Fourth batch
[git/raj.git] / Documentation / technical / pack-format.txt
blobd3a142c6520258033f95b7e427be41f930883f99
1 Git pack format
2 ===============
4 == pack-*.pack files have the following format:
6    - A header appears at the beginning and consists of the following:
8      4-byte signature:
9          The signature is: {'P', 'A', 'C', 'K'}
11      4-byte version number (network byte order):
12          Git currently accepts version number 2 or 3 but
13          generates version 2 only.
15      4-byte number of objects contained in the pack (network byte order)
17      Observation: we cannot have more than 4G versions ;-) and
18      more than 4G objects in a pack.
20    - The header is followed by number of object entries, each of
21      which looks like this:
23      (undeltified representation)
24      n-byte type and length (3-bit type, (n-1)*7+4-bit length)
25      compressed data
27      (deltified representation)
28      n-byte type and length (3-bit type, (n-1)*7+4-bit length)
29      20-byte base object name if OBJ_REF_DELTA or a negative relative
30          offset from the delta object's position in the pack if this
31          is an OBJ_OFS_DELTA object
32      compressed delta data
34      Observation: length of each object is encoded in a variable
35      length format and is not constrained to 32-bit or anything.
37   - The trailer records 20-byte SHA-1 checksum of all of the above.
39 === Object types
41 Valid object types are:
43 - OBJ_COMMIT (1)
44 - OBJ_TREE (2)
45 - OBJ_BLOB (3)
46 - OBJ_TAG (4)
47 - OBJ_OFS_DELTA (6)
48 - OBJ_REF_DELTA (7)
50 Type 5 is reserved for future expansion. Type 0 is invalid.
52 === Deltified representation
54 Conceptually there are only four object types: commit, tree, tag and
55 blob. However to save space, an object could be stored as a "delta" of
56 another "base" object. These representations are assigned new types
57 ofs-delta and ref-delta, which is only valid in a pack file.
59 Both ofs-delta and ref-delta store the "delta" to be applied to
60 another object (called 'base object') to reconstruct the object. The
61 difference between them is, ref-delta directly encodes 20-byte base
62 object name. If the base object is in the same pack, ofs-delta encodes
63 the offset of the base object in the pack instead.
65 The base object could also be deltified if it's in the same pack.
66 Ref-delta can also refer to an object outside the pack (i.e. the
67 so-called "thin pack"). When stored on disk however, the pack should
68 be self contained to avoid cyclic dependency.
70 The delta data is a sequence of instructions to reconstruct an object
71 from the base object. If the base object is deltified, it must be
72 converted to canonical form first. Each instruction appends more and
73 more data to the target object until it's complete. There are two
74 supported instructions so far: one for copy a byte range from the
75 source object and one for inserting new data embedded in the
76 instruction itself.
78 Each instruction has variable length. Instruction type is determined
79 by the seventh bit of the first octet. The following diagrams follow
80 the convention in RFC 1951 (Deflate compressed data format).
82 ==== Instruction to copy from base object
84   +----------+---------+---------+---------+---------+-------+-------+-------+
85   | 1xxxxxxx | offset1 | offset2 | offset3 | offset4 | size1 | size2 | size3 |
86   +----------+---------+---------+---------+---------+-------+-------+-------+
88 This is the instruction format to copy a byte range from the source
89 object. It encodes the offset to copy from and the number of bytes to
90 copy. Offset and size are in little-endian order.
92 All offset and size bytes are optional. This is to reduce the
93 instruction size when encoding small offsets or sizes. The first seven
94 bits in the first octet determines which of the next seven octets is
95 present. If bit zero is set, offset1 is present. If bit one is set
96 offset2 is present and so on.
98 Note that a more compact instruction does not change offset and size
99 encoding. For example, if only offset2 is omitted like below, offset3
100 still contains bits 16-23. It does not become offset2 and contains
101 bits 8-15 even if it's right next to offset1.
