CN103346978A - 一种虚拟机网络带宽公平性和稳定性保障方法 - Google Patents

一种虚拟机网络带宽公平性和稳定性保障方法 Download PDF

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CN103346978A CN2013102972323A CN201310297232A CN103346978A CN 103346978 A CN103346978 A CN 103346978A CN 2013102972323 A CN2013102972323 A CN 2013102972323A CN 201310297232 A CN201310297232 A CN 201310297232A CN 103346978 A CN103346978 A CN 103346978A
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Abstract

本发明提供了一种虚拟机网络带宽公平性和稳定性保障方法。该方法包括：虚拟机管理器从用户配置文件读取虚拟机权重值并根据该值为各虚拟机分配网络带宽额度，虚拟机执行网络操作时消耗该额度值；监测当前周期各虚拟机的网络运行情况得到监测信息，所述监测信息包括：分配的带宽额度和剩余的带宽额度；根据监测信息反馈调整下一周期各虚拟机的带宽额度请求量；根据下一周期各虚拟机的带宽额度请求量，决策下一周期各虚拟机的带宽额度分配量；根据计算所得的下一周期的各虚拟机的带宽额度分配量，将带宽额度分配给各虚拟机。本发明能够保障同一物理服务器上的多个虚拟机能够公平享有网络带宽资源，并保障各虚拟机网络带宽的稳定性。

