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[git-htmldocs.git] / technical / sparse-checkout.txt
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1 Table of contents:
3   * Terminology
4   * Purpose of sparse-checkouts
5   * Usecases of primary concern
6   * Oversimplified mental models ("Cliff Notes" for this document!)
7   * Desired behavior
8   * Behavior classes
9   * Subcommand-dependent defaults
10   * Sparse specification vs. sparsity patterns
11   * Implementation Questions
12   * Implementation Goals/Plans
13   * Known bugs
14   * Reference Emails
17 === Terminology ===
19 cone mode: one of two modes for specifying the desired subset of files
20         in a sparse-checkout.  In cone-mode, the user specifies
21         directories (getting both everything under that directory as
22         well as everything in leading directories), while in non-cone
23         mode, the user specifies gitignore-style patterns.  Controlled
24         by the --[no-]cone option to sparse-checkout init|set.
26 SKIP_WORKTREE: When tracked files do not match the sparse specification and
27         are removed from the working tree, the file in the index is marked
28         with a SKIP_WORKTREE bit.  Note that if a tracked file has the
29         SKIP_WORKTREE bit set but the file is later written by the user to
30         the working tree anyway, the SKIP_WORKTREE bit will be cleared at
31         the beginning of any subsequent Git operation.
33         Most sparse checkout users are unaware of this implementation
34         detail, and the term should generally be avoided in user-facing
35         descriptions and command flags.  Unfortunately, prior to the
36         `sparse-checkout` subcommand this low-level detail was exposed,
37         and as of time of writing, is still exposed in various places.
39 sparse-checkout: a subcommand in git used to reduce the files present in
40         the working tree to a subset of all tracked files.  Also, the
41         name of the file in the $GIT_DIR/info directory used to track
42         the sparsity patterns corresponding to the user's desired
43         subset.
45 sparse cone: see cone mode
47 sparse directory: An entry in the index corresponding to a directory, which
48         appears in the index instead of all the files under that directory
49         that would normally appear.  See also sparse-index.  Something that
50         can cause confusion is that the "sparse directory" does NOT match
51         the sparse specification, i.e. the directory is NOT present in the
52         working tree.  May be renamed in the future (e.g. to "skipped
53         directory").
55 sparse index: A special mode for sparse-checkout that also makes the
56         index sparse by recording a directory entry in lieu of all the
57         files underneath that directory (thus making that a "skipped
58         directory" which unfortunately has also been called a "sparse
59         directory"), and does this for potentially multiple
60         directories.  Controlled by the --[no-]sparse-index option to
61         init|set|reapply.
63 sparsity patterns: patterns from $GIT_DIR/info/sparse-checkout used to
64         define the set of files of interest.  A warning: It is easy to
65         over-use this term (or the shortened "patterns" term), for two
66         reasons: (1) users in cone mode specify directories rather than
67         patterns (their directories are transformed into patterns, but
68         users may think you are talking about non-cone mode if you use the
69         word "patterns"), and (b) the sparse specification might
70         transiently differ in the working tree or index from the sparsity
71         patterns (see "Sparse specification vs. sparsity patterns").
73 sparse specification: The set of paths in the user's area of focus.  This
74         is typically just the tracked files that match the sparsity
75         patterns, but the sparse specification can temporarily differ and
76         include additional files.  (See also "Sparse specification
77         vs. sparsity patterns")
79         * When working with history, the sparse specification is exactly
80           the set of files matching the sparsity patterns.
81         * When interacting with the working tree, the sparse specification
82           is the set of tracked files with a clear SKIP_WORKTREE bit or
83           tracked files present in the working copy.
84         * When modifying or showing results from the index, the sparse
85           specification is the set of files with a clear SKIP_WORKTREE bit
86           or that differ in the index from HEAD.
87         * If working with the index and the working copy, the sparse
88           specification is the union of the paths from above.
90 vivifying: When a command restores a tracked file to the working tree (and
91         hopefully also clears the SKIP_WORKTREE bit in the index for that
92         file), this is referred to as "vivifying" the file.
95 === Purpose of sparse-checkouts ===
97 sparse-checkouts exist to allow users to work with a subset of their
98 files.
100 You can think of sparse-checkouts as subdividing "tracked" files into two
101 categories -- a sparse subset, and all the rest.  Implementationally, we
102 mark "all the rest" in the index with a SKIP_WORKTREE bit and leave them
103 out of the working tree.  The SKIP_WORKTREE files are still tracked, just
104 not present in the working tree.
106 In the past, sparse-checkouts were defined by "SKIP_WORKTREE means the file
107 is missing from the working tree but pretend the file contents match HEAD".
108 That was not only bogus (it actually meant the file missing from the
109 working tree matched the index rather than HEAD), but it was also a
110 low-level detail which only provided decent behavior for a few commands.
111 There were a surprising number of ways in which that guiding principle gave
112 command results that violated user expectations, and as such was a bad
113 mental model.  However, it persisted for many years and may still be found
114 in some corners of the code base.
116 Anyway, the idea of "working with a subset of files" is simple enough, but
117 there are multiple different high-level usecases which affect how some Git
118 subcommands should behave.  Further, even if we only considered one of
119 those usecases, sparse-checkouts can modify different subcommands in over a
120 half dozen different ways.  Let's start by considering the high level
121 usecases:
123   A) Users are _only_ interested in the sparse portion of the repo
125   A*) Users are _only_ interested in the sparse portion of the repo
126       that they have downloaded so far
128   B) Users want a sparse working tree, but are working in a larger whole
130   C) sparse-checkout is a behind-the-scenes implementation detail allowing
131      Git to work with a specially crafted in-house virtual file system;
132      users are actually working with a "full" working tree that is
133      lazily populated, and sparse-checkout helps with the lazy population
134      piece.
