JP2010086145A - Distributed processing system - Google Patents

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Yoshifumi Suzuki
嘉文 鈴木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a distributed processing system with sharply reduced power consumption. <P>SOLUTION: The distributed processing system 1 distributes requests from a client 5 to a plurality of servers 2 by a load distribution device 3. The load distribution device 3 monitors the load of each server 2, and when a system load is large, turns on the power supply of the server 2 under stop and starts the server 2, and shifts the load from the other servers to the server 2, and when the system load becomes small, shifts the load of the server 2 with small load to the server 2 with large load, and puts the server 2 in a non-load states, and interrupts the power supply. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、クライアントからの要求を負荷分散装置により複数のサーバに分散させて処理する分散処理システムに関する。   The present invention relates to a distributed processing system for processing a request from a client by distributing it to a plurality of servers by a load distribution device.

インターネット上のWebサーバにはクライアントからの要求が特定の時間帯に集中する傾向がある。その時間帯でも良好な応答を可能にするため、ピーク時の負荷に合わせてシステムの規模を設計する必要がある。このため、複数のサーバを負荷分散装置で束ねてクラスタ構成にし、負荷分散装置から各サーバにパケットを振り分け、各サーバの負荷を均衡させているシステムが提案されている(特許文献1参照)。
特開平9−218842号公報(段落0027〜0029、図3)
Web servers on the Internet tend to concentrate requests from clients at specific times. In order to enable a good response even during that time, it is necessary to design the scale of the system in accordance with the peak load. For this reason, a system has been proposed in which a plurality of servers are bundled by a load balancer to form a cluster configuration, packets are distributed from the load balancer to each server, and the load on each server is balanced (see Patent Document 1).
JP-A-9-218842 (paragraphs 0027 to 0029, FIG. 3)

この種のシステムでは、クライアントからの要求が少ない軽負荷時には何台かのサーバを待機状態にして消費電力の削減を図っている。しかし、サーバは待機状態でもある程度の電力(高負荷時の半分程度)を消費するため、省電力化は必ずしも十分でない。   In this type of system, power consumption is reduced by placing some servers in a standby state at light loads with few requests from clients. However, since the server consumes a certain amount of power (about half of that under high load) even in a standby state, power saving is not always sufficient.

本発明は、このような事情に鑑み、消費電力の大幅な削減が可能な分散処理システムを提供することを目的とする。   In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a distributed processing system capable of greatly reducing power consumption.

前記課題を解決するための本発明は、クライアントからの要求を負荷分散装置により複数のサーバに分散させて処理する分散処理システムにおいて、前記負荷分散装置は、各サーバの負荷を監視し、システム負荷が大きい場合、停止中のサーバの電源を投入して起動し、当該サーバに他のサーバから負荷を移す一方、前記システム負荷が小さくなると、負荷の小さいサーバの負荷を負荷の大きいサーバに移し、当該サーバを無負荷状態にして電源を遮断することを特徴とする。ここで、無負荷状態とは、クライアントからのアクセスがなくて、電源の遮断が可能な状態をいう。つまり、全ての処理を実行していない状態を要求されるわけではない。   The present invention for solving the above-described problems is directed to a distributed processing system in which a request from a client is distributed to a plurality of servers by a load balancer, and the load balancer monitors the load on each server, and the system load If the system load is large, the server being stopped is turned on and started, and the load is transferred from the other server to the server.On the other hand, when the system load is reduced, the load of the server with a small load is transferred to the server with a large load. The server is placed in a no-load state and the power is shut off. Here, the no-load state refers to a state where there is no access from the client and the power can be shut off. That is, a state in which all the processes are not executed is not required.

前記負荷分散装置は、各サーバの負荷の合計値をサーバの負荷上限値で除してサーバの必要稼動数を求め、これを超える数のサーバが稼動している場合、超過分のサーバの電源を遮断するのが好ましい。   The load balancer obtains the required number of operating servers by dividing the total load of each server by the upper limit value of the server load. When more servers are operating, Is preferably blocked.

前記各サーバを接続するネットワーク上にファイルサーバを設け、このファイルサーバに前記サーバの実行中のメモリイメージを書き込ませた後に、このサーバへのパケット転送を停止するのが好ましい。   Preferably, a file server is provided on a network connecting the servers, and after the memory image being executed by the server is written in the file server, packet transfer to the server is stopped.

前記負荷分散装置は、所定時間内におけるCPUの実行プロセスの平均値によって前記サーバの負荷状態を判断するのが好ましい。   It is preferable that the load distribution apparatus determines the load state of the server based on an average value of CPU execution processes within a predetermined time.