Description

一种虚拟机网络带宽公平性和稳定性保障方法
技术领域
本发明属于虚拟机系统中网络资源调度和分配方法，具体涉及一种虚拟机网络带宽公平性和稳定性保障方法。
背景技术
虚拟机系统包括虚拟化平台和多个虚拟机，各虚拟机中配置一块或多块虚拟网卡，多个虚拟机可以在一个物理平台上同时运行，各虚拟网卡各自使用一定的网络带宽，虚拟网卡之间相互独立，但是能够共同分享物理网络的资源。由于多个虚拟机共享网络的资源，如何确保各虚拟机公平地分享网络的资源，如何确保各虚拟机网络带宽的稳定，已成为进一步提高当前虚拟机网络运行质量的课题。通过采用虚拟化平台中网络带宽控制方法，控制虚拟机中虚拟带宽的网络分配，是实现虚拟机网络带宽公平性和稳定性保障的一个方法。
目前虚拟机网络设备由前端虚拟网卡和后端网卡两部分组成。每个客户虚拟机拥有一个前端虚拟网卡，后端网卡存在于特权虚拟机中，前端虚拟网卡存在于客户虚拟机中。前端虚拟网卡和后虚拟端网卡之间I/O请求的传递是通过I/O共享环来实现的。特权虚拟机拥有真实硬件设备的访问能力，客户虚拟机操作系统对硬件的访问是通过特权虚拟机实现的。
前端虚拟网卡和后虚拟端网卡之间I/O请求的传递是通过I/O共享环来实现的。当客户虚拟机需要进行网络操作时，将网络请求放入I/O环中，后端网卡从I/O环中读取I/O请求 ，将I/O请求放入响应队列中，特权虚拟机采用先来先服务（FIFO）的策略处理响应请求。现有网络带宽的分配方法，由于多个前端虚拟网卡将网络请求放入同一响应队列中，虚拟机的网络带宽受到别的虚拟机的影响，不能保障网络带宽的公平性和稳定性。
发明内容
 本发明的目的是提供一种虚拟机网络带宽公平性和稳定性保障方法，使同一物理服务器上的多个虚拟机能够公平共享网络带宽资源，同时保障各虚拟机网络带宽稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了一种虚拟机网络带宽公平性和稳定性保障方法，该方法步骤包括：
(1)、虚拟机管理器从用户配置文件读取虚拟机权重值，并根据该值为各虚拟机分配网络带宽额度值,虚拟机执行网络操作时消耗该额度值,如果虚拟机消耗完该带宽额度值，则该虚拟机不执行网络操作；
(2)、监测当前周期各虚拟机的网络运行情况得到监测信息，所述监测信息包括：分配的带宽额度和剩余的带宽额度；
(3)、根据步骤(2)所述的监测信息反馈调整下一周期各虚拟机的带宽额度请求量；
(4)、根据步骤(3)所述的下一周期各虚拟机的带宽额度请求量，虚拟机管理器决策下一周期各虚拟机的带宽额度分配量； (5)、根据步骤(4)所述的计算所得的下一周期的各虚拟机的带宽额度分配量，将带宽额度分配给各虚拟机；
上述步骤(4)所述的根据下一周期各虚拟机的带宽额度请求量，计算下一周期的各虚拟机的带宽额度分配量，其具体步骤包括：
 (4-1)、根据上述步骤(3)所述的带宽额度请求量以及监测当前周期虚拟机的带宽额度分配量                                               
Figure 2013102972323100002DEST_PATH_IMAGE002
 和剩余带宽额度
Figure 2013102972323100002DEST_PATH_IMAGE004
， 判断当前周期剩余带宽额度是否大于0，如果是大于0，则转步骤(4-2)，如果不是大于0，则转步骤(4-3)；
(4-2)、当前周期虚拟机剩余带宽额度
Figure 2013102972323100002DEST_PATH_IMAGE006
大于0时，
按照按公式(1)计算下一周期虚拟机的带宽额度请求量，其公式(1)为：
                        (1)
其中，
Figure 2013102972323100002DEST_PATH_IMAGE010
为下一周期虚拟机的带宽额度请求量，
Figure 2013102972323100002DEST_PATH_IMAGE012
为当前周期虚拟机的带宽额度分配量，
Figure 2013102972323100002DEST_PATH_IMAGE014
为当前周期剩余带宽额度, 
Figure 2013102972323100002DEST_PATH_IMAGE016
为第i+1个周期；
如果
Figure 2013102972323100002DEST_PATH_IMAGE018
，则按照按公式(2)计算下一周期虚拟机的带宽额度分配量，其公式(2)为：
Figure 2013102972323100002DEST_PATH_IMAGE020
，                         (2)
其中，
Figure 2013102972323100002DEST_PATH_IMAGE022
为下一周期虚拟机的带宽额度分配量, 
Figure 2013102972323100002DEST_PATH_IMAGE024
为当前周期虚拟机的带宽额度分配量，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为当前周期剩余带宽额度, 
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为下一周期各虚拟机的带宽请求量总和, 
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为带宽总额度；
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，则按照公式(3)计算下一周期的虚拟机带宽额度分配量，其公式(3)为：
Figure DEST_PATH_IMAGE034
          (3)
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
为下一周期虚拟机的带宽额度分配量, 
Figure DEST_PATH_IMAGE038
为当前周期虚拟机的带宽额度分配量，
Figure 363316DEST_PATH_IMAGE006
为当前周期剩余带宽额度，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
为当前周期虚拟机剩余带宽额度总和，为下一周期各虚拟机的带宽额度请求量总和,
Figure DEST_PATH_IMAGE044
为带宽总额度,为带宽剩余额度；
(4-3)、当前周期虚拟机剩余额度
Figure DEST_PATH_IMAGE048
不大于0时，
按照按公式(4)计算下一周期虚拟机的带宽额度请求量，其公式(4)为：
Figure DEST_PATH_IMAGE050
                       (4)
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE052
为下一周期虚拟机的带宽额度请求量，
Figure DEST_PATH_IMAGE054
为当前周期虚拟机的带宽额度分配量，
Figure DEST_PATH_IMAGE056
为周期时间片，
Figure DEST_PATH_IMAGE058
为消耗完额度
Figure 572187DEST_PATH_IMAGE012
所使用的时间, 
Figure DEST_PATH_IMAGE060
为第i+1个周期；
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE062
，则按照公式(5)计算下一周期虚拟机的带宽额度分配量，其公式(5)为：
               
