lz4压缩算法--速度之王

简介

lz4是目前综合来看效率最高的压缩算法,更加侧重压缩解压速度,压缩比并不是第一。在当前的安卓和苹果操作系统中,内存压缩技术就使用的是lz4算法,及时压缩手机内存以带来更多的内存空间。本质上是时间换空间。

压缩原理

lz4压缩算法其实很简单,举个压缩的栗子

输入:abcde_bcdefgh_abcdefghxxxxxxx
输出:abcde_(5,4)fgh_(14,5)fghxxxxxxx

其中两个括号内的便代表的是压缩时检测到的重复项,(5,4) 代表向前5个byte,匹配到的内容长度有4,即"bcde"是一个重复。当然也可以说"cde"是个重复项,但是根据算法实现的输入流扫描顺序,我们取到的是第一个匹配到的,并且长度最长的作为匹配。

1.压缩格式

压缩后的数据是下面的格式

 

输入:abcde_bcdefgh_abcdefghxxxxxxx
输出:tokenabcde_(5,4)fgh_(14,5)fghxxxxxxx
格式:[token]literals(offset,match length)[token]literals(offset,match length)....

其他情况也可能有连续的匹配:

输入:fghabcde_bcdefgh_abcdefghxxxxxxx
输出:fghabcde_(5,4)(13,3)_(14,5)fghxxxxxxx
格式:[token]literals(offset,match length)[token](offset,match length)....
这里(13,3)长度3其实并不对,match length匹配的长度默认是4

Literals指没有重复、首次出现的字节流,即不可压缩的部分
Match指重复项,可以压缩的部分
Token记录literal长度,match长度。作为解压时候memcpy的参数

2.压缩率

可以想到,如果重复项越多或者越长,压缩率就会越高。上述例子中"bcde"在压缩后,用(5,4)表示,即从4个bytes压缩成了3个bytes来表示,其中offset 2bytes, match length 1byte,能节省1个byte。

3.压缩算法实现

大致流程,压缩过程以至少4个bytes为扫描窗口查找匹配,每次移动1byte进行扫描,遇到重复的就进行压缩。
由于offset用2bytes表示,只能查找到到2^16(64kb)距离的匹配,对于压缩4Kb的内核页,只需要用到12位。
扫描的步长1byte是可以调整的,即对应LZ4_compress_fast机制,步长变长可以提高压缩解压速度,减少压缩率。

 

