如何压缩多个体积大、熵值高但非常相似的文件？

Question 1

让我们从一个 10MB 的伪随机数据文件开始，并制作两个副本：

$ dd if=/dev/urandom of=f1 bs=1M count=10
$ cp f1 f2
$ cp f1 f3

让我们修改这些副本，使它们“几乎完全相同”（正如你所说）：

$   # Avoid typos and improve readability
$ alias random='od -t u4 -N 4 /dev/urandom |
  sed -n "1{s/^\S*\s//;s/\s/${fill}/g;p}"'
$ alias randomize='dd if=/dev/urandom bs=1 seek="$(
    echo "scale=0;$(random)$(random)$(random)$(random) % (1024*1024*10)" | bc -l
  )" count="$( echo "scale=0;$(random)$(random) % 512 + 1" |
    bc -l )" conv=notrunc'
$   # In files "f2" and "f3, replace 1 to 512Bytes of data with other
$   #+ pseudo-random data in a pseudo-random position. Do this 3
$   #+ times for each file
$ randomize of=f2
$ randomize of=f2
$ randomize of=f2
$ randomize of=f3
$ randomize of=f3
$ randomize of=f3

现在我们可以压缩每个文件中的数据来观察会发生什么：

$ xz -1 < f1 > f1.xz
$ xz -1 < f2 > f2.xz
$ xz -1 < f3 > f3.xz
$ ls -lh f{1..3}{,.xz}
-rw-rw-r-- 1 myuser mygroup 10M may 29 09:31 f1
-rw-rw-r-- 1 myuser mygroup 11M may 29 10:07 f1.xz
-rw-rw-r-- 1 myuser mygroup 10M may 29 10:00 f2
-rw-rw-r-- 1 myuser mygroup 11M may 29 10:07 f2.xz
-rw-rw-r-- 1 myuser mygroup 10M may 29 10:05 f3
-rw-rw-r-- 1 myuser mygroup 11M may 29 10:07 f3.xz

我们可以看到，这实际上增加了数据的大小。现在让我们将数据转换为十六进制人类可读的数据（好吧，有点），并压缩结果：

$ xxd f1 | tee f1.hex | xz -1 > f1.hex.xz
$ xxd f2 | tee f2.hex | xz -1 > f2.hex.xz
$ xxd f3 | tee f3.hex | xz -1 > f3.hex.xz
$ ls -lh f{1..3}.hex*
-rw-rw-r-- 1 myuser mygroup 42M may 29 10:03 f1.hex
-rw-rw-r-- 1 myuser mygroup 22M may 29 10:04 f1.hex.xz
-rw-rw-r-- 1 myuser mygroup 42M may 29 10:04 f2.hex
-rw-rw-r-- 1 myuser mygroup 22M may 29 10:07 f2.hex.xz
-rw-rw-r-- 1 myuser mygroup 42M may 29 10:05 f3.hex
-rw-rw-r-- 1 myuser mygroup 22M may 29 10:07 f3.hex.xz

数据变得非常大。十六进制是四倍，十六进制压缩是两倍。现在到了有趣的部分：让我们计算十六进制和压缩之间的差异：

$ diff f{1,2}.hex | tee f1-f2.diff | xz -1 > f1-f2.diff.xz
$ diff f{1,3}.hex | tee f1-f3.diff | xz -1 > f1-f3.diff.xz
$ ls -lh f1-*
-rw-rw-r-- 1 myuser mygroup 7,8K may 29 10:04 f1-f2.diff
-rw-rw-r-- 1 myuser mygroup 4,3K may 29 10:06 f1-f2.diff.xz
-rw-rw-r-- 1 myuser mygroup 2,6K may 29 10:06 f1-f3.diff
-rw-rw-r-- 1 myuser mygroup 1,7K may 29 10:06 f1-f3.diff.xz

这真是太好了。我们来总结一下：

$   # All you need to save to disk is this
$ du -cb f1{,-*z}
10485760        f1
4400    f1-f2.diff.xz
1652    f1-f3.diff.xz
10491812        total
$   # This is what you would have had to store
$ du -cb f{1..3}
10485760        f1
10485760        f2
10485760        f3
31457280        total
$   # Compared to "f2"'s original size, this is the percentage
$   #+ of all the new information you need to store about it
$ echo 'scale=4; 4400 * 100 / 31457280' | bc -l
.0419
$   # Compared to "f3"'s original size, this is the percentage
$   #+ of all the new information you need to store about it
$ echo 'scale=4; 1652 * 100 / 10485760' | bc -l
.0157
$   # So, compared to the grand total, this is the percetage
$   #+ of information you need to store 
$ echo 'scale=2; 10491812 * 100 / 10485760' | bc -l
33.35

文件越多，效果越好。要对“f2”压缩差异中的数据进行恢复测试：

$ xz -d < f1-f2.diff.xz > f1-f2.diff.restored
$   # Assuming you haven't deleted "f1.diff":
$ patch -o f2.hex.restored f1.hex f1-f2.diff.restored
patching file f1.hex
$ diff f2.hex.restored f2.hex # No diffs will be found unless corrupted
$ xxd -r f2.hex.restored f2.restored # We get the completely restored file
$ diff -q f2 f2.restored # No diffs will be found unless corrupted

您不需要这里生成的某些文件，例如原始文件的压缩版本和压缩的十六进制。我制作这些只是为了说明一点。
这种方法的成功很大程度上取决于“几乎完全相同”的含义。你需要进行测试。我做了一些测试，这种方法对很多类型的数据（即数据库转储，甚至编辑过的图像和视频）都很有效。我实际上用它来进行一些备份。
一种更复杂的方法是使用 librsync，但它在很多情况下都非常有效，并且可以在几乎任何 *nix 环境中完美运行，而无需安装新软件。
不利的一面是，这可能需要一些脚本。
我不知道有任何工具可以做到这一切。

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