Извлечь файл ZSTD

ZSTD, сокращение от Zstandard, — это быстрый и эффективный алгоритм сжатия без потерь и формат файла, разработанный Янном Коллет в Facebook. Он предназначен для обеспечения высокой степени сжатия при сохранении высокой скорости сжатия и распаковки, что делает его подходящим для сценариев сжатия в реальном времени и сжатия больших наборов данных.

Формат ZSTD основан на комбинации быстрого этапа энтропии и мощного этапа сжатия без потерь. Этап энтропии использует кодирование конечного состояния энтропии (FSE) и кодирование Хаффмана, в то время как этап сжатия без потерь использует вариант алгоритма LZ77, называемый сжатием словаря Zstandard (ZDIC).

Одной из ключевых особенностей ZSTD является его способность создавать и использовать словарь во время сжатия. Словарь — это предварительно совместно используемый набор данных, который как компрессор, так и декомпрессор используют для улучшения коэффициентов сжатия. ZSTD поддерживает два типа словарей: словари, определяемые содержимым, и словари, предоставляемые пользователем.

Словари, определяемые содержимым, автоматически генерируются компрессором ZSTD на основе входных данных. Компрессор анализирует данные, чтобы определить повторяющиеся шаблоны, и создает словарь, который представляет эти шаблоны. Затем словарь используется во время сжатия для замены повторяющихся шаблонов ссылками на словарь, что приводит к более высоким коэффициентам сжатия.

С другой стороны, словари, предоставляемые пользователем, создаются пользователем и могут совместно использоваться несколькими сжатыми файлами. Эти словари полезны при сжатии похожих или связанных данных, поскольку они позволяют компрессору использовать имеющиеся знания о шаблонах данных. Словарями, предоставляемыми пользователем, можно значительно улучшить коэффициенты сжатия, особенно для небольших файлов или файлов с общими структурами данных.

ZSTD поддерживает несколько уровней сжатия от 1 до 22, причем более высокие уровни обеспечивают лучшие коэффициенты сжатия за счет более низкой скорости сжатия. Уровень сжатия по умолчанию — 3, который обеспечивает хороший баланс между коэффициентом сжатия и скоростью. ZSTD также включает специальный уровень сжатия под названием «ультра», который обеспечивает наивысший коэффициент сжатия, но со значительным увеличением времени сжатия.

Формат ZSTD состоит из заголовка, за которым следует один или несколько сжатых кадров. Заголовок содержит метаданные о сжатых данных, такие как идентификатор словаря, размер окна и количество кадров. Каждый сжатый кадр является независимым и может быть распакован отдельно, что позволяет выполнять параллельную распаковку и произвольный доступ к сжатым данным.

Сжатые кадры в ZSTD используют комбинацию литеральных блоков и последовательных блоков. Литеральные блоки содержат необработанные несжатые данные, в то время как последовательные блоки содержат ссылки на словарь или ранее просмотренные данные. Последовательные блоки кодируются с использованием кодирования FSE или Хаффмана для минимизации размера ссылок.

ZSTD использует несколько методов для повышения эффективности и скорости сжатия. Одним из таких методов является использование хэш-таблицы для быстрого поиска совпадающих последовательностей в словаре или ранее просмотренных данных. Хэш-таблица постоянно обновляется по мере того, как компрессор обрабатывает входные данные, что позволяет эффективно искать потенциальные совпадения.

Еще одним методом оптимизации, используемым ZSTD, является стратегия ленивого сопоставления. Вместо того, чтобы сразу кодировать совпадение, компрессор продолжает искать более длинные совпадения. Если найдено более длинное совпадение, компрессор может вместо этого закодировать более длинное совпадение, что приводит к лучшим коэффициентам сжатия.

ZSTD также включает быстрый режим, называемый «сопоставление на большом расстоянии» (LDM), который позволяет обнаруживать совпадения на большом расстоянии. LDM использует вторичную хэш-таблицу для хранения совпадений, которые находятся далеко друг от друга во входных данных. Рассматривая эти совпадения на большом расстоянии, ZSTD может улучшить коэффициенты сжатия для определенных типов данных, таких как сильно повторяющиеся или периодические данные.

В дополнение к своим возможностям сжатия ZSTD также обеспечивает обнаружение и исправление ошибок с помощью контрольных сумм. Каждый сжатый кадр включает контрольную сумму несжатых данных, что позволяет декомпрессору проверить целостность данных во время распаковки. Если обнаружена ошибка, ZSTD может попытаться восстановить ее, отбросив поврежденный кадр и продолжив работу со следующим кадром.

ZSTD получил широкое распространение благодаря своей впечатляющей производительности и гибкости. Он используется в различных приложениях, включая системы хранения данных, механизмы баз данных, решения для резервного копирования и протоколы передачи данных. Многие популярные форматы файлов, такие как Zstandard Archive (ZSTD), Zstandard Seekable Format (ZST) и Zstandard Dictionary Format (ZDICT), основаны на сжатии ZSTD.

Одним из преимуществ ZSTD является его совместимость с широким спектром платформ и языков программирования. Эталонная реализация ZSTD написана на C и является высокопереносимой, что позволяет использовать ее в различных операционных системах и архитектурах. Кроме того, для ZSTD доступно множество привязок и портов для разных языков программирования, что упрощает интеграцию сжатия ZSTD в существующие приложения.

ZSTD также предоставляет инструмент командной строки (CLI), который позволяет пользователям сжимать и распаковывать файлы с помощью ZSTD. Инструмент CLI поддерживает различные параметры и параметры, такие как установка уровня сжатия, указание словаря и настройка использования памяти. Инструмент CLI особенно полезен для сжатия и распаковки файлов в пакетных или скриптовых средах.

Подводя итог, ZSTD — это высокоэффективный и универсальный алгоритм сжатия и формат файла, который обеспечивает высокую скорость сжатия и распаковки, высокие коэффициенты сжатия и возможность использования словарей для повышения производительности. Сочетание скорости и эффективности сжатия делает его подходящим для широкого спектра приложений, от сжатия в реальном времени до сжатия больших наборов данных. Благодаря своему обширному набору функций, совместимости с платформами и растущему внедрению ZSTD стал популярным выбором для сжатия данных в различных областях.