Merge branch 'ph/use-delete-refs'
[git] / Documentation / technical / index-format.txt
1 Git index format
2 ================
3
4 == The Git index file has the following format
5
6   All binary numbers are in network byte order.
7   In a repository using the traditional SHA-1, checksums and object IDs
8   (object names) mentioned below are all computed using SHA-1.  Similarly,
9   in SHA-256 repositories, these values are computed using SHA-256.
10   Version 2 is described here unless stated otherwise.
11
12    - A 12-byte header consisting of
13
14      4-byte signature:
15        The signature is { 'D', 'I', 'R', 'C' } (stands for "dircache")
16
17      4-byte version number:
18        The current supported versions are 2, 3 and 4.
19
20      32-bit number of index entries.
21
22    - A number of sorted index entries (see below).
23
24    - Extensions
25
26      Extensions are identified by signature. Optional extensions can
27      be ignored if Git does not understand them.
28
29      Git currently supports cache tree and resolve undo extensions.
30
31      4-byte extension signature. If the first byte is 'A'..'Z' the
32      extension is optional and can be ignored.
33
34      32-bit size of the extension
35
36      Extension data
37
38    - Hash checksum over the content of the index file before this checksum.
39
40 == Index entry
41
42   Index entries are sorted in ascending order on the name field,
43   interpreted as a string of unsigned bytes (i.e. memcmp() order, no
44   localization, no special casing of directory separator '/'). Entries
45   with the same name are sorted by their stage field.
46
47   32-bit ctime seconds, the last time a file's metadata changed
48     this is stat(2) data
49
50   32-bit ctime nanosecond fractions
51     this is stat(2) data
52
53   32-bit mtime seconds, the last time a file's data changed
54     this is stat(2) data
55
56   32-bit mtime nanosecond fractions
57     this is stat(2) data
58
59   32-bit dev
60     this is stat(2) data
61
62   32-bit ino
63     this is stat(2) data
64
65   32-bit mode, split into (high to low bits)
66
67     4-bit object type
68       valid values in binary are 1000 (regular file), 1010 (symbolic link)
69       and 1110 (gitlink)
70
71     3-bit unused
72
73     9-bit unix permission. Only 0755 and 0644 are valid for regular files.
74     Symbolic links and gitlinks have value 0 in this field.
75
76   32-bit uid
77     this is stat(2) data
78
79   32-bit gid
80     this is stat(2) data
81
82   32-bit file size
83     This is the on-disk size from stat(2), truncated to 32-bit.
84
85   Object name for the represented object
86
87   A 16-bit 'flags' field split into (high to low bits)
88
89     1-bit assume-valid flag
90
91     1-bit extended flag (must be zero in version 2)
92
93     2-bit stage (during merge)
94
95     12-bit name length if the length is less than 0xFFF; otherwise 0xFFF
96     is stored in this field.
97
98   (Version 3 or later) A 16-bit field, only applicable if the
99   "extended flag" above is 1, split into (high to low bits).
100
101     1-bit reserved for future
102
103     1-bit skip-worktree flag (used by sparse checkout)
104
105     1-bit intent-to-add flag (used by "git add -N")
106
107     13-bit unused, must be zero
108
109   Entry path name (variable length) relative to top level directory
110     (without leading slash). '/' is used as path separator. The special
111     path components ".", ".." and ".git" (without quotes) are disallowed.
112     Trailing slash is also disallowed.
113
114     The exact encoding is undefined, but the '.' and '/' characters
115     are encoded in 7-bit ASCII and the encoding cannot contain a NUL
116     byte (iow, this is a UNIX pathname).
117
118   (Version 4) In version 4, the entry path name is prefix-compressed
119     relative to the path name for the previous entry (the very first
120     entry is encoded as if the path name for the previous entry is an
121     empty string).  At the beginning of an entry, an integer N in the
122     variable width encoding (the same encoding as the offset is encoded
123     for OFS_DELTA pack entries; see pack-format.txt) is stored, followed
124     by a NUL-terminated string S.  Removing N bytes from the end of the
125     path name for the previous entry, and replacing it with the string S
126     yields the path name for this entry.
127
128   1-8 nul bytes as necessary to pad the entry to a multiple of eight bytes
129   while keeping the name NUL-terminated.
130
131   (Version 4) In version 4, the padding after the pathname does not
132   exist.
133
134   Interpretation of index entries in split index mode is completely
135   different. See below for details.