本発明によれば、システム負荷が小さくなると、負荷分散装置が負荷の小さいサーバの負荷を負荷の大きいサーバに移し、このサーバを無負荷状態にして電源を遮断するので、無負荷のサーバを待機状態にしておく場合に較べて、消費電力を大幅に削減できる。   According to the present invention, when the system load is reduced, the load balancer moves the load of the server with a small load to the server with a large load, and shuts off the power by putting the server in a no-load state. Power consumption can be greatly reduced compared to the case where the state is kept.

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は本発明の分散処理システムを示すブロック図、図2はサーバの起動シーケンスを説明する図、図3は負荷分散装置の管理テーブルを示す図、図4はサーバの電源制御方法を示すフローチャート、図5〜図8はサーバの負荷移動方法を説明する図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 is a block diagram showing a distributed processing system of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining a server startup sequence, FIG. 3 is a diagram showing a management table of a load balancer, and FIG. 4 is a flowchart showing a server power control method. 5 to 8 are diagrams for explaining a load transfer method of the server.

この分散処理システム1は複数のサーバ2を負荷分散装置3で束ねてクラスタ構成にしたもので、負荷分散装置3はインターネット4を介してクライアント5に接続してある。サーバ2を接続するネットワーク6上にはファイルサーバ7が設けてある。ファイルサーバ7は、サーバ2にインストールされるゲストOSイメージを格納する記憶部7aと、サーバ2の実行中のメモリイメージを格納する記憶部7bと、サーバ2の利用に供するコンテンツを格納する記憶部7cとを備えている。   This distributed processing system 1 is a cluster configuration in which a plurality of servers 2 are bundled with a load distribution device 3, and the load distribution device 3 is connected to a client 5 via the Internet 4. A file server 7 is provided on the network 6 to which the server 2 is connected. The file server 7 includes a storage unit 7 a that stores a guest OS image installed in the server 2, a storage unit 7 b that stores a memory image that is being executed by the server 2, and a storage unit that stores content to be used by the server 2. 7c.

負荷分散装置3は、各サーバ2に対するパケットの振り分けを行うパケット振分部3aと、各サーバ2の負荷を監視する負荷監視部3bと、各サーバ2の電源をON/OFFする電源制御部3cとを備えている。パケット振分部3aは、サーバ2の負荷をバランスさせるべく、IPアドレスを変更してパケットをサーバ2に振り分ける。なお、この技術は特開平9−218842号公報等により公知であるので、詳細な説明を省略する。負荷監視部3bは、サーバ2のロードアベレージ(所定時間内におけるCPU(Central Processing Unit)の実行プロセスの平均値)から負荷状態を判断する。電源制御部3cはネットワーク6上にマジックパケットを発生させてサーバ2の電源をON/OFFする。なお、この技術はWOL(Wake On Lan)という公知なものであるので、詳細な説明を省略する。   The load distribution device 3 includes a packet distribution unit 3a that distributes packets to each server 2, a load monitoring unit 3b that monitors the load of each server 2, and a power control unit 3c that turns on / off the power of each server 2. And has. The packet distribution unit 3 a distributes packets to the server 2 by changing the IP address in order to balance the load on the server 2. Since this technique is known from Japanese Patent Laid-Open No. 9-218842, etc., detailed description is omitted. The load monitoring unit 3b determines the load state from the load average of the server 2 (an average value of execution processes of a CPU (Central Processing Unit) within a predetermined time). The power controller 3 c generates a magic packet on the network 6 to turn on / off the server 2. Since this technique is a known technique called WOL (Wake On Lan), detailed description thereof is omitted.

この分散処理システム1では、負荷変動に伴うサーバ2の起動停止に際し、クライアント5に対するサービスの停止を防止するため、サーバ2のタスクを他のサーバに移動させる所謂ライブマグレーションを実行している。例えば、あるサーバ2を停止する場合、そのサーバ2に対するパケット転送の停止に先立って、サーバ2の実行中のメモリイメージをファイルサーバ7の記憶部7bに書き出しておき、これを他のサーバ2が利用してタスクの引き継ぎを行っている。   In this distributed processing system 1, when the server 2 is started and stopped due to a load change, so-called live magnation is performed to move the task of the server 2 to another server in order to prevent the service for the client 5 from being stopped. For example, when a certain server 2 is stopped, the memory image being executed by the server 2 is written in the storage unit 7b of the file server 7 before the packet transfer to the server 2 is stopped, The task is inherited by using it.

