Format archiwum .tar.xz to skompresowany format archiwum, który łączy narzędzie tar (Tape Archive) z algorytmem kompresji xz. Jest powszechnie używany w systemach operacyjnych typu Unix do wydajnego przechowywania i dystrybucji plików i katalogów. Format zapewnia wysokie współczynniki kompresji przy zachowaniu integralności danych, co czyni go idealnym wyborem do archiwizowania dużych zestawów danych, pakietów oprogramowania i kopii zapasowych systemu.
W swojej istocie format .tar.xz składa się z dwóch głównych komponentów: archiwum tar i kompresji xz. Narzędzie tar odpowiada za pakowanie wielu plików i katalogów do jednego pliku, zachowując oryginalną strukturę plików i metadane. Działa poprzez łączenie zawartości każdego pliku i dodawanie nagłówka, który zawiera informacje takie jak uprawnienia do pliku, własność i znaczniki czasu. Powstałe archiwum tar jest nieskompresowanym plikiem z rozszerzeniem .tar.
Po utworzeniu archiwum tar algorytm kompresji xz jest stosowany w celu dalszej redukcji rozmiaru pliku. Kompresja xz opiera się na algorytmie kompresji LZMA2 (Lempel-Ziv-Markov chain Algorithm 2), który jest znany z wysokich współczynników kompresji i wydajnej prędkości dekompresji. LZMA2 wykorzystuje kombinację technik kompresji słownikowej i kodowania zakresu, aby osiągnąć lepszą wydajność kompresji w porównaniu z innymi algorytmami, takimi jak gzip lub bzip2.
Kompresja xz działa poprzez analizę danych wejściowych i identyfikację powtarzających się wzorców. Następnie zastępuje te wzorce odwołaniami do słownika, który jest budowany dynamicznie w miarę postępu kompresji. Słownik jest przechowywany obok skompresowanych danych, co umożliwia wydajną dekompresję w późniejszym czasie. LZMA2 stosuje również krok kodowania zakresu, który przypisuje krótsze sekwencje bitów do częściej występujących symboli, co dodatkowo zmniejsza ogólny rozmiar pliku.
Jedną z głównych zalet formatu .tar.xz jest jego zdolność do wydajnego obsługiwania dużych plików. Algorytm kompresji xz został zaprojektowany tak, aby dobrze działał z plikami o wielkości kilku gigabajtów, a nawet terabajtów. Osiąga to poprzez przetwarzanie danych wejściowych w mniejszych blokach, zwykle po 1-4 MB każdy, i kompresowanie ich niezależnie. To podejście pozwala na lepsze zarządzanie pamięcią i szybszą dekompresję, ponieważ tylko wymagane bloki muszą być ładowane do pamięci w danym momencie.
Kolejną zaletą formatu .tar.xz jest jego elastyczność pod względem poziomu kompresji i ustawień. Narzędzie xz zapewnia kilka wstępnie zdefiniowanych poziomów kompresji, od 0 (brak kompresji) do 9 (maksymalna kompresja). Wyższe poziomy kompresji skutkują mniejszymi rozmiarami plików, ale wymagają więcej zasobów obliczeniowych i czasu podczas kompresji. Użytkownicy mogą również dostroić różne parametry, takie jak rozmiar słownika i liczbę wątków procesora do wykorzystania, aby zoptymalizować proces kompresji pod kątem swoich konkretnych potrzeb.
Format .tar.xz zawiera również kontrole integralności, aby zapewnić niezawodność skompresowanych danych. Domyślnie xz dodaje sumę kontrolną CRC-64 do każdego skompresowanego bloku, co umożliwia wykrywanie uszkodzenia danych podczas przechowywania lub transmisji. Ponadto format obsługuje opcjonalne kontrole integralności dla całego archiwum, takie jak sumy kontrolne SHA-256 lub SHA-512, które mogą być używane do weryfikacji integralności pobranego lub przesłanego archiwum.
