稀疏文件
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稀疏文件（英語：sparse file）是一種計算機文件，它能嘗試在文件內容大多為空時更有效率地使用文件系統的空間。它的原理是以簡短的信息（元數據）表示空數據塊，而不是在在磁盤上占用實際空間來存儲空數據塊。只有真實（非空）的數據塊會按原樣寫入磁盤。
在讀取稀疏文件時，文件系統會按元數據在運行時將這些透明轉換為「真實」的數據塊，即填充為零。應用程序不會察覺這個轉換。
大多數現代的文件系統支持稀疏文件，包括大多數Unix變種和NTFS。[1]蘋果的HFS+不提供稀疏文件支持，但在OS X中，虛擬檔案系統層支持在任何受支持文件系統中存儲稀疏文件，包括HFS+。2016年6月在WWDC宣布的蘋果文件系統（APFS[2]）支持稀疏文件。稀疏文件常被用在磁盤映像、數據庫快照、日誌文件和科學應用中。
優勢
[編輯]稀疏文件的優勢是，它分配的存儲空間只在需要時使用：這樣節省了磁盤空間，並且可以創建很大的文件，即使文件系統中的可用空間不足。這也減少了首次寫入的時間，因為系統不會分配「跳過」的空間。如果初始分配需要寫入全零到空間，這也使得系統不必寫入兩次。
缺點
[編輯]稀疏文件的缺點包括：稀疏文件可能碎片化；文件系統的空餘空間報告可能產生誤導；包含稀疏文件的文件系統被填滿可能產生意外效果，例如只是重寫現有文件的內容時遭遇磁盤已滿或超出配額錯誤——開發者未預料到文件可能被稀疏；使用非顯式支持的計算機程序複製稀疏文件可能會複製整個內容，即未壓縮的文件大小，包括未實際在磁盤上分配的零空間——也就是使稀疏文件失去稀疏屬性。稀疏文件也不是被所有備份軟件和應用支持。不過，VFS的實現迴避了先前兩個缺點。在Windows上加載稀疏的可執行文件（exe或dll）可能需要更多時間，因為文件不被映射到內存和緩存。
Unix中的稀疏文件
[編輯]稀疏文件通常對用戶透明（不可見）處理。但在某些情況下，稀疏文件會與正常文件顯現出差異。
創建
[編輯]Unix命令：
dd of=sparse-file bs=1k seek=5120 count=0
將創建一個5MB大小的文件，但不在磁盤上存儲數據（僅存儲元數據）。（GNU dd也有此表現，因為它調用ftruncate來設置文件大小；其他實現可能是只創建一個空文件）。 如果truncate命令可用，也可以使用它：
truncate -s 5M <filename>
刪除
[編輯]ls命令的-s選項會以塊為單位顯示已占用的空間。
ls -ls sparse-file
或者，du命令將打印占用的空間，而ls打印明面的大小。在一些非標準的du版本中，--block-size=1選項打印字節而非塊單位的占用空間，因而可以與ls的輸出比較：
du --block-size=1 sparse-file
ls -l sparse-file
複製
[編輯]一般來說，GNU版本的cp是檢測文件是否為稀疏文件的較好方式，所以
cp sparse-file new-file
創建一個新文件，它將是稀疏性質。但是，GNU版本的cp有--sparse=WHEN選項。[3]這尤為有用，如果一個已保存文件包含長串零塊且非稀疏方式保存（即長串的零塊已被完全寫入並占用磁盤空間）。用此命令可以節省磁盤空間：
cp --sparse=always file1 file1_sparsed
在某些例如FreeBSD的cp實現中，--sparse選項不被支持，將始終展開稀疏文件。這些系統上的可行替代方案是使用rsync的--sparse選項[4]代替cp。遺憾的是--sparse無法與--inplace組合使用，因此通過網絡rsync巨大文件時始終會浪費網絡和磁盤帶寬。
通過標準輸入
[編輯] cp --sparse=always /proc/self/fd/0 new-sparse-file < somefile
Windows的NTFS
[編輯]如果一個文件的大部分數據是0，則這個文件被稱包含了稀疏數據集。 文件壓縮可以有效率地表示稀疏文件，但壓縮與解壓會帶來時間代價。 NTFS文件系統支持稀疏文件表示，並對文件的讀寫操作透明。
為確定文件系統是否支持稀疏文件，調用GetVolumeInformation函數，使用lpFileSystemFlags參數，檢查返回結果對應於FILE_SUPPORTS_SPARSE_FILES比特標誌。 DWORD dwFileSystemFlags = 0; BOOL bOk = GetVolumeInformation("C:\\", NULL, 0, NULL, NULL, &dwFileSystemFlags, NULL, 0); bOk = dwFileSystemFlags&FILE_SUPPORTS_SPARSE_FILES ; 判斷一個文件是否是稀疏文件：GetFileInformationByHandle
大部分文件，在改變它的EndOfFile的時候，中間的空白會被操作系統填0，也就是說，如果用SetFilePointer和SetEndOfFile來產生一個很大的文件，那麼這個文件它占用的是真正的磁盤空間，即使裡面全是0，系統默認的也會在DeviceIoControl()中的ControlCode里用FSCTL_SET_ZERO_DATA標記，這個標記使得那些文件空洞被0所填充。為了節省磁盤空間，必須把一個文件聲明為稀疏文件，以便讓系統把那些無用的0字節壓縮，並釋放相應的磁盤空間，這需要用DeviceIoControl()將標記改為FSCTL_SET_SPARSE。
參見
[編輯]參考資料
[編輯]- ^ Giampaolo, Dominic. Practical File System Design with the Be File System (PDF). Morgan Kaufmann Publishers. 1999 [2016-06-24]. ISBN 9781558604971. （原始內容 (PDF)存檔於2017-02-13）.
- ^ General Characteristics. Apple Inc. [2016-06-17]. （原始內容存檔於2016-06-13）.
- ^ Jim Meyering. GNU coreutils/cp: Accept new option, --sparse={never,auto,always}, to control creation of sparse files.. 1995-12-21 [2016-06-17].
- ^ Tridgell, Andrew. rsync: hard links, better sparse handling, FERROR and FINFO. 1996-06-29 [2016-06-17]. （原始內容存檔於2016-06-25）.
外部連結
[編輯]- NTFS Sparse Files For Programmers （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- Creating sparse files in Windows Server using fsutil （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- Creating sparse files in Solaris using mkfile(1M) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- View the Size of the Sparse File of a Database Snapshot （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- SEEK_HOLE or FIEMAP: Detecting holes in sparse files （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- virtsync is a commercial solution to rsync's --sparse and --inplace issue.
- SparseChecker - Utility that allows to manage the sparse files on NTFS file system
- Phantom - a program to convert files to sparse files to reduce disk space （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- ArchLinux Wiki: Sparse file （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）