.tar.xz アーカイブ形式は、tar（テープアーカイブ）ユーティリティと xz 圧縮アルゴリズムを組み合わせた圧縮アーカイブファイル形式です。ファイルとディレクトリの効率的な格納と配布のために、Unix 系オペレーティングシステムで一般的に使用されています。この形式は、データの整合性を維持しながら高い圧縮率を提供するため、大規模なデータセット、ソフトウェアパッケージ、システムバックアップのアーカイブに最適な選択肢です。
その中核において、.tar.xz 形式は、tar アーカイブと xz 圧縮という 2 つの主要コンポーネントで構成されています。tar ユーティリティは、複数のファイルとディレクトリを 1 つのファイルにバンドルし、元のファイル構造とメタデータを保持する役割を担っています。各ファイルの内容を連結し、ファイルの権限、所有権、タイムスタンプなどの情報を格納 するヘッダーを追加することで機能します。結果の tar アーカイブは、.tar 拡張子を持つ非圧縮ファイルです。
tar アーカイブが作成されると、xz 圧縮アルゴリズムが適用されてファイルサイズがさらに削減されます。xz 圧縮は、高い圧縮率と効率的な解凍速度で知られる LZMA2（Lempel-Ziv-Markov 連鎖アルゴリズム 2）圧縮アルゴリズムに基づいています。LZMA2 は、辞書圧縮と範囲符号化技術を組み合わせて、gzip や bzip2 などの他のアルゴリズムと比較して優れた圧縮性能を実現します。
xz 圧縮は、入力データを分析して繰り返しのパターンを特定することで機能します。次に、これらのパターンを辞書への参照に置き換えます。辞書は、圧縮の進行に伴って動的に構築されます。辞書は圧縮データと一緒に格納され、後で効率的な解凍が可能になります。LZMA2 はまた、より頻繁に出現するシンボルに短いビットシーケンスを割り当てる範囲符号化ステップを採用し、全体的なファイルサイズをさらに削減します。
.tar.xz 形式の主な利点の 1 つは、大規模ファイルを効率的に処理できることです。xz 圧縮アルゴリズムは、数ギガバイトまたは数テラバイトのサイズのファイルで適切に機能するように設計されています。これは、入力データを通常 1～4 MB ずつという小さなブロックで処理し、それらを独立して圧縮することで実現します。このアプローチにより、一度にメモリに読み込む必要があるブロックのみが読み込まれるため、メモリ管理が向上し、解凍が高速になります。
.tar.xz 形式のもう 1 つの利点は、圧縮レベルと設定の点で柔軟性があることです。xz ユーティリティは、0（圧縮なし）から 9（ 最大圧縮）までのいくつかの事前定義された圧縮レベルを提供します。圧縮レベルが高いほどファイルサイズは小さくなりますが、圧縮中により多くの計算リソースと時間がかかります。ユーザーは、辞書サイズや使用する CPU スレッドの数などのさまざまなパラメータを微調整して、特定のニーズに合わせて圧縮プロセスを最適化することもできます。
.tar.xz 形式には、圧縮データの信頼性を確保するための整合性チェックも含まれています。デフォルトでは、xz は各圧縮ブロックに CRC-64 チェックサムを追加し、格納中または送信中のデータ破損の検出を可能にします。さらに、この形式は、ダウンロードまたは転送されたアーカイブの整合性を検証するために使用できる SHA-256 または SHA-512 チェックサムなどのアーカイブ全体のオプションの整合性チェックをサポートしています。
.tar.xz アーカイブを作成するには、通常、-J または --xz オプションを指定した tar ユーティリティを使用し、次に目的の圧縮レベル（例：最大圧縮の場合は -9）を指定します。たとえば、コマンド `tar -cJf archive.tar.xz directory/` は、指定されたディレクトリの圧縮アーカイブを作成します。.tar.xz アーカイブの内容を抽出するには、コマンド `tar -xJf archive.tar.xz` を使用できます。このコマンドは圧縮形式を自動的に検出し、ファイルを抽出します。
互換性の点では、.tar.xz 形式はさまざまなオペレーティングシステムとソフトウェアツールで広くサポートされています。Linux ディストリビューションと macOS を含むほとんどの最新の Unix 系システムには、.tar.xz アーカイブの作成と抽出のための組み込みサポートがあります。Windows ユーザーは、7-Zip や WinRAR などのサードパーティツールを使用して .tar.xz ファイルを処理できます。libarchive や XZ Utils などの多くの一般的な圧縮ライブラリは、.tar.xz アーカイブをプログラムで処理するための API とコマンドラインユーティリティを提供しています。