Aby utworzyć archiwum .tar.xz, zwykle używa się narzędzia tar z opcją -J lub --xz, a następnie żądanego poziomu kompresji (np. -9 dla maksymalnej kompresji). Na przykład polecenie `tar -cJf archive.tar.xz directory/` tworzy skompresowane archiwum określonego katalogu. Aby wyodrębnić zawartość archiwum .tar.xz, można użyć polecenia `tar -xJf archive.tar.xz`, które automatycznie wykrywa format kompresji i wyodrębnia pliki.
Pod względem kompatybilności format .tar.xz jest szeroko obsługiwany w różnych systemach operacyjnych i narzędziach programowych. Większość nowoczesnych systemów typu Unix, w tym dystrybucje Linuksa i macOS, ma wbudowaną obsługę tworzenia i wyodrębniania archiwów .tar.xz. Użytkownicy systemu Windows mogą wykorzystywać narzędzia innych firm, takie jak 7-Zip lub WinRAR, do obsługi plików .tar.xz. Wiele popularnych bibliotek kompresji, takich jak libarchive i XZ Utils, zapewnia interfejsy API i narzędzia wiersza poleceń do pracy z archiwami .tar.xz programowo.
Format .tar.xz zyskał znaczną popularność w społeczności open source ze względu na doskonałe współczynniki kompresji i szeroką kompatybilność. Jest powszechnie używany do dystrybucji kodu źródłowego, pakietów oprogramowania i obrazów systemu. Wiele dystrybucji Linuksa, takich jak Arch Linux i Fedora, używa .tar.xz jako domyślnego formatu pakietu. Format jest również stosowany w różnych rozwiązaniach do tworzenia kopii zapasowych i scenariuszach archiwizacji danych.
Podsumowując, format archiwum .tar.xz łączy narzędzie tar do pakowania plików i katalogów z algorytmem kompresji xz w celu wydajnej kompresji. Oferuje wysokie współczynniki kompresji, wydajną obsługę dużych plików i wbudowane kontrole integralności. Format jest szeroko obsługiwany na różnych platformach i stał się popularnym wyborem do archiwizowania i dystrybucji danych w środowiskach typu Unix. Zrozumienie formatu .tar.xz jest niezbędne dla administratorów systemów, programistów i użytkowników, którzy regularnie pracują ze skompresowanymi archiwami.
Kompresja plików redukuje redundancję, dzięki czemu te same informacje wymagają mniej bitów. Górna granica jest wyznaczana przez teorię informacji: dla kompresji bezstratnej limitem jest entropia źródła (zobacz teoremę kodowania źródła Shannona source coding theorem oraz jego oryginalny artykuł z 1948 roku „A Mathematical Theory of Communication”). W kompresji stratnej kompromis między przepływnością a jakością opisuje teoria rate–distortion.
Większość kompresorów działa w dwóch etapach. Najpierw model przewiduje lub ujawnia strukturę danych. Następnie koder zamienia te przewidywania w niemal optymalne wzorce bitowe. Klasyczną rodziną modeli jest Lempel–Ziv LZ77 (1977) i LZ78 (1978) wykrywają powtarzające się podciągi i zamiast surowych bajtów emitują odwołania. Po stronie kodowania kodowanie Huffmana (zob. artykuł z 1952 r.) przypisuje krótsze kody symbolom bardziej prawdopodobnym. Kodowanie arytmetyczne i range coding są jeszcze precyzyjniejsze i zbliżają się do granicy entropii, a nowoczesne Asymmetric Numeral Systems (ANS) osiągają podobne wyniki dzięki szybkim implementacjom tablicowym.
