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[git/jnareb-git.git] / Documentation / technical / pack-protocol.txt
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1 Packfile transfer protocols
2 ===========================
4 Git supports transferring data in packfiles over the ssh://, git:// 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.  All three transports (ssh, git, file) use the same
8 protocol to transfer data.
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.
17 Transports
18 ----------
19 There are three transports over which the packfile protocol is
20 initiated.  The Git transport is a simple, unauthenticated server that
21 takes the command (almost always 'upload-pack', though Git
22 servers can be configured to be globally writable, in which 'receive-
23 pack' initiation is also allowed) with which the client wishes to
24 communicate and executes it and connects it to the requesting
25 process.
27 In the SSH transport, the client just runs the 'upload-pack'
28 or 'receive-pack' process on the server over the SSH protocol and then
29 communicates with that invoked process over the SSH connection.
31 The file:// transport runs the 'upload-pack' or 'receive-pack'
32 process locally and communicates with it over a pipe.
34 Git Transport
35 -------------
37 The Git transport starts off by sending the command and repository
38 on the wire using the pkt-line format, followed by a NUL byte and a
39 hostname parameter, terminated by a NUL byte.
41    0032git-upload-pack /project.git\0host=myserver.com\0
44    git-proto-request = request-command SP pathname NUL [ host-parameter NUL ]
45    request-command   = "git-upload-pack" / "git-receive-pack" /
46                        "git-upload-archive"   ; case sensitive
47    pathname          = *( %x01-ff ) ; exclude NUL
48    host-parameter    = "host=" hostname [ ":" port ]
51 Only host-parameter is allowed in the git-proto-request. Clients
52 MUST NOT attempt to send additional parameters. It is used for the
53 git-daemon name based virtual hosting.  See --interpolated-path
54 option to git daemon, with the %H/%CH format characters.
56 Basically what the Git client is doing to connect to an 'upload-pack'
57 process on the server side over the Git protocol is this:
59    $ echo -e -n \
60      "0039git-upload-pack /schacon/gitbook.git\0host=example.com\0" |
61      nc -v example.com 9418
63 If the server refuses the request for some reasons, it could abort
64 gracefully with an error message.
66 ----
67   error-line     =  PKT-LINE("ERR" SP explanation-text)
68 ----
71 SSH Transport
72 -------------
74 Initiating the upload-pack or receive-pack processes over SSH is
75 executing the binary on the server via SSH remote execution.
76 It is basically equivalent to running this:
78    $ ssh git.example.com "git-upload-pack '/project.git'"
80 For a server to support Git pushing and pulling for a given user over
81 SSH, that user needs to be able to execute one or both of those
82 commands via the SSH shell that they are provided on login.  On some
83 systems, that shell access is limited to only being able to run those
84 two commands, or even just one of them.
86 In an ssh:// format URI, it's absolute in the URI, so the '/' after
87 the host name (or port number) is sent as an argument, which is then
88 read by the remote git-upload-pack exactly as is, so it's effectively
89 an absolute path in the remote filesystem.
91        git clone ssh://user@example.com/project.git
92                     |
93                     v
94     ssh user@example.com "git-upload-pack '/project.git'"
96 In a "user@host:path" format URI, its relative to the user's home
97 directory, because the Git client will run:
99      git clone user@example.com:project.git
100                     |
101                     v
102   ssh user@example.com "git-upload-pack 'project.git'"
104 The exception is if a '~' is used, in which case
105 we execute it without the leading '/'.
107       ssh://user@example.com/~alice/project.git,
108                      |
109                      v
110    ssh user@example.com "git-upload-pack '~alice/project.git'"
112 A few things to remember here:
114 - The "command name" is spelled with dash (e.g. git-upload-pack), but
115   this can be overridden by the client;
117 - The repository path is always quoted with single quotes.
119 Fetching Data From a Server
120 ===========================
122 When one Git repository wants to get data that a second repository
123 has, the first can 'fetch' from the second.  This operation determines
124 what data the server has that the client does not then streams that
125 data down to the client in packfile format.
128 Reference Discovery
129 -------------------
131 When the client initially connects the server will immediately respond
132 with a listing of each reference it has (all branches and tags) along
133 with the object name that each reference currently points to.
