Git 내부 동작 원리: Blob, Tree, Commit, 그리고 DAG — Git이 진짜로 작동하는 방법

# 파일 내용으로부터 blob 생성
echo "Hello, Git!" | git hash-object --stdin
# 출력: 0907f4a3c4740fa3a5c919cb4447fdb1f1a66aec

# blob 내용 확인
git cat-file -p 0907f4a
# 출력: Hello, Git!

# blob 타입 확인
git cat-file -t 0907f4a
# 출력: blob

# 최신 커밋의 tree 확인
git cat-file -p HEAD^{tree}
# 출력:
# 100644 blob a1b2c3d... README.md
# 100644 blob d4e5f6a... package.json
# 040000 tree b7c8d9e... src

Tree (root)
├── blob: README.md (100644)
├── blob: package.json (100644)
└── tree: src/
    ├── blob: index.ts (100644)
    └── blob: utils.ts (100644)

git cat-file -p HEAD
# 출력:
# tree a1b2c3d4e5f6...
# parent 9f8e7d6c5b4a...
# author Kim <kim@example.com> 1711234567 +0900
# committer Kim <kim@example.com> 1711234567 +0900
#
# feat: add user authentication

# annotated tag 생성
git tag -a v1.0.0 -m "Release version 1.0.0"

# tag 객체 확인
git cat-file -p v1.0.0
# 출력:
# object d4e5f6a7b8c9...
# type commit
# tag v1.0.0
# tagger Kim <kim@example.com> 1711234567 +0900
#
# Release version 1.0.0

Tag ──▶ Commit ──▶ Tree ──▶ Blob
           │         │
           ▼         ▼
        Commit     Tree ──▶ Blob
        (parent)

# Git이 내부적으로 하는 계산
content="Hello, Git!"
header="blob ${#content}\0"
echo -en "${header}${content}" | sha1sum
# 결과: 0907f4a3c4740fa3a5c919cb4447fdb1f1a66aec

blob 11\0Hello, Git!
└─┬─┘└┬┘└┬┘└────┬────┘
 타입 크기 널  실제 내용

# SHA-256 저장소 생성 (Git 2.29+)
git init --object-format=sha256

# 현재 저장소의 해시 알고리즘 확인
git rev-parse --show-object-format

.git/
├── HEAD              # 현재 체크아웃된 브랜치 참조
├── config            # 저장소별 설정
├── description       # GitWeb용 설명 (거의 안 씀)
├── hooks/            # 클라이언트/서버 훅 스크립트
│   ├── pre-commit.sample
│   ├── commit-msg.sample
│   └── ...
├── info/
│   └── exclude       # .gitignore의 로컬 버전
├── objects/          # 모든 Git 객체 저장소
│   ├── 09/
│   │   └── 07f4a3c4740fa3a5c919cb4447fdb1f1a66aec
│   ├── info/
│   └── pack/         # pack 파일들
├── refs/             # 브랜치와 태그 참조
│   ├── heads/        # 로컬 브랜치
│   │   └── main
│   ├── remotes/      # 원격 브랜치
│   │   └── origin/
│   └── tags/         # 태그
└── index             # 스테이징 영역 (바이너리)

# HEAD는 현재 브랜치를 가리킴
cat .git/HEAD
# ref: refs/heads/main

# detached HEAD 상태에서는 커밋 해시를 직접 가리킴
git checkout a1b2c3d
cat .git/HEAD
# a1b2c3d4e5f6a7b8c9d0e1f2a3b4c5d6e7f8a9b0

# 브랜치는 단순히 커밋 해시를 담은 파일
cat .git/refs/heads/main
# d4e5f6a7b8c9d0e1f2a3b4c5d6e7f8a9b0c1d2e3

# 수동으로 브랜치 생성도 가능!
echo "d4e5f6a7b8c9d0e1f2a3b4c5d6e7f8a9b0c1d2e3" > .git/refs/heads/my-branch

# 해시: 0907f4a3c4740fa3a5c919cb4447fdb1f1a66aec
# 저장 위치: .git/objects/09/07f4a3c4740fa3a5c919cb4447fdb1f1a66aec

# 객체는 zlib으로 압축됨
python3 -c "
import zlib
with open('.git/objects/09/07f4a3c4740fa3a5c919cb4447fdb1f1a66aec', 'rb') as f:
    print(zlib.decompress(f.read()))
"

# 스테이징 영역 내용 확인
git ls-files --stage
# 100644 a1b2c3d4... 0    README.md
# 100644 d4e5f6a7... 0    src/index.ts

# index는 바이너리 파일
# "DIRC" 시그니처로 시작
hexdump -C .git/index | head -3

    A ◀── B ◀── C ◀── D  (main)
                 ▲
                 └── E ◀── F  (feature)

