~bzr-pqm/bzr/bzr.dev

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  • Committer: Martin Pool
  • Date: 2005-05-03 08:00:27 UTC
  • Revision ID: mbp@sourcefrog.net-20050503080027-908edb5b39982198
doc

Show diffs side-by-side

added added

removed removed

Lines of Context:
 
1
********
 
2
Revfiles
 
3
********
 
4
 
 
5
The unit for compressed storage in bzr is a *revfile*, whose design
 
6
was suggested by Matt Mackall.
 
7
 
 
8
 
 
9
Requirements
 
10
============
 
11
 
 
12
Compressed storage is a tradeoff between several goals:
 
13
 
 
14
* Reasonably compact storage of long histories.
 
15
 
 
16
* Robustness and simplicity.
 
17
 
 
18
* Fast extraction of versions and addition of new versions (preferably
 
19
  without rewriting the whole file, or reading the whole history.)
 
20
 
 
21
* Fast and precise annotations.
 
22
 
 
23
* Storage of files of at least a few hundred MB.
 
24
 
 
25
 
 
26
Design
 
27
======
 
28
 
 
29
revfiles store the history of a single logical file, which is
 
30
identified in bzr by its file-id.  In this sense they are similar to
 
31
an RCS or CVS ``,v`` file or an SCCS sfile.
 
32
 
 
33
Each state of the file is called a *text*. 
 
34
 
 
35
Renaming, adding and deleting this file is handled at a higher level
 
36
by the inventory system, and is outside the scope of the revfile.  The
 
37
revfile name is typically based on the file id which is itself
 
38
typically based on the name the file had when it was first added.  But
 
39
this is purely cosmetic.
 
40
 
 
41
    For example a file now called ``frob.c`` may have the id
 
42
    ``frobber.c-12873`` because it was originally called
 
43
    ``frobber.c``.  Its texts are kept in the revfile
 
44
    ``.bzr/revfiles/frobber.c-12873.revs``.
 
45
 
 
46
When the file is deleted from the inventory the revfile does not
 
47
change.  It's just not used in reproducing trees from that point
 
48
onwards.
 
49
 
 
50
The revfile does not record the date when the text was added, a commit
 
51
message, properties, or any other metadata.  That is handled in the
 
52
higher-level revision history.
 
53
 
 
54
Inventories and other metadata files that vary from one version to the
 
55
next can themselves be stored in revfiles.
 
56
 
 
57
revfiles store files as simple byte streams, with no consideration of
 
58
translating character sets, line endings, or keywords.  Those are also
 
59
handled at a higher level.  However, the revfile may make use of
 
60
knowledge that a file is line-based in generating a diff.  
 
61
 
 
62
   (The Python builtin difflib is too slow when generating a purely
 
63
   byte-by-byte delta so we always make a line-by-line diff; when this
 
64
   is fixed it may be feasible to use line-by-line diffs for all
 
65
   files.)
 
66
 
 
67
Files whose text does not change from one revision to the next are
 
68
stored as just a single text in the revfile.  This can happen even if
 
69
the file was renamed or other properties were changed in the
 
70
inventory.
 
71
 
 
72
The revfile is held on disk as two files: an *index* and a *data*
 
73
file.  The index file is short and always read completely into memory;
 
74
the data file is much longer and only the relevant bits of it,
 
75
identified by the index file, need to be read.
 
76
 
 
77
  In previous versions, the  index file identified texts by their
 
78
  SHA-1 digest.  This was unsatisfying for two reasons.  Firstly it
 
79
  assumes that SHA-1 will not collide, which is not an assumption we
 
80
  wish to make in long-lived files.  Secondly for annotations we need
 
81
  to be able to map from file versions back to a revision.
 
82
 
 
83
Texts are identified by the name of the revfile and a UUID
 
84
corresponding to the first revision in which they were first
 
85
introduced.  This means that given a text we can identify which
 
86
revision it belongs to, and annotations can use the index within the
 
87
revfile to identify where a region was first introduced.
 
88
 
 
89
  We cannot identify texts by the integer revision number, because
 
90
  that would limit us to only referring to a file in a particular
 
91
  branch.
 
92
 
 
93
  I'd like to just use the revision-id, but those are variable-length
 
94
  strings, and I'd like the revfile index to be fixed-length and
 
95
  relatively short.  UUIDs can be encoded in binary as only 16 bytes.
 
96
  Perhaps we should just use UUIDs for revisions and be done?
 
97
 
 
98
This is meant to scale to hold 100,000 revisions of a single file, by
 
99
which time the index file will be ~4.8MB and a bit big to read
 
100
sequentially.
 
101
 
 
102
Some of the reserved fields could be used to implement a (semi?)
 
103
balanced tree indexed by SHA1 so we can much more efficiently find the
 
104
index associated with a particular hash.  For 100,000 revs we would be
 
105
able to find it in about 17 random reads, which is not too bad.
 
106
 
 
107
This performs pretty well except when trying to calculate deltas of
 
108
really large files.  For that the main thing would be to plug in
 
109
something faster than difflib, which is after all pure Python.
 
110
Another approach is to just store the gzipped full text of big files,
 
111
though perhaps that's too perverse?
 
112
 
 
113
 
 
114
 
 
115
 
 
116
Skip-deltas
 
117
-----------
 
118
 
 
119
Because the basis of a delta does not need to be the text's logical
 
120
predecessor, we can adjust the deltas to avoid ever needing to apply
 
121
too many deltas to reproduce a particular file.  
 
122
 
 
123
 
 
124
Annotations
 
125
-----------
 
126
 
 
127
Annotations indicate which revision of a file first inserted a line
 
128
(or region of bytes).
 