Figure DEST_PATH_IMAGE064
                 (5)
其中，为下一周期虚拟机的带宽额度分配量, 为当前周期虚拟机的带宽额度分配量，
Figure DEST_PATH_IMAGE070
为剩余带宽额度为0的虚拟机带宽额度请求量总和，
Figure DEST_PATH_IMAGE072
为下一周期虚拟机的带宽额度请求量，
Figure DEST_PATH_IMAGE074
为下一周期各虚拟机的带宽额度请求量总和，为带宽总额度,
Figure DEST_PATH_IMAGE078
为带宽剩余额度大于0的剩余额度总和 ；
如果，按照公式(6)计算下一周期的虚拟机带宽额度分配量，其公式(6)为：
         
Figure DEST_PATH_IMAGE082
                          (6)
其中，为下一周期虚拟机的带宽额度分配量, 
Figure DEST_PATH_IMAGE086
为当前周期虚拟机的带宽额度分配量，
Figure DEST_PATH_IMAGE088
为周期时间片，
Figure DEST_PATH_IMAGE090
为消耗完额度
Figure DEST_PATH_IMAGE092
所使用的时间, 
Figure DEST_PATH_IMAGE094
为下一周期各虚拟机的带宽额度请求量总和, 
Figure DEST_PATH_IMAGE096
为带宽总额度。
上述步骤(5)所述的将带宽额度分配给各虚拟机，其具体步骤包括：
将下一周期时间t平均分成n个时间片，计算虚拟机第i个时间片分配的带宽额度，其计算公式为：
              
Figure DEST_PATH_IMAGE098
                        (7)
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE100
为下一周期第i个时间片分配的带宽额度，
Figure DEST_PATH_IMAGE102
为下一周期虚拟机的带宽额度分配量，n为时间片个数，
Figure DEST_PATH_IMAGE104
为第i+1个周期；
为实现上述目的，本发明提供了一种虚拟机网络带宽公平性和稳定性保障装置，该装置包括：监测模块30、预测模块31、决策模块32、分配模块33，各模块依次连接，其中，监测模块30，用于监测当前周期各虚拟机分配的额度、消耗的额度和剩余的额度；预测模块31，用于根据监测信息，反馈调整下一周期各虚拟机的带宽额度请求量；决策模块32，用于根据各虚拟机的带宽额度请求量，虚拟机管理器决策下一周期各虚拟机的带宽额度分配量；分配模块33，用于根据各虚拟机的带宽额度分配量，将带宽额度分配给各虚拟机。
  本发明一种虚拟机网络带宽公平性和稳定性保障方法，该方法监测当前周期各虚拟机分配的带宽额度和剩余的带宽额度，根据监测信息反馈调整下一周期各虚拟机的带宽额度请求量。同时根据各虚拟机带宽额度请求量量，决策下一周期各虚拟机的带宽额度分配量并将带宽额度分配量分配给虚拟机，该方法使同一物理服务器上的多个虚拟机协同共享网络带宽资源，并且能保障网络带宽的稳定性，避免网络抖动。
附图说明
图1为本发明一种虚拟机网络带宽公平性和稳定性保障方法的流程图；
图2为本发明一种虚拟机网络带宽公平性和稳定性保障方法的步骤4和步骤5的流程示意图；
图3为本发明一种虚拟机网络带宽公平性和稳定性保障装置的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明一种虚拟机网络带宽公平性和稳定性保障方法,如图1所示，该方法包括：
(1)、虚拟机管理器从用户配置文件读取虚拟机权重值并根据该值为各虚拟机分配网络带宽额度值，
虚拟机执行网络操作时消耗该额度值,如果虚拟机消耗完该带宽额度值，则该虚拟机不执行网络操作； 
(2)、监测当前周期各虚拟机的网络运行情况得到监测信息，所述监测信息包括：分配的带宽额度和剩余的带宽额度；
(3)、根据步骤(2)所述监测信息反馈调整下一周期各虚拟机的带宽额度请求量;
 (4)、根据步骤(3)所述的下一周期各虚拟机的带宽额度请求量，虚拟机管理器决策下一周期的各虚拟机的带宽额度分配量，如图2所示,其具体步骤包括：
(4-1)、根据上述步骤(3)所述的带宽额度请求量以及监测当前周期虚拟机的带宽额度分配量
Figure 877398DEST_PATH_IMAGE038
 和剩余带宽额度
Figure DEST_PATH_IMAGE106
，判断当前周期剩余带宽额度是否大于0，如果是大于0，则转步骤(4-2)，如果不是大于0，则转步骤(4-3)；
(4-2)、当前周期虚拟机剩余带宽额度
Figure DEST_PATH_IMAGE108
大于0时，
按照按公式(1)计算下一周期虚拟机的带宽额度请求量，其公式(1)为：
Figure DEST_PATH_IMAGE110
                        (1)
其中，
Figure 915761DEST_PATH_IMAGE010
为下一周期虚拟机的带宽额度请求量，
Figure DEST_PATH_IMAGE112
为当前周期虚拟机的带宽额度分配量，
Figure DEST_PATH_IMAGE114
为当前周期剩余带宽额度, 
Figure DEST_PATH_IMAGE116
为第i+1个周期；
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE118
，则按照按公式(2)计算下一周期虚拟机的带宽额度分配量，其公式(2)为：
Figure DEST_PATH_IMAGE120
，                         (2)
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE122
为下一周期虚拟机的带宽额度分配量, 
Figure DEST_PATH_IMAGE124
为当前周期虚拟机的带宽额度分配量，
Figure DEST_PATH_IMAGE126
为当前周期剩余带宽额度, 
Figure DEST_PATH_IMAGE128
为下一周期各虚拟机的带宽请求量总和, 
Figure 85492DEST_PATH_IMAGE076
为带宽总额度；
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE130
，则按照公式(3)计算下一周期的虚拟机带宽额度分配量，其公式(3)为：
          (3)
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE134
为下一周期虚拟机的带宽额度分配量, 为当前周期虚拟机的带宽额度分配量，
Figure DEST_PATH_IMAGE136
为当前周期剩余带宽额度，
Figure DEST_PATH_IMAGE138
为当前周期虚拟机剩余带宽额度总和，
Figure DEST_PATH_IMAGE140
为下一周期各虚拟机的带宽额度请求量总和, 
Figure DEST_PATH_IMAGE142
为带宽总额度,
Figure DEST_PATH_IMAGE144
为带宽剩余额度；
(4-3)、当前周期虚拟机剩余额度
Figure 188763DEST_PATH_IMAGE026
不大于0时，
按照按公式(4)计算下一周期虚拟机的带宽额度请求量，其公式(4)为：
Figure DEST_PATH_IMAGE146
                       (4)
其中，为下一周期虚拟机的带宽额度请求量，
Figure 560281DEST_PATH_IMAGE012
为当前周期虚拟机的带宽额度分配量，
Figure 58258DEST_PATH_IMAGE088
为周期时间片，为消耗完额度
Figure 626643DEST_PATH_IMAGE012
所使用的时间, 
Figure DEST_PATH_IMAGE150
为第i+1个周期；
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE152
，则按照公式(5)计算下一周期虚拟机的带宽额度分配量，其公式(5)为：
       
