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WHL フォーマットとは何ですか?
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XAR（eXtensible ARchive）は、macOS上でソフトウェアをバンドルして配布するためにApple Inc.によって開発されたファイル形式です。.pkgや.dmgなどの古い形式の置き換えとして機能し、セキュリティの向上、ファイルサイズの縮小、パフォーマンスの向上などの利点を提供します。XARファイルは.xarファイル拡張子を使用し、macOSに含まれるコマンドラインユーティリティのxarを使用して作成および抽出できます。
XAR形式はXML（eXtensible Markup Language）標準に基づいています。XARアーカイブは、アーカイブの内容を記述するXML形式の目次（TOC）、アーカイブに格納されている実際のファイルとディレクトリ、セキュリティのためのデジタル署名の3つの主要コンポーネントで構成されています。TOCはインデックスとして機能し、アーカイブ内の各ファイルのパス、サイズ、その他のメタデータを指定します。このXMLベースの構造により、Appleまたはサードパーティが新しい機能をサポートするためのカスタムタグを追加できるため、拡張性があります。
XAR形式の重要な側面の1つは、圧縮を使用することです。デフォルトでは、XARはzlib圧縮を使用してアーカイブされたファイルのサイズを縮小します。TOC自体も圧縮されます。これにより、ファイルを非圧縮で格納する.pkgなどの古い形式と比較して、アーカイブサイズが小さくなります。ただし、XARは必要に応じてファイルを非圧縮で格納することもサポートしています。各ファイルに適用される圧縮は、TOCで個別に指定できます。
XARアーカイブの完全性と真正性を確保するために、この形式にはデジタル署名が組み込まれていま す。各XARファイルには、TOC全体をカバーする1つ以上の署名が含まれています。これらの署名は、通常RSAまたはDSAアルゴリズムを使用して公開鍵暗号化を使用して作成されます。署名により、受信者はアーカイブが改ざんされていないことと、信頼できるソースから送信されたことを確認できます。Appleは、Mac App Storeでソフトウェアアップデートとアプリケーションを配布するためにXAR署名を使用しています。
XARアーカイブが開かれると、最初にTOCが解凍されて解析されます。TOCは、Unixシステムで使用される「tar」形式と同様に、ディレクトリ構造とファイルメタデータを提供します。実際のファイルデータは、アーカイブ内のTOCの後に格納されます。各ファイルのデータは、TOCの対応するエントリで示されているように、圧縮または非圧縮できます。ファイルを抽出するには、TOCのオフセットとサイズ情報を使用してそのデータを見つけます。
XAR形式は、基本的なアーカイブを超えたいくつかの高度な機能をサポートしています。そのような機能の1つは、単一のアーカイブに複数のTOCを含める機能です。これにより、変更されたファイルのみを更新アーカイブに含める必要がある増分更新を作成できます。複数のTOCは、ソフトウェアの異なるバージョンにおけるアーカイブの状態を記述できます。スマート更新メカニズムは、この情報を使用して増分パッチを効率的に適用できます。
さらに、XARアーカイブは、アーカイブされたファイルに関連付けられた拡張属性とアクセス制御リスト（ACL）を格納できます。拡張属性は、アプリ固有のメタデータを格納できるキーと値のペアです。ACLは、ファイル へのアクセスに対する詳細な権限を定義します。XARはアーカイブ内のこの情報を保持することにより、抽出時に元のファイル属性がターゲットシステムで復元されることを保証します。
XAR形式には、コード署名のための条項も含まれています。TOCをカバーするアーカイブレベルの署名に加えて、アーカイブ内の個々のファイルには独自の署名を持たせることができます。これは、独立して検証する必要があるソフトウェアコンポーネントを配布する場合に役立ちます。たとえば、プラグインアーキテクチャはコード署名を使用して、信頼できるプラグインのみがアプリケーションによってロードされるようにすることができます。
XARのもう1つの機能は、ハードリンクを格納できることです。ハードリンクを使用すると、複数のディレクトリエントリがディスク上の同じファイルデータを参照できます。XAR TOCでは、ハードリンクは元のファイルエントリを指す特別なXML要素を使用して表されます。アーカイブが抽出されると、ハードリンクが再作成され、ディスクスペースが節約され、元のディレクトリ構造が維持されます。
XARアーカイブをプログラムで操作するには、開発者はxarコマンドラインツールまたはlibxarなどのライブラリを使用できます。xarツールは、XARアーカイブの作成、抽出、操作のためのコマンドを提供します。圧縮、署名、検証のためのさまざまなオプションをサポートしています。LibxarはXAR形式を実装し、XARアーカイブの読み取りと書き込みのためのAPIを提供するCライブラリです。開発者は、XARサポートを独自のアプリケーションに統合できます。
要約すると、XAR形式はmacOS 上でソフトウェアをパッケージ化して配布するための、モダンで拡張可能なアプローチを提供します。目次用のXML、ファイルサイズの縮小用の圧縮、セキュリティ用のデジタル署名、増分更新やコード署名などの高度な機能のサポートにより、開発者やシステム管理者にとって強力なツールとなっています。Appleが引き続きこの形式を改善して促進するにつれて、XARはmacOS上でソフトウェアを配布するための標準になる可能性があります。
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。
2つの柱：モデリングとコーディング
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。
一般的なフォーマットが実際に何をしているか
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）。
速度と圧縮率：フォーマットの位置づけ
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、ブロック、ランダムアクセス
「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。
可逆対非可逆
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）。
実践的なヒント
- 仕事に合わせて選ぶ。 ウェブテキストとフォント： brotli。一般的なファイルとバックアップ： zstd （優れた解凍速度と、時間と圧縮率を交換するレベル）。超高速パイプとテレメトリ： lz4。エンコード時間が問題にならない長期アーカイブの最大密度： xz/LZMA。
- 小さなファイル？ zstd （ドキュメント） / （例）で辞書をトレーニングして配布します。何十もの小さな類似オブジェクトを劇的に縮小できます。
- 相互運用性。 複数のファイルを交換する場合は、コンテナ（ZIP、tar）と 圧縮プログラムを優先します。ZIPのAPPNOTEは、メソッドIDと機能を定義しています。 PKWARE APPNOTE およびLCの概要 こちらを参照してください。
- データで測定する。 圧縮率と速度はコーパスによって異なります。多くのリポジトリがベンチマークを公開しています（例： LZ4のREADMEはSilesiaコーパスを こちらで引用しています）が、常にローカルで検証してください。
主要な参考文献（詳細）
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。
よくある質問
ファイルの圧縮とは何ですか？
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。
ファイルの圧縮はどのように機能しますか？
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。
ファイルの圧縮の種類は何ですか？
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例は何ですか？
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。
ファイルの圧縮はファイルの品質に影響しますか？
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。
ファイルの圧縮は安全ですか？
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。
どの種類のファイルを圧縮できますか？
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ファイルとは何を意味しますか？
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。
すでに圧縮されたファイルを圧縮することはできますか？
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どうすればいいですか？
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。