Merge branch 'jk/pager-in-use'
[git] / Documentation / technical / pack-protocol.txt
1 Packfile transfer protocols
2 ===========================
3
4 Git supports transferring data in packfiles over the ssh://, git://, http:// and
5 file:// transports.  There exist two sets of protocols, one for pushing
6 data from a client to a server and another for fetching data from a
7 server to a client.  The three transports (ssh, git, file) use the same
8 protocol to transfer data. http is documented in http-protocol.txt.
9
10 The processes invoked in the canonical Git implementation are 'upload-pack'
11 on the server side and 'fetch-pack' on the client side for fetching data;
12 then 'receive-pack' on the server and 'send-pack' on the client for pushing
13 data.  The protocol functions to have a server tell a client what is
14 currently on the server, then for the two to negotiate the smallest amount
15 of data to send in order to fully update one or the other.
16
17 pkt-line Format
18 ---------------
19
20 The descriptions below build on the pkt-line format described in
21 protocol-common.txt. When the grammar indicate `PKT-LINE(...)`, unless
22 otherwise noted the usual pkt-line LF rules apply: the sender SHOULD
23 include a LF, but the receiver MUST NOT complain if it is not present.
24
25 Transports
26 ----------
27 There are three transports over which the packfile protocol is
28 initiated.  The Git transport is a simple, unauthenticated server that
29 takes the command (almost always 'upload-pack', though Git
30 servers can be configured to be globally writable, in which 'receive-
31 pack' initiation is also allowed) with which the client wishes to
32 communicate and executes it and connects it to the requesting
33 process.
34
35 In the SSH transport, the client just runs the 'upload-pack'
36 or 'receive-pack' process on the server over the SSH protocol and then
37 communicates with that invoked process over the SSH connection.
38
39 The file:// transport runs the 'upload-pack' or 'receive-pack'
40 process locally and communicates with it over a pipe.
41
42 Git Transport
43 -------------
44
45 The Git transport starts off by sending the command and repository
46 on the wire using the pkt-line format, followed by a NUL byte and a
47 hostname parameter, terminated by a NUL byte.
48
49    0032git-upload-pack /project.git\0host=myserver.com\0
50
51 --
52    git-proto-request = request-command SP pathname NUL [ host-parameter NUL ]
53    request-command   = "git-upload-pack" / "git-receive-pack" /
54                        "git-upload-archive"   ; case sensitive
55    pathname          = *( %x01-ff ) ; exclude NUL
56    host-parameter    = "host=" hostname [ ":" port ]
57 --
58
59 Only host-parameter is allowed in the git-proto-request. Clients
60 MUST NOT attempt to send additional parameters. It is used for the
61 git-daemon name based virtual hosting.  See --interpolated-path
62 option to git daemon, with the %H/%CH format characters.
63
64 Basically what the Git client is doing to connect to an 'upload-pack'
65 process on the server side over the Git protocol is this:
66
67    $ echo -e -n \
68      "0039git-upload-pack /schacon/gitbook.git\0host=example.com\0" |
69      nc -v example.com 9418
70
71 If the server refuses the request for some reasons, it could abort
72 gracefully with an error message.
73
74 ----
75   error-line     =  PKT-LINE("ERR" SP explanation-text)
76 ----
77
78
79 SSH Transport
80 -------------
81
82 Initiating the upload-pack or receive-pack processes over SSH is
83 executing the binary on the server via SSH remote execution.
84 It is basically equivalent to running this:
85
86    $ ssh git.example.com "git-upload-pack '/project.git'"
87
88 For a server to support Git pushing and pulling for a given user over
89 SSH, that user needs to be able to execute one or both of those
90 commands via the SSH shell that they are provided on login.  On some
91 systems, that shell access is limited to only being able to run those
92 two commands, or even just one of them.
93
94 In an ssh:// format URI, it's absolute in the URI, so the '/' after
95 the host name (or port number) is sent as an argument, which is then
96 read by the remote git-upload-pack exactly as is, so it's effectively
97 an absolute path in the remote filesystem.
