CN100409197C - 用于通过块复制增加文件系统可用性的方法和目标服务器 - Google Patents

用于通过块复制增加文件系统可用性的方法和目标服务器 Download PDF

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Abstract

源站点采用源服务器和源存储系统，并且目标站点采用目标服务器和目标存储系统。所述源服务器操纵存储在所述源存储系统的源逻辑单元内的数据。所述目标服务器生成副本卷的快速拷贝并执行所述副本卷的所述快速拷贝的恢复以响应所述副本卷是由所述目标存储系统从所述源存储系统接收的存储卷的复制。所述目标服务器还导出所述副本卷的所述恢复后的快速拷贝的数据，由此使所述副本卷的所述恢复后的快速拷贝可用于客户机。

Description

用于通过块复制增加文件系统可用性的方法和目标服务器
技术领域
本发明一般地涉及SCSI逻辑单元(“LU”)(也称为存储卷)的块级别复制。本发明具体地涉及利用块级别复制建立文件系统级别复制系统，以提供对文件系统数据的高可用性只读访问。
背景技术
现有的(同步和异步)跨存储系统的块复制方案通常用于灾难恢复。具体地说，如果源站点出现故障，则目标站点可以接管源站点的功能。由于在灾难导致源服务器发生故障时在源处的动态/易失性服务器状态(包括缓存的数据)不一定存在于目标站点，位于目标站点的服务器通常必须在目标站点处开始服务之前执行已复制的数据的系统或应用级别恢复。例如，在日志文件系统中，在远程站点处的存储卷的副本可以被用作活动文件系统之前，必须重放文件系统日志。具体地说，存储卷上的数据结构在它们被更新时并不总是相互一致的；通常，任何更新都可能影响不只一个已存储的数据结构，并且已存储的结构不能全部被同时更新。用于存储应用的不同体系结构具有管理此临时不一致性的不同方法：某些体系结构将使用幂等操作日志来记录预期的更新，在重新启动之后重放这些操作。某些体系结构将在重新启动后扫描所有数据结构来查找不一致性以进行修复。在这两种情况下，目标是在系统重新启动后修复数据结构的一致性。
另一个将被数据复制方案理想地解决的问题是通过具有提供对源数据的只读版本的访问的多个副本，使数据在多个站点同时可用的问题。由于使得服务器能够提供对下层数据的访问所需的恢复步骤，单独的块复制并不足以解决此问题。服务器软件不能跟踪其所使用的存储卷中的数据变化，并且不能更新其自己的所述数据的高速缓存。在多个站点具有复制的数据是有价值的，因为在面对网络故障(例如，不能连接到某些但不是所有具有复制的数据的站点)时，这允许更高的数据可用性。
相比之下，诸如rsync之类的文件系统复制方案将允许并行数据更新和高度可用的只读访问，因为所述数据更新流过文件系统本身，更新服务器高速缓存以及磁盘数据。借助“rsync”，在源站点处作为文件系统应用运行的过程通过网络与在目的地站点处作为文件系统应用运行的过程通信。在源站点处的过程读取一组文件的当前状态并将该当前状态传输给在目的地站点处的过程，并且在目的地站点处的过程调整在目的地站点处的相应文件的状态以镜像在源站点处的文件。但是，与块复制方案相比，此类方案在性能上受到限制，因为前者通常利用专用硬件和固件。
块复制或文件复制都可用于灾难恢复，如在崩溃后利用可用数据副本的“恢复”步骤所需的。但是，块复制本身并不增加可用性或负载平衡，这对于文件系统复制是可能的，但是文件系统复制具有低于块复制可用的性能。
因此，对于计算机工业来说，开发用于利用块级别复制方案的优点以实现文件系统复制方案的技术是一个挑战。
发明内容
本发明的第一实施例是一种信号承载介质，所述信号承载介质有形地包含计算机可读指令的程序，所述指令可由目标服务器的处理器执行以执行以下操作：生成副本卷的快速拷贝并执行所述副本卷的所述快速拷贝的恢复以响应所述副本卷是由目标存储系统从源存储系统接收的第一存储卷的复制；并且导出所述副本卷的所述恢复的快速拷贝的数据，由此使所述副本卷的所述恢复的快速拷贝可用于客户机。