135    $ echo -e -n "0039git-upload-pack /schacon/gitbook.git\0host=example.com\0" |
136       nc -v example.com 9418
137    00887217a7c7e582c46cec22a130adf4b9d7d950fba0 HEAD\0multi_ack thin-pack side-band side-band-64k ofs-delta shallow no-progress include-tag
138    00441d3fcd5ced445d1abc402225c0b8a1299641f497 refs/heads/integration
139    003f7217a7c7e582c46cec22a130adf4b9d7d950fba0 refs/heads/master
140    003cb88d2441cac0977faf98efc80305012112238d9d refs/tags/v0.9
141    003c525128480b96c89e6418b1e40909bf6c5b2d580f refs/tags/v1.0
142    003fe92df48743b7bc7d26bcaabfddde0a1e20cae47c refs/tags/v1.0^{}
143    0000
145 Server SHOULD terminate each non-flush line using LF ("\n") terminator;
146 client MUST NOT complain if there is no terminator.
148 The returned response is a pkt-line stream describing each ref and
149 its current value.  The stream MUST be sorted by name according to
150 the C locale ordering.
152 If HEAD is a valid ref, HEAD MUST appear as the first advertised
153 ref.  If HEAD is not a valid ref, HEAD MUST NOT appear in the
154 advertisement list at all, but other refs may still appear.
156 The stream MUST include capability declarations behind a NUL on the
157 first ref. The peeled value of a ref (that is "ref^{}") MUST be
158 immediately after the ref itself, if presented. A conforming server
159 MUST peel the ref if it's an annotated tag.
161 ----
162   advertised-refs  =  (no-refs / list-of-refs)
163                       flush-pkt
165   no-refs          =  PKT-LINE(zero-id SP "capabilities^{}"
166                       NUL capability-list LF)
168   list-of-refs     =  first-ref *other-ref
169   first-ref        =  PKT-LINE(obj-id SP refname
170                       NUL capability-list LF)
172   other-ref        =  PKT-LINE(other-tip / other-peeled)
173   other-tip        =  obj-id SP refname LF
174   other-peeled     =  obj-id SP refname "^{}" LF
176   capability-list  =  capability *(SP capability)
177   capability       =  1*(LC_ALPHA / DIGIT / "-" / "_")
178   LC_ALPHA         =  %x61-7A
179 ----
181 Server and client MUST use lowercase for obj-id, both MUST treat obj-id
182 as case-insensitive.
184 See protocol-capabilities.txt for a list of allowed server capabilities
185 and descriptions.
187 Packfile Negotiation
188 --------------------
189 After reference and capabilities discovery, the client can decide to
190 terminate the connection by sending a flush-pkt, telling the server it can
191 now gracefully terminate, and disconnect, when it does not need any pack
192 data. This can happen with the ls-remote command, and also can happen when
193 the client already is up-to-date.
195 Otherwise, it enters the negotiation phase, where the client and
196 server determine what the minimal packfile necessary for transport is,
197 by telling the server what objects it wants, its shallow objects
198 (if any), and the maximum commit depth it wants (if any).  The client
199 will also send a list of the capabilities it wants to be in effect,
200 out of what the server said it could do with the first 'want' line.
202 ----
203   upload-request    =  want-list
204                        *shallow-line
205                        *1depth-request
206                        flush-pkt
208   want-list         =  first-want
209                        *additional-want
211   shallow-line      =  PKT_LINE("shallow" SP obj-id)
213   depth-request     =  PKT_LINE("deepen" SP depth)
215   first-want        =  PKT-LINE("want" SP obj-id SP capability-list LF)
216   additional-want   =  PKT-LINE("want" SP obj-id LF)
218   depth             =  1*DIGIT
219 ----
221 Clients MUST send all the obj-ids it wants from the reference
222 discovery phase as 'want' lines. Clients MUST send at least one
223 'want' command in the request body. Clients MUST NOT mention an
224 obj-id in a 'want' command which did not appear in the response
225 obtained through ref discovery.