136 It may be worth explaining each of these in a bit more detail:
139   (Behavior A) Users are _only_ interested in the sparse portion of the repo
141 These folks might know there are other things in the repository, but
142 don't care.  They are uninterested in other parts of the repository, and
143 only want to know about changes within their area of interest.  Showing
144 them other files from history (e.g. from diff/log/grep/etc.)  is a
145 usability annoyance, potentially a huge one since other changes in
146 history may dwarf the changes they are interested in.
148 Some of these users also arrive at this usecase from wanting to use partial
149 clones together with sparse checkouts (in a way where they have downloaded
150 blobs within the sparse specification) and do disconnected development.
151 Not only do these users generally not care about other parts of the
152 repository, but consider it a blocker for Git commands to try to operate on
153 those.  If commands attempt to access paths in history outside the sparsity
154 specification, then the partial clone will attempt to download additional
155 blobs on demand, fail, and then fail the user's command.  (This may be
156 unavoidable in some cases, e.g. when `git merge` has non-trivial changes to
157 reconcile outside the sparse specification, but we should limit how often
158 users are forced to connect to the network.)
160 Also, even for users using partial clones that do not mind being
161 always connected to the network, the need to download blobs as
162 side-effects of various other commands (such as the printed diffstat
163 after a merge or pull) can lead to worries about local repository size
164 growing unnecessarily[10].
166   (Behavior A*) Users are _only_ interested in the sparse portion of the repo
167       that they have downloaded so far (a variant on the first usecase)
169 This variant is driven by folks who using partial clones together with
170 sparse checkouts and do disconnected development (so far sounding like a
171 subset of behavior A users) and doing so on very large repositories.  The
172 reason for yet another variant is that downloading even just the blobs
173 through history within their sparse specification may be too much, so they
174 only download some.  They would still like operations to succeed without
175 network connectivity, though, so things like `git log -S${SEARCH_TERM} -p`
176 or `git grep ${SEARCH_TERM} OLDREV ` would need to be prepared to provide
177 partial results that depend on what happens to have been downloaded.
179 This variant could be viewed as Behavior A with the sparse specification
180 for history querying operations modified from "sparsity patterns" to
181 "sparsity patterns limited to the blobs we have already downloaded".
183   (Behavior B) Users want a sparse working tree, but are working in a
184       larger whole
186 Stolee described this usecase this way[11]:
188 "I'm also focused on users that know that they are a part of a larger
189 whole. They know they are operating on a large repository but focus on
190 what they need to contribute their part. I expect multiple "roles" to
191 use very different, almost disjoint parts of the codebase. Some other
192 "architect" users operate across the entire tree or hop between different
193 sections of the codebase as necessary. In this situation, I'm wary of
194 scoping too many features to the sparse-checkout definition, especially
195 "git log," as it can be too confusing to have their view of the codebase
196 depend on your "point of view."
198 People might also end up wanting behavior B due to complex inter-project
199 dependencies.  The initial attempts to use sparse-checkouts usually involve
200 the directories you are directly interested in plus what those directories
201 depend upon within your repository.  But there's a monkey wrench here: if
202 you have integration tests, they invert the hierarchy: to run integration
203 tests, you need not only what you are interested in and its in-tree
204 dependencies, you also need everything that depends upon what you are
205 interested in or that depends upon one of your dependencies...AND you need
206 all the in-tree dependencies of that expanded group.  That can easily
207 change your sparse-checkout into a nearly dense one.
209 Naturally, that tends to kill the benefits of sparse-checkouts.  There are
210 a couple solutions to this conundrum: either avoid grabbing in-repo
211 dependencies (maybe have built versions of your in-repo dependencies pulled
212 from a CI cache somewhere), or say that users shouldn't run integration
213 tests directly and instead do it on the CI server when they submit a code
214 review.  Or do both.  Regardless of whether you stub out your in-repo
215 dependencies or stub out the things that depend upon you, there is
216 certainly a reason to want to query and be aware of those other stubbed-out
217 parts of the repository, particularly when the dependencies are complex or
218 change relatively frequently.  Thus, for such uses, sparse-checkouts can be
219 used to limit what you directly build and modify, but these users do not
220 necessarily want their sparse checkout paths to limit their queries of
221 versions in history.
223 Some people may also be interested in behavior B over behavior A simply as
224 a performance workaround: if they are using non-cone mode, then they have
225 to deal with its inherent quadratic performance problems.  In that mode,
226 every operation that checks whether paths match the sparsity specification
227 can be expensive.  As such, these users may only be willing to pay for
228 those expensive checks when interacting with the working copy, and may
229 prefer getting "unrelated" results from their history queries over having
230 slow commands.
232   (Behavior C) sparse-checkout is an implementational detail supporting a
233                special VFS.
235 This usecase goes slightly against the traditional definition of
236 sparse-checkout in that it actually tries to present a full or dense
237 checkout to the user.  However, this usecase utilizes the same underlying
238 technical underpinnings in a new way which does provide some performance
239 advantages to users.  The basic idea is that a company can have an in-house
240 Git-aware Virtual File System which pretends all files are present in the
241 working tree, by intercepting all file system accesses and using those to
242 fetch and write accessed files on demand via partial clones.  The VFS uses
243 sparse-checkout to prevent Git from writing or paying attention to many
244 files, and manually updates the sparse checkout patterns itself based on
245 user access and modification of files in the working tree.  See commit
246 ecc7c8841d ("repo_read_index: add config to expect files outside sparse
247 patterns", 2022-02-25) and the link at [17] for a more detailed description
248 of such a VFS.