本发明的第二实施例是一种目标服务器，所述目标服务器采用了处理器和用于存储所述处理器可操作的指令的存储器，所述指令被执行以便：生成副本卷的快速拷贝并执行所述副本卷的所述快速拷贝的恢复以响应所述副本卷是由目标存储系统从源存储系统接收的第一存储卷的复制；并且导出所述副本卷的所述恢复的快速拷贝的数据，由此使所述副本卷的所述恢复的快速拷贝可用于客户机。
本发明的第三实施例是一种目标服务器，所述目标服务器包括用于生成副本卷的快速拷贝并执行所述副本卷的所述快速拷贝的恢复以响应所述副本卷是由目标存储系统从源存储系统接收的第一存储卷的复制的装置；以及用于导出所述副本卷的所述恢复的快速拷贝的数据由此使所述副本卷的所述恢复的快速拷贝可用于客户机的装置。
本发明的第四实施例是一种方法，所述方法包括：生成副本卷的快速拷贝并执行所述副本卷的所述快速拷贝的恢复以响应所述副本卷是由目标存储系统从源存储系统接收的第一存储卷的复制；并且如客户机所请求的，导出所述副本卷的所述恢复的快速拷贝的数据，由此使所述副本卷的所述恢复的快速拷贝可用于客户机。
从以下对本发明的各种实施例的详细说明，本发明的上述实施例和其他实施例、目标和方面以及特征和优点都将变得更加显而易见。详细的说明和附图只是本发明的例示，而不是限制由所附权利要求或其等同物所定义的本发明的范围。
附图说明
图1示出了根据本发明的块复制系统的示例性实施例；
图2和3示出了如本领域公知的源数据的示例性块复制；
图4示出了根据本发明的代表副本数据导出方法的流程图；
图5示出了根据本发明的代表初始副本数据导出方法的流程图；
图6示出了图5中示出的流程图的示例性操作；
图7示出了根据本发明的代表更新后的副本数据导出方法的流程图；以及
图8和9示出了图7中示出的流程图的示例性连续操作。
具体实施方式
本发明提供了一种新颖和独特的文件系统复制机制，该机制通过以下步骤经由块级别复制提供了对数据的高可用性只读访问：提出用于在一个或多个采用高性能同步和异步块级别复制方案的站点支持只读文件系统复制的方案；定期创建下层目标块设备的快速拷贝；调整这些快速拷贝的内容以便在目标站点反映稳定的文件系统状态；以及然后使用诸如网络文件系统(“NFS”)之类的分布式文件系统协议来重新导出所述内容。
图1示例性地示出了采用了源站点10、目标站点20、目标站点30和客户机站点40的本发明的块级别复制系统。源站点10包括源服务器11和源存储系统13。目标站点20包括目标服务器21和目标存储系统23。目标站点30包括目标服务器31和目标存储系统33。客户机站点40包括运行应用(“APP”)42的客户机系统41，其使得文件I/O请求能够被源服务器11、目标服务器21和/或目标服务器31所满足。
源服务器11的操作包括数据修改器12响应于来自源服务器11上的本地应用(未示出)的请求和/或来自由网络60上的应用(例如，应用42)驱动的分布式文件系统客户机的请求，由此数据修改器12生成存储在X个源逻辑单元15(存储在源存储系统13中)中的一个或多个源逻辑单元中的数据，其中X≥1。源存储系统13的源块复制模块(“SBR”)14通过网络50(例如，存储区域网路)将源数据块传送到目标存储系统23的目标块复制器(“TBR”)24，由此目标块复制器24处理所述源数据块以生成副本数据并将其存储在Y个副本逻辑单元25中的一个或多个副本逻辑单元内，其中Y≥1。类似地，源块复制模块14通过网络50将源数据块传送到目标存储系统33的目标块复制器(“TBR”)34，由此目标块复制器34处理所述源数据块以生成副本数据并将其存储在Z个副本逻辑单元35中的一个或多个副本逻辑单元内，其中Z≥1。需要多个副本以便尽管部分网络出现故障(例如站点20与40之间，但不在站点30与40之间)，仍可确保对站点40上的最终客户机的数据的某些拷贝的可用性。多个副本还可用来平衡来自许多类似客户机40的负载。
例如，如图2所示，初始地存储在源逻辑单元15(1)内的源数据SD(IN)的源数据块SDB(IN)可以由源块复制器14传送到目标块复制器24和34，它们处理所述初始源数据块SDB(IN)以生成初始副本数据RD(IN)并将其分别存储在副本逻辑单元25(1)和副本逻辑单元35(1)内。此后，如图3所示，代表存储在源逻辑单元15(1)内的更新后的源数据SD(UP)的更新后的源数据块SDB(UP)可以由源块复制器14传送到目标块复制器24和34，它们处理更新后的源数据块SDB(UP)以生成更新后的副本数据RD(UP)并将其存储在相应副本逻辑单元25(1)和副本逻辑单元35(1)内。副本逻辑单元25(1)和35(1)内的副本数据RD(UP)的更新可以被无限地重复。