このようなライブマグレーションを実行するため、サーバ2はXen(1つのハードウェアで複数のOSを並列実行するソフトウェア)によって仮想化されたOS(Operating System)を使用している。つまり、図2に示すようにホストOSの上でゲストOSが起動される。ゲストOSはXenに対応した準仮想化OSを採用する。Webのコンテンツは全てファイルサーバ7上に展開し、サーバ2からNFSマウントする。サーバ2は、NIC(Network Interface Card)へのマジックパケットの入力によって起動し、起動シーケンスは、BIOS(Basic Input Output System), ホストOS, ゲストOSの順となる。ゲストOSは、専用パーティション、ファイル、Sparseファイルの3通りの方法でインストールできるが、パフォーマンスを考慮してホストOS上で分割されたパーティションにインストールする。なお、ファイルの場合はバックアップが簡単である。ゲストOSはサーバ2にインストールしておくのではなく、ファイルサーバ7経由で取得する。なお、BIOSの設定でWOLを可能な状態にしおく。   In order to execute such live magnetization, the server 2 uses an OS (Operating System) virtualized by Xen (software that executes a plurality of OSs in parallel with one hardware). That is, the guest OS is started on the host OS as shown in FIG. The guest OS adopts a para-virtualized OS corresponding to Xen. All Web contents are expanded on the file server 7 and NFS mounted from the server 2. The server 2 is activated by inputting a magic packet into a NIC (Network Interface Card), and the activation sequence is in the order of BIOS (Basic Input Output System), host OS, and guest OS. The guest OS can be installed in three ways: a dedicated partition, a file, and a sparse file. However, in consideration of performance, the guest OS is installed in a partition divided on the host OS. In the case of files, backup is easy. The guest OS is not installed on the server 2 but is acquired via the file server 7. It should be noted that the WOL is enabled by setting the BIOS.

ところで、ライブマイグレーションの実行には数十秒程度の時間がかかるため、監視対象のデータ(サーバの負荷状態)が閾値を超えた場合には、ライブマイグレーションを実行する準備として、ホストOS上でゲストOSの実行イメージを採取し、ファイルサーバ7に保存する。そして、ライブマイグレーションの準備が完了した時点で、対象サーバの監視対象データが閾値を超えたままであって、かつ、代替可能なサーバが存在する場合、ライブマイグレーションを実施する。ただし、対象サーバの監視対象データがその時点で閾値を下回っている場合には、ライブマイグレーションは実行しない。   By the way, since it takes several tens of seconds to execute live migration, if the monitored data (server load state) exceeds a threshold value, a guest is run on the host OS in preparation for executing live migration. An OS execution image is collected and stored in the file server 7. Then, when the preparation for live migration is completed, if the monitoring target data of the target server still exceeds the threshold value and there is a server that can be replaced, live migration is performed. However, if the monitoring target data of the target server is below the threshold at that time, live migration is not executed.

次に、サーバ2の電源制御方法を図4のフローチャートを参照しながら説明する。
負荷分散装置3は、各サーバ2のロードアベレージをバランスさせるべくパケットの振り分けを行う。また、システム負荷(各サーバ2のロードアベレージの合計)の変動に伴って、サーバ2の稼働台数を調整する。このため、負荷監視部3bで各サーバ2のロードアベレージを所定のタイミングで測定し、その結果を図3に示す管理テーブルに記憶させる。ロードアベレージには上限値が設けてあり、これを超える負荷がサーバ2にかかると、サーバ2の処理速度の低下が著しくなる。そして、ロードアベレージが負荷上限値を超えている場合、ロードアベレージから負荷上限値を引いた値を負荷割当量と定義し、これが他のサーバ2に分担させるべき負荷量となる。また、ロードアベレージが負荷上限値を下回っている場合、負荷上限値からロードアベレージを引いた値を負荷受付量と定義し、これが他のサーバ3から引き受け可能な負荷量となる。
Next, a power control method for the server 2 will be described with reference to the flowchart of FIG.
The load balancer 3 distributes packets to balance the load average of each server 2. Further, the number of operating servers 2 is adjusted in accordance with fluctuations in system load (the total load average of each server 2). Therefore, the load monitoring unit 3b measures the load average of each server 2 at a predetermined timing, and stores the result in the management table shown in FIG. The load average has an upper limit, and when the server 2 is subjected to a load exceeding this, the processing speed of the server 2 is significantly reduced. When the load average exceeds the load upper limit value, a value obtained by subtracting the load upper limit value from the load average is defined as a load allocation amount, and this is the load amount to be shared by the other servers 2. Further, when the load average is below the load upper limit value, a value obtained by subtracting the load average from the load upper limit value is defined as a load acceptance amount, and this is a load amount that can be accepted from other servers 3.

