10.6 Git 内部原理 - 传输协议

传输协议

Git 可以通过两种主要的方式在版本库之间传输数据：“哑（dumb）”协议和“智能（smart）”协议。 本节将会带你快速浏览这两种协议的运作方式。

哑协议

如果你正在架设一个基于 HTTP 协议的只读版本库，一般而言这种情况下使用的就是哑协议。 这个协议之所以被称为“哑”协议，是因为在传输过程中，服务端不需要有针对 Git 特有的代码；抓取过程是一系列 HTTP 的 GET 请求，这种情况下，客户端可以推断出服务端 Git 仓库的布局。

Note 现在已经很少使用哑协议了。 使用哑协议的版本库很难保证安全性和私有化，所以大多数 Git 服务器宿主（包括云端和本地）都会拒绝使用它。 一般情况下都建议使用智能协议，我们会在后面进行介绍。

让我们通过 simplegit 版本库来看看 http-fetch 的过程：

  1. $ git clone http://server/simplegit-progit.git

它做的第一件事就是拉取 info/refs 文件。 这个文件是通过 update-server-info 命令生成的，这也解释了在使用 HTTP 传输时，必须把它设置为 post-receive 钩子的原因：

  1. => GET info/refs
  2. ca82a6dff817ec66f44342007202690a93763949     refs/heads/master

现在，你得到了一个远程引用和 SHA-1 值的列表。 接下来，你要确定 HEAD 引用是什么，这样你就知道在完成后应该被检出到工作目录的内容：

  1. => GET HEAD
  2. ref: refs/heads/master

这说明在完成抓取后，你需要检出 master 分支。 这时，你就可以开始遍历处理了。 因为你是从 info/refs 文件中所提到的 ca82a6 提交对象开始的，所以你的首要操作是获取它：

  1. => GET objects/ca/82a6dff817ec66f44342007202690a93763949
  2. (179 bytes of binary data)

你取回了一个对象——这是一个在服务端以松散格式保存的对象，是你通过使用静态 HTTP GET 请求获取的。 你可以使用 zlib 解压缩它，去除其头部，查看提交记录的内容：

  1. $ git cat-file -p ca82a6dff817ec66f44342007202690a93763949
  2. tree cfda3bf379e4f8dba8717dee55aab78aef7f4daf
  3. parent 085bb3bcb608e1e8451d4b2432f8ecbe6306e7e7
  4. author Scott Chacon <schacon@gmail.com> 1205815931 -0700
  5. committer Scott Chacon <schacon@gmail.com> 1240030591 -0700
  7. changed the version number

接下来，你还要再获取两个对象，一个是树对象 cfda3b，它包含有我们刚刚获取的提交对象所指向的内容，另一个是它的父提交 085bb3：

  1. => GET objects/08/5bb3bcb608e1e8451d4b2432f8ecbe6306e7e7
  2. (179 bytes of data)

这样就取得了你的下一个提交对象。 再抓取树对象：

  1. => GET objects/cf/da3bf379e4f8dba8717dee55aab78aef7f4daf
  2. (404 - Not Found)

噢——看起来这个树对象在服务端并不以松散格式对象存在，所以你得到了一个 404 响应，代表在 HTTP 服务端没有找到该对象。 这有好几个可能的原因——这个对象可能在替代版本库里面，或者在包文件里面。 Git 会首先检查所有列出的替代版本库：

  1. => GET objects/info/http-alternates
  2. (empty file)

如果这返回了一个包含替代版本库 URL 的列表，那么 Git 就会去那些地址检查松散格式对象和文件——这是一种能让派生项目共享对象以节省磁盘的好方法。 然而，在这个例子中，没有列出可用的替代版本库。所以你所需要的对象肯定在某个包文件中。 要检查服务端有哪些可用的包文件，你需要获取 objects/info/packs 文件，这里面有一个包文件列表（它也是通过执行 update-server-info 所生成的）：