227 The client MUST write all obj-ids which it only has shallow copies
228 of (meaning that it does not have the parents of a commit) as
229 'shallow' lines so that the server is aware of the limitations of
230 the client's history. Clients MUST NOT mention an obj-id which
231 it does not know exists on the server.
233 The client now sends the maximum commit history depth it wants for
234 this transaction, which is the number of commits it wants from the
235 tip of the history, if any, as a 'deepen' line.  A depth of 0 is the
236 same as not making a depth request. The client does not want to receive
237 any commits beyond this depth, nor objects needed only to complete
238 those commits. Commits whose parents are not received as a result are
239 defined as shallow and marked as such in the server. This information
240 is sent back to the client in the next step.
242 Once all the 'want's and 'shallow's (and optional 'deepen') are
243 transferred, clients MUST send a flush-pkt, to tell the server side
244 that it is done sending the list.
246 Otherwise, if the client sent a positive depth request, the server
247 will determine which commits will and will not be shallow and
248 send this information to the client. If the client did not request
249 a positive depth, this step is skipped.
251 ----
252   shallow-update   =  *shallow-line
253                       *unshallow-line
254                       flush-pkt
256   shallow-line     =  PKT-LINE("shallow" SP obj-id)
258   unshallow-line   =  PKT-LINE("unshallow" SP obj-id)
259 ----
261 If the client has requested a positive depth, the server will compute
262 the set of commits which are no deeper than the desired depth, starting
263 at the client's wants. The server writes 'shallow' lines for each
264 commit whose parents will not be sent as a result. The server writes
265 an 'unshallow' line for each commit which the client has indicated is
266 shallow, but is no longer shallow at the currently requested depth
267 (that is, its parents will now be sent). The server MUST NOT mark
268 as unshallow anything which the client has not indicated was shallow.
270 Now the client will send a list of the obj-ids it has using 'have'
271 lines, so the server can make a packfile that only contains the objects
272 that the client needs. In multi_ack mode, the canonical implementation
273 will send up to 32 of these at a time, then will send a flush-pkt. The
274 canonical implementation will skip ahead and send the next 32 immediately,
275 so that there is always a block of 32 "in-flight on the wire" at a time.
277 ----
278   upload-haves      =  have-list
279                        compute-end
281   have-list         =  *have-line
282   have-line         =  PKT-LINE("have" SP obj-id LF)
283   compute-end       =  flush-pkt / PKT-LINE("done")
284 ----
286 If the server reads 'have' lines, it then will respond by ACKing any
287 of the obj-ids the client said it had that the server also has. The
288 server will ACK obj-ids differently depending on which ack mode is
289 chosen by the client.
291 In multi_ack mode:
293   * the server will respond with 'ACK obj-id continue' for any common
294     commits.
296   * once the server has found an acceptable common base commit and is
297     ready to make a packfile, it will blindly ACK all 'have' obj-ids
298     back to the client.
300   * the server will then send a 'NACK' and then wait for another response
301     from the client - either a 'done' or another list of 'have' lines.
303 In multi_ack_detailed mode:
305   * the server will differentiate the ACKs where it is signaling
306     that it is ready to send data with 'ACK obj-id ready' lines, and
307     signals the identified common commits with 'ACK obj-id common' lines.
309 Without either multi_ack or multi_ack_detailed:
311  * upload-pack sends "ACK obj-id" on the first common object it finds.
312    After that it says nothing until the client gives it a "done".
314  * upload-pack sends "NAK" on a flush-pkt if no common object
315    has been found yet.  If one has been found, and thus an ACK
316    was already sent, it's silent on the flush-pkt.
318 After the client has gotten enough ACK responses that it can determine
319 that the server has enough information to send an efficient packfile
320 (in the canonical implementation, this is determined when it has received
321 enough ACKs that it can color everything left in the --date-order queue
322 as common with the server, or the --date-order queue is empty), or the
323 client determines that it wants to give up (in the canonical implementation,
324 this is determined when the client sends 256 'have' lines without getting
325 any of them ACKed by the server - meaning there is nothing in common and
326 the server should just send all of its objects), then the client will send
327 a 'done' command.  The 'done' command signals to the server that the client
328 is ready to receive its packfile data.
