知 DMA 控制器。