98
99        git clone ssh://user@example.com/project.git
100                     |
101                     v
102     ssh user@example.com "git-upload-pack '/project.git'"
103
104 In a "user@host:path" format URI, its relative to the user's home
105 directory, because the Git client will run:
106
107      git clone user@example.com:project.git
108                     |
109                     v
110   ssh user@example.com "git-upload-pack 'project.git'"
111
112 The exception is if a '~' is used, in which case
113 we execute it without the leading '/'.
114
115       ssh://user@example.com/~alice/project.git,
116                      |
117                      v
118    ssh user@example.com "git-upload-pack '~alice/project.git'"
119
120 A few things to remember here:
121
122 - The "command name" is spelled with dash (e.g. git-upload-pack), but
123   this can be overridden by the client;
124
125 - The repository path is always quoted with single quotes.
126
127 Fetching Data From a Server
128 ---------------------------
129
130 When one Git repository wants to get data that a second repository
131 has, the first can 'fetch' from the second.  This operation determines
132 what data the server has that the client does not then streams that
133 data down to the client in packfile format.
134
135
136 Reference Discovery
137 -------------------
138
139 When the client initially connects the server will immediately respond
140 with a listing of each reference it has (all branches and tags) along
141 with the object name that each reference currently points to.
142
143    $ echo -e -n "0039git-upload-pack /schacon/gitbook.git\0host=example.com\0" |
144       nc -v example.com 9418
145    00887217a7c7e582c46cec22a130adf4b9d7d950fba0 HEAD\0multi_ack thin-pack
146                 side-band side-band-64k ofs-delta shallow no-progress include-tag
147    00441d3fcd5ced445d1abc402225c0b8a1299641f497 refs/heads/integration
148    003f7217a7c7e582c46cec22a130adf4b9d7d950fba0 refs/heads/master
149    003cb88d2441cac0977faf98efc80305012112238d9d refs/tags/v0.9
150    003c525128480b96c89e6418b1e40909bf6c5b2d580f refs/tags/v1.0
151    003fe92df48743b7bc7d26bcaabfddde0a1e20cae47c refs/tags/v1.0^{}
152    0000
153
154 The returned response is a pkt-line stream describing each ref and
155 its current value.  The stream MUST be sorted by name according to
156 the C locale ordering.
157
158 If HEAD is a valid ref, HEAD MUST appear as the first advertised
159 ref.  If HEAD is not a valid ref, HEAD MUST NOT appear in the
160 advertisement list at all, but other refs may still appear.
161
162 The stream MUST include capability declarations behind a NUL on the
163 first ref. The peeled value of a ref (that is "ref^{}") MUST be
164 immediately after the ref itself, if presented. A conforming server
165 MUST peel the ref if it's an annotated tag.
166
167 ----
168   advertised-refs  =  (no-refs / list-of-refs)
169                       *shallow
170                       flush-pkt
171
172   no-refs          =  PKT-LINE(zero-id SP "capabilities^{}"
173                       NUL capability-list)
174
175   list-of-refs     =  first-ref *other-ref
176   first-ref        =  PKT-LINE(obj-id SP refname
177                       NUL capability-list)
178
179   other-ref        =  PKT-LINE(other-tip / other-peeled)
180   other-tip        =  obj-id SP refname
181   other-peeled     =  obj-id SP refname "^{}"
182
183   shallow          =  PKT-LINE("shallow" SP obj-id)
184
185   capability-list  =  capability *(SP capability)
186   capability       =  1*(LC_ALPHA / DIGIT / "-" / "_")
187   LC_ALPHA         =  %x61-7A
188 ----
189
190 Server and client MUST use lowercase for obj-id, both MUST treat obj-id
191 as case-insensitive.
192
193 See protocol-capabilities.txt for a list of allowed server capabilities
194 and descriptions.
195
196 Packfile Negotiation
197 --------------------
198 After reference and capabilities discovery, the client can decide to
199 terminate the connection by sending a flush-pkt, telling the server it can
200 now gracefully terminate, and disconnect, when it does not need any pack
201 data. This can happen with the ls-remote command, and also can happen when
202 the client already is up-to-date.