330 However, the 256 limit *only* turns on in the canonical client
331 implementation if we have received at least one "ACK %s continue"
332 during a prior round.  This helps to ensure that at least one common
333 ancestor is found before we give up entirely.
335 Once the 'done' line is read from the client, the server will either
336 send a final 'ACK obj-id' or it will send a 'NAK'. The server only sends
337 ACK after 'done' if there is at least one common base and multi_ack or
338 multi_ack_detailed is enabled. The server always sends NAK after 'done'
339 if there is no common base found.
341 Then the server will start sending its packfile data.
343 ----
344   server-response = *ack_multi ack / nak
345   ack_multi       = PKT-LINE("ACK" SP obj-id ack_status LF)
346   ack_status      = "continue" / "common" / "ready"
347   ack             = PKT-LINE("ACK SP obj-id LF)
348   nak             = PKT-LINE("NAK" LF)
349 ----
351 A simple clone may look like this (with no 'have' lines):
353 ----
354    C: 0054want 74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d multi_ack \
355      side-band-64k ofs-delta\n
356    C: 0032want 7d1665144a3a975c05f1f43902ddaf084e784dbe\n
357    C: 0032want 5a3f6be755bbb7deae50065988cbfa1ffa9ab68a\n
358    C: 0032want 7e47fe2bd8d01d481f44d7af0531bd93d3b21c01\n
359    C: 0032want 74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d\n
360    C: 0000
361    C: 0009done\n
363    S: 0008NAK\n
364    S: [PACKFILE]
365 ----
367 An incremental update (fetch) response might look like this:
369 ----
370    C: 0054want 74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d multi_ack \
371      side-band-64k ofs-delta\n
372    C: 0032want 7d1665144a3a975c05f1f43902ddaf084e784dbe\n
373    C: 0032want 5a3f6be755bbb7deae50065988cbfa1ffa9ab68a\n
374    C: 0000
375    C: 0032have 7e47fe2bd8d01d481f44d7af0531bd93d3b21c01\n
376    C: [30 more have lines]
377    C: 0032have 74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d\n
378    C: 0000
380    S: 003aACK 7e47fe2bd8d01d481f44d7af0531bd93d3b21c01 continue\n
381    S: 003aACK 74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d continue\n
382    S: 0008NAK\n
384    C: 0009done\n
386    S: 0031ACK 74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d\n
387    S: [PACKFILE]
388 ----
391 Packfile Data
392 -------------
394 Now that the client and server have finished negotiation about what
395 the minimal amount of data that needs to be sent to the client is, the server
396 will construct and send the required data in packfile format.
398 See pack-format.txt for what the packfile itself actually looks like.
400 If 'side-band' or 'side-band-64k' capabilities have been specified by
401 the client, the server will send the packfile data multiplexed.
403 Each packet starting with the packet-line length of the amount of data
404 that follows, followed by a single byte specifying the sideband the
405 following data is coming in on.
407 In 'side-band' mode, it will send up to 999 data bytes plus 1 control
408 code, for a total of up to 1000 bytes in a pkt-line.  In 'side-band-64k'
409 mode it will send up to 65519 data bytes plus 1 control code, for a
410 total of up to 65520 bytes in a pkt-line.
412 The sideband byte will be a '1', '2' or a '3'. Sideband '1' will contain
413 packfile data, sideband '2' will be used for progress information that the
414 client will generally print to stderr and sideband '3' is used for error
415 information.
417 If no 'side-band' capability was specified, the server will stream the
418 entire packfile without multiplexing.
421 Pushing Data To a Server
422 ========================
424 Pushing data to a server will invoke the 'receive-pack' process on the
425 server, which will allow the client to tell it which references it should
426 update and then send all the data the server will need for those new
427 references to be complete.  Once all the data is received and validated,
428 the server will then update its references to what the client specified.
430 Authentication
431 --------------
433 The protocol itself contains no authentication mechanisms.  That is to be
434 handled by the transport, such as SSH, before the 'receive-pack' process is
435 invoked.  If 'receive-pack' is configured over the Git transport, those
436 repositories will be writable by anyone who can access that port (9418) as
437 that transport is unauthenticated.