250 The biggest difference here is that users are completely unaware that the
251 sparse-checkout machinery is even in use.  The sparse patterns are not
252 specified by the user but rather are under the complete control of the VFS
253 (and the patterns are updated frequently and dynamically by it).  The user
254 will perceive the checkout as dense, and commands should thus behave as if
255 all files are present.
258 === Usecases of primary concern ===
260 Most of the rest of this document will focus on Behavior A and Behavior
261 B.  Some notes about the other two cases and why we are not focusing on
262 them:
264   (Behavior A*)
266 Supporting this usecase is estimated to be difficult and a lot of work.
267 There are no plans to implement it currently, but it may be a potential
268 future alternative.  Knowing about the existence of additional alternatives
269 may affect our choice of command line flags (e.g. if we need tri-state or
270 quad-state flags rather than just binary flags), so it was still important
271 to at least note.
273 Further, I believe the descriptions below for Behavior A are probably still
274 valid for this usecase, with the only exception being that it redefines the
275 sparse specification to restrict it to already-downloaded blobs.  The hard
276 part is in making commands capable of respecting that modified definition.
278   (Behavior C)
280 This usecase violates some of the early sparse-checkout documented
281 assumptions (since files marked as SKIP_WORKTREE will be displayed to users
282 as present in the working tree).  That violation may mean various
283 sparse-checkout related behaviors are not well suited to this usecase and
284 we may need tweaks -- to both documentation and code -- to handle it.
285 However, this usecase is also perhaps the simplest model to support in that
286 everything behaves like a dense checkout with a few exceptions (e.g. branch
287 checkouts and switches write fewer things, knowing the VFS will lazily
288 write the rest on an as-needed basis).
290 Since there is no publicly available VFS-related code for folks to try,
291 the number of folks who can test such a usecase is limited.
293 The primary reason to note the Behavior C usecase is that as we fix things
294 to better support Behaviors A and B, there may be additional places where
295 we need to make tweaks allowing folks in this usecase to get the original
296 non-sparse treatment.  For an example, see ecc7c8841d ("repo_read_index:
297 add config to expect files outside sparse patterns", 2022-02-25).  The
298 secondary reason to note Behavior C, is so that folks taking advantage of
299 Behavior C do not assume they are part of the Behavior B camp and propose
300 patches that break things for the real Behavior B folks.
303 === Oversimplified mental models ===
305 An oversimplification of the differences in the above behaviors is:
307   Behavior A: Restrict worktree and history operations to sparse specification
308   Behavior B: Restrict worktree operations to sparse specification; have any
309               history operations work across all files
310   Behavior C: Do not restrict either worktree or history operations to the
311               sparse specification...with the exception of branch checkouts or
312               switches which avoid writing files that will match the index so
313               they can later lazily be populated instead.
316 === Desired behavior ===
318 As noted previously, despite the simple idea of just working with a subset
319 of files, there are a range of different behavioral changes that need to be
320 made to different subcommands to work well with such a feature.  See
321 [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10] for various examples.  In particular, at [2], we saw
322 that mere composition of other commands that individually worked correctly
323 in a sparse-checkout context did not imply that the higher level command
324 would work correctly; it sometimes requires further tweaks.  So,
325 understanding these differences can be beneficial.
327 * Commands behaving the same regardless of high-level use-case
329   * commands that only look at files within the sparsity specification
331       * diff (without --cached or REVISION arguments)
332       * grep (without --cached or REVISION arguments)
333       * diff-files
335   * commands that restore files to the working tree that match sparsity
336     patterns, and remove unmodified files that don't match those
337     patterns:
339       * switch
340       * checkout (the switch-like half)
341       * read-tree
342       * reset --hard
344   * commands that write conflicted files to the working tree, but otherwise
345     will omit writing files to the working tree that do not match the
346     sparsity patterns:
348       * merge
349       * rebase
350       * cherry-pick
351       * revert
353       * `am` and `apply --cached` should probably be in this section but
354         are buggy (see the "Known bugs" section below)
356     The behavior for these commands somewhat depends upon the merge
357     strategy being used:
358       * `ort` behaves as described above
359       * `recursive` tries to not vivify files unnecessarily, but does sometimes
360         vivify files without conflicts.
361       * `octopus` and `resolve` will always vivify any file changed in the merge
362         relative to the first parent, which is rather suboptimal.
364     It is also important to note that these commands WILL update the index
365     outside the sparse specification relative to when the operation began,
366     BUT these commands often make a commit just before or after such that
367     by the end of the operation there is no change to the index outside the
368     sparse specification.  Of course, if the operation hits conflicts or
369     does not make a commit, then these operations clearly can modify the
370     index outside the sparse specification.
372     Finally, it is important to note that at least the first four of these
373     commands also try to remove differences between the sparse
374     specification and the sparsity patterns (much like the commands in the
375     previous section).
377   * commands that always ignore sparsity since commits must be full-tree
379       * archive
380       * bundle
381       * commit
382       * format-patch
383       * fast-export
384       * fast-import
385       * commit-tree
387   * commands that write any modified file to the working tree (conflicted
388     or not, and whether those paths match sparsity patterns or not):
390       * stash
391       * apply (without `--index` or `--cached`)
393 * Commands that may slightly differ for behavior A vs. behavior B:
395   Commands in this category behave mostly the same between the two
396   behaviors, but may differ in verbosity and types of warning and error
397   messages.