DEFLATE (wykorzystywane przez gzip, zlib i ZIP) łączy LZ77 z kodowaniem Huffmana. Specyfikacje są publiczne: DEFLATE RFC 1951, wrapper zlib RFC 1950i format gzip RFC 1952. Gzip jest przeznaczony do strumieniowania i wprost nie oferuje dostępu losowego. Obrazy PNG standaryzują DEFLATE jako jedyną metodę kompresji (maks. okno 32 KiB) zgodnie ze specyfikacją „Compression method 0… deflate/inflate… at most 32768 bytes” oraz W3C/ISO PNG 2nd Edition.
Zstandard (zstd): nowszy uniwersalny kompresor zaprojektowany dla wysokich współczynników i bardzo szybkiej dekompresji. Format opisano w RFC 8878 (oraz lustrze HTML) i w specyfikacji referencyjnej na GitHubie. Podobnie jak gzip, podstawowa ramka nie celuje w dostęp losowy. Jednym z supermocy zstd są słowniki: niewielkie próbki z korpusu, które dramatycznie poprawiają kompresję wielu małych lub podobnych plików (zob.dokumentację słowników python-zstandard i przykład Nigela Tao). Implementacje akceptują zarówno słowniki „unstructured”, jak i „structured” (dyskusja).
Brotli: zoptymalizowane pod kątem treści webowych (np. fonty WOFF2, HTTP). Łączy statyczny słownik z jądrem LZ+entropia podobnym do DEFLATE. Specyfikacja to RFC 7932, które opisuje też okno 2WBITS−16 z WBITS w [10, 24] (1 KiB−16 B do 16 MiB−16 B) i stwierdza, że nie zapewnia dostępu losowego. Brotli często pokonuje gzip na tekstach webowych, jednocześnie szybko dekodując.
Kontener ZIP: ZIP to archiwum plików, które może przechowywać wpisy z różnymi metodami kompresji (deflate, store, zstd itd.). De facto standardem jest APPNOTE PKWARE (zob.portal APPNOTE, hostowaną kopięoraz omówienia LC ZIP File Format (PKWARE) / ZIP 6.3.3).
LZ4 celuje w surową szybkość przy umiarkowanych współczynnikach. Zobacz stronę projektu („extremely fast compression”) oraz opis formatu ramek. Idealne do cache w pamięci, telemetrii lub wrażliwych ścieżek, gdzie dekompresja musi być prawie tak szybka jak RAM.
XZ / LZMA goni za wysoką gęstością (świetnymi współczynnikami) kosztem wolniejszej kompresji. XZ to kontener; ciężar pracy wykonują zwykle LZMA/LZMA2 (modelowanie podobne do LZ77 + range coding). Zobacz format .xz, specyfikację LZMA (Pavlov)oraz notatki jądra Linux o XZ Embedded. XZ zwykle kompresuje lepiej niż gzip i często konkuruje z nowoczesnymi kodekami wysokiego współczynnika, ale wymaga dłuższego kodowania.
bzip2 stosuje Transformację Burrowsa–Wheelera (BWT), move-to-front, RLE i kodowanie Huffmana. Zwykle daje mniejsze pliki niż gzip, ale działa wolniej; zobacz oficjalny podręcznik oraz stronę man (Linux).
Liczy się „rozmiar okna”. Odwołania w DEFLATE mogą sięgać tylko 32 KiB wstecz (RFC 1951) oraz limitu PNG 32 KiB opisanego tutaj. Brotli ma okno od ~1 KiB do 16 MiB (RFC 7932). Zstd dostraja okno i głębokość wyszukiwania poziomami (RFC 8878). Podstawowe strumienie gzip/zstd/brotli są projektowane do sekwencyjnego dekodowania; same formaty nie gwarantują dostępu losowego, choć kontenery (np. indeksy tar, ramek chunked lub indeksy specyficzne dla formatu) mogą go dodać.