我们来看下apple的lz4实现

//src是输入流,dst是输出,还需要使用一个hash表记录前面一段距离内的字符串,用来查找之前是否有匹配
void lz4_encode_2gb(uint8_t ** dst_ptr,size_t dst_size,const uint8_t ** src_ptr,const uint8_t * src_begin,size_t src_size,lz4_hash_entry_t hash_table[LZ4_COMPRESS_HASH_ENTRIES],int skip_final_literals)
{uint8_t *dst = *dst_ptr;        // current output stream positionuint8_t *end = dst + dst_size - LZ4_GOFAST_SAFETY_MARGIN;const uint8_t *src = *src_ptr;  // current input stream literal to encodeconst uint8_t *src_end = src + src_size - LZ4_GOFAST_SAFETY_MARGIN;const uint8_t *match_begin = 0; // first byte of matched sequenceconst uint8_t *match_end = 0;   // first byte after matched sequence
//苹果这里使用了一个early abort机制,即输入流扫描到lz4_do_abort_eval位置的时候,仍然没有匹配,则认为该输入无法压缩,提前结束不用全部扫描完
#if LZ4_EARLY_ABORTuint8_t * const dst_begin = dst;uint32_t lz4_do_abort_eval = lz4_do_early_abort;
#endifwhile (dst < end){ptrdiff_t match_distance = 0;//for循环一次查找到一个match即跳出到EXPAND_FORWARDfor (match_begin = src; match_begin < src_end; match_begin += 1) {const uint32_t pos = (uint32_t)(match_begin - src_begin);//苹果这里实现比较奇怪,还在思考为何同时查找连续四个bytes的匹配const uint32_t w0 = load4(match_begin);//该位置4个bytes的内容const uint32_t w1 = load4(match_begin + 1);const uint32_t w2 = load4(match_begin + 2);const uint32_t w3 = load4(match_begin + 3);const int i0 = lz4_hash(w0);const int i1 = lz4_hash(w1);const int i2 = lz4_hash(w2);const int i3 = lz4_hash(w3);const uint8_t *c0 = src_begin + hash_table[i0].offset;const uint8_t *c1 = src_begin + hash_table[i1].offset;const uint8_t *c2 = src_begin + hash_table[i2].offset;const uint8_t *c3 = src_begin + hash_table[i3].offset;const uint32_t m0 = hash_table[i0].word;//取出hash表中以前有没有一样的值const uint32_t m1 = hash_table[i1].word;const uint32_t m2 = hash_table[i2].word;const uint32_t m3 = hash_table[i3].word;hash_table[i0].offset = pos;hash_table[i0].word = w0;hash_table[i1].offset = pos + 1;hash_table[i1].word = w1;hash_table[i2].offset = pos + 2;hash_table[i2].word = w2;hash_table[i3].offset = pos + 3;hash_table[i3].word = w3;match_distance = (match_begin - c0);//比较hash表中的值和当前指针位置的hash值if (w0 == m0 && match_distance < 0x10000 && match_distance > 0) {match_end = match_begin + 4;goto EXPAND_FORWARD;}match_begin++;match_distance = (match_begin - c1);if (w1 == m1 && match_distance < 0x10000 && match_distance > 0) {match_end = match_begin + 4;goto EXPAND_FORWARD;}match_begin++;match_distance = (match_begin - c2);if (w2 == m2 && match_distance < 0x10000 && match_distance > 0) {match_end = match_begin + 4;goto EXPAND_FORWARD;}match_begin++;match_distance = (match_begin - c3);if (w3 == m3 && match_distance < 0x10000 && match_distance > 0) {match_end = match_begin + 4;goto EXPAND_FORWARD;}#if LZ4_EARLY_ABORT//DRKTODO: Evaluate unrolling further. 2xunrolling had some modest benefitsif (lz4_do_abort_eval && ((pos) >= LZ4_EARLY_ABORT_EVAL)) {ptrdiff_t dstd = dst - dst_begin;//到这仍然没有匹配,放弃if (dstd == 0) {lz4_early_aborts++;return;}/*        if (dstd >= pos) { */
/*            return; */
/*        } */
/*        ptrdiff_t cbytes = pos - dstd; */
/*        if ((cbytes * LZ4_EARLY_ABORT_MIN_COMPRESSION_FACTOR) > pos)  { */
/*            return; */
/*        } */lz4_do_abort_eval = 0;}
#endif}//到这,整个for循环都没有找到match,直接把整个src拷贝到dst即可if (skip_final_literals) { *src_ptr = src; *dst_ptr = dst; return; } // do not emit the final literal sequence//  Emit a trailing literal that covers the remainder of the source buffer,//  if we can do so without exceeding the bounds of the destination buffer.size_t src_remaining = src_end + LZ4_GOFAST_SAFETY_MARGIN - src;if (src_remaining < 15) {*dst++ = (uint8_t)(src_remaining << 4);memcpy(dst, src, 16); dst += src_remaining;} else {*dst++ = 0xf0;dst = lz4_store_length(dst, end, (uint32_t)(src_remaining - 15));if (dst == 0 || dst + src_remaining >= end) return;memcpy(dst, src, src_remaining); dst += src_remaining;}*dst_ptr = dst;*src_ptr = src + src_remaining;return;EXPAND_FORWARD:// Expand match forward 查看匹配是否能向前扩展,扩大匹配长度{const uint8_t * ref_end = match_end - match_distance;while (match_end < src_end){size_t n = lz4_nmatch(LZ4_MATCH_SEARCH_LOOP_SIZE, ref_end, match_end);if (n < LZ4_MATCH_SEARCH_LOOP_SIZE) { match_end += n; break; }match_end += LZ4_MATCH_SEARCH_LOOP_SIZE;ref_end += LZ4_MATCH_SEARCH_LOOP_SIZE;}}// Expand match backward 查看匹配是否能向后扩展,扩大匹配长度{// match_begin_min = max(src_begin + match_distance,literal)const uint8_t * match_begin_min = src_begin + match_distance;match_begin_min = (match_begin_min < src)?src:match_begin_min;const uint8_t * ref_begin = match_begin - match_distance;while (match_begin > match_begin_min && ref_begin[-1] == match_begin[-1] ) { match_begin -= 1; ref_begin -= 1; }}// Emit match 确定好match的offset和length以后,编码成压缩后的格式dst = lz4_emit_match((uint32_t)(match_begin - src), (uint32_t)(match_end - match_begin), (uint32_t)match_distance, dst, end, src);if (!dst) return;// Update statesrc = match_end;// Update return values to include the last fully encoded match//刷新src和dst位置,回到while重新开始for循环*dst_ptr = dst;*src_ptr = src;}
}