参考图1-3，由于本发明之前的相应目标服务器21和31在副本数据RD正在通过网络60被导出时不能处理对存储在相应副本逻辑单元25(1)和35(1)内的副本数据RD的更新，存储在副本逻辑单元25(1)和副本逻辑单元35(1)内的副本数据RD通过网络60对客户机41的可用性(例如，导出副本数据RD)传统上是不可行的。具体地说，每个对存储在副本逻辑单元25(1)和副本逻辑单元35(1)内的副本数据RD的更新都会在通过网络60的副本数据RD的导出中引入显著的不一致。
为了克服此缺点，本发明在每个目标服务器中提供了快速拷贝导出器(FCE)。在图1的实例中，快速拷贝导出器22和32被分别安装在目标服务器21和31上。在操作中，快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32通过客户机41上的应用42提供了对分别存储在副本逻辑单元25(1)和副本逻辑单元35(1)内的副本数据RD的一致的高可用性只读访问，同时每个目标20和30中的所述副本数据RD可能处于或可能未处于被更新的过程中。为此，快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32实现了如图4所示的代表本发明的副本数据导出方法的流程图70。
参考图4，流程图70的阶段S72包括快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32实现初始存储在相应副本逻辑单元25(1)和35(1)内的副本数据的恢复的快速拷贝的导出，并且流程图70的阶段S76包括快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32实现在相应副本逻辑单元25(1)和35(1)内更新的已存储副本数据的每个恢复的快速拷贝的导出。本领域的技术人员将理解，副本数据的快速拷贝的恢复确保了数据的各个部分相互一致以便为使用和导出做准备。
由于存储在相应副本逻辑单元25(1)和35(1)内的副本数据的更新可以被无限地重复，阶段S76可以被快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32无限地重复。流程图70的决策阶段S74控制阶段S76何时被执行。随后将在下面描述阶段74的决策做出过程之后的逻辑的一个实施例。
如图5所示，代表本发明的初始副本数据导出方法的流程图80是阶段S72的一个实施例，并且如图7所示，代表本发明的更新后的副本数据导出方法的流程图90是阶段S76的一个实施例。实际上，快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32执行阶段S72和S76的方式并没有限制。因此，以下对流程图80和90的描述并非是对流程图70的范围的限制。
参考图1、2和5，流程图80的阶段S82包括快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32创建存储在相应副本逻辑单元25(1)和副本逻辑单元35(1)内的初始副本数据RD(IN)的快速拷贝。流程图80的阶段S84包括快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32执行存储在相应副本逻辑单元25(1)和副本逻辑单元35(1)内的初始副本数据RD(IN)的快速拷贝的恢复。副本逻辑单元25(1)和35(1)中的数据将是相同的，由此(考虑到副本逻辑单元25(1)和35(1)位于不同的地理位置)提供所述数据的多个并行副本以确保对应用站点40的数据的某些拷贝的可用性。流程图80的阶段S86包括当安装在客户机41上的应用42的拷贝请求时，快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32通过网络60将存储在相应副本逻辑单元25(1)和副本逻辑单元35(1)内的初始副本数据RD(IN)的恢复后的快速拷贝导出到客户机41。
