MTREE — классический формат архивных файлов, который обычно использовался в эпоху MS-DOS для распространения программного обеспечения и данных. Он был разработан Microsoft и приобрел популярность благодаря эффективному сжатию и высокой скорости распаковки на оборудовании того времени. Формат MTREE представляет собой древовидную структуру архива, которая позволяет организовывать файлы и каталоги иерархически.
Архив MTREE состоит из заголовка, за которым следует ряд узлов, представляющих файлы и каталоги, хранящиеся в архиве. Заголовок содержит метаданные об архиве, включая подпись MTREE (обычно «MTRE»), номер версии, метод сжатия и другие флаги. Узлы организованы в древовидную структуру, причем каждый узел представляет либо файл, либо каталог.
Каждый узел в архиве MTREE содержит такую информацию, как тип узла (файл или каталог), атрибуты файла (например, размер, временная метка), метод сжатия (если применимо) и сжатые или несжатые данные файла. Каталоги представлены как специальные узлы, которые содержат ссылки на свои дочерние узлы, что позволяет создавать иерархическую структуру архива.
MTREE поддерживает различные методы сжатия, наиболее распространенными из которых являются LZSS (Lempel-Ziv-Storer-Szymanski) и DEFLATE. LZSS — это алгоритм сжатия на основе словаря, который использует скользящее окно для поиска и замены повторяющихся шаблонов в данных. Он обеспечивает быструю распаковку и разумные коэффициенты сжатия. DEFLATE, с другой стороны, представляет собой комбинацию LZ77 и кодирования Хаффмана, обеспечивающую лучшие коэффициенты сжатия, но немного более медленную распаковку по сравнению с LZSS.
Одной из ключевых особенностей MTREE является возможность эффективного доступа к отдельным файлам в архиве без необходимости распаковывать весь архив. Это достигается за счет использования таблицы распределения файлов (FAT), которая сопоставляет логическую структуру архива с физическими смещениями узлов. FAT позволяет быстро находить и извлекать определенные файлы, что делает MTREE подходящим для сценариев, где требуется случайный доступ к файлам.
Чтобы создать архив MTREE, файлы и каталоги сначала у порядочиваются в нужной иерархии. Каждый файл сжимается с использованием выбранного метода сжатия, а сжатые данные хранятся в соответствующем файловом узле. Каталоги представлены как узлы со ссылками на свои дочерние узлы. Затем генерируется FAT, сопоставляющая логическую структуру с физическими смещениями в архиве.
Извлечение файлов из архива MTREE включает в себя обход структуры дерева и поиск нужных файловых узлов. FAT используется для быстрого определения физического смещения данных файла в архиве. Затем сжатые данные распаковываются с использованием соответствующего алгоритма распаковки на основе метода сжатия, указанного в узле.
Архивы MTREE также могут поддерживать дополнительные функции, такие как защита паролем, шифрование и цифровые подписи. Защита паролем позволяет ограничить доступ к содержимому архива, в то время как шифрование обеспечивает дополнительный уровень безопасности путем шифрования данных файла. Цифровые подписи можно использовать для проверки целостности и подлинности архива.
Хотя MTREE считается классическим форматом архива и в значительной степени был заменен б олее современными форматами, такими как ZIP и RAR, он все еще имеет историческое значение. Многие старые дистрибутивы программного обеспечения и архивы данных из эпохи MS-DOS использовали формат MTREE, что делает его важным для сохранения и доступа к устаревшим данным.
В заключение, классический формат архива MTREE был широко используемым и эффективным решением для архивирования и распространения файлов в эпоху MS-DOS. Его древовидная структура, эффективные методы сжатия и возможности случайного доступа сделали его популярным выбором для распространения программного обеспечения и хранения данных. Хотя MTREE может быть не таким распространенным сегодня, понимание его технических деталей остается ценным для работы с устаревшими архивами и оценки эволюции методов сжатия и архивирования файлов с течением времени.
Сжатие файлов уменьшает избыточность, чтобы те же данные занимали меньше бит. Верхняя граница задаётся теорией информации: для без потерь пределом является энтропия источника (см. теорему кодирования источника Шеннона source coding theorem и его оригинальную статью 1948 года «A Mathematical Theory of Communication»). Для сжатия с потерями компромисс между битрейтом и качеством описывает теория rate–distortion.
Большинство компрессоров работают в два этапа. Сначала модель предсказывает или выявляет структуру данных. Затем кодер превращает эти предсказания в почти оптимальные шаблоны битов. Классическая семья моделей — Lempel–Ziv LZ77 (1977) и LZ78 (1978) находят повторяющиеся подстроки и излучают ссылки вместо сырых байтов. На стороне кодирования кодирование Хаффмана (см. статью 1952 года) назначает более короткие коды вероятным символам. Арифметическое кодирование и range coding ещё точнее приближаются к пределу энтропии, а современные Asymmetric Numeral Systems (ANS) дают схожие коэффициенты при табличных реализациях.
DEFLATE (используют gzip, zlib, ZIP) сочетает LZ77 и Хаффмана. Спецификации открыты: DEFLATE RFC 1951, оболочка zlib RFC 1950и формат gzip RFC 1952. Gzip ориентирован на потоковую передачу и явно не обеспечивает произвольный доступ. PNG закрепляет DEFLATE как единственный метод (окно до 32 КиБ) согласно спецификации «Compression method 0…» и W3C/ISO PNG 2nd Edition.