安卓内存中压缩的实例

该例子是一个起址0xffffffc06185f000的4K页,大部分是0和1,由于length或者offset超长,多了一些特殊处理,这部分可以看安卓的lz4源码发现两个匹配,压缩后的数据为31bytes,压缩后概览如下
09-15 14:35:06.821 <3>[138, kswapd0][  638.194336]  src 0xffffffc06185f000 literallen 1
09-15 14:35:06.821 <3>[138, kswapd0][  638.194349]  src 0xffffffc06185f000 (1,219)   #(offset,match length)
09-15 14:35:06.821 <3>[138, kswapd0][  638.194359]  src 0xffffffc06185f000 literallen 1
09-15 14:35:06.821 <3>[138, kswapd0][  638.194386]  src 0xffffffc06185f000 (3044,7)
09-15 14:35:06.821 <3>[138, kswapd0][  638.194400]  src 0xffffffc06185f000 count 2 compressed 31
---------------------------对应压缩后的原始数据-----------------------------
第一个匹配:
09-15 14:35:06.821 <3>[138, kswapd0][  638.194411]   0xffffffc06185f000 31    #token:0001 1111 前四位是literal长度1,低4位15表示matchlength长度溢出,要看后面
09-15 14:35:06.821 <3>[138, kswapd0][  638.194422]   0xffffffc06185f000 0     #literal
09-15 14:35:06.821 <3>[138, kswapd0][  638.194433]   0xffffffc06185f000 1     #offset 小端序01
09-15 14:35:06.821 <3>[138, kswapd0][  638.194444]   0xffffffc06185f000 0     #offset
09-15 14:35:06.821 <3>[138, kswapd0][  638.194459]   0xffffffc06185f000 255   #matchLength begin
09-15 14:35:06.821 <3>[138, kswapd0][  638.194469]   0xffffffc06185f000 255
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194483]   0xffffffc06185f000 255
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194494]   0xffffffc06185f000 255
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194505]   0xffffffc06185f000 255
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194551]   0xffffffc06185f000 255
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194565]   0xffffffc06185f000 255
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194579]   0xffffffc06185f000 255
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194590]   0xffffffc06185f000 255
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194602]   0xffffffc06185f000 255
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194612]   0xffffffc06185f000 255   
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194624]   0xffffffc06185f000 219   #matchLength end: 219+255*11 3024
第二个匹配:
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194635]   0xffffffc06185f000 31    #Token:0001 1111 前四位是literal长度1
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194646]   0xffffffc06185f000 1     #literal
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194657]   0xffffffc06185f000 228   #offset
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194667]   0xffffffc06185f000 11    #offset 228(1110 0100) 11(1011) 改为小端序(1011 1110 0100)即3044
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194678]   0xffffffc06185f000 255   #matchLength begin
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194689]   0xffffffc06185f000 255
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194701]   0xffffffc06185f000 255
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194712]   0xffffffc06185f000 255
09-15 14:35:06.822 <3>[138, kswapd0][  638.194747]   0xffffffc06185f000 7     #matchLength end:255*4+7 1027