203
204 Otherwise, it enters the negotiation phase, where the client and
205 server determine what the minimal packfile necessary for transport is,
206 by telling the server what objects it wants, its shallow objects
207 (if any), and the maximum commit depth it wants (if any).  The client
208 will also send a list of the capabilities it wants to be in effect,
209 out of what the server said it could do with the first 'want' line.
210
211 ----
212   upload-request    =  want-list
213                        *shallow-line
214                        *1depth-request
215                        flush-pkt
216
217   want-list         =  first-want
218                        *additional-want
219
220   shallow-line      =  PKT-LINE("shallow" SP obj-id)
221
222   depth-request     =  PKT-LINE("deepen" SP depth) /
223                        PKT-LINE("deepen-since" SP timestamp) /
224                        PKT-LINE("deepen-not" SP ref)
225
226   first-want        =  PKT-LINE("want" SP obj-id SP capability-list)
227   additional-want   =  PKT-LINE("want" SP obj-id)
228
229   depth             =  1*DIGIT
230 ----
231
232 Clients MUST send all the obj-ids it wants from the reference
233 discovery phase as 'want' lines. Clients MUST send at least one
234 'want' command in the request body. Clients MUST NOT mention an
235 obj-id in a 'want' command which did not appear in the response
236 obtained through ref discovery.
237
238 The client MUST write all obj-ids which it only has shallow copies
239 of (meaning that it does not have the parents of a commit) as
240 'shallow' lines so that the server is aware of the limitations of
241 the client's history.
242
243 The client now sends the maximum commit history depth it wants for
244 this transaction, which is the number of commits it wants from the
245 tip of the history, if any, as a 'deepen' line.  A depth of 0 is the
246 same as not making a depth request. The client does not want to receive
247 any commits beyond this depth, nor does it want objects needed only to
248 complete those commits. Commits whose parents are not received as a
249 result are defined as shallow and marked as such in the server. This
250 information is sent back to the client in the next step.
251
252 Once all the 'want's and 'shallow's (and optional 'deepen') are
253 transferred, clients MUST send a flush-pkt, to tell the server side
254 that it is done sending the list.
255
256 Otherwise, if the client sent a positive depth request, the server
257 will determine which commits will and will not be shallow and
258 send this information to the client. If the client did not request
259 a positive depth, this step is skipped.
260
261 ----
262   shallow-update   =  *shallow-line
263                       *unshallow-line
264                       flush-pkt
265
266   shallow-line     =  PKT-LINE("shallow" SP obj-id)
267
268   unshallow-line   =  PKT-LINE("unshallow" SP obj-id)
269 ----
270
271 If the client has requested a positive depth, the server will compute
272 the set of commits which are no deeper than the desired depth. The set
273 of commits start at the client's wants.
274
275 The server writes 'shallow' lines for each
276 commit whose parents will not be sent as a result. The server writes
277 an 'unshallow' line for each commit which the client has indicated is
278 shallow, but is no longer shallow at the currently requested depth
279 (that is, its parents will now be sent). The server MUST NOT mark
280 as unshallow anything which the client has not indicated was shallow.
281
282 Now the client will send a list of the obj-ids it has using 'have'
283 lines, so the server can make a packfile that only contains the objects
284 that the client needs. In multi_ack mode, the canonical implementation
285 will send up to 32 of these at a time, then will send a flush-pkt. The
286 canonical implementation will skip ahead and send the next 32 immediately,
287 so that there is always a block of 32 "in-flight on the wire" at a time.
288
289 ----
290   upload-haves      =  have-list
291                        compute-end
292
293   have-list         =  *have-line
294   have-line         =  PKT-LINE("have" SP obj-id)
295   compute-end       =  flush-pkt / PKT-LINE("done")
296 ----
297
298 If the server reads 'have' lines, it then will respond by ACKing any
299 of the obj-ids the client said it had that the server also has. The
300 server will ACK obj-ids differently depending on which ack mode is
301 chosen by the client.