例如，如图2和6所示，根据阶段S82和S84(图5)来处理存储在副本逻辑单元25(1)和副本逻辑单元35(1)内的初始副本数据RD(IN)，从而生成恢复后的快速拷贝逻辑单元25(2)和恢复后的快速拷贝逻辑单元35(2)，两者都存储有存储在相应副本逻辑单元25(1)和35(1)内的初始副本数据RD(IN)的恢复后的快速拷贝RFD(IN)。当客户机41(图1)上的应用42请求时，相应的快速拷贝导出器22和32导出恢复后的快速拷贝RFD(IN)的数据，从而获得对RFD(IN)中的文件系统数据的拷贝的高可用性只读访问。
参考图1、5和6，流程图70的阶段S74包括快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32判定初始副本数据RD(IN)的恢复后的快速拷贝RFD(IN)的更新是否被保证。在一个实施例中，快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32查询相应的目标块复制器24和34以判定是否已经对存储在相应副本逻辑单元25(1)和35(1)内的副本数据做出了任何新的更新。快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32将根据(1)对存储在相应副本逻辑单元25(1)和35(1)内的副本数据做出的更新量以及(2)指定何时适合于更新初始副本数据RD(IN)的恢复后的快速拷贝RFD(IN)的更新策略在阶段S74做出判定。本领域的技术人员将理解，所述更新策略包括除对副本数据做出的更新量以外的因素。这些其他因素也可以在阶段S74期间被快速拷贝导出器22和32所考虑。
如果快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32在阶段S74期间判定对初始副本数据RD(IN)的恢复后的快速拷贝RFD(IN)的更新没有被保证，则快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32返回阶段S74以便在稍后的时间重复关于对初始副本数据RD(IN)的恢复后的快速拷贝RFD(IN)的更新是否被保证的判定。
如果快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32在阶段S74期间判定对初始副本数据RD(IN)的恢复后的快速拷贝RFD(IN)的更新被保证，则快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32如上所述在阶段S76中实现流程图90。
参考图1、3和7，流程图90的阶段S92包括快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32创建存储在相应副本逻辑单元25(1)和副本逻辑单元35(1)内的更新后的副本数据RD(UP)的快速拷贝。再次地，出于在多个位置中冗余地提供数据的目的，存储在副本逻辑单元25(1)和35(1)中的数据是相同的，以便解决可用性以及有助于为比单个站点所能提供的负载更大的负载提供服务。流程图90的阶段S94包括快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32执行存储在相应副本逻辑单元25(1)和副本逻辑单元35(1)内的更新后的副本数据RD(UP)的快速拷贝的恢复。流程图90的阶段S96包括当安装在客户机41上的应用42的拷贝请求时，快速拷贝导出器22和快速拷贝导出器32通过网络60将存储在相应副本逻辑单元25(1)和副本逻辑单元35(1)内的更新后的副本数据RD(UP)的恢复后的快速拷贝导出到客户机41。阶段S96还包括删除存储在相应副本逻辑单元25(1)和副本逻辑单元35(1)内的副本数据RD的先前恢复的快速拷贝(初始的或更新后的)。