# 그래프 시각화
git log --oneline --graph --all

# 예시 출력:
# *   f1a2b3c (HEAD -> main) Merge branch 'feature'
# |\
# | * d4e5f6a (feature) feat: add search
# | * a7b8c9d feat: add filter
# |/
# * 1e2f3a4 initial commit

# 첫 번째 부모 (merge 커밋에서)
git log --first-parent --oneline

# 부모 커밋 접근
git cat-file -p HEAD^1   # 첫 번째 부모
git cat-file -p HEAD^2   # 두 번째 부모 (merge 커밋)
git cat-file -p HEAD~3   # 3단계 위 조상

HEAD~1 = HEAD^  = 첫 번째 부모
HEAD~2 = HEAD^^ = 첫 번째 부모의 첫 번째 부모
HEAD^2           = 두 번째 부모 (merge 커밋에서만)

# 브랜치 생성 = 파일 생성
git branch feature
# 위 명령은 사실상 아래와 같음:
# echo $(git rev-parse HEAD) > .git/refs/heads/feature

# 브랜치 전환 = HEAD 파일 수정
git checkout feature
# 위 명령은 사실상:
# 1. .git/HEAD에 "ref: refs/heads/feature" 기록
# 2. 워킹 트리를 해당 커밋의 tree로 업데이트
# 3. index를 해당 tree에 맞게 업데이트

.git/refs/heads/
├── main     → d4e5f6a (commit)
├── feature  → a7b8c9d (commit)
└── hotfix   → 1e2f3a4 (commit)

.git/HEAD → ref: refs/heads/main

정상 상태:
HEAD → refs/heads/main → commit d4e5f6a

Detached HEAD 상태:
HEAD → commit a7b8c9d (직접 커밋을 가리킴)

# detached HEAD 상태에서 작업 저장
git checkout -b recovery-branch

# Lightweight tag: 단순 참조 (refs/tags/에 커밋 해시만 저장)
git tag v1.0.0-rc1

# Annotated tag: 별도 tag 객체 생성
git tag -a v1.0.0 -m "Release 1.0.0"

# 차이점 확인
git cat-file -t v1.0.0-rc1  # commit
git cat-file -t v1.0.0      # tag

Before:
A ◀── B ◀── C (main)
              ◀── D ◀── E (feature)

After (fast-forward):
A ◀── B ◀── C ◀── D ◀── E (main, feature)

# fast-forward merge
git checkout main
git merge feature
# "Fast-forward" 메시지 출력

# fast-forward를 하지 않고 merge 커밋 생성 강제
git merge --no-ff feature

Before:
A ◀── B ◀── C ◀── F (main)
       ◀── D ◀── E (feature)

After (3-way merge):
A ◀── B ◀── C ◀── F ◀── G (main) [merge commit]
       ◀── D ◀── E ──────┘
              (feature)

# merge base 확인
git merge-base main feature
# 출력: B의 SHA-1 해시

# merge를 위한 3개의 tree 비교
git diff $(git merge-base main feature) main    # base vs main
git diff $(git merge-base main feature) feature  # base vs feature

    A ◀── B ◀── E (main)
    ▲      ◀── F (feature)
    └── C ◀── D
    (크로스 merge 히스토리)

# merge strategy 확인
git merge -s recursive feature
git merge -s ort feature        # Git 2.34+ 기본값 (Ostensibly Recursive's Twin)

git merge feature1 feature2 feature3

    A ◀── B (main)
    ◀── C (feature1)
    ◀── D (feature2)
    ◀── E (feature3)

    →

    A ◀── B ◀── M (main) [3개의 부모]
    ◀── C ──────┘
    ◀── D ──────┘
    ◀── E ──────┘

Before:
A ◀── B ◀── C (main)
       ◀── D ◀── E (feature)

After rebase (git checkout feature && git rebase main):
A ◀── B ◀── C (main)
              ◀── D' ◀── E' (feature)

git checkout feature
git rebase main

# rebase 중 임시 파일 확인
ls .git/rebase-merge/
# done        # 완료된 커밋
# git-rebase-todo  # 남은 커밋
# head-name   # 원래 브랜치명
# onto        # rebase 대상 커밋

git rebase -i HEAD~3

# .git/rebase-merge/git-rebase-todo 내용:
pick a1b2c3d feat: add login
pick d4e5f6a feat: add signup
pick 7b8c9d0 fix: typo in login

# 명령어:
# pick   = 커밋 사용
# reword = 메시지 수정
# edit   = 커밋 수정 후 계속
# squash = 이전 커밋과 합치기 (메시지 합침)
# fixup  = 이전 커밋과 합치기 (메시지 버림)
# drop   = 커밋 삭제

git cherry-pick d4e5f6a

Before:
A ◀── B ◀── C (main)
       ◀── D ◀── E (feature)

git checkout main && git cherry-pick E:
A ◀── B ◀── C ◀── E' (main) [E의 변경사항만 복사]
       ◀── D ◀── E (feature)