302
303 In multi_ack mode:
304
305   * the server will respond with 'ACK obj-id continue' for any common
306     commits.
307
308   * once the server has found an acceptable common base commit and is
309     ready to make a packfile, it will blindly ACK all 'have' obj-ids
310     back to the client.
311
312   * the server will then send a 'NAK' and then wait for another response
313     from the client - either a 'done' or another list of 'have' lines.
314
315 In multi_ack_detailed mode:
316
317   * the server will differentiate the ACKs where it is signaling
318     that it is ready to send data with 'ACK obj-id ready' lines, and
319     signals the identified common commits with 'ACK obj-id common' lines.
320
321 Without either multi_ack or multi_ack_detailed:
322
323  * upload-pack sends "ACK obj-id" on the first common object it finds.
324    After that it says nothing until the client gives it a "done".
325
326  * upload-pack sends "NAK" on a flush-pkt if no common object
327    has been found yet.  If one has been found, and thus an ACK
328    was already sent, it's silent on the flush-pkt.
329
330 After the client has gotten enough ACK responses that it can determine
331 that the server has enough information to send an efficient packfile
332 (in the canonical implementation, this is determined when it has received
333 enough ACKs that it can color everything left in the --date-order queue
334 as common with the server, or the --date-order queue is empty), or the
335 client determines that it wants to give up (in the canonical implementation,
336 this is determined when the client sends 256 'have' lines without getting
337 any of them ACKed by the server - meaning there is nothing in common and
338 the server should just send all of its objects), then the client will send
339 a 'done' command.  The 'done' command signals to the server that the client
340 is ready to receive its packfile data.
341
342 However, the 256 limit *only* turns on in the canonical client
343 implementation if we have received at least one "ACK %s continue"
344 during a prior round.  This helps to ensure that at least one common
345 ancestor is found before we give up entirely.
346
347 Once the 'done' line is read from the client, the server will either
348 send a final 'ACK obj-id' or it will send a 'NAK'. 'obj-id' is the object
349 name of the last commit determined to be common. The server only sends
350 ACK after 'done' if there is at least one common base and multi_ack or
351 multi_ack_detailed is enabled. The server always sends NAK after 'done'
352 if there is no common base found.
353
354 Then the server will start sending its packfile data.
355
356 ----
357   server-response = *ack_multi ack / nak
358   ack_multi       = PKT-LINE("ACK" SP obj-id ack_status)
359   ack_status      = "continue" / "common" / "ready"
360   ack             = PKT-LINE("ACK" SP obj-id)
361   nak             = PKT-LINE("NAK")
362 ----
363
364 A simple clone may look like this (with no 'have' lines):
365
366 ----
367    C: 0054want 74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d multi_ack \
368      side-band-64k ofs-delta\n
369    C: 0032want 7d1665144a3a975c05f1f43902ddaf084e784dbe\n
370    C: 0032want 5a3f6be755bbb7deae50065988cbfa1ffa9ab68a\n
371    C: 0032want 7e47fe2bd8d01d481f44d7af0531bd93d3b21c01\n
372    C: 0032want 74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d\n
373    C: 0000
374    C: 0009done\n
375
376    S: 0008NAK\n
377    S: [PACKFILE]
378 ----
379
380 An incremental update (fetch) response might look like this:
381
382 ----
383    C: 0054want 74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d multi_ack \
384      side-band-64k ofs-delta\n
385    C: 0032want 7d1665144a3a975c05f1f43902ddaf084e784dbe\n
386    C: 0032want 5a3f6be755bbb7deae50065988cbfa1ffa9ab68a\n
387    C: 0000
388    C: 0032have 7e47fe2bd8d01d481f44d7af0531bd93d3b21c01\n
389    C: [30 more have lines]
390    C: 0032have 74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d\n
391    C: 0000
392
393    S: 003aACK 7e47fe2bd8d01d481f44d7af0531bd93d3b21c01 continue\n
394    S: 003aACK 74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d continue\n
395    S: 0008NAK\n
396
397    C: 0009done\n
398
399    S: 0031ACK 74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d\n
400    S: [PACKFILE]
401 ----
402
403
404 Packfile Data
405 -------------
406
407 Now that the client and server have finished negotiation about what
408 the minimal amount of data that needs to be sent to the client is, the server
409 will construct and send the required data in packfile format.