解压算法

压缩理解了其实解压也很简单

输入:[token]abcde_(5,4)[token]fgh_(14,5)fghxxxxxxx
输出:abcde_bcdefgh_abcdefghxxxxxxx

根据解压前的数据流,取出token内的length,literals直接复制到输出,即memcpy(src,dst,length)
遇到match,在从前面已经拷贝的literals复制到后面即可

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/463107.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

Mac OS defaults命令(Access the Mac OS user defaults system)

defaults命令: 用于访问和修改Mac 上一些系统的默认设置&#xff08;Access the Mac OS user defaults system&#xff09; 仅修改当前用户设置&#xff0c;所以不应加sudo。 用法&#xff1a; 读取所有默认配置&#xff1a; defaults read 读取某项配置&#xff1a; defaults …

推荐12个绚丽的CSS3图片悬停效果

CSS3为我们开发提供了很多特效&#xff0c;如鼠标悬停&#xff0c;线性渐变&#xff0c;在web开发早期常用的是鼠标悬停&#xff0c;他是网页制作的常用特效之一&#xff0c;早期使用Flash可以制作非常炫的效果&#xff0c;后来慢慢演变成现在的是图片悬停效果&#xff0c;现在…

SAP和ABAP内存的区别

1、读取哈使用方法不同SAP内存使用SET/GET parameters方法&#xff1b;ABAP内存使用 EXPORT 和 IMPORT 方法&#xff1b;2、共享范围不同SAP内存可以被所有的主session访问&#xff0c;内存数据可以同一个session中不同程序之间&#xff0c;或者不同session之间&#xff1b;AB…

RocksDB事务实现TransactionDB分析

基本概念 1. LSN (log sequence number) RocksDB中的每一条记录(KeyValue)都有一个LogSequenceNumber(后面统称lsn)&#xff0c;从最初的0开始&#xff0c;每次写入加1。该值为逻辑量&#xff0c;区别于InnoDB的lsn为redo log物理写入字节量。 我有几张阿里云幸运券分享给你&…

Leetcode 771. Jewels and Stones

class Solution(object):def numJewelsInStones(self, J, S):""":type J: str:type S: str:rtype: int"""countcollections.Counter(S)ans0for j in J:anscount.get(j,0)return ans 转载于:https://www.cnblogs.com/zywscq/p/10562590.html

iptables规则的增删改查

1、查看 iptables -nvL --line-number -L 查看当前表的所有规则&#xff0c;默认查看的是filter表&#xff0c;如果要查看NAT表&#xff0c;可以加上-t NAT参数 -n 不对ip地址进行反查&#xff0c;加上这个参数显示速度会快很多 -v 输出详细信息&#xff0c;包含通过该规则的数…

2010.3.13郊野公园小记,以及参观托驼峰航线纪念碑

今天是周末&#xff0c;也是个晴好的天气(罪过&#xff0c;今年云南大旱&#xff0c;希望早点下雨吧&#xff09;。去了趟昆明西北郊的郊野公园&#xff0c;09年的时候成龙的<大兵小将>也曾经在此公园取景。 首先上图的是公园里的驼峰航线纪念碑&#xff0c;也差不多到清…

HDFS的读/写流程

1.HDFS读流程 HDFS读流程 1.1 、Client通过FileSystem.open(filePath)方法,与NN节点进行【rpc】协议通信&#xff0c;校验是否有权限是否存在&#xff0c;假如都ok&#xff0c;返回该文件的部分或全部的block的列表(包含各个block块的分布在DN地址的列表)&#xff0c;也就是返…

VS Code设置中文插件

Vscode是一款开源的跨平台编辑器。默认情况下&#xff0c;vscode使用的语言为英文(en) 1&#xff09;打开vscode工具&#xff1b; 2&#xff09;使用快捷键组合【CtrlShiftp】&#xff0c;在搜索框中输入“configure display language”&#xff0c;点击确定后&#xff1b; 3&a…