103   +----------+---------+---------+
104   | 10000101 | offset1 | offset3 |
105   +----------+---------+---------+
107 In its most compact form, this instruction only takes up one byte
108 (0x80) with both offset and size omitted, which will have default
109 values zero. There is another exception: size zero is automatically
110 converted to 0x10000.
112 ==== Instruction to add new data
114   +----------+============+
115   | 0xxxxxxx |    data    |
116   +----------+============+
118 This is the instruction to construct target object without the base
119 object. The following data is appended to the target object. The first
120 seven bits of the first octet determines the size of data in
121 bytes. The size must be non-zero.
123 ==== Reserved instruction
125   +----------+============
126   | 00000000 |
127   +----------+============
129 This is the instruction reserved for future expansion.
131 == Original (version 1) pack-*.idx files have the following format:
133   - The header consists of 256 4-byte network byte order
134     integers.  N-th entry of this table records the number of
135     objects in the corresponding pack, the first byte of whose
136     object name is less than or equal to N.  This is called the
137     'first-level fan-out' table.
139   - The header is followed by sorted 24-byte entries, one entry
140     per object in the pack.  Each entry is:
142     4-byte network byte order integer, recording where the
143     object is stored in the packfile as the offset from the
144     beginning.
146     20-byte object name.
148   - The file is concluded with a trailer:
150     A copy of the 20-byte SHA-1 checksum at the end of
151     corresponding packfile.
153     20-byte SHA-1-checksum of all of the above.
155 Pack Idx file:
157         --  +--------------------------------+
158 fanout      | fanout[0] = 2 (for example)    |-.
159 table       +--------------------------------+ |
160             | fanout[1]                      | |
161             +--------------------------------+ |
162             | fanout[2]                      | |
163             ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ |
164             | fanout[255] = total objects    |---.
165         --  +--------------------------------+ | |
166 main        | offset                         | | |
167 index       | object name 00XXXXXXXXXXXXXXXX | | |
168 table       +--------------------------------+ | |
169             | offset                         | | |
170             | object name 00XXXXXXXXXXXXXXXX | | |
171             +--------------------------------+<+ |
172           .-| offset                         |   |
173           | | object name 01XXXXXXXXXXXXXXXX |   |
174           | +--------------------------------+   |
175           | | offset                         |   |
176           | | object name 01XXXXXXXXXXXXXXXX |   |
177           | ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~   |
178           | | offset                         |   |
179           | | object name FFXXXXXXXXXXXXXXXX |   |
180         --| +--------------------------------+<--+
181 trailer   | | packfile checksum              |
182           | +--------------------------------+
183           | | idxfile checksum               |
184           | +--------------------------------+
185           .-------.
186                   |
187 Pack file entry: <+
189      packed object header:
190         1-byte size extension bit (MSB)
191                type (next 3 bit)
192                size0 (lower 4-bit)
193         n-byte sizeN (as long as MSB is set, each 7-bit)
194                 size0..sizeN form 4+7+7+..+7 bit integer, size0
195                 is the least significant part, and sizeN is the
196                 most significant part.
197      packed object data:
198         If it is not DELTA, then deflated bytes (the size above
199                 is the size before compression).
200         If it is REF_DELTA, then
201           20-byte base object name SHA-1 (the size above is the
202                 size of the delta data that follows).
203           delta data, deflated.
204         If it is OFS_DELTA, then
205           n-byte offset (see below) interpreted as a negative
206                 offset from the type-byte of the header of the
207                 ofs-delta entry (the size above is the size of
208                 the delta data that follows).
209           delta data, deflated.
211      offset encoding:
212           n bytes with MSB set in all but the last one.
213           The offset is then the number constructed by
214           concatenating the lower 7 bit of each byte, and
215           for n >= 2 adding 2^7 + 2^14 + ... + 2^(7*(n-1))
216           to the result.
220 == Version 2 pack-*.idx files support packs larger than 4 GiB, and
221    have some other reorganizations.  They have the format:
223   - A 4-byte magic number '\377tOc' which is an unreasonable
224     fanout[0] value.