439 Reference Discovery
440 -------------------
442 The reference discovery phase is done nearly the same way as it is in the
443 fetching protocol. Each reference obj-id and name on the server is sent
444 in packet-line format to the client, followed by a flush-pkt.  The only
445 real difference is that the capability listing is different - the only
446 possible values are 'report-status', 'delete-refs' and 'ofs-delta'.
448 Reference Update Request and Packfile Transfer
449 ----------------------------------------------
451 Once the client knows what references the server is at, it can send a
452 list of reference update requests.  For each reference on the server
453 that it wants to update, it sends a line listing the obj-id currently on
454 the server, the obj-id the client would like to update it to and the name
455 of the reference.
457 This list is followed by a flush-pkt and then the packfile that should
458 contain all the objects that the server will need to complete the new
459 references.
461 ----
462   update-request    =  command-list [pack-file]
464   command-list      =  PKT-LINE(command NUL capability-list LF)
465                        *PKT-LINE(command LF)
466                        flush-pkt
468   command           =  create / delete / update
469   create            =  zero-id SP new-id  SP name
470   delete            =  old-id  SP zero-id SP name
471   update            =  old-id  SP new-id  SP name
473   old-id            =  obj-id
474   new-id            =  obj-id
476   pack-file         = "PACK" 28*(OCTET)
477 ----
479 If the receiving end does not support delete-refs, the sending end MUST
480 NOT ask for delete command.
482 The pack-file MUST NOT be sent if the only command used is 'delete'.
484 A pack-file MUST be sent if either create or update command is used,
485 even if the server already has all the necessary objects.  In this
486 case the client MUST send an empty pack-file.   The only time this
487 is likely to happen is if the client is creating
488 a new branch or a tag that points to an existing obj-id.
490 The server will receive the packfile, unpack it, then validate each
491 reference that is being updated that it hasn't changed while the request
492 was being processed (the obj-id is still the same as the old-id), and
493 it will run any update hooks to make sure that the update is acceptable.
494 If all of that is fine, the server will then update the references.
496 Report Status
497 -------------
499 After receiving the pack data from the sender, the receiver sends a
500 report if 'report-status' capability is in effect.
501 It is a short listing of what happened in that update.  It will first
502 list the status of the packfile unpacking as either 'unpack ok' or
503 'unpack [error]'.  Then it will list the status for each of the references
504 that it tried to update.  Each line is either 'ok [refname]' if the
505 update was successful, or 'ng [refname] [error]' if the update was not.
507 ----
508   report-status     = unpack-status
509                       1*(command-status)
510                       flush-pkt
512   unpack-status     = PKT-LINE("unpack" SP unpack-result LF)
513   unpack-result     = "ok" / error-msg
515   command-status    = command-ok / command-fail
516   command-ok        = PKT-LINE("ok" SP refname LF)
517   command-fail      = PKT-LINE("ng" SP refname SP error-msg LF)
519   error-msg         = 1*(OCTECT) ; where not "ok"
520 ----
522 Updates can be unsuccessful for a number of reasons.  The reference can have
523 changed since the reference discovery phase was originally sent, meaning
524 someone pushed in the meantime.  The reference being pushed could be a
525 non-fast-forward reference and the update hooks or configuration could be
526 set to not allow that, etc.  Also, some references can be updated while others
527 can be rejected.
529 An example client/server communication might look like this:
531 ----
532    S: 007c74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d refs/heads/local\0report-status delete-refs ofs-delta\n
533    S: 003e7d1665144a3a975c05f1f43902ddaf084e784dbe refs/heads/debug\n
534    S: 003f74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d refs/heads/master\n
535    S: 003f74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d refs/heads/team\n
536    S: 0000
538    C: 003e7d1665144a3a975c05f1f43902ddaf084e784dbe 74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d refs/heads/debug\n
539    C: 003e74730d410fcb6603ace96f1dc55ea6196122532d 5a3f6be755bbb7deae50065988cbfa1ffa9ab68a refs/heads/master\n
540    C: 0000
541    C: [PACKDATA]
543    S: 000eunpack ok\n
544    S: 0018ok refs/heads/debug\n
545    S: 002ang refs/heads/master non-fast-forward\n
546 ----