129
 
 
130
Given a string, we can write annotations on it like so: a sequence of
 
131
*(index, length)* pairs, giving the *index* of the revision which
 
132
introduced the next run of *length* bytes.  The sum of the lengths
 
133
must equal the length of the string.  For text files the regions will
 
134
typically fall on line breaks.  This can be transformed in memory to
 
135
other structures, such as a list of *(index, content)* pairs.
 
136
 
 
137
When a line was inserted from a merge revision then the annotation for
 
138
that line should still be the source in the merged branch, rather than
 
139
just being the revision in which the merge took place.
 
140
 
 
141
They can cheaply be calculated when inserting a new text, but are
 
142
expensive to calculate after the fact because that requires searching
 
143
back through all previous text and all texts which were merged in.  It
 
144
therefore seems sensible to calculate them once and store them.
 
145
 
 
146
To do this we need two operators which update an existing annotated
 
147
file:
 
148
 
 
149
A. Given an annotated file and a working text, update the annotation to
 
150
   mark regions inserted in the working file as new in this revision.
 
151
 
 
152
B. Given two annotated files, merge them to produce an annotated
 
153
   result.    When there are conflicts, both texts should be included
 
154
   and annotated.
 
155
 
 
156
These may be repeated: after a merge there may be another merge, or
 
157
there may be manual fixups or conflict resolutions.
 
158
 
 
159
So what we require is given a diff or a diff3 between two files, map
 
160
the regions of bytes changed into corresponding updates to the origin
 
161
annotations.
 
162
 
 
163
Annotations can also be delta-compressed; we only need to add new
 
164
annotation data when there is a text insertion.
 
165
 
 
166
    (It is possible in a merge to have a change of annotation when
 
167
    there is no text change, though this seems unlikely.  This can
 
168
    still be represented as a "pointless" delta, plus an update to the
 
169
    annotations.)
 
170
 
 
171
 
 
172
 
 
173
Tools
 
174
-----
 
175
 
 
176
The revfile module can be invoked as a program to give low-level
 
177
access for data recovery, debugging, etc.
 
178
 
 
179
 
 
180
 
 
181
Format
 
182
======
 
183
 
 
184
Index file
 
185
----------
 
186
 
 
187
The index file is a series of fixed-length records::
 
188
 
 
189
  byte[16]     UUID of revision
 
190
  byte[20]     SHA-1 of expanded text (as binary, not hex)
 
191
  uint32       flags: 1=zlib compressed
 
192
  uint32       sequence number this is based on, or -1 for full text
 
193
  uint32       offset in text file of start
 
194
  uint32       length of compressed delta in text file
 
195
  uint32[3]    reserved
 
196
 
 
197
Total 64 bytes.
 
198
 
 
199
The header is also 64 bytes, for tidyness and easy calculation.  For
 
200
this format the header must be ``bzr revfile v2\n`` padded with
 
201
``\xff`` to 64 bytes.
 
202
 
 
203
The first record after the header is index 0.  A record's base index
 
204
must be less than its own index.
 
205
 
 
206
The SHA-1 is redundant with the inventory but stored just as a check
 
207
on the compression methods and so that the file can be validated
 
208
without reference to any other information.
 
209
 
 
210
Each byte in the text file should be included by at most one delta.
 
211
 
 
212
 
 
213
Deltas
 
214
------
 
215
 
 
216
Deltas to the text are stored as a series of variable-length records::
 
217
 
 
218
  uint32        idx
 
219
  uint32        m
 
220
  uint32        n
 
221
  uint32        l
 
222
  byte[l]       new
 
223
 
 
224
This describes a change originally introduced in the revision
 
225
described by *idx* in the index.
 
226
 
 
227
This indicates that the region [m:n] of the input file should be
 
228
replaced by the text *new*.  If m==n this is a pure insertion of l
 
229
bytes.  If l==0 this is a pure deletion of (n-m) bytes.
 
230
 
 
231
 
 
232
 
 
233
Open issues
 
234
===========
 
235
 
 
236
* revfiles use unsigned 32-bit integers both in diffs and the index.
 
237
  This should be more than enough for any reasonable source file but
 
238
  perhaps not enough for large binaries that are frequently committed.
 
239
 
 
240
  Perhaps for those files there should be an option to continue to use
 
241
  the text-store.  There is unlikely to be any benefit in holding
 
242
  deltas between them, and deltas will anyhow be hard to calculate. 
 
243
 
 
244
* The append-only design does not allow for destroying committed data,
 
245
  as when confidential information is accidentally added.  That could
 
246
  be fixed by creating the fixed repository as a separate branch, into
 
247
  which only the preserved revisions are exported.
 
248
 
 
249
* Should annotations also indicate where text was deleted?
 
250
 
 
251
* This design calls for only one annotation per line, which seems
 
252
  standard.  However, this is lacking in at least two cases:
 
253
 
 
254
  - Lines which originate in the same way in more than one revision,
 
255
    through being independently introduced.  In this case we would
 
256
    apparently have to make an arbitrary choice; I suppose branches
 
257
    could prefer to assume lines originated in their own history.
 
258
 
 
259
  - It might be useful to directly indicate which mergers included
 
260
    which lines.  We do have that information in the revision history
 
261
    though, so there seems no need to store it for every line.
 
262
 
 
263
* Should we also store full-texts as a transitional step?
 
264
 
 
265
* Storing the annotations with the text is reasonably simple and
 
266
  compact, but means that we always need to process the annotation
 
267
  structure even when we only want the text.  In particular it means
 
268
  that full-texts cannot just simply be copied out but rather composed
 
269
  from chunks.  That seems inefficient since it is probably common to
 
270
  only want the text.
 
271