399   * commands that make modifications to which files are tracked:
400       * add
401       * rm
402       * mv
403       * update-index
405     The fact that files can move between the 'tracked' and 'untracked'
406     categories means some commands will have to treat untracked files
407     differently.  But if we have to treat untracked files differently,
408     then additional commands may also need changes:
410       * status
411       * clean
413     In particular, `status` may need to report any untracked files outside
414     the sparsity specification as an erroneous condition (especially to
415     avoid the user trying to `git add` them, forcing `git add` to display
416     an error).
418     It's not clear to me exactly how (or even if) `clean` would change,
419     but it's the other command that also affects untracked files.
421     `update-index` may be slightly special.  Its --[no-]skip-worktree flag
422     may need to ignore the sparse specification by its nature.  Also, its
423     current --[no-]ignore-skip-worktree-entries default is totally bogus.
425   * commands for manually tweaking paths in both the index and the working tree
426       * `restore`
427       * the restore-like half of `checkout`
429     These commands should be similar to add/rm/mv in that they should
430     only operate on the sparse specification by default, and require a
431     special flag to operate on all files.
433     Also, note that these commands currently have a number of issues (see
434     the "Known bugs" section below)
436 * Commands that significantly differ for behavior A vs. behavior B:
438   * commands that query history
439       * diff (with --cached or REVISION arguments)
440       * grep (with --cached or REVISION arguments)
441       * show (when given commit arguments)
442       * blame (only matters when one or more -C flags are passed)
443         * and annotate
444       * log
445       * whatchanged
446       * ls-files
447       * diff-index
448       * diff-tree
449       * ls-tree
451     Note: for log and whatchanged, revision walking logic is unaffected
452     but displaying of patches is affected by scoping the command to the
453     sparse-checkout.  (The fact that revision walking is unaffected is
454     why rev-list, shortlog, show-branch, and bisect are not in this
455     list.)
457     ls-files may be slightly special in that e.g. `git ls-files -t` is
458     often used to see what is sparse and what is not.  Perhaps -t should
459     always work on the full tree?
461 * Commands I don't know how to classify
463   * range-diff
465     Is this like `log` or `format-patch`?
467   * cherry
469     See range-diff
471 * Commands unaffected by sparse-checkouts
473   * shortlog
474   * show-branch
475   * rev-list
476   * bisect
478   * branch
479   * describe
480   * fetch
481   * gc
482   * init
483   * maintenance
484   * notes
485   * pull (merge & rebase have the necessary changes)
486   * push
487   * submodule
488   * tag
490   * config
491   * filter-branch (works in separate checkout without sparse-checkout setup)
492   * pack-refs
493   * prune
494   * remote
495   * repack
496   * replace
498   * bugreport
499   * count-objects
500   * fsck
501   * gitweb
502   * help
503   * instaweb
504   * merge-tree (doesn't touch worktree or index, and merges always compute full-tree)
505   * rerere
506   * verify-commit
507   * verify-tag
509   * commit-graph
510   * hash-object
511   * index-pack
512   * mktag
513   * mktree
514   * multi-pack-index
515   * pack-objects
516   * prune-packed
517   * symbolic-ref
518   * unpack-objects
519   * update-ref
520   * write-tree (operates on index, possibly optimized to use sparse dir entries)
522   * for-each-ref
523   * get-tar-commit-id
524   * ls-remote
525   * merge-base (merges are computed full tree, so merge base should be too)
526   * name-rev
527   * pack-redundant
528   * rev-parse
529   * show-index
530   * show-ref
531   * unpack-file
532   * var
533   * verify-pack
535   * <Everything under 'Interacting with Others' in 'git help --all'>
536   * <Everything under 'Low-level...Syncing' in 'git help --all'>
537   * <Everything under 'Low-level...Internal Helpers' in 'git help --all'>
538   * <Everything under 'External commands' in 'git help --all'>
540 * Commands that might be affected, but who cares?
542   * merge-file
543   * merge-index
544   * gitk?
547 === Behavior classes ===
549 From the above there are a few classes of behavior:
551   * "restrict"
553     Commands in this class only read or write files in the working tree
554     within the sparse specification.
556     When moving to a new commit (e.g. switch, reset --hard), these commands
557     may update index files outside the sparse specification as of the start
558     of the operation, but by the end of the operation those index files
559     will match HEAD again and thus those files will again be outside the
560     sparse specification.
562     When paths are explicitly specified, these paths are intersected with
563     the sparse specification and will only operate on such paths.
564     (e.g. `git restore [--staged] -- '*.png'`, `git reset -p -- '*.md'`)
566     Some of these commands may also attempt, at the end of their operation,
567     to cull transient differences between the sparse specification and the
568     sparsity patterns (see "Sparse specification vs. sparsity patterns" for
569     details, but this basically means either removing unmodified files not
570     matching the sparsity patterns and marking those files as
571     SKIP_WORKTREE, or vivifying files that match the sparsity patterns and
572     marking those files as !SKIP_WORKTREE).
574   * "restrict modulo conflicts"
576     Commands in this class generally behave like the "restrict" class,
577     except that:
578       (1) they will ignore the sparse specification and write files with
579           conflicts to the working tree (thus temporarily expanding the
580           sparse specification to include such files.)
581       (2) they are grouped with commands which move to a new commit, since
582           they often create a commit and then move to it, even though we
583           know there are many exceptions to moving to the new commit.  (For
584           example, the user may rebase a commit that becomes empty, or have
585           a cherry-pick which conflicts, or a user could run `merge
586           --no-commit`, and we also view `apply --index` kind of like `am
587           --no-commit`.)  As such, these commands can make changes to index
588           files outside the sparse specification, though they'll mark such
589           files with SKIP_WORKTREE.