Zstandard (zstd): современный универсальный компрессор с высокими коэфф ициентами и очень быстрой декомпрессией. Формат описан в RFC 8878 (и HTML-зеркале) и в референс-спеке на GitHub. Как и gzip, базовый фрейм не предполагает произвольного доступа. Главное преимущество zstd — словари: маленькие образцы корпуса, резко улучшающие сжатие множества крошечных или похожих файлов (см.документацию словарей python-zstandard и пример Nigela Tao). Реализации принимают «unstructured» и «structured» словари (обсуждение).
Brotli: оптимизирован для веб-контента (WOFF2, HTTP). Совмещает статический словарь и DEFLATE-подобное ядро LZ+энтропия. Спецификация — RFC 7932, где указано окно 2WBITS−16 с WBITS в [10, 24] и то, что формат не предоставляет произвольный доступ. Brotli часто превосходит gzip на веб-тексте и быстро декодируется.
Контейнер ZIP: ZIP — файловый архив, поддерживающий разные методы (deflate, store, zstd и др.). Де-факто стандарт — APPNOTE PKWARE (см.портал APPNOTE, размещённую копиюи обзоры LC ZIP File Format (PKWARE) / ZIP 6.3.3).
LZ4 ориентирован на максимальную скорость при умеренных коэффициентах. См. страницу проекта и формат фреймов. Подходит для кэшей в памяти, телеметрии и горячих путей, где декомпрессия должна быть почти со скоростью RAM.
XZ / LZMA гнётся за плотностью (высоким коэффициентом), но компрессует медленнее. XZ — контейнер; основную работу делают LZMA/LZMA2 (моделирование наподобие LZ77 + range coding). См.формат .xz, спецификацию LZMA (Павлов)и заметки ядра Linux про XZ Embedded. XZ обычно сжимает лучше gzip и соперничает с современными кодеками высокой плотности, но кодирует дольше.
bzip2 использует преобразование Бэрроуза–Уилера (BWT), move-to-front, RLE и Хаффмана. Обычно даёт файлы меньше, чем gzip, но медленнее; см.официальный мануал и man-страницу (Linux).
Важен размер окна. Ссылки DEFLATE смотрят максимум на 32 КиБ назад (RFC 1951) и ограничение PNG 32 КиБ здесь. Brotli поддерживает окна от ~1 КиБ до 16 МиБ (RFC 7932). Zstd настраивает окно и глубину поиска уровнями (RFC 8878). Базовые потоки gzip/zstd/brotli спроектированы для последовательного чтения; сами форматы не гарантируют произвольный доступ, хотя контейнеры (индексы tar, блочное фреймирование, форматные индексы) могут его добавить.
Форматы выше — lossless: можно восстановить те же байты. Медиа-кодеки часто lossy: они отбрасывают незаметные детали ради меньших битрейтов. Для изображений классический JPEG (DCT, квантование, энтропийное кодирование) стандартизован в ITU-T T.81 / ISO/IEC 10918-1. В аудио MP3 (MPEG-1 Layer III) и AAC (MPEG-2/4) используют перцепционные модели и MDCT (см.ISO/IEC 11172-3, ISO/IEC 13818-7и обзор MDCT здесь). Lossy и lossless могут сосуществовать (PNG для UI, веб-кодеки для изображений/видео/аудио).
Теория Shannon 1948 · Rate–distortion · Кодирование Huffman 1952 · Арифметическое кодирование · Range coding · ANS. Форматы DEFLATE · zlib · gzip · Zstandard · Brotli · LZ4 frame · XZ format. Стек BWT Burrows–Wheeler (1994) · руководство bzip2. Медиа JPEG T.81 · MP3 ISO/IEC 11172-3 · AAC ISO/IEC 13818-7 · MDCT.
Итог: подбирайте компрессор под свои данные и ограничения, измеряйте на реальных входах и не забывайте о выгоде словарей и умного фрейминга. С удачной парой получите меньшие файлы, быстрые передачи и отзывчивые приложения без ущерба корректности и переносимости.
Сжатие файлов - это процесс, который уменьшает размер файла или файлов, обычно для экономии места на диске или ускорения передачи по сети.
Сжатие файлов работает путем идентификации и удаления избыточности в данных. Оно использует алгоритмы для кодирования исходных данных в более маленьком пространстве.
Два основных типа сжатия файлов: без потерь и с потерями. Сжатие без потерь позволяет восстановить исходный файл целиком, в то время как сжатие с потерями обеспечивает более значительное уменьшение размера за счет небольшой потери в качестве данных.
Популярным примером инструмента для сжатия файлов является WinZip, который поддерживает несколько форматов сжатия, включая ZIP и RAR.
При сжатии без потерь качество остается неизменным. Однако при сжатии с потерями может быть заметное снижение качества, поскольку оно удаляет менее важные данные для более значительного уменьшения размера файла.
Да, сжатие файлов безопасно с точки зрения целостности данных, особенно при сжатии без потерь. Однако, как и любые файлы, сжатые файлы могут стать целью для вредоносного ПО или вирусов, поэтому всегда важно иметь надежное программное обеспечение безопасности.
Почти все типы файлов можно сжимать, включая текстовые файлы, изображения, аудио, видео и программные файлы. Однако уровень достижимого сжатия может значительно варьироваться в зависимости от типа файла.
ZIP-файл - это тип формата файла, который использует сжатие без потерь для уменьшения размера одного или нескольких файлов. Несколько файлов в ZIP-файле фактически объединяются в один файл, что также упрощает обмен данными.
Технически, да, хотя дополнительное уменьшение размера может быть минимальным или даже противопродуктивным. Сжатие уже сжатого файла иногда может увеличить его размер из-за метаданных, добавленных алгоритмом сжатия.
Чтобы распаковать файл, обычно вам нужен инструмент для распаковки или разархивации, такой как WinZip или 7-Zip. Эти инструменты могут извлечь исходные файлы из сжатого формата.