Git 在 .git 文件夹下面存放了 index 文件，该文件是 Git stage 的文件信息存放地，根据该文件中的内容可以去查看当前有哪些文件或者变化没有被记录。而当文件被stage的时候，相应的变化则会被先写入该文件，而后在commit之后则会把相应的信息存入 .git/object 文件夹下。通过 git ls-files -s 可以查看 index 文件中的 stage 文件的信息。Index 文件是用二进制存储的，包含有 ctime 和 mtime 时间信息，文件存储的设备信息，磁盘的inode信息，文件的 mode信息，UID，GID，文件大小，文件的SHA-1码，flag，文件的file path等信息。下面以 version 2 的 index 文件为例子。

一个例子

例如如果我们的项目文件夹下面有两个文件被stage：.gitignore 和 file1。

.
├── .git
│ ├── COMMIT_EDITMSG
│ ├── HEAD
│ ├── branches
│ ├── config
│ ├── description
│ ├── hooks
│ │ ├── applypatch-msg.sample
│ │ ├── commit-msg.sample
│ │ ├── fsmonitor-watchman.sample
│ │ ├── post-update.sample
│ │ ├── pre-applypatch.sample
│ │ ├── pre-commit.sample
│ │ ├── pre-push.sample
│ │ ├── pre-rebase.sample
│ │ ├── pre-receive.sample
│ │ ├── prepare-commit-msg.sample
│ │ └── update.sample
│ ├── index
│ ├── info
│ │ └── exclude
│ ├── logs
│ │ ├── HEAD
│ │ └── refs
│ │ └── heads
│ │ └── master
│ ├── objects
│ │ ├── 2a
│ │ │ └── 65a9ad4587f6c689dc66b77917ff96f5afe653
│ │ ├── 30
│ │ │ └── 3ff981c488b812b6215f7db7920dedb3b59d9a
│ │ ├── 68
│ │ │ └── 23658394fecca1415c17bccebf8dba3ed0cc54
│ │ ├── 7e
│ │ │ └── 03b5bfc52c8e4cf3cb422ef802fa36254d20a5
│ │ ├── b2
│ │ │ └── 5c15b81fae06e1c55946ac6270bfdb293870e8
│ │ ├── bd
│ │ │ └── c705169c09f886182d5dfe731f241c3a4e0586
│ │ ├── info
│ │ └── pack
│ └── refs
│ ├── heads
│ │ └── master
│ └── tags
├── .gitignore
├── file1
└── file1~

使用 hexdump 命令去读取 .git/index 文件可以得到：

00000000 44 49 52 43 00 00 00 02 00 00 00 02 5b bd 6c c4 |DIRC........[.l.|
00000010 30 b2 d1 dc 5b bd 6c c4 30 b2 d1 dc 00 00 00 0d |0...[.l.0.......|
00000020 00 01 a5 f4 00 00 81 a4 00 00 03 e8 00 00 03 e8 |................|
00000030 00 00 00 03 b2 5c 15 b8 1f ae 06 e1 c5 59 46 ac |.....\.......YF.|
00000040 62 70 bf db 29 38 70 e8 00 0a 2e 67 69 74 69 67 |bp..)8p....gitig|
00000050 6e 6f 72 65 00 00 00 00 00 00 00 00 5b bd 6c 62 |nore........[.lb|
00000060 3a cd d6 6c 5b bd 6c 62 3a cd d6 6c 00 00 00 0d |:..l[.lb:..l....|
00000070 00 01 a5 e3 00 00 81 a4 00 00 03 e8 00 00 03 e8 |................|
00000080 00 00 00 0b 30 3f f9 81 c4 88 b8 12 b6 21 5f 7d |....0?.......!_}|
00000090 b7 92 0d ed b3 b5 9d 9a 00 05 66 69 6c 65 31 00 |..........file1.|
000000a0 00 00 00 00 54 52 45 45 00 00 00 19 00 32 20 30 |....TREE.....2 0|
000000b0 0a 7e 03 b5 bf c5 2c 8e 4c f3 cb 42 2e f8 02 fa |.~....,.L..B....|
000000c0 36 25 4d 20 a5 c8 93 98 ea b9 46 35 31 bf 45 9f |6%M ......F51.E.|
000000d0 95 ad 7b c6 8f 42 76 bb ff |..{..Bv..|
000000d9

