The second batch
[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   An index entry typically represents a file. However, if sparse-checkout
48   is enabled in cone mode (`core.sparseCheckoutCone` is enabled) and the
49   `extensions.sparseIndex` extension is enabled, then the index may
50   contain entries for directories outside of the sparse-checkout definition.
51   These entries have mode `040000`, include the `SKIP_WORKTREE` bit, and
52   the path ends in a directory separator.
53
54   32-bit ctime seconds, the last time a file's metadata changed
55     this is stat(2) data
56
57   32-bit ctime nanosecond fractions
58     this is stat(2) data
59
60   32-bit mtime seconds, the last time a file's data changed
61     this is stat(2) data
62
63   32-bit mtime nanosecond fractions
64     this is stat(2) data
65
66   32-bit dev
67     this is stat(2) data
68
69   32-bit ino
70     this is stat(2) data
71
72   32-bit mode, split into (high to low bits)
73
74     4-bit object type
75       valid values in binary are 1000 (regular file), 1010 (symbolic link)
76       and 1110 (gitlink)
77
78     3-bit unused
79
80     9-bit unix permission. Only 0755 and 0644 are valid for regular files.
81     Symbolic links and gitlinks have value 0 in this field.
82
83   32-bit uid
84     this is stat(2) data
85
86   32-bit gid
87     this is stat(2) data
88
89   32-bit file size
90     This is the on-disk size from stat(2), truncated to 32-bit.
91
92   Object name for the represented object
93
94   A 16-bit 'flags' field split into (high to low bits)
95
96     1-bit assume-valid flag
97
98     1-bit extended flag (must be zero in version 2)
99
100     2-bit stage (during merge)
101
102     12-bit name length if the length is less than 0xFFF; otherwise 0xFFF
103     is stored in this field.
104
105   (Version 3 or later) A 16-bit field, only applicable if the
106   "extended flag" above is 1, split into (high to low bits).
107
108     1-bit reserved for future
109
110     1-bit skip-worktree flag (used by sparse checkout)
111
112     1-bit intent-to-add flag (used by "git add -N")
113
114     13-bit unused, must be zero
115
116   Entry path name (variable length) relative to top level directory
117     (without leading slash). '/' is used as path separator. The special
118     path components ".", ".." and ".git" (without quotes) are disallowed.
119     Trailing slash is also disallowed.
120
121     The exact encoding is undefined, but the '.' and '/' characters
122     are encoded in 7-bit ASCII and the encoding cannot contain a NUL
123     byte (iow, this is a UNIX pathname).
124
125   (Version 4) In version 4, the entry path name is prefix-compressed
126     relative to the path name for the previous entry (the very first
127     entry is encoded as if the path name for the previous entry is an
128     empty string).  At the beginning of an entry, an integer N in the
129     variable width encoding (the same encoding as the offset is encoded
130     for OFS_DELTA pack entries; see pack-format.txt) is stored, followed
131     by a NUL-terminated string S.  Removing N bytes from the end of the
132     path name for the previous entry, and replacing it with the string S
133     yields the path name for this entry.
134
135   1-8 nul bytes as necessary to pad the entry to a multiple of eight bytes
136   while keeping the name NUL-terminated.
137
138   (Version 4) In version 4, the padding after the pathname does not
139   exist.
140
141   Interpretation of index entries in split index mode is completely
142   different. See below for details.
143
144 == Extensions
145
146 === Cache tree
147
148   Since the index does not record entries for directories, the cache
149   entries cannot describe tree objects that already exist in the object
150   database for regions of the index that are unchanged from an existing
151   commit. The cache tree extension stores a recursive tree structure that
152   describes the trees that already exist and completely match sections of
153   the cache entries. This speeds up tree object generation from the index
154   for a new commit by only computing the trees that are "new" to that
155   commit. It also assists when comparing the index to another tree, such
156   as `HEAD^{tree}`, since sections of the index can be skipped when a tree
157   comparison demonstrates equality.
158
159   The recursive tree structure uses nodes that store a number of cache
160   entries, a list of subnodes, and an object ID (OID). The OID references
161   the existing tree for that node, if it is known to exist. The subnodes
162   correspond to subdirectories that themselves have cache tree nodes. The
163   number of cache entries corresponds to the number of cache entries in
164   the index that describe paths within that tree's directory.