136
137 == Extensions
138
139 === Cache tree
140
141   Since the index does not record entries for directories, the cache
142   entries cannot describe tree objects that already exist in the object
143   database for regions of the index that are unchanged from an existing
144   commit. The cache tree extension stores a recursive tree structure that
145   describes the trees that already exist and completely match sections of
146   the cache entries. This speeds up tree object generation from the index
147   for a new commit by only computing the trees that are "new" to that
148   commit. It also assists when comparing the index to another tree, such
149   as `HEAD^{tree}`, since sections of the index can be skipped when a tree
150   comparison demonstrates equality.
151
152   The recursive tree structure uses nodes that store a number of cache
153   entries, a list of subnodes, and an object ID (OID). The OID references
154   the existing tree for that node, if it is known to exist. The subnodes
155   correspond to subdirectories that themselves have cache tree nodes. The
156   number of cache entries corresponds to the number of cache entries in
157   the index that describe paths within that tree's directory.
158
159   The extension tracks the full directory structure in the cache tree
160   extension, but this is generally smaller than the full cache entry list.
161
162   When a path is updated in index, Git invalidates all nodes of the
163   recursive cache tree corresponding to the parent directories of that
164   path. We store these tree nodes as being "invalid" by using "-1" as the
165   number of cache entries. Invalid nodes still store a span of index
166   entries, allowing Git to focus its efforts when reconstructing a full
167   cache tree.
168
169   The signature for this extension is { 'T', 'R', 'E', 'E' }.
170
171   A series of entries fill the entire extension; each of which
172   consists of:
173
174   - NUL-terminated path component (relative to its parent directory);
175
176   - ASCII decimal number of entries in the index that is covered by the
177     tree this entry represents (entry_count);
178
179   - A space (ASCII 32);
180
181   - ASCII decimal number that represents the number of subtrees this
182     tree has;
183
184   - A newline (ASCII 10); and
185
186   - Object name for the object that would result from writing this span
187     of index as a tree.
188
189   An entry can be in an invalidated state and is represented by having
190   a negative number in the entry_count field. In this case, there is no
191   object name and the next entry starts immediately after the newline.
192   When writing an invalid entry, -1 should always be used as entry_count.
193
194   The entries are written out in the top-down, depth-first order.  The
195   first entry represents the root level of the repository, followed by the
196   first subtree--let's call this A--of the root level (with its name
197   relative to the root level), followed by the first subtree of A (with
198   its name relative to A), and so on. The specified number of subtrees
199   indicates when the current level of the recursive stack is complete.
200
201 === Resolve undo
202
203   A conflict is represented in the index as a set of higher stage entries.
204   When a conflict is resolved (e.g. with "git add path"), these higher
205   stage entries will be removed and a stage-0 entry with proper resolution
206   is added.
207
208   When these higher stage entries are removed, they are saved in the
209   resolve undo extension, so that conflicts can be recreated (e.g. with
210   "git checkout -m"), in case users want to redo a conflict resolution
211   from scratch.
212
213   The signature for this extension is { 'R', 'E', 'U', 'C' }.
214
215   A series of entries fill the entire extension; each of which
216   consists of:
217
218   - NUL-terminated pathname the entry describes (relative to the root of
219     the repository, i.e. full pathname);
220
221   - Three NUL-terminated ASCII octal numbers, entry mode of entries in
222     stage 1 to 3 (a missing stage is represented by "0" in this field);
223     and
224
225   - At most three object names of the entry in stages from 1 to 3
226     (nothing is written for a missing stage).
227
228 === Split index
229
230   In split index mode, the majority of index entries could be stored
231   in a separate file. This extension records the changes to be made on
232   top of that to produce the final index.
233
234   The signature for this extension is { 'l', 'i', 'n', 'k' }.
235
236   The extension consists of:
237
238   - Hash of the shared index file. The shared index file path
239     is $GIT_DIR/sharedindex.<hash>. If all bits are zero, the
240     index does not require a shared index file.
241
242   - An ewah-encoded delete bitmap, each bit represents an entry in the
243     shared index. If a bit is set, its corresponding entry in the
244     shared index will be removed from the final index.  Note, because
245     a delete operation changes index entry positions, but we do need
246     original positions in replace phase, it's best to just mark
247     entries for removal, then do a mass deletion after replacement.
248
249   - An ewah-encoded replace bitmap, each bit represents an entry in
250     the shared index. If a bit is set, its corresponding entry in the
251     shared index will be replaced with an entry in this index
252     file. All replaced entries are stored in sorted order in this
253     index. The first "1" bit in the replace bitmap corresponds to the
254     first index entry, the second "1" bit to the second entry and so
255     on. Replaced entries may have empty path names to save space.