226   - A 4-byte version number (= 2)
228   - A 256-entry fan-out table just like v1.
230   - A table of sorted 20-byte SHA-1 object names.  These are
231     packed together without offset values to reduce the cache
232     footprint of the binary search for a specific object name.
234   - A table of 4-byte CRC32 values of the packed object data.
235     This is new in v2 so compressed data can be copied directly
236     from pack to pack during repacking without undetected
237     data corruption.
239   - A table of 4-byte offset values (in network byte order).
240     These are usually 31-bit pack file offsets, but large
241     offsets are encoded as an index into the next table with
242     the msbit set.
244   - A table of 8-byte offset entries (empty for pack files less
245     than 2 GiB).  Pack files are organized with heavily used
246     objects toward the front, so most object references should
247     not need to refer to this table.
249   - The same trailer as a v1 pack file:
251     A copy of the 20-byte SHA-1 checksum at the end of
252     corresponding packfile.
254     20-byte SHA-1-checksum of all of the above.
256 == multi-pack-index (MIDX) files have the following format:
258 The multi-pack-index files refer to multiple pack-files and loose objects.
260 In order to allow extensions that add extra data to the MIDX, we organize
261 the body into "chunks" and provide a lookup table at the beginning of the
262 body. The header includes certain length values, such as the number of packs,
263 the number of base MIDX files, hash lengths and types.
265 All 4-byte numbers are in network order.
267 HEADER:
269         4-byte signature:
270             The signature is: {'M', 'I', 'D', 'X'}
272         1-byte version number:
273             Git only writes or recognizes version 1.
275         1-byte Object Id Version
276             Git only writes or recognizes version 1 (SHA1).
278         1-byte number of "chunks"
280         1-byte number of base multi-pack-index files:
281             This value is currently always zero.
283         4-byte number of pack files
285 CHUNK LOOKUP:
287         (C + 1) * 12 bytes providing the chunk offsets:
288             First 4 bytes describe chunk id. Value 0 is a terminating label.
289             Other 8 bytes provide offset in current file for chunk to start.
290             (Chunks are provided in file-order, so you can infer the length
291             using the next chunk position if necessary.)
293         The remaining data in the body is described one chunk at a time, and
294         these chunks may be given in any order. Chunks are required unless
295         otherwise specified.
297 CHUNK DATA:
299         Packfile Names (ID: {'P', 'N', 'A', 'M'})
300             Stores the packfile names as concatenated, null-terminated strings.
301             Packfiles must be listed in lexicographic order for fast lookups by
302             name. This is the only chunk not guaranteed to be a multiple of four
303             bytes in length, so should be the last chunk for alignment reasons.
305         OID Fanout (ID: {'O', 'I', 'D', 'F'})
306             The ith entry, F[i], stores the number of OIDs with first
307             byte at most i. Thus F[255] stores the total
308             number of objects.
310         OID Lookup (ID: {'O', 'I', 'D', 'L'})
311             The OIDs for all objects in the MIDX are stored in lexicographic
312             order in this chunk.
314         Object Offsets (ID: {'O', 'O', 'F', 'F'})
315             Stores two 4-byte values for every object.
316             1: The pack-int-id for the pack storing this object.
317             2: The offset within the pack.
318                 If all offsets are less than 2^32, then the large offset chunk
319                 will not exist and offsets are stored as in IDX v1.
320                 If there is at least one offset value larger than 2^32-1, then
321                 the large offset chunk must exist, and offsets larger than
322                 2^31-1 must be stored in it instead. If the large offset chunk
323                 exists and the 31st bit is on, then removing that bit reveals
324                 the row in the large offsets containing the 8-byte offset of
325                 this object.
327         [Optional] Object Large Offsets (ID: {'L', 'O', 'F', 'F'})
328             8-byte offsets into large packfiles.
330 TRAILER:
332         20-byte SHA1-checksum of the above contents.