  1. => GET objects/info/packs
  2. P pack-816a9b2334da9953e530f27bcac22082a9f5b835.pack

服务端只有一个包文件，所以你要的对象显然就在里面。但是你要先检查它的索引文件以确认。 即使服务端有多个包文件，这也是很有用的，因为这样你就可以知道你所需要的对象是在哪一个包文件里面：

  1. => GET objects/pack/pack-816a9b2334da9953e530f27bcac22082a9f5b835.idx
  2. (4k of binary data)

现在你有这个包文件的索引，你可以查看你要的对象是否在里面—— 因为索引文件列出了这个包文件所包含的所有对象的 SHA-1 值，和该对象存在于包文件中的偏移量。 你的对象就在这里，接下来就是获取整个包文件：

  1. => GET objects/pack/pack-816a9b2334da9953e530f27bcac22082a9f5b835.pack
  2. (13k of binary data)

现在你也有了你的树对象，你可以继续在提交记录上漫游。 它们全部都在这个你刚下载的包文件里面，所以你不用继续向服务端请求更多下载了。 Git 会将开始时下载的 HEAD 引用所指向的 master 分支检出到工作目录。

智能协议

哑协议虽然很简单但效率略低，且它不能从客户端向服务端发送数据。 智能协议是更常用的传送数据的方法，但它需要在服务端运行一个进程，而这也是 Git 的智能之处——它可以读取本地数据，理解客户端有什么和需要什么，并为它生成合适的包文件。 总共有两组进程用于传输数据，它们分别负责上传和下载数据。

上传数据

为了上传数据至远端，Git 使用 send-pack 和 receive-pack 进程。 运行在客户端上的 send-pack 进程连接到远端运行的 receive-pack 进程。

SSH

举例来说，在项目中使用命令 git push origin master 时, origin 是由基于 SSH 协议的 URL 所定义的。 Git 会运行 send-pack 进程，它会通过 SSH 连接你的服务器。 它会尝试通过 SSH 在服务端执行命令，就像这样：

  1. $ ssh -x git@server "git-receive-pack 'simplegit-progit.git'"
  2. 00a5ca82a6dff817ec66f4437202690a93763949 refs/heads/master report-status \
  3.     delete-refs side-band-64k quiet ofs-delta \
  4.     agent=git/2:2.1.1+github-607-gfba4028 delete-refs
  5. 0000

git-receive-pack 命令会立即为它所拥有的每一个引用发送一行响应——在这个例子中，就只有 master 分支和它的 SHA-1 值。 第一行响应中也包含了一个服务端能力的列表（这里是 report-status、delete-refs 和一些其它的，包括客户端的识别码）。

每一行以一个四位的十六进制值开始，用于指明本行的长度。 你看到第一行以 00a5 开始，这在十六进制中表示 165，意味着第一行有 165 字节。 下一行是 0000，表示服务端已完成了发送引用列表过程。

现在它知道了服务端的状态，你的 send-pack 进程会判断哪些提交记录是它所拥有但服务端没有的。 send-pack 会告知 receive-pack 这次推送将会更新的各个引用。 举个例子，如果你正在更新 master 分支，并且增加 experiment 分支，这个 send-pack 的响应将会是像这样：

  1. 0076ca82a6dff817ec66f44342007202690a93763949 15027957951b64cf874c3557a0f3547bd83b3ff6 \
  2.     refs/heads/master report-status
  3. 006c0000000000000000000000000000000000000000 cdfdb42577e2506715f8cfeacdbabc092bf63e8d \
  4.     refs/heads/experiment
  5. 0000

第一行也包括了客户端的能力。 这里的全为 0 的 SHA-1 值表示之前没有过这个引用——因为你正要添加新的 experiment 引用。 删除引用时，将会看到相反的情况：右边的 SHA-1 值全为 0。