410
411 See pack-format.txt for what the packfile itself actually looks like.
412
413 If 'side-band' or 'side-band-64k' capabilities have been specified by
414 the client, the server will send the packfile data multiplexed.
415
416 Each packet starting with the packet-line length of the amount of data
417 that follows, followed by a single byte specifying the sideband the
418 following data is coming in on.
419
420 In 'side-band' mode, it will send up to 999 data bytes plus 1 control
421 code, for a total of up to 1000 bytes in a pkt-line.  In 'side-band-64k'
422 mode it will send up to 65519 data bytes plus 1 control code, for a
423 total of up to 65520 bytes in a pkt-line.
424
425 The sideband byte will be a '1', '2' or a '3'. Sideband '1' will contain
426 packfile data, sideband '2' will be used for progress information that the
427 client will generally print to stderr and sideband '3' is used for error
428 information.
429
430 If no 'side-band' capability was specified, the server will stream the
431 entire packfile without multiplexing.
432
433
434 Pushing Data To a Server
435 ------------------------
436
437 Pushing data to a server will invoke the 'receive-pack' process on the
438 server, which will allow the client to tell it which references it should
439 update and then send all the data the server will need for those new
440 references to be complete.  Once all the data is received and validated,
441 the server will then update its references to what the client specified.
442
443 Authentication
444 --------------
445
446 The protocol itself contains no authentication mechanisms.  That is to be
447 handled by the transport, such as SSH, before the 'receive-pack' process is
448 invoked.  If 'receive-pack' is configured over the Git transport, those
449 repositories will be writable by anyone who can access that port (9418) as
450 that transport is unauthenticated.
451
452 Reference Discovery
453 -------------------
454
455 The reference discovery phase is done nearly the same way as it is in the
456 fetching protocol. Each reference obj-id and name on the server is sent
457 in packet-line format to the client, followed by a flush-pkt.  The only
458 real difference is that the capability listing is different - the only
459 possible values are 'report-status', 'delete-refs', 'ofs-delta' and
460 'push-options'.
461
462 Reference Update Request and Packfile Transfer
463 ----------------------------------------------
464
465 Once the client knows what references the server is at, it can send a
466 list of reference update requests.  For each reference on the server
467 that it wants to update, it sends a line listing the obj-id currently on
468 the server, the obj-id the client would like to update it to and the name
469 of the reference.
470
471 This list is followed by a flush-pkt. Then the push options are transmitted
472 one per packet followed by another flush-pkt. After that the packfile that
473 should contain all the objects that the server will need to complete the new
474 references will be sent.
475
476 ----
477   update-request    =  *shallow ( command-list | push-cert ) [packfile]
478
479   shallow           =  PKT-LINE("shallow" SP obj-id)
480
481   command-list      =  PKT-LINE(command NUL capability-list)
482                        *PKT-LINE(command)
483                        flush-pkt
484
485   command           =  create / delete / update
486   create            =  zero-id SP new-id  SP name
487   delete            =  old-id  SP zero-id SP name
488   update            =  old-id  SP new-id  SP name
489
490   old-id            =  obj-id
491   new-id            =  obj-id
492
493   push-cert         = PKT-LINE("push-cert" NUL capability-list LF)
494                       PKT-LINE("certificate version 0.1" LF)
495                       PKT-LINE("pusher" SP ident LF)
496                       PKT-LINE("pushee" SP url LF)
497                       PKT-LINE("nonce" SP nonce LF)
498                       PKT-LINE(LF)
499                       *PKT-LINE(command LF)
500                       *PKT-LINE(gpg-signature-lines LF)
501                       PKT-LINE("push-cert-end" LF)
502
503   packfile          = "PACK" 28*(OCTET)
504 ----
505
506 If the receiving end does not support delete-refs, the sending end MUST
507 NOT ask for delete command.
508
509 If the receiving end does not support push-cert, the sending end
510 MUST NOT send a push-cert command.  When a push-cert command is
511 sent, command-list MUST NOT be sent; the commands recorded in the
512 push certificate is used instead.