# cherry-pick한 커밋의 원본 확인
git log --oneline E'
# author와 committer가 다를 수 있음

git revert d4e5f6a

Before:
A ◀── B ◀── C (main)

git revert B:
A ◀── B ◀── C ◀── B' (main) [B의 변경을 되돌리는 새 커밋]

# merge 커밋을 revert할 때는 어떤 부모를 기준으로 할지 지정
git revert -m 1 MERGE_COMMIT_HASH
# -m 1: 첫 번째 부모(main) 기준으로 되돌림
# -m 2: 두 번째 부모(feature) 기준으로 되돌림

# reflog 확인
git reflog
# d4e5f6a HEAD@{0}: commit: feat: add auth
# a1b2c3d HEAD@{1}: checkout: moving from feature to main
# 7b8c9d0 HEAD@{2}: commit: feat: add search
# 1e2f3a4 HEAD@{3}: rebase finished
# ...

# 특정 브랜치의 reflog
git reflog show feature

# 실수!
git reset --hard HEAD~3

# reflog에서 이전 상태 확인
git reflog
# a1b2c3d HEAD@{1}: 이전 상태

# 복구
git reset --hard a1b2c3d

# rebase 전 상태는 reflog에 남아있음
git reflog
# ... HEAD@{5}: rebase (start): checkout main

# rebase 전으로 복구
git reset --hard HEAD@{5}

# 브랜치 삭제
git branch -D feature

# reflog에서 해당 브랜치의 마지막 커밋 찾기
git reflog | grep feature

# 브랜치 재생성
git branch feature a1b2c3d

# 기본 만료 기간
# 도달 가능한 항목: 90일
# 도달 불가능한 항목: 30일

# 만료 기간 설정
git config gc.reflogExpire "180 days"
git config gc.reflogExpireUnreachable "60 days"

# 수동 만료
git reflog expire --expire=now --all

# loose objects 수 확인
find .git/objects -type f | grep -v 'pack\|info' | wc -l

# pack 파일 확인
ls .git/objects/pack/
# pack-a1b2c3d4e5f6.idx   (인덱스)
# pack-a1b2c3d4e5f6.pack  (데이터)

# pack 파일 내용 확인
git verify-pack -v .git/objects/pack/pack-*.idx
# SHA-1 type size size-in-pack offset depth base-SHA-1
# a1b2c3d blob 10240 3521 12 0
# d4e5f6a blob 10245 45   1200 1 a1b2c3d  # delta!

# 가비지 컬렉션 실행
git gc

# 수행하는 작업:
# 1. loose objects를 pack 파일로 압축
# 2. 도달 불가능한 객체 제거
# 3. reflog 정리
# 4. refs를 packed-refs로 압축

# 더 공격적인 GC
git gc --aggressive --prune=now

# GC 통계 확인
git count-objects -v
# count: 0        (loose objects)
# size: 0         (loose objects 크기, KB)
# in-pack: 1234   (pack된 objects)
# packs: 1        (pack 파일 수)
# size-pack: 5678 (pack 파일 크기, KB)
# prune-packable: 0
# garbage: 0

# 저장소에서 가장 큰 파일 찾기
git rev-list --objects --all | \
  git cat-file --batch-check='%(objecttype) %(objectname) %(objectsize) %(rest)' | \
  sed -n 's/^blob //p' | sort -rnk2 | head -10

# BFG Repo-Cleaner로 대용량 파일 제거
bfg --strip-blobs-bigger-than 100M

# git filter-repo (권장)
git filter-repo --strip-blobs-bigger-than 100M

git add, git commit, git push, git pull
git branch, git checkout, git merge, git rebase
git log, git diff, git status
git stash, git tag, git remote

# 객체 조작
git hash-object    # 객체 해시 계산 및 저장
git cat-file       # 객체 내용/타입/크기 확인
git write-tree     # index에서 tree 객체 생성
git commit-tree    # tree에서 commit 객체 생성
git update-ref     # 참조 업데이트

# Index 조작
git update-index   # index에 파일 추가
git ls-files       # index 내용 확인
git read-tree      # tree를 index로 읽기

# 전송
git pack-objects   # pack 파일 생성
git unpack-objects # pack 파일 해제
git send-pack      # 객체 전송
git receive-pack   # 객체 수신

# 1. blob 생성
echo "Hello World" | git hash-object -w --stdin
# a1b2c3d...

# 2. index에 추가
git update-index --add --cacheinfo 100644 a1b2c3d hello.txt

# 3. tree 생성
git write-tree
# d4e5f6a...

# 4. commit 생성
echo "first commit" | git commit-tree d4e5f6a
# 7b8c9d0...

# 5. 브랜치가 이 커밋을 가리키게 함
git update-ref refs/heads/main 7b8c9d0