591   * "restrict also specially applied to untracked files"
593     Commands in this class generally behave like the "restrict" class,
594     except that they have to handle untracked files differently too, often
595     because these commands are dealing with files changing state between
596     'tracked' and 'untracked'.  Often, this may mean printing an error
597     message if the command had nothing to do, but the arguments may have
598     referred to files whose tracked-ness state could have changed were it
599     not for the sparsity patterns excluding them.
601   * "no restrict"
603     Commands in this class ignore the sparse specification entirely.
605   * "restrict or no restrict dependent upon behavior A vs. behavior B"
607     Commands in this class behave like "no restrict" for folks in the
608     behavior B camp, and like "restrict" for folks in the behavior A camp.
609     However, when behaving like "restrict" a warning of some sort might be
610     provided that history queries have been limited by the sparse-checkout
611     specification.
614 === Subcommand-dependent defaults ===
616 Note that we have different defaults depending on the command for the
617 desired behavior :
619   * Commands defaulting to "restrict":
620     * diff-files
621     * diff (without --cached or REVISION arguments)
622     * grep (without --cached or REVISION arguments)
623     * switch
624     * checkout (the switch-like half)
625     * reset (<commit>)
627     * restore
628     * checkout (the restore-like half)
629     * checkout-index
630     * reset (with pathspec)
632     This behavior makes sense; these interact with the working tree.
634   * Commands defaulting to "restrict modulo conflicts":
635     * merge
636     * rebase
637     * cherry-pick
638     * revert
640     * am
641     * apply --index (which is kind of like an `am --no-commit`)
643     * read-tree (especially with -m or -u; is kind of like a --no-commit merge)
644     * reset (<tree-ish>, due to similarity to read-tree)
646     These also interact with the working tree, but require slightly
647     different behavior either so that (a) conflicts can be resolved or (b)
648     because they are kind of like a merge-without-commit operation.
650     (See also the "Known bugs" section below regarding `am` and `apply`)
652   * Commands defaulting to "no restrict":
653     * archive
654     * bundle
655     * commit
656     * format-patch
657     * fast-export
658     * fast-import
659     * commit-tree
661     * stash
662     * apply (without `--index`)
664     These have completely different defaults and perhaps deserve the most
665     detailed explanation:
667     In the case of commands in the first group (format-patch,
668     fast-export, bundle, archive, etc.), these are commands for
669     communicating history, which will be broken if they restrict to a
670     subset of the repository.  As such, they operate on full paths and
671     have no `--restrict` option for overriding.  Some of these commands may
672     take paths for manually restricting what is exported, but it needs to
673     be very explicit.
675     In the case of stash, it needs to vivify files to avoid losing the
676     user's changes.
678     In the case of apply without `--index`, that command needs to update
679     the working tree without the index (or the index without the working
680     tree if `--cached` is passed), and if we restrict those updates to the
681     sparse specification then we'll lose changes from the user.
683   * Commands defaulting to "restrict also specially applied to untracked files":
684     * add
685     * rm
686     * mv
687     * update-index
688     * status
689     * clean (?)
691     Our original implementation for the first three of these commands was
692     "no restrict", but it had some severe usability issues:
693       * `git add <somefile>` if honored and outside the sparse
694         specification, can result in the file randomly disappearing later
695         when some subsequent command is run (since various commands
696         automatically clean up unmodified files outside the sparse
697         specification).
698       * `git rm '*.jpg'` could very negatively surprise users if it deletes
699         files outside the range of the user's interest.
700       * `git mv` has similar surprises when moving into or out of the cone,
701         so best to restrict by default
703     So, we switched `add` and `rm` to default to "restrict", which made
704     usability problems much less severe and less frequent, but we still got
705     complaints because commands like:
706         git add <file-outside-sparse-specification>
707         git rm <file-outside-sparse-specification>
708     would silently do nothing.  We should instead print an error in those
709     cases to get usability right.
711     update-index needs to be updated to match, and status and maybe clean
712     also need to be updated to specially handle untracked paths.
714     There may be a difference in here between behavior A and behavior B in
715     terms of verboseness of errors or additional warnings.
717   * Commands falling under "restrict or no restrict dependent upon behavior
718     A vs. behavior B"
720     * diff (with --cached or REVISION arguments)
721     * grep (with --cached or REVISION arguments)
722     * show (when given commit arguments)
723     * blame (only matters when one or more -C flags passed)
724       * and annotate
725     * log
726       * and variants: shortlog, gitk, show-branch, whatchanged, rev-list
727     * ls-files
728     * diff-index
729     * diff-tree
730     * ls-tree
732     For now, we default to behavior B for these, which want a default of
733     "no restrict".
735     Note that two of these commands -- diff and grep -- also appeared in a
736     different list with a default of "restrict", but only when limited to
737     searching the working tree.  The working tree vs. history distinction
738     is fundamental in how behavior B operates, so this is expected.  Note,
739     though, that for diff and grep with --cached, when doing "restrict"
740     behavior, the difference between sparse specification and sparsity
741     patterns is important to handle.
743     "restrict" may make more sense as the long term default for these[12].
744     Also, supporting "restrict" for these commands might be a fair amount
745     of work to implement, meaning it might be implemented over multiple
746     releases.  If that behavior were the default in the commands that
747     supported it, that would force behavior B users to need to learn to
748     slowly add additional flags to their commands, depending on git
749     version, to get the behavior they want.  That gradual switchover would
750     be painful, so we should avoid it at least until it's fully
751     implemented.
