Linux 六大压缩算法横评：Ubuntu 19.10 最终选择 LZ4

压缩算法| 2019-09-14

在近日发布的 Canonical 官方博文中，来自内核团队的 Ubuntu 工程师 Colin Ian King 介绍了 Ubuntu 19.10 操作系统启动方面的一些改进。

Ubuntu 19.10（Eoan Ermine）操作系统计划于10月17日正式发布，工程师在文章中表示通过过去数月的努力已经找到了更快的压缩/解压缩算法。

图0：Linux 六大压缩算法横评：Ubuntu 19.10 最终选择 LZ4

Ubuntu Kernel 团队对 initramfs 的六种压缩方法进行了基准测试，包括 BZIP2，GZIP，LZ4，LZMA，LZMO 和 XZ，以测量 Linux 内核的加载时间以及解压缩时间。主要使用 x86 TSC（Time Stamp Counter）在 x86 设备上进行基准测试。

根据测试结果，团队发现 LZ4 是 Ubuntu 19.10（Eoan Ermine）的最佳压缩/解压缩方法，这是因为 BZIP2，LZMA 和 XZ 的解压缩速度很慢，因此在进一步的测试中很快就被排除了。在压缩大小方面，GZIP 效果最好，能将文件压缩至最小，其次是 LZO（大约比 GZIP 大 16％）和LZ4（大约比 GZIP 大 25％），而在压缩时间方面，LZ4 比 GZIP 快 7 倍，LZO 比 GZIP 快约 1.25 倍，因此可以看到 GZIP 的速度不够快。

图1：Linux 六大压缩算法横评：Ubuntu 19.10 最终选择 LZ4

图2：Linux 六大压缩算法横评：Ubuntu 19.10 最终选择 LZ4

图3：Linux 六大压缩算法横评：Ubuntu 19.10 最终选择 LZ4

Colin Ian King 表示：“即使在慢速运行的传输媒介和慢速 CPU 上，LZ4 内核的更长加载时间也会带来更快的压缩时间。不过伴随着媒介传输速度的提升，GZIP，LZ4 和 LZO 之间的加载时间差减小，压缩时间变化来看 LZ4 是最大的赢家。”

自 Ubuntu 18.10（Cosmic Cuttlefish）发布以来，LZ4 已经在 Ubuntu 中默认使用，但看起来 Canonical 将保留 Ubuntu 19.10（Eoan Ermine）操作系统中内核和 initramfs 的默认压缩/解压缩方法。

LZ4 是一种无损数据压缩算法，可提供极快的压缩和解压缩速度。在 Ubuntu 19.10（Eoan Ermine）中，LZ4 将用于x86（64位）、PPC64le（PowerPC 64位Little Endian）和 s390（IBM System z）内核。

Arch Linux 计划将 zstd 作为默认压缩算法

过去几周，Arch Linux 维护人员比较了不同的压缩算法，最终计划使用 zstd 取代 devtools 中的默认压缩算法。

图4：Linux 六大压缩算法横评：Ubuntu 19.10 最终选择 LZ4

当前的压缩方法是`xz -c -z -`，它是单线程的，速度很慢，所以团队希望用更快的算法来将其替换。

虽然多线程 xz 早已出现，但是在一些意外情况下无法完成功能，所以很快就被淘汰了。

新的想法是使用 Facebook 的 zstd 算法，zstd 又叫 Zstandard，它是一种快速无损压缩算法，主要应用于 zlib 级别的实时压缩场景，并且具有更好的压缩比。

zstd 还可以以压缩速度为代价提供更强的压缩比，速度与压缩权衡可通过小增量进行配置。

经过一系列测试后 Arch 团队得出结论，理想的 zstd 级别将是“-18”，`zstd -c -T0 -18 -`相比`xz -c -z -`的优势是：

压缩时速度大幅提高
解压速度大幅提高
稳定、可重复的多线程

图5：Linux 六大压缩算法横评：Ubuntu 19.10 最终选择 LZ4

解压速度的提高将大大提高 pacman 的包安装速度。

目前 zstd 已经处在项目主干上，等待发布。

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