连接是从下面这个请求开始的：

  1. => GET http://server/simplegit-progit.git/info/refs?service=git-receive-pack
  2. 001f# service=git-receive-pack
  3. 00ab6c5f0e45abd7832bf23074a333f739977c9e8188 refs/heads/master report-status \
  4.     delete-refs side-band-64k quiet ofs-delta \
  5.     agent=git/2:2.1.1~vmg-bitmaps-bugaloo-608-g116744e
  6. 0000

这完成了客户端和服务端的第一次数据交换。 接下来客户端发起另一个请求，这次是一个 POST 请求，这个请求中包含了 send-pack 提供的数据。

  1. => POST http://server/simplegit-progit.git/git-receive-pack

这个 POST 请求的内容是 send-pack 的输出和相应的包文件。 服务端在收到请求后相应地作出成功或失败的 HTTP 响应。

下载数据

当你在下载数据时， fetch-pack 和 upload-pack 进程就起作用了。 客户端启动 fetch-pack 进程，连接至远端的 upload-pack 进程，以协商后续传输的数据。

SSH

如果你通过 SSH 使用抓取功能，fetch-pack 会像这样运行：

  1. $ ssh -x git@server "git-upload-pack 'simplegit-progit.git'"

在 fetch-pack 连接后，upload-pack 会返回类似下面的内容：

  1. 00dfca82a6dff817ec66f44342007202690a93763949 HEAD multi_ack thin-pack \
  2.     side-band side-band-64k ofs-delta shallow no-progress include-tag \
  3.     multi_ack_detailed symref=HEAD:refs/heads/master \
  4.     agent=git/2:2.1.1+github-607-gfba4028
  5. 003fe2409a098dc3e53539a9028a94b6224db9d6a6b6 refs/heads/master
  6. 0000

这与 receive-pack 的响应很相似，但是这里所包含的能力是不同的。 而且它还包含 HEAD 引用所指向内容（symref=HEAD:refs/heads/master），这样如果客户端执行的是克隆，它就会知道要检出什么。

这时候，fetch-pack 进程查看它自己所拥有的对象，并响应 “want” 和它需要的对象的 SHA-1 值。 它还会发送“have”和所有它已拥有的对象的 SHA-1 值。 在列表的最后，它还会发送“done”以通知 upload-pack 进程可以开始发送它所需对象的包文件：

  1. 003cwant ca82a6dff817ec66f44342007202690a93763949 ofs-delta
  2. 0032have 085bb3bcb608e1e8451d4b2432f8ecbe6306e7e7
  3. 0009done
  4. 0000
HTTP(S)

抓取操作的握手需要两个 HTTP 请求。 第一个是向和哑协议中相同的端点发送 GET 请求：

  1. => GET $GIT_URL/info/refs?service=git-upload-pack
  2. 001e# service=git-upload-pack
  3. 00e7ca82a6dff817ec66f44342007202690a93763949 HEAD multi_ack thin-pack \
  4.     side-band side-band-64k ofs-delta shallow no-progress include-tag \
  5.     multi_ack_detailed no-done symref=HEAD:refs/heads/master \
  6.     agent=git/2:2.1.1+github-607-gfba4028
  7. 003fca82a6dff817ec66f44342007202690a93763949 refs/heads/master
  8. 0000

这和通过 SSH 使用 git-upload-pack 是非常相似的，但是第二个数据交换则是一个单独的请求：

  1. => POST $GIT_URL/git-upload-pack HTTP/1.0
  2. 0032want 0a53e9ddeaddad63ad106860237bbf53411d11a7
  3. 0032have 441b40d833fdfa93eb2908e52742248faf0ee993
  4. 0000

这个输出格式还是和前面一样的。 这个请求的响应包含了所需要的包文件，并指明成功或失败。

协议总结

这一章节是传输协议的一个概貌。 传输协议还有很多其它的特性，像是 multi_ack 或 side-band，但是这些内容已经超出了本书的范围。 我们希望能给你展示客户端和服务端之间的基本交互过程；如果你需要更多的相关知识，你可以参阅 Git 的源代码。