Figure DEST_PATH_IMAGE154
                 (5)
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE156
为下一周期虚拟机的带宽额度分配量, 
Figure DEST_PATH_IMAGE158
为当前周期虚拟机的带宽额度分配量，
Figure DEST_PATH_IMAGE160
为剩余带宽额度为0的虚拟机带宽额度请求量总和，
Figure DEST_PATH_IMAGE162
为下一周期虚拟机的带宽额度请求量，
Figure DEST_PATH_IMAGE164
为下一周期各虚拟机的带宽额度请求量总和, 
Figure DEST_PATH_IMAGE166
为带宽总额度,为带宽剩余额度大于0的剩余额度总和；
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE170
，按照公式(6)计算下一周期的虚拟机带宽额度分配量，其公式(6)为：
        
Figure DEST_PATH_IMAGE172
                          (6)
其中，
Figure 528347DEST_PATH_IMAGE084
为下一周期虚拟机的带宽额度分配量, 
Figure DEST_PATH_IMAGE174
为当前周期虚拟机的带宽额度分配量，
Figure 473169DEST_PATH_IMAGE088
为周期时间片，
Figure DEST_PATH_IMAGE176
为消耗完额度
Figure 825653DEST_PATH_IMAGE012
所使用的时间, 
Figure DEST_PATH_IMAGE178
为下一周期各虚拟机的带宽额度请求量总和, 
Figure DEST_PATH_IMAGE180
为带宽总额度；
(5)、将步骤(4)计算所得的下一周期的各虚拟机的带宽额度分配量，分配给各虚拟机,如图2所示，其具体步骤包括：
将下一周期时间t平均分成n个时间片，计算虚拟机第i个时间片分配的带宽额度，其计算公式为：
              