754 === Sparse specification vs. sparsity patterns ===
756 In a well-behaved situation, the sparse specification is given directly
757 by the $GIT_DIR/info/sparse-checkout file.  However, it can transiently
758 diverge for a few reasons:
760     * needing to resolve conflicts (merging will vivify conflicted files)
761     * running Git commands that implicitly vivify files (e.g. "git stash apply")
762     * running Git commands that explicitly vivify files (e.g. "git checkout
763       --ignore-skip-worktree-bits FILENAME")
764     * other commands that write to these files (perhaps a user copies it
765       from elsewhere)
767 For the last item, note that we do automatically clear the SKIP_WORKTREE
768 bit for files that are present in the working tree.  This has been true
769 since 82386b4496 ("Merge branch 'en/present-despite-skipped'",
770 2022-03-09)
772 However, such a situation is transient because:
774    * Such transient differences can and will be automatically removed as
775      a side-effect of commands which call unpack_trees() (checkout,
776      merge, reset, etc.).
777    * Users can also request such transient differences be corrected via
778      running `git sparse-checkout reapply`.  Various places recommend
779      running that command.
780    * Additional commands are also welcome to implicitly fix these
781      differences; we may add more in the future.
783 While we avoid dropping unstaged changes or files which have conflicts,
784 we otherwise aggressively try to fix these transient differences.  If
785 users want these differences to persist, they should run the `set` or
786 `add` subcommands of `git sparse-checkout` to reflect their intended
787 sparse specification.
789 However, when we need to do a query on history restricted to the
790 "relevant subset of files" such a transiently expanded sparse
791 specification is ignored.  There are a couple reasons for this:
793    * The behavior wanted when doing something like
794          git grep expression REVISION
795      is roughly what the users would expect from
796          git checkout REVISION && git grep expression
797      (modulo a "REVISION:" prefix), which has a couple ramifications:
799    * REVISION may have paths not in the current index, so there is no
800      path we can consult for a SKIP_WORKTREE setting for those paths.
802    * Since `checkout` is one of those commands that tries to remove
803      transient differences in the sparse specification, it makes sense
804      to use the corrected sparse specification
805      (i.e. $GIT_DIR/info/sparse-checkout) rather than attempting to
806      consult SKIP_WORKTREE anyway.
808 So, a transiently expanded (or restricted) sparse specification applies to
809 the working tree, but not to history queries where we always use the
810 sparsity patterns.  (See [16] for an early discussion of this.)
812 Similar to a transiently expanded sparse specification of the working tree
813 based on additional files being present in the working tree, we also need
814 to consider additional files being modified in the index.  In particular,
815 if the user has staged changes to files (relative to HEAD) that do not
816 match the sparsity patterns, and the file is not present in the working
817 tree, we still want to consider the file part of the sparse specification
818 if we are specifically performing a query related to the index (e.g. git
819 diff --cached [REVISION], git diff-index [REVISION], git restore --staged
820 --source=REVISION -- PATHS, etc.)  Note that a transiently expanded sparse
821 specification for the index usually only matters under behavior A, since
822 under behavior B index operations are lumped with history and tend to
823 operate full-tree.
826 === Implementation Questions ===
828   * Do the options --scope={sparse,all} sound good to others?  Are there better
829     options?
830     * Names in use, or appearing in patches, or previously suggested:
831       * --sparse/--dense
832       * --ignore-skip-worktree-bits
833       * --ignore-skip-worktree-entries
834       * --ignore-sparsity
835       * --[no-]restrict-to-sparse-paths
836       * --full-tree/--sparse-tree
837       * --[no-]restrict
838       * --scope={sparse,all}
839       * --focus/--unfocus
840       * --limit/--unlimited
841     * Rationale making me lean slightly towards --scope={sparse,all}:
842       * We want a name that works for many commands, so we need a name that
843         does not conflict
844       * We know that we have more than two possible usecases, so it is best
845         to avoid a flag that appears to be binary.
846       * --scope={sparse,all} isn't overly long and seems relatively
847         explanatory
848       * `--sparse`, as used in add/rm/mv, is totally backwards for
849         grep/log/etc.  Changing the meaning of `--sparse` for these
850         commands would fix the backwardness, but possibly break existing
851         scripts.  Using a new name pairing would allow us to treat
852         `--sparse` in these commands as a deprecated alias.
853       * There is a different `--sparse`/`--dense` pair for commands using
854         revision machinery, so using that naming might cause confusion
855       * There is also a `--sparse` in both pack-objects and show-branch, which
856         don't conflict but do suggest that `--sparse` is overloaded
857       * The name --ignore-skip-worktree-bits is a double negative, is
858         quite a mouthful, refers to an implementation detail that many
859         users may not be familiar with, and we'd need a negation for it
860         which would probably be even more ridiculously long.  (But we
861         can make --ignore-skip-worktree-bits a deprecated alias for
862         --no-restrict.)
864   * If a config option is added (sparse.scope?) what should the values and
865     description be?  "sparse" (behavior A), "worktree-sparse-history-dense"
866     (behavior B), "dense" (behavior C)?  There's a risk of confusion,
867     because even for Behaviors A and B we want some commands to be
868     full-tree and others to operate sparsely, so the wording may need to be
869     more tied to the usecases and somehow explain that.  Also, right now,
870     the primary difference we are focusing is just the history-querying
871     commands (log/diff/grep).  Previous config suggestion here: [13]
873   * Is `--no-expand` a good alias for ls-files's `--sparse` option?