165
166   The extension tracks the full directory structure in the cache tree
167   extension, but this is generally smaller than the full cache entry list.
168
169   When a path is updated in index, Git invalidates all nodes of the
170   recursive cache tree corresponding to the parent directories of that
171   path. We store these tree nodes as being "invalid" by using "-1" as the
172   number of cache entries. Invalid nodes still store a span of index
173   entries, allowing Git to focus its efforts when reconstructing a full
174   cache tree.
175
176   The signature for this extension is { 'T', 'R', 'E', 'E' }.
177
178   A series of entries fill the entire extension; each of which
179   consists of:
180
181   - NUL-terminated path component (relative to its parent directory);
182
183   - ASCII decimal number of entries in the index that is covered by the
184     tree this entry represents (entry_count);
185
186   - A space (ASCII 32);
187
188   - ASCII decimal number that represents the number of subtrees this
189     tree has;
190
191   - A newline (ASCII 10); and
192
193   - Object name for the object that would result from writing this span
194     of index as a tree.
195
196   An entry can be in an invalidated state and is represented by having
197   a negative number in the entry_count field. In this case, there is no
198   object name and the next entry starts immediately after the newline.
199   When writing an invalid entry, -1 should always be used as entry_count.
200
201   The entries are written out in the top-down, depth-first order.  The
202   first entry represents the root level of the repository, followed by the
203   first subtree--let's call this A--of the root level (with its name
204   relative to the root level), followed by the first subtree of A (with
205   its name relative to A), and so on. The specified number of subtrees
206   indicates when the current level of the recursive stack is complete.
207
208 === Resolve undo
209
210   A conflict is represented in the index as a set of higher stage entries.
211   When a conflict is resolved (e.g. with "git add path"), these higher
212   stage entries will be removed and a stage-0 entry with proper resolution
213   is added.
214
215   When these higher stage entries are removed, they are saved in the
216   resolve undo extension, so that conflicts can be recreated (e.g. with
217   "git checkout -m"), in case users want to redo a conflict resolution
218   from scratch.
219
220   The signature for this extension is { 'R', 'E', 'U', 'C' }.
221
222   A series of entries fill the entire extension; each of which
223   consists of:
224
225   - NUL-terminated pathname the entry describes (relative to the root of
226     the repository, i.e. full pathname);
227
228   - Three NUL-terminated ASCII octal numbers, entry mode of entries in
229     stage 1 to 3 (a missing stage is represented by "0" in this field);
230     and
231
232   - At most three object names of the entry in stages from 1 to 3
233     (nothing is written for a missing stage).
234
235 === Split index
236
237   In split index mode, the majority of index entries could be stored
238   in a separate file. This extension records the changes to be made on
239   top of that to produce the final index.
240
241   The signature for this extension is { 'l', 'i', 'n', 'k' }.
242
243   The extension consists of:
244
245   - Hash of the shared index file. The shared index file path
246     is $GIT_DIR/sharedindex.<hash>. If all bits are zero, the
247     index does not require a shared index file.
248
249   - An ewah-encoded delete bitmap, each bit represents an entry in the
250     shared index. If a bit is set, its corresponding entry in the
251     shared index will be removed from the final index.  Note, because
252     a delete operation changes index entry positions, but we do need
253     original positions in replace phase, it's best to just mark
254     entries for removal, then do a mass deletion after replacement.
255
256   - An ewah-encoded replace bitmap, each bit represents an entry in
257     the shared index. If a bit is set, its corresponding entry in the
258     shared index will be replaced with an entry in this index
259     file. All replaced entries are stored in sorted order in this
260     index. The first "1" bit in the replace bitmap corresponds to the
261     first index entry, the second "1" bit to the second entry and so
262     on. Replaced entries may have empty path names to save space.
263
264   The remaining index entries after replaced ones will be added to the
265   final index. These added entries are also sorted by entry name then
266   stage.
267
268 == Untracked cache
269
270   Untracked cache saves the untracked file list and necessary data to
271   verify the cache. The signature for this extension is { 'U', 'N',
272   'T', 'R' }.
273
274   The extension starts with
275
276   - A sequence of NUL-terminated strings, preceded by the size of the
277     sequence in variable width encoding. Each string describes the
278     environment where the cache can be used.
279
280   - Stat data of $GIT_DIR/info/exclude. See "Index entry" section from
281     ctime field until "file size".
