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稀疏檔案

稀疏檔案（英語：sparse file）是一種電腦檔案，它能嘗試在檔案內容大多為空時更有效率地使用檔案系統的空間。它的原理是以簡短的資訊（元資料）表示空資料塊，而不是在在磁碟上占用實際空間來儲存空資料塊。只有真實（非空）的資料塊會按原樣寫入磁碟。

稀疏檔案：空位元組不需要儲存，只需要通過元資料定義。

在讀取稀疏檔案時，檔案系統會按元資料在執行時將這些透明轉換為「真實」的資料塊，即填充為零。應用程式不會察覺這個轉換。

大多數現代的檔案系統支援稀疏檔案，包括大多數Unix變種和NTFS。[1]蘋果的HFS+不提供稀疏檔案支援，但在OS X中，虛擬檔案系統層支援在任何受支援檔案系統中儲存稀疏檔案，包括HFS+。2016年6月在WWDC宣布的蘋果檔案系統（APFS[2]）支援稀疏檔案。稀疏檔案常被用在磁碟映像、資料庫快照、紀錄檔檔案和科學應用中。

優勢

稀疏檔案的優勢是，它分配的儲存空間只在需要時使用：這樣節省了磁碟空間，並且可以建立很大的檔案，即使檔案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

稀疏檔案的缺點包括：稀疏檔案可能碎片化；檔案系統的空餘空間報告可能產生誤導；包含稀疏檔案的檔案系統被填滿可能產生意外效果，例如只是重寫現有檔案的內容時遭遇磁碟已滿或超出配額錯誤——開發者未預料到檔案可能被稀疏；使用非顯式支援的電腦程式複製稀疏檔案可能會複製整個內容，即未壓縮的檔案大小，包括未實際在磁碟上分配的零空間——也就是使稀疏檔案失去稀疏屬性。稀疏檔案也不是被所有備份軟體和應用支援。不過，VFS的實現迴避了先前兩個缺點。在Windows上載入稀疏的可執行檔（exe或dll）可能需要更多時間，因為檔案不被對映到主記憶體和快取。

Unix中的稀疏檔案

稀疏檔案通常對使用者透明（不可見）處理。但在某些情況下，稀疏檔案會與正常檔案顯現出差異。

建立

Unix命令：

 dd of=sparse-file bs=1k seek=5120 count=0

將建立一個5MB大小的檔案，但不在磁碟上儲存資料（僅儲存元資料）。（GNU dd也有此表現，因為它呼叫ftruncate來設定檔案大小；其他實現可能是只建立一個空檔案）。 如果truncate命令可用，也可以使用它：

 truncate -s 5M <filename>

刪除

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命令將列印占用的空間，而ls列印明面的大小。在一些非標準的du版本中，--block-size=1選項列印位元組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

一般來說，GNU版本的cp是檢測檔案是否為稀疏檔案的較好方式，所以 

cp sparse-file new-file

建立一個新檔案，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，如果一個已儲存檔案包含長串零塊且非稀疏方式儲存（即長串的零塊已被完全寫入並占用磁碟空間）。用此命令可以節省磁碟空間： 

cp --sparse=always file1 file1_sparsed

在某些例如FreeBSD的cp實現中，--sparse選項不被支援，將始終展開稀疏檔案。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，因此通過網路rsync巨大檔案時始終會浪費網路和磁碟頻寬。

通過標準輸入

 cp --sparse=always /proc/self/fd/0 new-sparse-file < somefile

Windows的NTFS

如果一個檔案的大部分資料是0，則這個檔案被稱包含了稀疏資料集。 檔案壓縮可以有效率地表示稀疏檔案，但壓縮與解壓會帶來時間代價。 NTFS檔案系統支援稀疏檔案表示，並對檔案的讀寫操作透明。

為確定檔案系統是否支援稀疏檔案，呼叫GetVolumeInformation函式，使用lpFileSystemFlags參數，檢查返回結果對應於FILE_SUPPORTS_SPARSE_FILES位元標誌。 DWORD dwFileSystemFlags = 0; BOOL bOk = GetVolumeInformation("C:\\", NULL, 0, NULL, NULL, &dwFileSystemFlags, NULL, 0); bOk = dwFileSystemFlags&FILE_SUPPORTS_SPARSE_FILES ; 判斷一個檔案是否是稀疏檔案：GetFileInformationByHandle

大部分檔案，在改變它的EndOfFile的時候，中間的空白會被作業系統填0，也就是說，如果用SetFilePointer和SetEndOfFile來產生一個很大的檔案，那麼這個檔案它占用的是真正的磁碟空間，即使裡面全是0，系統預設的也會在DeviceIoControl()中的ControlCode里用FSCTL_SET_ZERO_DATA標記，這個標記使得那些檔案空洞被0所填充。為了節省磁碟空間，必須把一個檔案聲明為稀疏檔案，以便讓系統把那些無用的0位元組壓縮，並釋放相應的磁碟空間，這需要用DeviceIoControl()將標記改為FSCTL_SET_SPARSE。

參見

參考資料

  1. ^ 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）. 
  2. ^ General Characteristics. Apple Inc. [2016-06-17]. （原始內容存檔於2016-06-13）. 
  3. ^ Jim Meyering. GNU coreutils/cp: Accept new option, --sparse={never,auto,always}, to control creation of sparse files.. 1995-12-21 [2016-06-17]. 
  4. ^ 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

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