874     (`--sparse` does not map to either `--scope=sparse` or `--scope=all`,
875     because in non-cone mode it does nothing and in cone-mode it shows the
876     sparse directory entries which are technically outside the sparse
877     specification)
879   * Under Behavior A:
880     * Does ls-files' `--no-expand` override the default `--scope=all`, or
881       does it need an extra flag?
882     * Does ls-files' `-t` option imply `--scope=all`?
883     * Does update-index's `--[no-]skip-worktree` option imply `--scope=all`?
885   * sparse-checkout: once behavior A is fully implemented, should we take
886     an interim measure to ease people into switching the default?  Namely,
887     if folks are not already in a sparse checkout, then require
888     `sparse-checkout init/set` to take a
889     `--set-scope=(sparse|worktree-sparse-history-dense|dense)` flag (which
890     would set sparse.scope according to the setting given), and throw an
891     error if the flag is not provided?  That error would be a great place
892     to warn folks that the default may change in the future, and get them
893     used to specifying what they want so that the eventual default switch
894     is seamless for them.
897 === Implementation Goals/Plans ===
899  * Get buy-in on this document in general.
901  * Figure out answers to the 'Implementation Questions' sections (above)
903  * Fix bugs in the 'Known bugs' section (below)
905  * Provide some kind of method for backfilling the blobs within the sparse
906    specification in a partial clone
908  [Below here is kind of spitballing since the first two haven't been resolved]
910  * update-index: flip the default to --no-ignore-skip-worktree-entries,
911    nuke this stupid "Oh, there's a bug?  Let me add a flag to let users
912    request that they not trigger this bug." flag
914  * Flags & Config
915    * Make `--sparse` in add/rm/mv a deprecated alias for `--scope=all`
916    * Make `--ignore-skip-worktree-bits` in checkout-index/checkout/restore
917      a deprecated aliases for `--scope=all`
918    * Create config option (sparse.scope?), tie it to the "Cliff notes"
919      overview
921    * Add --scope=sparse (and --scope=all) flag to each of the history querying
922      commands.  IMPORTANT: make sure diff machinery changes don't mess with
923      format-patch, fast-export, etc.
925 === Known bugs ===
927 This list used to be a lot longer (see e.g. [1,2,3,4,5,6,7,8,9]), but we've
928 been working on it.
930 0. Behavior A is not well supported in Git.  (Behavior B didn't used to
931    be either, but was the easier of the two to implement.)
933 1. am and apply:
935    apply, without `--index` or `--cached`, relies on files being present
936    in the working copy, and also writes to them unconditionally.  As
937    such, it should first check for the files' presence, and if found to
938    be SKIP_WORKTREE, then clear the bit and vivify the paths, then do
939    its work.  Currently, it just throws an error.
941    apply, with either `--cached` or `--index`, will not preserve the
942    SKIP_WORKTREE bit.  This is fine if the file has conflicts, but
943    otherwise SKIP_WORKTREE bits should be preserved for --cached and
944    probably also for --index.
946    am, if there are no conflicts, will vivify files and fail to preserve
947    the SKIP_WORKTREE bit.  If there are conflicts and `-3` is not
948    specified, it will vivify files and then complain the patch doesn't
949    apply.  If there are conflicts and `-3` is specified, it will vivify
950    files and then complain that those vivified files would be
951    overwritten by merge.
953 2. reset --hard:
955    reset --hard provides confusing error message (works correctly, but
956    misleads the user into believing it didn't):
958     $ touch addme
959     $ git add addme
960     $ git ls-files -t
961     H addme
962     H tracked
963     S tracked-but-maybe-skipped
964     $ git reset --hard                           # usually works great
965     error: Path 'addme' not uptodate; will not remove from working tree.
966     HEAD is now at bdbbb6f third
967     $ git ls-files -t
968     H tracked
969     S tracked-but-maybe-skipped
970     $ ls -1
971     tracked
973     `git reset --hard` DID remove addme from the index and the working tree, contrary
974     to the error message, but in line with how reset --hard should behave.
976 3. read-tree
978    `read-tree` doesn't apply the 'SKIP_WORKTREE' bit to *any* of the
979    entries it reads into the index, resulting in all your files suddenly
980    appearing to be "deleted".
982 4. Checkout, restore:
984    These command do not handle path & revision arguments appropriately:
986     $ ls
987     tracked
988     $ git ls-files -t
989     H tracked
990     S tracked-but-maybe-skipped
991     $ git status --porcelain
992     $ git checkout -- '*skipped'
993     error: pathspec '*skipped' did not match any file(s) known to git
994     $ git ls-files -- '*skipped'
995     tracked-but-maybe-skipped
996     $ git checkout HEAD -- '*skipped'
997     error: pathspec '*skipped' did not match any file(s) known to git
998     $ git ls-tree HEAD | grep skipped
999     100644 blob 276f5a64354b791b13840f02047738c77ad0584f        tracked-but-maybe-skipped
1000     $ git status --porcelain
1001     $ git checkout HEAD~1 -- '*skipped'
1002     $ git ls-files -t
1003     H tracked
1004     H tracked-but-maybe-skipped
1005     $ git status --porcelain
1006     M  tracked-but-maybe-skipped
1007     $ git checkout HEAD -- '*skipped'
1008     $ git status --porcelain
1009     $
1011     Note that checkout without a revision (or restore --staged) fails to
1012     find a file to restore from the index, even though ls-files shows
1013     such a file certainly exists.
1015     Similar issues occur with HEAD (--source=HEAD in restore's case),
1016     but suddenly works when HEAD~1 is specified.  And then after that it
1017     will work with HEAD specified, even though it didn't before.