Figure 830518DEST_PATH_IMAGE098
                        (7)
其中，为下一周期第i个时间片分配的带宽额度，
Figure DEST_PATH_IMAGE184
为下一周期虚拟机的带宽额度分配量，n为时间片个数，
Figure DEST_PATH_IMAGE186
为第i+1个周期；
为实现上述目的，本发明提供了一种虚拟机网络带宽公平性和稳定性保障装置，如图3所示，该装置包括：监测模块30、预测模块31、决策模块32和分配模块33，各模块依次连接，其中，监测模块30，用于监测当前周期各虚拟机分配的带宽额度和剩余的带宽额度；预测模块31，用于根据监测信息，反馈调整下一周期各虚拟机的带宽额度请求量；决策模块32，用于根据各虚拟机的带宽额度请求量，虚拟机管理器决策下一周期各虚拟机的带宽额度分配量；分配模块33，用于根据各虚拟机的带宽额度分配量，将带宽额度分配给各虚拟机。 

Claims (3)

1.一种虚拟机网络带宽公平性和稳定性保障方法，该方法步骤包括：
(1)、虚拟机管理器从用户配置文件读取虚拟机权重值并根据该值为各虚拟机分配网络带宽额度值，虚拟机执行网络操作时消耗该额度值,如果虚拟机消耗完该带宽额度值，则该虚拟机不执行网络操作；
(2)、监测当前周期各虚拟机的网络运行情况得到监测信息，所述监测信息包括：分配的带宽额度和剩余的带宽额度；
(3)、根据步骤(2)所述的监测信息反馈调整下一周期各虚拟机的带宽额度请求量；
(4)、根据步骤(3)所述的下一周期各虚拟机的带宽额度请求量，虚拟机管理器决策下一周期各虚拟机的带宽额度分配量；
(5)、根据步骤(4)所述的计算所得的下一周期的各虚拟机的带宽额度分配量，将带宽额度分配给各虚拟机。
2.根据权利要求书1所叙述的一种虚拟机网络带宽公平性和稳定性保障方法，其特征在于，上述步骤(4)所述的根据下一周期各虚拟机的带宽额度请求量，计算下一周期的各虚拟机的带宽额度分配量，其具体步骤包括：
 (4-1)、根据权利要求书2所述的带宽额度请求量以及监测当前周期虚拟机的带宽额度分配量                                                
Figure 2013102972323100001DEST_PATH_IMAGE001
和剩余带宽额度
Figure 398602DEST_PATH_IMAGE002
， 判断当前周期剩余带宽额度是否大于0，如果是大于0，则转步骤(4-2)，如果不是大于0，则转步骤(4-3)；
(4-2)、当前周期虚拟机剩余带宽额度
Figure 2013102972323100001DEST_PATH_IMAGE003
大于0时，
按照按公式(1)计算下一周期虚拟机的带宽额度请求量，其公式(1)为：
Figure 253425DEST_PATH_IMAGE004
                        (1)
其中，
Figure 2013102972323100001DEST_PATH_IMAGE005
为下一周期虚拟机的带宽额度请求量，
Figure 721578DEST_PATH_IMAGE006
为当前周期虚拟机的带宽额度分配量，
Figure 2013102972323100001DEST_PATH_IMAGE007
为当前周期剩余带宽额度, 为第i+1个周期；
如果
Figure 2013102972323100001DEST_PATH_IMAGE009
，则按照按公式(2)计算下一周期虚拟机的带宽额度分配量，其公式(2)为：
，                         (2)
其中，
Figure 2013102972323100001DEST_PATH_IMAGE011
为下一周期虚拟机的带宽额度分配量, 为当前周期虚拟机的带宽额度分配量，
Figure 2013102972323100001DEST_PATH_IMAGE013
为当前周期剩余带宽额度, 
Figure 768458DEST_PATH_IMAGE014
为下一周期各虚拟机的带宽请求量总和, 为带宽总额度；
如果
Figure 967358DEST_PATH_IMAGE016
，则按照公式(3)计算下一周期的虚拟机带宽额度分配量，其公式(3)为：
          (3)
其中，
Figure 573920DEST_PATH_IMAGE018
为下一周期虚拟机的带宽额度分配量, 
Figure 567284DEST_PATH_IMAGE012
为当前周期虚拟机的带宽额度分配量，为当前周期剩余带宽额度，为当前周期虚拟机剩余带宽额度总和，
Figure 2013102972323100001DEST_PATH_IMAGE021
为下一周期各虚拟机的带宽额度请求量总和, 为带宽总额度,
Figure 2013102972323100001DEST_PATH_IMAGE023
为带宽剩余额度；
(4-3)、当前周期虚拟机剩余额度不大于0时，
按照按公式(4)计算下一周期虚拟机的带宽额度请求量，其公式(4)为：
Figure 136488DEST_PATH_IMAGE024
                       (4)
其中，
Figure 2013102972323100001DEST_PATH_IMAGE025
为下一周期虚拟机的带宽额度请求量，
Figure 66529DEST_PATH_IMAGE026
为当前周期虚拟机的带宽额度分配量，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
为周期时间片，
Figure 279336DEST_PATH_IMAGE028
为消耗完额度
Figure DEST_PATH_IMAGE029
所使用的时间, 
Figure 922807DEST_PATH_IMAGE030
为第i+1个周期；
如果
Figure DEST_PATH_IMAGE031
，则按照公式(5)计算下一周期虚拟机的带宽额度分配量，其公式(5)为：
              