513
514 The packfile MUST NOT be sent if the only command used is 'delete'.
515
516 A packfile MUST be sent if either create or update command is used,
517 even if the server already has all the necessary objects.  In this
518 case the client MUST send an empty packfile.   The only time this
519 is likely to happen is if the client is creating
520 a new branch or a tag that points to an existing obj-id.
521
522 The server will receive the packfile, unpack it, then validate each
523 reference that is being updated that it hasn't changed while the request
524 was being processed (the obj-id is still the same as the old-id), and
525 it will run any update hooks to make sure that the update is acceptable.
526 If all of that is fine, the server will then update the references.
527
528 Push Certificate
529 ----------------
530
531 A push certificate begins with a set of header lines.  After the
532 header and an empty line, the protocol commands follow, one per
533 line. Note that the trailing LF in push-cert PKT-LINEs is _not_
534 optional; it must be present.
535
536 Currently, the following header fields are defined:
537
538 `pusher` ident::
539         Identify the GPG key in "Human Readable Name <email@address>"
540         format.
541
542 `pushee` url::
543         The repository URL (anonymized, if the URL contains
544         authentication material) the user who ran `git push`
545         intended to push into.
546
547 `nonce` nonce::
548         The 'nonce' string the receiving repository asked the
549         pushing user to include in the certificate, to prevent
550         replay attacks.
551
552 The GPG signature lines are a detached signature for the contents
553 recorded in the push certificate before the signature block begins.
554 The detached signature is used to certify that the commands were
555 given by the pusher, who must be the signer.
556
557 Report Status
558 -------------
559
560 After receiving the pack data from the sender, the receiver sends a
561 report if 'report-status' capability is in effect.
562 It is a short listing of what happened in that update.  It will first
563 list the status of the packfile unpacking as either 'unpack ok' or
564 'unpack [error]'.  Then it will list the status for each of the references
565 that it tried to update.  Each line is either 'ok [refname]' if the
566 update was successful, or 'ng [refname] [error]' if the update was not.
567
568 ----
569   report-status     = unpack-status
570                       1*(command-status)
571                       flush-pkt
572
573   unpack-status     = PKT-LINE("unpack" SP unpack-result)
574   unpack-result     = "ok" / error-msg
575
576   command-status    = command-ok / command-fail
577   command-ok        = PKT-LINE("ok" SP refname)
578   command-fail      = PKT-LINE("ng" SP refname SP error-msg)
579
580   error-msg         = 1*(OCTECT) ; where not "ok"
581 ----
582
583 Updates can be unsuccessful for a number of reasons.  The reference can have
584 changed since the reference discovery phase was originally sent, meaning
585 someone pushed in the meantime.  The reference being pushed could be a
586 non-fast-forward reference and the update hooks or configuration could be
587 set to not allow that, etc.  Also, some references can be updated while others
588 can be rejected.
589
590 An example client/server communication might look like this:
591
592 ----
593    S: 007c74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d refs/heads/local\0report-status delete-refs ofs-delta\n
594    S: 003e7d1665144a3a975c05f1f43902ddaf084e784dbe refs/heads/debug\n
595    S: 003f74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d refs/heads/master\n
596    S: 003f74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d refs/heads/team\n
597    S: 0000
598
599    C: 003e7d1665144a3a975c05f1f43902ddaf084e784dbe 74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d refs/heads/debug\n
600    C: 003e74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d 5a3f6be755bbb7deae50065988cbfa1ffa9ab68a refs/heads/master\n
601    C: 0000
602    C: [PACKDATA]
603
604    S: 000eunpack ok\n
605    S: 0018ok refs/heads/debug\n
606    S: 002ang refs/heads/master non-fast-forward\n
607 ----