.tar.xz 形式は、優れた圧縮率と幅広い互換性により、オープンソースコミュニティで大きな人気を得ています。ソースコード、ソフトウェアパッケージ、システムイメージの配布に一般的に使用されています。Arch Linux や Fedora などの多くの Linux ディストリビューションは、.tar.xz をデフォルトのパッケージ形式として使用しています。この形式は、さまざまなバックアップソリューションやデータアーカイブシナリオでも使用されています。
結論として、.tar.xz アーカイブ形式は、ファイルとディレクトリをバンドルするための tar ユーティリティと、効率的な圧縮のための xz 圧縮アルゴリズムを組み合わせています。高い圧縮率、大規模ファイルの効率的な処理、組み込みの整合性チェックを提供します。この形式はさまざまなプラットフォームで広くサポートされており、Unix 系環境でデータをアーカイブおよび配布するための一般的な選択肢となっています。.tar.xz 形式を理解することは、圧縮アーカイブを定期的に扱うシステム管理者、開発者、ユーザーにとって不可欠です。
ファイル圧縮は冗長性を減らすことで、同じ情報がより少ないビットで済むようにします。どこまで圧縮できるかの上限は情報理論によって定められています。可逆圧縮の場合、その限界はソースのエントロピーです（シャノンの ソース符号化定理 と彼の1948年の独創的な論文 「通信の数学的理論」を参照）。非可逆圧縮の場合、レートと品質のトレードオフは レート歪み理論によって捉えられます。
ほとんどの圧縮プログラムには2つの段階があります。まず、モデルがデータ内の構造を予測または公開します。 次に、コーダーがそれらの予測をほぼ最適なビットパターンに変換します。古典的なモデリング ファミリーはレンペル–ジブです。 LZ77 (1977) とLZ78 (1978)は、繰り返される部分文字列を検出し、生のバイトの代わりに参照を出力します。 コーディング側では、 ハフマン符号化 （元の論文 1952を参照）は、より可能性の高いシンボルに短いコードを割り当てます。 算術符号化 と 範囲符号化 は、エントロピー限界に近づけるためのよりきめ細かい代替手段であり、現代の 非対称数系（ANS） は、高速なテーブル駆動の実装で同様の圧縮を実現します。
DEFLATE（gzip、zlib、ZIPで使用）は、LZ77とハフマン符号化を組み合わせたものです。その仕様は公開されています： DEFLATE RFC 1951、zlibラッパー RFC 1950、およびgzipファイル形式 RFC 1952。Gzipはストリーミング用にフレーム化されており、明示的に ランダムアクセスを提供しようとはしません。PNG画像は、PNG仕様書によれば、DEFLATEを唯一の圧縮方法として標準化しています（最大32 KiBのウィンドウ）。 「圧縮方法0… deflate/inflate… 最大32768バイト」 および W3C/ISO PNG第2版。
Zstandard (zstd): 非常に高速な 解凍で高い圧縮率を実現するために設計された、新しい汎用圧縮プログラムです。この形式は RFC 8878 （ HTMLミラーも参照）および参照仕様書 GitHubで文書化されています。gzipと同様に、基本フレームは ランダムアクセスを目的としていません。zstdのスーパーパワーの1つは辞書です。コーパスからの小さなサンプルで、多数の小さなファイルや類似のファイルで 圧縮を劇的に改善します（ python-zstandard辞書ドキュメント および Nigel Taoの実例を参照）。実装は、「非構造化」と「構造化」の両方の辞書を受け入れます （ディスカッション）。
Brotli: ウェブコンテンツ（例：WOFF2フォント、HTTP）に最適化されています。静的辞書と DEFLATEのようなLZ+エントロピーコアを組み合わせます。仕様は RFC 7932で、2WBITS−16のスライディングウィンドウ（WBITSは[10, 24]、1 KiB−16 Bから 16 MiB−16 Bまで）と、 ランダ ムアクセスを試みないことも記されています。Brotliは、ウェブテキストでgzipをしばしば上回り、高速にデコードします。
ZIPコンテナ: ZIPは、さまざまな圧縮方法 （deflate、store、zstdなど）でエントリを保存できるファイルアーカイブです。事実上の標準はPKWAREのAPPNOTEです（ APPNOTEポータル、 ホストされているコピー、およびLCの概要 ZIPファイル形式（PKWARE） / ZIP 6.3.3を参照）。
LZ4は、控えめな圧縮率で生の速度を目標としています。その プロジェクトページ （「非常に高速な圧縮」）と フレーム形式を参照してください。メモリ内キャッシュ、テレメトリ、または解凍がRAM速度に近い必要があるホットパスに最適です。