例如，如图8所示，根据阶段S92和S94(图7)来处理存储在副本逻辑单元25(1)和副本逻辑单元35(1)内的第一组更新后的副本数据RD(UP1)，从而产生恢复后的快速拷贝逻辑单元25(3)和恢复后的快速拷贝逻辑单元35(3)，两者都存储有存储在相应副本逻辑单元25(1)和35(1)内的第一组更新后的副本数据RD(UP1)的恢复后的快速拷贝RFD(UP1)。当客户机41(图1)上的应用42请求时，相应的快速拷贝导出器22和32导出恢复后的快速拷贝RFD(UP1)的数据，从而获得对恢复后的快速拷贝RFD(UP1)中的文件系统数据的拷贝的高可用性只读访问。由客户机41进行的此访问将一直继续，直到存储在副本逻辑单元25(1)和35(1)内的第一组更新后的副本数据RD(UP1)自身被更新。
例如，如图9所示，根据阶段S92和S94(图7)来处理存储在副本逻辑单元25(1)和副本逻辑单元35(1)内的第二组更新后的副本数据RD(UP2)，从而产生恢复后的快速拷贝逻辑单元25(4)和恢复后的快速拷贝逻辑单元35(4)，两者都存储有存储在相应副本逻辑单元25(1)和35(1)内的第二组更新后的副本数据RD(UP2)的恢复后的快速拷贝RFD(UP2)。当客户机41(图1)上的应用42请求时，相应的快速拷贝导出器22和32导出恢复后的快速拷贝RFD(UP2)的数据，从而获得对恢复后的快速拷贝RFD(UP2)中的文件系统数据的拷贝的高可用性只读访问。由客户机41进行的此访问将一直继续，直到存储在副本逻辑单元25(1)和35(1)内的第二组更新后的副本数据RD(UP2)自身被更新并且流程图90被完成。此外，恢复后的快速拷贝逻辑单元25(3)和恢复后的快速拷贝逻辑单元35(3)被删除。
再次参考图7，本领域的技术人员将理解，从更新后的副本数据的先前恢复的快速拷贝切换到更新后的副本数据的新的恢复后的快速拷贝可能出现操作问题，通过以下操作可以防止所述问题：顺序地停止更新后的副本数据的先前恢复的快速拷贝的导出、执行所述切换，以及启用更新后的副本数据的新的恢复后的快速拷贝的导出。在基于应用的系统实施例中，失败指示被提供给在所述切换之前打开文件的应用(当打开的文件在所述切换后无效时)。在文件系统实施例中，客户机将被编程以便大体上知道切换何时发生，由此防止任何操作问题。这通常由使用NFS协议的应用来完成。
为了便于理解本发明，此处在图1所示的块级别复制系统的上下文中描述了本发明的各种方法。但是，本领域的技术人员将理解，如何在具有一个或多个为网络应用(例如，图1所示的应用42)提供一个或多个数据源的目标站点的其他块级别复制系统的上下文中实现本发明的各种方法。
从对图1-9的以上描述，本领域的技术人员将理解本发明的各种优点。这些优点中最重要的是通过块级别复制对数据进行的高可用性只读访问。
参考图1，在一个实用实施例中，模块14、24和34是常规软件应用，而快速拷贝导出器22和32被包含在安装在相应服务器21和31的存储器内的新的软件模块中，由此相应服务器21和31的处理器(多个)可以执行相应的快速拷贝导出器22和32以分别实现如图4、5和7中示例性示出的流程图70、80和90。当快速拷贝导出器22和32被包含为软件模块时，其可以由理解此处图1-9的描述的本领域技术人员以任何编程语言编写。
虽然此处公开的本发明的实施例当前被看作优选实施例，但是可以做出各种更改和修改而不偏离本发明的精神和范围。在所附权利要求中指明了本发明的范围，在等同物的含义和范围内的所有更改旨在被包括在其中。

Claims (20)

1. 一种方法，所述方法包括：
生成第一副本卷的快速拷贝并执行所述第一副本卷的所述快速拷贝的恢复以响应所述第一副本卷是由目标存储系统从源存储系统接收的第一存储卷的复制；以及
导出所述第一副本卷的所述恢复后的快速拷贝的数据，由此使所述第一副本卷的所述恢复后的快速拷贝可用于客户机。
2. 根据权利要求1的方法，
其中所述第一存储卷包括存储在存储逻辑单元内的初始源数据；以及
其中所述第一副本卷包括存储在副本逻辑单元内的初始副本数据。
3. 根据权利要求1的方法，还包括：