1019     Directories are also an issue:
1021     $ git sparse-checkout set nomatches
1022     $ git status
1023     On branch main
1024     You are in a sparse checkout with 0% of tracked files present.
1026     nothing to commit, working tree clean
1027     $ git checkout .
1028     error: pathspec '.' did not match any file(s) known to git
1029     $ git checkout HEAD~1 .
1030     Updated 1 path from 58916d9
1031     $ git ls-files -t
1032     S tracked
1033     H tracked-but-maybe-skipped
1035 5. checkout and restore --staged, continued:
1037    These commands do not correctly scope operations to the sparse
1038    specification, and make it worse by not setting important SKIP_WORKTREE
1039    bits:
1041    $ git restore --source OLDREV --staged outside-sparse-cone/
1042    $ git status --porcelain
1043    MD outside-sparse-cone/file1
1044    MD outside-sparse-cone/file2
1045    MD outside-sparse-cone/file3
1047    We can add a --scope=all mode to `git restore` to let it operate outside
1048    the sparse specification, but then it will be important to set the
1049    SKIP_WORKTREE bits appropriately.
1051 6. Performance issues; see:
1052     https://lore.kernel.org/git/CABPp-BEkJQoKZsQGCYioyga_uoDQ6iBeW+FKr8JhyuuTMK1RDw@mail.gmail.com/
1055 === Reference Emails ===
1057 Emails that detail various bugs we've had in sparse-checkout:
1059 [1] (Original descriptions of behavior A & behavior B)
1060     https://lore.kernel.org/git/CABPp-BGJ_Nvi5TmgriD9Bh6eNXE2EDq2f8e8QKXAeYG3BxZafA@mail.gmail.com/
1061 [2] (Fix stash applications in sparse checkouts; bugs from behavioral differences)
1062     https://lore.kernel.org/git/ccfedc7140dbf63ba26a15f93bd3885180b26517.1606861519.git.gitgitgadget@gmail.com/
1063 [3] (Present-despite-skipped entries)
1064     https://lore.kernel.org/git/11d46a399d26c913787b704d2b7169cafc28d639.1642175983.git.gitgitgadget@gmail.com/
1065 [4] (Clone --no-checkout interaction)
1066     https://lore.kernel.org/git/pull.801.v2.git.git.1591324899170.gitgitgadget@gmail.com/ (clone --no-checkout)
1067 [5] (The need for update_sparsity() and avoiding `read-tree -mu HEAD`)
1068     https://lore.kernel.org/git/3a1f084641eb47515b5a41ed4409a36128913309.1585270142.git.gitgitgadget@gmail.com/
1069 [6] (SKIP_WORKTREE is advisory, not mandatory)
1070     https://lore.kernel.org/git/844306c3e86ef67591cc086decb2b760e7d710a3.1585270142.git.gitgitgadget@gmail.com/
1071 [7] (`worktree add` should copy sparsity settings from current worktree)
1072     https://lore.kernel.org/git/c51cb3714e7b1d2f8c9370fe87eca9984ff4859f.1644269584.git.gitgitgadget@gmail.com/
1073 [8] (Avoid negative surprises in add, rm, and mv)
1074     https://lore.kernel.org/git/cover.1617914011.git.matheus.bernardino@usp.br/
1075     https://lore.kernel.org/git/pull.1018.v4.git.1632497954.gitgitgadget@gmail.com/
1076 [9] (Move from out-of-cone to in-cone)
1077     https://lore.kernel.org/git/20220630023737.473690-6-shaoxuan.yuan02@gmail.com/
1078     https://lore.kernel.org/git/20220630023737.473690-4-shaoxuan.yuan02@gmail.com/
1079 [10] (Unnecessarily downloading objects outside sparse specification)
1080      https://lore.kernel.org/git/CAOLTT8QfwOi9yx_qZZgyGa8iL8kHWutEED7ok_jxwTcYT_hf9Q@mail.gmail.com/
1082 [11] (Stolee's comments on high-level usecases)
1083      https://lore.kernel.org/git/1a1e33f6-3514-9afc-0a28-5a6b85bd8014@gmail.com/
1085 [12] Others commenting on eventually switching default to behavior A:
1086   * https://lore.kernel.org/git/xmqqh719pcoo.fsf@gitster.g/
1087   * https://lore.kernel.org/git/xmqqzgeqw0sy.fsf@gitster.g/
1088   * https://lore.kernel.org/git/a86af661-cf58-a4e5-0214-a67d3a794d7e@github.com/
1090 [13] Previous config name suggestion and description
1091   * https://lore.kernel.org/git/CABPp-BE6zW0nJSStcVU=_DoDBnPgLqOR8pkTXK3dW11=T01OhA@mail.gmail.com/
1093 [14] Tangential issue: switch to cone mode as default sparse specification mechanism:
1094   https://lore.kernel.org/git/a1b68fd6126eb341ef3637bb93fedad4309b36d0.1650594746.git.gitgitgadget@gmail.com/
1096 [15] Lengthy email on grep behavior, covering what should be searched:
1097   * https://lore.kernel.org/git/CABPp-BGVO3QdbfE84uF_3QDF0-y2iHHh6G5FAFzNRfeRitkuHw@mail.gmail.com/
1099 [16] Email explaining sparsity patterns vs. SKIP_WORKTREE and history operations,
1100      search for the parenthetical comment starting "We do not check".
1101     https://lore.kernel.org/git/CABPp-BFsCPPNOZ92JQRJeGyNd0e-TCW-LcLyr0i_+VSQJP+GCg@mail.gmail.com/
1103 [17] https://lore.kernel.org/git/20220207190320.2960362-1-jonathantanmy@google.com/