XZ / LZMAは、比較的遅い圧縮で密度（優れた圧縮率）を追求します。XZはコンテナです。 重労働は通常、LZMA/LZMA2（LZ77のようなモデリング+範囲符号化）によって行われます。 .xzファイル 形式、 LZMA仕様（Pavlov）、およびLinuxカーネルのメモ XZ Embeddedについてを参照してください。XZは通常、gzipを上回り、高圧縮率の最新コーデックとしばしば競合しますが、エンコード時間は遅くなります。
bzip2は、 Burrows–Wheeler変換（BWT）、move-to-front、RLE、およびハフマン符号化を適用します。通常、gzipよりも小さいですが遅いです。 公式マニュアル およびmanページ （Linux）を参照してください。
「ウィンドウサイズ」は重要です。DEFLATE参照は32 KiBしか遡れません （RFC 1951 およびPNGの32 KiBキャップ ここに記載）。Brotliのウィンドウは、約1 KiBから16 MiBの範囲です （RFC 7932）。Zstdは、レベルごとにウィンドウと検索深度を調整します （RFC 8878）。基 本的なgzip/zstd/brotliストリームは、シーケンシャルデコード用に設計されています。基本形式は ランダムアクセスを約束しませんが、コンテナ（例：tarインデックス、チャンク化されたフレーミング、または形式固有のインデックス）でそれを階層化できます。
上記の形式は可逆です。正確なバイトを再構築できます。メディアコーデックはしばしば非可逆です。 より低いビットレートを達成するために、知覚できない詳細を破棄します。画像では、古典的なJPEG（DCT、量子化、エントロピー 符号化）は ITU-T T.81 / ISO/IEC 10918-1で標準化されています。音声では、MP3（MPEG-1 Layer III）とAAC（MPEG-2/4）は、知覚モデルとMDCT変換に依存しています（ ISO/IEC 11172-3、 ISO/IEC 13818-7、およびMDCTの概要 こちらを参照）。非可逆と可逆は共存できます（例：UIアセット用のPNG、画像/動画/音声用のWebコーデック）。
理論： シャノン 1948 · レート歪み · 符号化： ハフマン 1952 · 算術符号化 · 範囲符号化 · ANS. フォーマット： DEFLATE · zlib · gzip · Zstandard · Brotli · LZ4フレーム · XZ形式. BWTスタック： Burrows–Wheeler (1994) · bzip2マニュアル. メディア： JPEG T.81 · MP3 ISO/IEC 11172-3 · AAC ISO/IEC 13818-7 · MDCT.
結論：データと制約に合った圧縮プログラムを選択し、実際の入力で測定し、 辞書とスマートフレーミングによる利点を忘れないでください。適切な組み合わせで、 より小さなファイル、より速い転送、より軽快なアプリを手に入れることができます—正確さや移植性を犠牲にすることなく。
ファイルの圧縮は、ファイルやファイルのサイズを減らすプロセスで、通常はストレージスペースを節約したり、ネットワークを介した伝送を高速化するために使用されます。
ファイルの圧縮は、データの冗長性を識別して削除することで機能します。それはアルゴリズムを使用して、元のデータをより小さいスペースでエンコードします。
ファイルの圧縮の主要な2つのタイプはロスレス圧縮とロッシー圧縮です。ロスレス圧縮では、元のファイルを完全に復元することができますが、ロッシー圧縮ではデータ品質の若干の損失を伴うより大きなサイズの削減が可能になります。
ファイルの圧縮ツールの人気の例はWinZipで、ZIPとRARを含む複数の圧縮形式をサポートしています。
ロスレス圧縮では品質は変わりません。しかし、ロッシー圧縮では、それほど重要ではないデータを削除してファイルサイズをより大幅に削減するため、品質の低下が目立つことがあります。
はい、データの整合性の面では、特にロスレス圧縮ではファイルの圧縮は安全です。しかし、他のファイルと同様に、圧縮ファイルはマルウェアやウイルスの標的になる可能性があるため、常に信頼することができるセキュリティソフトウェアを用意しておくことが重要です。
ほぼすべてのタイプのファイルが圧縮可能であり、テキストファイル、画像、音声、動画、ソフトウェアファイルなどがあります。ただし 、圧縮可能なレベルは、ファイルタイプによって大幅に異なることがあります。
ZIPファイルは、1つ以上のファイルのサイズを減らすためにロスレス圧縮を使用するファイル形式の一種です。ZIPファイルの中の複数のファイルは、実質的に1つのファイルにまとめられるため、共有も簡単になります。
技術的にははい、ですが、さらなるサイズ縮小は最小限で、あるいは逆効果となる可能性があります。既に圧縮されたファイルを圧縮すると、圧縮アルゴリズムによって追加されたメタデータにより、そのサイズが増えることがあります。
ファイルを解凍するには、通常、解凍ツールやアンジッパーといったツール、例えばWinZipや7-Zipが必要です。これらのツールは、圧縮形式から元のファイルを抽出することができます。