实际含义如下：

00000000 44 49 52 43 | 00 00 00 02 | 00 00 00 02 | 5b bd 6c c4 |
D I R C | idx version | file count | ctime second
00000010 30 b2 d1 dc | 5b bd 6c c4 | 30 b2 d1 dc | 00 00 00 0d |
nano sec | mtime second nano sec | device |
00000020 00 01 a5 f4 | 00 00 81 a4 | 00 00 03 e8 | 00 00 03 e8 |
inode | file mode | UID | GID |
00000030 00 00 00 03 | b2 5c 15 b8 | 1f ae 06 e1 | c5 59 46 ac |
file size | file SHA-1 checksum 160 bit length
00000040 62 70 bf db | 29 38 70 e8 | 00 0a 2e 67 | 69 74 69 67 |
| flags | file name
00000050 6e 6f 72 65 | 00 00 00 00 | 00 00 00 00 | 5b bd 6c 62 |
| file information separation | ctime second
00000060 3a cd d6 6c | 5b bd 6c 62 | 3a cd d6 6c | 00 00 00 0d |
nano sec | mtime second nano sec | device |
00000070 00 01 a5 e3 | 00 00 81 a4 | 00 00 03 e8 | 00 00 03 e8 |
inode | file mode | UID | GID |
00000080 00 00 00 0b | 30 3f f9 81 | c4 88 b8 12 | b6 21 5f 7d |
file size | file SHA-1 checksum 160 bit length
00000090 b7 92 0d ed | b3 b5 9d 9a | 00 05 66 69 | 6c 65 31 00 |
| flags | file name
000000a0 00 00 00 00 | 54 52 45 45 | 00 00 00 19 | 00 32 20 30 |
separation | T R E E |
000000b0 0a 7e 03 b5 | bf c5 2c 8e | 4c f3 cb 42 | 2e f8 02 fa |
| Tree of current head SHA-1 checksum
000000c0 36 25 4d 20 | a5 c8 93 98 | ea b9 46 35 | 31 bf 45 9f |
| index file SHA-1 checksum
000000d0 95 ad 7b c6 | 8f 42 76 bb | ff
000000d9

利用 stat 命令可以获取文件的信息， file1 和 .gitignore 的信息如下：

File: .gitignore
Size: 3 Blocks: 0 IO Block: 4096 regular file
Device: dh/13d Inode: 3096224743925236 Links: 1
Access: (0777/-rwxrwxrwx) Uid: ( 1000/ wolfson) Gid: ( 1000/ wolfson)
Access: 2018-10-10 11:06:44.797237900 +0800
Modify: 2018-10-10 11:06:44.817025500 +0800
Change: 2018-10-10 11:06:44.817025500 +0800
Birth: -

File: file1
Size: 11 Blocks: 0 IO Block: 4096 regular file
Device: dh/13d Inode: 1970324837082595 Links: 1
Access: (0777/-rwxrwxrwx) Uid: ( 1000/ wolfson) Gid: ( 1000/ wolfson)
Access: 2018-10-10 11:05:06.956652400 +0800
Modify: 2018-10-10 11:05:06.986568300 +0800
Change: 2018-10-10 11:05:06.986568300 +0800
Birth: -

Index 文件信息解释

Index 文件包含有若干信息： 1. 12-byte 的 header 部分； 2. 若干 index 条目，每个文件一条，两条之间以 8-byte 的 0 来间隔（ 00 00 00 00 00 00 00 00）； 3. 扩展信息，如当前 Head 的 Tree 的 SHA-1 checksum，以 4-byte 的 0（00 00 00 00）来和前面的条目间隔； 4. 160-bit (20-byte) 的该 index 文件在本 160 bits 之前的内容的 SHA-1 checksum。

Header 部分

在上面的例子中是：0x44 49 52 43 00 00 00 02 00 00 00 02 12-byte 的头部包括：

4-byte 的签名 0x44 49 52 43 即 “DIRC”，代表 dircache，文件夹缓存；
4-byte 的版本号，前面例中为 0x00 00 00 02，为十进制的 2，即代表该 index 文件版本为 version 2；
4-byte 的当前 stage 的文件数量，前面例子中为 0x00 00 00 02，为十进制的 2，即当前一共 stage 了两个文件。

Index 条目部分

Index 的条目部分可以有多个条目，来记录所有当前 stage 的文件信息，条目数应该和 Header 部分中的文件数量一致。不同文件的条目之间以8-byte的 0 来间隔（ 0x00 00 00 00 00 00 00 00）。对于一个条目有如下一些部分：