在所述目标存储系统从所述源存储系统接收到所述第一存储卷之后，生成第二副本卷的快速拷贝并执行所述第二副本卷的所述快速拷贝的恢复以响应所述第二副本卷是由所述目标存储系统从所述源存储系统接收的第二存储卷的复制；以及
导出所述第二副本卷的所述恢复后的快速拷贝的数据，由此使所述第二副本卷的所述恢复后的快速拷贝可用于所述客户机。
4. 根据权利要求3的方法，还包括
删除所述第一副本卷的所述恢复后的快速拷贝以便于管理所述第二副本卷的所述恢复后的快速拷贝的所述数据。
5. 根据权利要求3的方法，
其中所述第二存储卷包括存储在存储逻辑单元内的更新后的源数据；以及
其中所述第二副本卷包括存储在副本逻辑单元内的更新后的副本数据。
6. 一种目标服务器，所述目标服务器包括：
用于生成第一副本卷的快速拷贝并执行所述第一副本卷的所述快速拷贝的恢复以响应所述第一副本卷是由目标存储系统从源存储系统接收的第一存储卷的复制的装置；以及
用于导出所述第一副本卷的所述恢复后的快速拷贝的数据，由此使所述第一副本卷的所述恢复后的快速拷贝可用于客户机的装置。
7. 根据权利要求6的目标服务器，
其中所述第一存储卷包括存储在存储逻辑单元内的初始源数据；以及
其中所述第一副本卷包括存储在副本逻辑单元内的初始副本数据。
8. 根据权利要求6的目标服务器，还包括：
用于在所述目标存储系统从所述源存储系统接收到所述第一存储卷之后，生成第二副本卷的快速拷贝并执行所述第二副本卷的所述快速拷贝的恢复以响应所述第二副本卷是由所述目标存储系统从所述源存储系统接收的第二存储卷的复制的装置；以及
用于导出所述第二副本卷的所述恢复后的快速拷贝的数据，由此使所述第二副本卷的所述恢复后的快速拷贝可用于所述客户机的装置。
9. 根据权利要求8的目标服务器，还包括：
用于删除所述第一副本卷的所述恢复后的快速拷贝以便于管理所述第二副本卷的所述恢复后的快速拷贝的所述数据的装置。
10. 根据权利要求8的目标服务器，
其中所述第二存储卷包括存储在存储逻辑单元内的更新后的源数据；以及
其中所述第二副本卷包括存储在副本逻辑单元内的更新后的副本数据。
11. 一种方法，所述方法包括：
导出第一副本卷的恢复后的快速拷贝的数据以响应所述第一副本卷是由目标存储系统从源存储系统接收的第一存储卷的复制；以及
在所述目标存储系统从所述源存储系统接收到所述第一存储卷之后，导出第二副本卷的恢复后的快速拷贝的数据以响应所述第二副本卷是由所述目标存储系统从所述源存储系统接收的第二存储卷的复制，
其中所述第一副本卷的所述恢复后的快速拷贝被删除以便于管理所述第二副本卷的所述恢复后的快速拷贝的所述数据。
12. 根据权利要求11的方法，其中所述第一存储卷包括存储在存储逻辑单元内的初始源数据。
13. 根据权利要求11的方法，其中所述第一副本卷包括存储在副本逻辑单元内的初始副本数据。
14. 根据权利要求11的方法，其中所述第二存储卷包括存储在所述存储逻辑单元内的更新后的源数据。
15. 根据权利要求11的方法，其中所述第二副本卷包括存储在所述副本逻辑单元内的更新后的副本数据。
16. 一种目标服务器，所述目标服务器包括：
用于导出第一副本卷的恢复后的快速拷贝的数据以响应所述第一副本卷是由目标存储系统从源存储系统接收的第一存储卷的复制的装置；以及
用于在所述目标存储系统从所述源存储系统接收到所述第一存储卷之后，导出第二副本卷的恢复后的快速拷贝的数据以响应所述第二副本卷是由所述目标存储系统从所述源存储系统接收的第二存储卷的复制的装置，
其中所述第一副本卷的所述恢复后的快速拷贝被删除以便于管理所述第二副本卷的所述恢复后的快速拷贝的所述数据。
17. 根据权利要求16的目标服务器，其中所述第一存储卷包括存储在存储逻辑单元内的初始源数据。
18. 根据权利要求16的目标服务器，其中所述第一副本卷包括存储在副本逻辑单元内的初始副本数据。
19. 根据权利要求16的目标服务器，其中所述第二存储卷包括存储在所述存储逻辑单元内的更新后的源数据。
20. 根据权利要求16的目标服务器，其中所述第二副本卷包括存储在所述副本逻辑单元内的更新后的副本数据。
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