Figure 444924DEST_PATH_IMAGE032
                 (5)
其中，
Figure 173846DEST_PATH_IMAGE018
为下一周期虚拟机的带宽额度分配量, 
Figure 252660DEST_PATH_IMAGE012
为当前周期虚拟机的带宽额度分配量，
Figure DEST_PATH_IMAGE033
为剩余带宽额度为0的虚拟机带宽额度请求量总和，
Figure 68081DEST_PATH_IMAGE034
为下一周期虚拟机的带宽请额度求量，
Figure DEST_PATH_IMAGE035
为下一周期各虚拟机的带宽额度请求量总和，为带宽总额度,
Figure DEST_PATH_IMAGE037
为带宽剩余额度大于0的剩余额度总和；
如果
Figure 977317DEST_PATH_IMAGE038
，按照公式(6)计算下一周期的虚拟机带宽额度分配量，其公式(6)为：
         
Figure DEST_PATH_IMAGE039
                          (6)
其中，
Figure 797506DEST_PATH_IMAGE040
为下一周期虚拟机的带宽额度分配量, 
Figure 149990DEST_PATH_IMAGE012
为当前周期虚拟机的带宽额度分配量，为周期时间片，
Figure 92538DEST_PATH_IMAGE042
为消耗完额度
Figure 215958DEST_PATH_IMAGE006
所使用的时间, 
Figure DEST_PATH_IMAGE043
为下一周期各虚拟机的带宽额度请求量总和, 
Figure 636575DEST_PATH_IMAGE044
为带宽总额度。
3.根据权利要求书1所述的一种虚拟机网络带宽公平性和稳定性保障方法，其特征在于，上述步骤5）将带宽额度分配给各虚拟机，其具体步骤包括：
将下一周期时间t平均分成n个时间片，计算虚拟机第i个时间片分配的带宽额度，其计算公式为：
             
Figure DEST_PATH_IMAGE045
                        (7)
其中，
Figure 46828DEST_PATH_IMAGE046
为下一周期第i个时间片分配的带宽额度，
Figure DEST_PATH_IMAGE047
为下一周期虚拟机的带宽额度分配量，n为时间片个数，
Figure 160278DEST_PATH_IMAGE048
为第i+1个周期。
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