256
257   The remaining index entries after replaced ones will be added to the
258   final index. These added entries are also sorted by entry name then
259   stage.
260
261 == Untracked cache
262
263   Untracked cache saves the untracked file list and necessary data to
264   verify the cache. The signature for this extension is { 'U', 'N',
265   'T', 'R' }.
266
267   The extension starts with
268
269   - A sequence of NUL-terminated strings, preceded by the size of the
270     sequence in variable width encoding. Each string describes the
271     environment where the cache can be used.
272
273   - Stat data of $GIT_DIR/info/exclude. See "Index entry" section from
274     ctime field until "file size".
275
276   - Stat data of core.excludesfile
277
278   - 32-bit dir_flags (see struct dir_struct)
279
280   - Hash of $GIT_DIR/info/exclude. A null hash means the file
281     does not exist.
282
283   - Hash of core.excludesfile. A null hash means the file does
284     not exist.
285
286   - NUL-terminated string of per-dir exclude file name. This usually
287     is ".gitignore".
288
289   - The number of following directory blocks, variable width
290     encoding. If this number is zero, the extension ends here with a
291     following NUL.
292
293   - A number of directory blocks in depth-first-search order, each
294     consists of
295
296     - The number of untracked entries, variable width encoding.
297
298     - The number of sub-directory blocks, variable width encoding.
299
300     - The directory name terminated by NUL.
301
302     - A number of untracked file/dir names terminated by NUL.
303
304 The remaining data of each directory block is grouped by type:
305
306   - An ewah bitmap, the n-th bit marks whether the n-th directory has
307     valid untracked cache entries.
308
309   - An ewah bitmap, the n-th bit records "check-only" bit of
310     read_directory_recursive() for the n-th directory.
311
312   - An ewah bitmap, the n-th bit indicates whether hash and stat data
313     is valid for the n-th directory and exists in the next data.
314
315   - An array of stat data. The n-th data corresponds with the n-th
316     "one" bit in the previous ewah bitmap.
317
318   - An array of hashes. The n-th hash corresponds with the n-th "one" bit
319     in the previous ewah bitmap.
320
321   - One NUL.
322
323 == File System Monitor cache
324
325   The file system monitor cache tracks files for which the core.fsmonitor
326   hook has told us about changes.  The signature for this extension is
327   { 'F', 'S', 'M', 'N' }.
328
329   The extension starts with
330
331   - 32-bit version number: the current supported versions are 1 and 2.
332
333   - (Version 1)
334     64-bit time: the extension data reflects all changes through the given
335         time which is stored as the nanoseconds elapsed since midnight,
336         January 1, 1970.
337
338   - (Version 2)
339     A null terminated string: an opaque token defined by the file system
340     monitor application.  The extension data reflects all changes relative
341     to that token.
342
343   - 32-bit bitmap size: the size of the CE_FSMONITOR_VALID bitmap.
344
345   - An ewah bitmap, the n-th bit indicates whether the n-th index entry
346     is not CE_FSMONITOR_VALID.
347
348 == End of Index Entry
349
350   The End of Index Entry (EOIE) is used to locate the end of the variable
351   length index entries and the beginning of the extensions. Code can take
352   advantage of this to quickly locate the index extensions without having
353   to parse through all of the index entries.
354
355   Because it must be able to be loaded before the variable length cache
356   entries and other index extensions, this extension must be written last.
357   The signature for this extension is { 'E', 'O', 'I', 'E' }.
358
359   The extension consists of:
360
361   - 32-bit offset to the end of the index entries
362
363   - Hash over the extension types and their sizes (but not
364         their contents).  E.g. if we have "TREE" extension that is N-bytes
365         long, "REUC" extension that is M-bytes long, followed by "EOIE",
366         then the hash would be:
367
368         Hash("TREE" + <binary representation of N> +
369                 "REUC" + <binary representation of M>)
370
371 == Index Entry Offset Table
372
373   The Index Entry Offset Table (IEOT) is used to help address the CPU
374   cost of loading the index by enabling multi-threading the process of
375   converting cache entries from the on-disk format to the in-memory format.
376   The signature for this extension is { 'I', 'E', 'O', 'T' }.
377
378   The extension consists of:
379
380   - 32-bit version (currently 1)
381
382   - A number of index offset entries each consisting of:
383
384     - 32-bit offset from the beginning of the file to the first cache entry
385         in this block of entries.
386
387     - 32-bit count of cache entries in this block