8-byte （64-bit）的 ctime：该文件创建的时间 ctime 以 8-byte 来存储，其中前 4-byte 为 32-bit 的以秒计算的时间（Unix time：从 1970年1月1日 00:00:00 计算），后 4-byte 为 nanosecond 微秒。一般前 4-byte second 计算时间就可以用。例如例子中的第一个条目的 ctime 为 0x5b bd 6c c4 30 b2 d1 dc，其 Unix time 为 0x5b bd 6c c4，即距离 1970年1月1日 00:00:00 后 1539140804 秒。使用 date命令，date --date="@1539140804"，得到为 Wed Oct 10 11:06:44 DST 2018，该时间与前面使用stat命令得到的 .gitignore 的 ctime 一致。
8-byte （64-bit）的 mtime：mtime即该文件最后一次修改的时间，与 ctime 类似。前面的例子中 .gitignore 的 ctime 和 mtime 一样，都是 Wed Oct 10 11:06:44 DST 2018，对应于 Unix time 为1539140804，十六进制为 0x5b bd 6c c4。
4-byte （32-bit）的 device：Device 即为该文件存储的设备。示例中我们通过 stat 知道 .gitignore 文件存储设备为 13，而在 index 中的 device 信息部分为 0x00 00 00 0d，即十进制的 13。
4-byte （32-bit）的 inode：Inode 是该文件在设备的文件系统中存储的具体块的编号。从 stat 命令可以知道，.gitignore 的 inode 为 3096224743925236，即十六进制的 0x00 01 a5 f4。对比 hexdump 的结果，查询 index 文件中该文件的inode 信息，正是0x00 01 a5 f4。
4-byte （32-bit）的 mode：Linux文件系统中的文件有相应的权限设置（mode），该信息用 4-byte 存于 index 文件中。例如，在hexdump 结果中，该位置信息为 0x0000 81a4，转换为二进制为 00000000 00000000 10000001 10100100，对应的权限应该是 100644。这里不是简单的进制转换，而是从后向前数，每三位代表一个权限，所以110100100对应的就是644。由于本次例子在 windows subsystem linux 中进行，而ntfs文件系统不支持权限管理，所以 stat 显示的 .gitignore 的权限是 777。
4-byte （32-bit）的 UID：文件拥有者的 UID。例子中.gitignore 的 UID 为1000，而在 index 相应位置就是 0x00 00 03 e8，即1000。
4-byte （32-bit）的 GID：文件拥有者的 GID。例子中.gitignore 的 GID 为1000，而在 index 相应位置就是 0x00 00 03 e8，即1000。
4-byte （32-bit）的文件大小：该部分为文件的大小。例子中 .gitignore 的文件大小为 3 个字节，在 index 的相应位置为 0x00 00 00 03，即十进制的 3。
20-byte （160-bit）的文件 SHA-1 checksum:也就是该文件在 .git/object 文件中存储的 checksum。例如，.gitignore 文件的 checksum 为 0xb2 5c 15 b8 1f ae 06 e1 c5 59 46 ac 62 70 bf db 29 38 70 e8，我们可以在 .git/object 文件夹中找到相应的文件，而使用 git cat-file 命令，git cat-file -p b25c15b81fae06e1c55946ac6270bfdb293870e8，可以看到输出的就是 .gitignore 的内容。
2-byte （16-bit）的flag：
若干字节的文件路径 file path：文件相对于工作目录的路径。如果就在工作目录中，则是该文件的名字，如果是在文件夹中，则文件夹名字会包括在其中。
8-byte （32-bit）的空白文件分隔符：不同的index条目之间用于间隔的长为 8-byte 的空白，即 0x00 00 00 00 00 00 00 00。

扩展信息部分

在本例子中，扩展信息部分是当前的 Head 对应的 Tree 的 SHA-1 checksum，以 4-byte 的空白字符于前面的index 条目分隔。在例子中，Head 对应的 Tree 的 SHA-1 为 0x7e03b5bfc52c8e4cf3cb422ef802fa36254d20a5，所以我们可以在 index 文件的扩展信息部分找到该 checksum。SHA-1 index checksum 部分Git 为了保证数据完整性会使用 SHA-1 checksum。对于 index 文件也会计算其 SHA-1 checksum。并把生成的 checksum 值存于index文件最末尾。所以，index 文件最末尾的 20-byte （160-bit）checksum 实际上是前面内容的校验值。

若干命令行工具简介