282
283   - Stat data of core.excludesFile
284
285   - 32-bit dir_flags (see struct dir_struct)
286
287   - Hash of $GIT_DIR/info/exclude. A null hash means the file
288     does not exist.
289
290   - Hash of core.excludesFile. A null hash means the file does
291     not exist.
292
293   - NUL-terminated string of per-dir exclude file name. This usually
294     is ".gitignore".
295
296   - The number of following directory blocks, variable width
297     encoding. If this number is zero, the extension ends here with a
298     following NUL.
299
300   - A number of directory blocks in depth-first-search order, each
301     consists of
302
303     - The number of untracked entries, variable width encoding.
304
305     - The number of sub-directory blocks, variable width encoding.
306
307     - The directory name terminated by NUL.
308
309     - A number of untracked file/dir names terminated by NUL.
310
311 The remaining data of each directory block is grouped by type:
312
313   - An ewah bitmap, the n-th bit marks whether the n-th directory has
314     valid untracked cache entries.
315
316   - An ewah bitmap, the n-th bit records "check-only" bit of
317     read_directory_recursive() for the n-th directory.
318
319   - An ewah bitmap, the n-th bit indicates whether hash and stat data
320     is valid for the n-th directory and exists in the next data.
321
322   - An array of stat data. The n-th data corresponds with the n-th
323     "one" bit in the previous ewah bitmap.
324
325   - An array of hashes. The n-th hash corresponds with the n-th "one" bit
326     in the previous ewah bitmap.
327
328   - One NUL.
329
330 == File System Monitor cache
331
332   The file system monitor cache tracks files for which the core.fsmonitor
333   hook has told us about changes.  The signature for this extension is
334   { 'F', 'S', 'M', 'N' }.
335
336   The extension starts with
337
338   - 32-bit version number: the current supported versions are 1 and 2.
339
340   - (Version 1)
341     64-bit time: the extension data reflects all changes through the given
342         time which is stored as the nanoseconds elapsed since midnight,
343         January 1, 1970.
344
345   - (Version 2)
346     A null terminated string: an opaque token defined by the file system
347     monitor application.  The extension data reflects all changes relative
348     to that token.
349
350   - 32-bit bitmap size: the size of the CE_FSMONITOR_VALID bitmap.
351
352   - An ewah bitmap, the n-th bit indicates whether the n-th index entry
353     is not CE_FSMONITOR_VALID.
354
355 == End of Index Entry
356
357   The End of Index Entry (EOIE) is used to locate the end of the variable
358   length index entries and the beginning of the extensions. Code can take
359   advantage of this to quickly locate the index extensions without having
360   to parse through all of the index entries.
361
362   Because it must be able to be loaded before the variable length cache
363   entries and other index extensions, this extension must be written last.
364   The signature for this extension is { 'E', 'O', 'I', 'E' }.
365
366   The extension consists of:
367
368   - 32-bit offset to the end of the index entries
369
370   - Hash over the extension types and their sizes (but not
371         their contents).  E.g. if we have "TREE" extension that is N-bytes
372         long, "REUC" extension that is M-bytes long, followed by "EOIE",
373         then the hash would be:
374
375         Hash("TREE" + <binary representation of N> +
376                 "REUC" + <binary representation of M>)
377
378 == Index Entry Offset Table
379
380   The Index Entry Offset Table (IEOT) is used to help address the CPU
381   cost of loading the index by enabling multi-threading the process of
382   converting cache entries from the on-disk format to the in-memory format.
383   The signature for this extension is { 'I', 'E', 'O', 'T' }.
384
385   The extension consists of:
386
387   - 32-bit version (currently 1)
388
389   - A number of index offset entries each consisting of:
390
391     - 32-bit offset from the beginning of the file to the first cache entry
392         in this block of entries.
393
394     - 32-bit count of cache entries in this block
395
396 == Sparse Directory Entries
397
398   When using sparse-checkout in cone mode, some entire directories within
399   the index can be summarized by pointing to a tree object instead of the
400   entire expanded list of paths within that tree. An index containing such
401   entries is a "sparse index". Index format versions 4 and less were not
402   implemented with such entries in mind. Thus, for these versions, an
403   index containing sparse directory entries will include this extension
404   with signature { 's', 'd', 'i', 'r' }. Like the split-index extension,
405   tools should avoid interacting with a sparse index unless they understand
406   this extension.