1.4 CDA扩展

本地定义的标记可能被使用当本地的语义在CDA规范中没有相应的表述。当为不共享的标签的含义提供一个简洁、标准的机制时&#xff0c;CDA力求在最高的层次上共享的语义上进行标准化。为了支持本地扩展的需求&#xff0c;包含CDA架构之外的XML节点和属性是允许的。这些扩展不应该…

如何:将 TraceSource 和筛选器与跟踪侦听器一起使用(转载)

本文转载&#xff1a;http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/ms228993.aspx .NET Framework 2.0 版中的新功能之一就是增强的跟踪系统。基本的前提并未改变&#xff1a;跟踪消息通过开关发送到侦听器&#xff0c;侦听器则向关联的输出介质报告数据。2.0 版的一个主要区别在于…

C++排序之stable_sort()的方法

stable_sort()可以对vector的某个成员进行排序&#xff0c;而且可保证相等元素的原本相对次序在排序后保持不变。 下面是该函数的实现方法代码&#xff1a; #include <iostream> #include<math.h> #include <string> #include <vector> #include <…

linhaifeng fullstack

fullstack day02: 数据类型、字符编码、文件处理 http://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/7133357.html 转载于:https://www.cnblogs.com/marcoxu/p/10564094.html

javascript校验2

* 判断字符串是否符合指定的正则表达式 */ Java代码 function f_check_formatStr(obj) { var str obj.value; var dtype obj.eos_datatype; var regu dtype.substring(dtype.indexOf("(")1,dtype.indexOf(")")); //指定的正则表…

抓取qq邮箱联系人

今天是:2010-03-14 &#xff0c;纪念昨晚熬到3点! 题外话&#xff1a;模拟登陆请求页面这次我用了httpclient4.0&#xff0c;也顺便学习一下&#xff0c;4.0跟以前的版本用法上有很大的不同&#xff0c;具体情况Google一下就知道了&#xff0c;个人觉得知道原理就行了&#xff…

HDFS的Block size的默认大小

今天无意中听到了同事说关于HDFS中每个block的大小&#xff0c;特意查了下&#xff1a; 从Hadoop的官网上看了各个版本的说明文档中关于 Data Blocks 的说明&#xff0c;发现是从2.7.3版本开始&#xff0c;官方关于Data Blocks 的说明中&#xff0c;block size由64 MB变成了12…

Jconsole查看Weblogic自定义MBean

简单的Jconsole连接到weblogic进程&#xff0c;只能连接Platform MBean server,看不到自定义MBean。 这时我们需要连接到 WebLogic MBean server&#xff0c;通过如下方式&#xff1a; 1. 创建wlfulclient.jar 1) cd %WL_HOME%/server/lib 2) java -jar wljarbuilder.jar 2. 启…

Centos7 安装Mysql5.7

我们经常需要在服务器上安装mysql&#xff0c;各种文档都有&#xff0c;但是很多都是一部分&#xff0c;我现在总结了一下&#xff0c;放到一起&#xff0c;以后大家不用一篇一篇查询了。 1.安装yum repo 由于CentOS 的yum源中没有mysql&#xff0c;需要到mysql的官网下载yum r…

MySQL Innodb存储引擎使用B+树做索引的优点

对于数据库来说&#xff0c;索引和表数据都是存放在磁盘上的&#xff0c;一般使用B树作为索引 MySQL Innodb存储引擎使用了B树作为索引的优点&#xff0c;主要有以下原因&#xff1a; 1、索引和表数据都是存放在磁盘上的&#xff0c;如果磁盘上的数据量过大时&#xff0c;无法…

用eclipse配置spket编写extjs代码方法

依然是备忘用的&#xff0c;因为以前学过的东西很容易就会遗忘&#xff0c;现在每学一点就记录下来&#xff0c;一来让自己有一定的成就感&#xff0c;二来也方便以后查阅。 ExtJS的好处我就不多说了&#xff0c;富客户端的ajax框架&#xff0c;美观&#xff0c;大方&#xff0…