Powyższe formaty są bezstratne: odtwarzają dokładnie te same bajty. Kodeki multimedialne często są stratne: odrzucają niewidoczne szczegóły, by osiągnąć niższe bitrate’y. W obrazach klasyczny JPEG (DCT, kwantyzacja, kodowanie entropijne) jest standaryzowany w ITU-T T.81 / ISO/IEC 10918-1. W audio MP3 (MPEG-1 Layer III) i AAC (MPEG-2/4) używają modeli percepcyjnych i transformacji MDCT (zob.ISO/IEC 11172-3, ISO/IEC 13818-7i przegląd MDCT tutaj). Metody stratne i bezstratne mogą współistnieć (np. PNG do UI, kodeki webowe dla obrazów/wideo/audio).
Teoria Shannon 1948 · Rate–distortion · Kodowanie Huffman 1952 · Kodowanie arytmetyczne · Range coding · ANS. Format DEFLATE · zlib · gzip · Zstandard · Brotli · LZ4 frame · Format XZ. Stos BWT Burrows–Wheeler (1994) · podręcznik bzip2. Media JPEG T.81 · MP3 ISO/IEC 11172-3 · AAC ISO/IEC 13818-7 · MDCT.
Podsumowanie: wybierz kompresor dopasowany do danych i ograniczeń, mierz na prawdziwych próbkach i nie zapominaj o zyskach ze słowników oraz sprytnego ramek. Z odpowiednią parą uzyskasz mniejsze pliki, szybsze transfery i żwawsze aplikacje bez poświęcania poprawności czy przenośności.
Kompresja plików to proces, który zmniejsza rozmiar pliku lub plików, zazwyczaj w celu oszczędności miejsca na dysku lub przyspieszenia transmisji przez sieć.
Kompresja plików działa poprzez identyfikowanie i usuwanie nadmiarowej informacji w danych. Wykorzystuje algorytmy do kodowania oryginalnych danych w mniejszej przestrzeni.
Dwa główne typy kompresji plików to kompresja bezstratna i stratna. Kompresja bezstratna pozwala na idealne przywrócenie oryginalnego pliku, podczas gdy kompresja stratna umożliwia znaczniejsze zmniejszenie rozmiaru kosztem pewnej utraty jakości danych.
Popularnym przykładem narzędzia do kompresji plików jest WinZip, który obsługuje wiele formatów kompresji, w tym ZIP i RAR.
W przypadku kompresji bezstratnej, jakość pozostaje niezmieniona. Jednak przy kompresji stratnej może dojść do zauważalnego spadku jakości, ponieważ eliminuje ona mniej ważne dane, aby bardziej znacząco zmniejszyć rozmiar pliku.
Tak, kompresja plików jest bezpieczna pod względem integralności danych, zwłaszcza przy kompresji bezstratnej. Jednak, jak wszystkie pliki, skompresowane pliki mogą być celem dla złośliwego oprogramowania lub wirusów, dlatego zawsze ważne jest, aby mieć zainstalowane wiarygodne oprogramowanie zabezpieczające.
Prawie wszystkie typy plików można skompresować, w tym pliki tekstowe, obrazy, audio, wideo i pliki oprogramowania. Jednak poziom możliwej do osiągnięcia kompresji może znacznie różnić się w zależności od typu pliku.
Plik ZIP to typ formatu pliku, który wykorzystuje kompresję bezstratną do zmniejszenia rozmiaru jednego lub więcej plików. Wiele plików w pliku ZIP jest efektywnie grupowanych razem w jeden plik, co ułatwia również udostępnianie.
Technicznie tak, chociaż dodatkowe zmniejszenie rozmiaru może być minimalne lub nawet niekorzystne. Kompresowanie już skompresowanego pliku czasami może zwiększyć jego rozmiar z powodu metadanych dodawanych przez algorytm kompresji.
Aby rozpakować plik, zazwyczaj potrzebujesz narzędzia do dekompresji lub rozpakowywania, takiego jak WinZip czy 7-Zip. Te narzędzia mogą wyodrębnić oryginalne pliki z formatu skompresowanego.