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Lines of Context:
doc/developers/container-format.txt
1
 
================
2
 
Container format
3
 
================
4
 
 
5
 
Status
6
 
======
7
 
 
8
 
:Date: 2007-06-07
9
 
 
10
 
This document describes the proposed container format for streaming and
11
 
storing collections of data in Bazaar.  Initially this will be used for
12
 
streaming revision data for incremental push/pull in the smart server for
13
 
0.18, but the intention is that this will be the basis for much more
14
 
than just that use case.
15
 
 
16
 
In particular, this document currently focuses almost exclusively on the
17
 
streaming case, and not the on-disk storage case.  It also does not
18
 
discuss the APIs used to manipulate containers and their records.
19
 
 
20
 
 
21
 
.. contents::
22
 
 
23
 
 
24
 
Motivation
25
 
==========
26
 
 
27
 
To create a low-level file format which is suitable for solving the smart
28
 
server latency problem and whose layout and requirements are extendable in
29
 
future versions of Bazaar, and with no requirements that the smart server
30
 
does not have today.
31
 
 
32
 
 
33
 
Terminology
34
 
===========
35
 
 
36
 
A **container** is a streamable file that contains a series of
37
 
**records**.  Records may have **names**, and consist of bytes.
38
 
 
39
 
 
40
 
Use Cases
41
 
=========
42
 
 
43
 
Here's a brief description of use cases this format is intended to
44
 
support.
45
 
 
46
 
Streaming data between a smart server and client
47
 
------------------------------------------------
48
 
 
49
 
It would be nice if we could combine multiple containers into a single
50
 
stream by something no more expensive than concatenation (e.g. by omitting
51
 
end/start marker pairs).
52
 
 
53
 
This doesn't imply that such a combination necessarily produces a valid
54
 
container (e.g. care must be taken to ensure that names are still unique
55
 
in the combined container), or even a useful container.  It is simply that
56
 
the cost of assembling a new combined container is practically as cheap as
57
 
simple concatenation.
58
 
 
59
 
Incremental push or pull
60
 
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
61
 
 
62
 
Consider the use case of incremental push/pull, which is currently (0.16)
63
 
very slow on high-latency links due to the large number of round trips.
64
 
What we'd like is something like the following.
65
 
 
66
 
A client will make a request meaning "give me the knit contents for these
67
 
revision IDs" (how the client determines which revision IDs it needs is
68
 
unimportant here).  In response, the server streams a single container of:
69
 
 
70
 
  * one record per file-id:revision-id knit gzip contents and graph data,
71
 
  * one record per inventory:revision-id knit gzip contents and graph
72
 
    data,
73
 
  * one record per revision knit gzip contents,
74
 
  * one record per revision signature,
75
 
  * end marker record.
76
 
 
77
 
in that order.
78
 
 
79
 
Persistent storage on disk
80
 
--------------------------
81
 
 
82
 
We want a storage format that allows lock-free writes, which suggests a
83
 
format that uses *rename into place*, and *do not modify after writing*.
84
 
 
85
 
Usable before deep model changes to Bazaar
86
 
------------------------------------------
87
 
 
88
 
We want a format we can use and refine sooner rather than later.  So it
89
 
should be usable before the anticipated model changes for Bazaar "1.0"
90
 
land, while not conflicting with those changes either.
91
 
 
92
 
Specifically, we'd like to have this format in Bazaar 0.18.
93
 
 
94
 
Examples of possible record content
95
 
-----------------------------------
96
 
 
97
 
  * full texts of file versions
98
 
  * deltas of full texts
99
 
  * revisions
100
 
  * inventories
101
 
  * inventory as tree items e.g. the inventory data for 20 files
102
 
  * revision signatures
103
 
  * per-file graph data
104
 
  * annotation cache
105
 
 
106
 
 
107
 
Characteristics
108
 
===============
109
 
 
110
 
Some key aspects of the described format are discussed in this section.
111
 
 
112
 
No length-prefixing of entire container
113
 
---------------------------------------
114
 
 
115
 
The overall container is not length-prefixed.  Instead there is an end
116
 
marker so that readers can determine when they have read the entire
117
 
container.  This also does not conflict with the goal of allowing
118
 
single-pass writing.
119
 
 
120
 
Structured as a self-contained series of records
121
 
------------------------------------------------
122
 
 
123
 
The container contains a series of *records*.  Each record is
124
 
self-delimiting.  Record markers are lightweight.  The overhead in terms
125
 
of bytes and processing for records in this container vs. the raw contents
126
 
of those records is minimal.
127
 
 
128
 
Addressing records
129
 
------------------
130
 
 
131
 
There is a requirement that each object can be given an arbitrary name.
132
 
Some version control systems address all content by the SHA-1 digest of
133
 
that content, but this scheme is unsatisfactory for Bazaar's revision
134
 
objects.  We can still allow addressing by SHA-1 digest for those content
135
 
types where it makes sense.
136
 
 
137
 
Some proposed object names:
138
 
 
139
 
  * to name a revision: "``revision:``\ *revision-id*".  e.g.,
140
 
    `revision:pqm@pqm.ubuntu.com-20070531210833-8ptk86ocu822hjd5`.
141
 
  * to name an inventory delta: "``inventory.delta:``\ *revision-id*".  e.g.,
142
 
    `inventory.delta:pqm@pqm.ubuntu.com-20070531210833-8ptk86ocu822hjd5`.
143
 
 
144
 
It seems likely that we may want to have multiple names for an object.
145
 
This format allows that (by allowing multiple ``name`` headers in a Bytes
146
 
record).
147
 
 
148
 
Although records are in principle addressable by name, this specification
149
 
alone doesn't provide for efficient access to a particular record given
150
 
its name.  It is intended that separate indexes will be maintained to
151
 
provide this.
152
 
 
153
 
It is acceptable to have records with no explicit name, if the expected
154
 
use of them does not require them.  For example:
155
 
 
156
 
  * a record's content could be self-describing in the context of a
157
 
    particular container, or
158
 
  * a record could be accessed via an index based on SHA-1, or
159
 
  * when streaming, the first record could be treated specially.
160
 
 
161
 
Reasonably cheap for small records
162
 
----------------------------------
163
 
 
164
 
The overhead for storing fairly short records (tens of bytes, rather than
165
 
thousands or millions) is minimal.  The minimum overhead is 3 bytes plus
166
 
the length of the decimal representation of the *length* value (for a
167
 
record with no name).
168
 
 
169
 
 
170
 
Specification
171
 
=============
172
 
 
173
 
This describes just a basic layer for storing a simple series of
174
 
"records".  This layer has no intrinsic understanding of the contents of
175
 
those records.
176
 
 
177
 
The format is:
178
 
 
179
 
  * a **container lead-in**, "``Bazaar pack format 1 (introduced in 0.18)\n``",
180
 
  * followed by one or more **records**.
181
 
 
182
 
A record is:
183
 
 
184
 
  * a 1 byte **kind marker**.
185
 
  * 0 or more bytes of record content, depending on the record type.
186
 
 
187
 
Record types
188
 
------------
189
 
 
190
 
End Marker
191
 
~~~~~~~~~~
192
 
 
193
 
An **End Marker** record:
194
 
 
195
 
  * has a kind marker of "``E``",
196
 
  * no content bytes.
197
 
 
198
 
End Marker records signal the end of a container.
199
 
 
200
 
Bytes
201
 
~~~~~
202
 
 
203
 
A **Bytes** record:
204
 
 
205
 
  * has a kind marker of "``B``",
206
 
  * followed by a mandatory **content length** [1]_:
207
 
    "*number*\ ``\n``", where *number* is in decimal, e.g::
208
 
 
209
 
      1234
210
 
 
211
 
  * followed by zero or more optional **names**:
212
 
    "*name*\ ``\n``", e.g.::
213
 
 
214
 
      revision:pqm@pqm.ubuntu.com-20070531210833-8ptk86ocu822hjd5
215
 
 
216
 
  * followed by an **end of headers** byte: "``\n``",
217
 
  * followed by some **bytes**, exactly as many as specified by the length
218
 
    prefix header.
219
 
 
220
 
So a Bytes record is a series of lines encoding the length and names (if
221
 
any) followed by a body.
222
 
 
223
 
For example, this is a possible Bytes record (including the kind marker)::
224
 
 
225
 
  B26
226
 
  example-name1
227
 
  example-name2
228
 
 
229
 
  abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
230
 
 
231
 
 
232
 
Names
233
 
-----
234
 
 
235
 
Names should be UTF-8 encoded strings, with no whitespace.  Names should
236
 
be unique within a single container, but no guarantee of uniqueness
237
 
outside of the container is made by this layer.  Names need to be at least
238
 
one character long.
239
 
 
240
 
 
241
 
.. [1] This requires that the writer of a record knows the full length of
242
 
  the record up front, which typically means it will need to buffer an
243
 
  entire record in memory.  For the first version of this format this is
244
 
  considered to be acceptable.
245
 
 
246
 
..
247
 
   vim: ft=rst tw=74 ai
248