まず、稼動中の各サーバ2のロードアベレージを取得し、負荷割当量を算出する(S1)。次いで、稼動中の各サーバ2の負荷受付量を算出する(S2)。そして、負荷割当量が正であるサーバ(ロードアベレージが負荷上限値を超えて過負荷状態で稼動しているもの)2があるか否かを判断し(S3)、負荷割当量が正のサーバ2がある場合、負荷割当量の合計以上の負荷受付量を持つサーバ2があるか否かを判断する(S4)。つまり、負荷割当量が正のサーバ2は過負荷状態になっているため、その負荷の一部を単独で引き受けることが可能なサーバ2を検索するのである。そして、負荷割当量の合計以上の負荷受付量を持つサーバ2がある場合は、そのサーバ2に過負荷状態のサーバ2から負荷割当量分の負荷を移動させる(S5)。図5はこの場合の負荷移動を示している。なお、過負荷状態のサーバ2が複数ある場合、各サーバ2から負荷を移動させることになる。   First, the load average of each server 2 in operation is acquired, and the load allocation amount is calculated (S1). Next, the load acceptance amount of each server 2 in operation is calculated (S2). Then, it is determined whether or not there is a server with a positive load allocation amount (the load average exceeds the load upper limit value and is operating in an overload state) 2 (S3), and a server with a positive load allocation amount is determined. If there is 2, it is determined whether or not there is a server 2 having a load acceptance amount equal to or greater than the total load allocation amount (S4). That is, since the server 2 having a positive load allocation amount is in an overload state, the server 2 that can take a part of the load alone is searched. If there is a server 2 having a load acceptance amount that is equal to or greater than the total load allocation amount, the load corresponding to the load allocation amount is moved from the overloaded server 2 to the server 2 (S5). FIG. 5 shows load movement in this case. When there are a plurality of servers 2 in an overload state, the load is moved from each server 2.

一方、負荷割当量の合計以上の負荷受付量を持つサーバ2がない場合には、各サーバ2の負荷受付量の合計が負荷割当量の合計以上であるか否かを判断する(S6)。負荷受付量の合計が負荷割当量の合計以上である場合、過負荷状態のサーバ2から他のサーバ2に負荷割当量分の負荷を分配する(S7)。なお、当然のことであるが、負荷を分配するサーバ2は負荷上限値を超えてはならない。図6はこの場合の負荷移動を示している。   On the other hand, if there is no server 2 having a load acceptance amount equal to or greater than the total load allocation amount, it is determined whether or not the total load acceptance amount of each server 2 is equal to or greater than the total load allocation amount (S6). If the total load acceptance amount is equal to or greater than the total load allocation amount, the load corresponding to the load allocation amount is distributed from the overloaded server 2 to the other servers 2 (S7). As a matter of course, the server 2 that distributes the load must not exceed the load upper limit value. FIG. 6 shows load movement in this case.

一方、負荷受付量の合計が負荷割当量の合計よりも小さい場合には、負荷割当量の合計をサーバ2の負荷上限値で割った値の小数点第1位を繰り上げて、サーバ2の追加台数を求め(S8)、必要台数分のサーバ2は確保可能(停止中のサーバ2の台数が追加台数以上である)であるか否かを判断する(S9)。サーバ2の確保が可能な場合、停止中のサーバ2を追加台数分だけ起動し、過負荷状態のサーバ2から負荷割当量分の負荷を分配する(S10)。図7はこの場合の負荷移動を示している。   On the other hand, if the total load acceptance amount is smaller than the total load allocation amount, the number of additional servers 2 is increased by rounding up the first decimal place of the value obtained by dividing the total load allocation by the load upper limit value of server 2 (S8), it is determined whether the required number of servers 2 can be secured (the number of stopped servers 2 is equal to or greater than the additional number) (S9). If the server 2 can be secured, the stopped servers 2 are started by the additional number, and the load corresponding to the load allocation amount is distributed from the overloaded server 2 (S10). FIG. 7 shows the load movement in this case.

一方、サーバ2の確保ができない場合(停止中のサーバ2の台数が追加台数に満たない場合)には、停止中の全サーバ2を起動し(S11)、取り敢えず、過負荷状態のサーバ2から他のサーバ2に負荷を分配しておく(S12)。この場合、各サーバ2は過負荷状態で稼動することになるので、システムの管理者に対してアラートを発する(S13)。   On the other hand, when the server 2 cannot be secured (when the number of stopped servers 2 is less than the additional number), all the stopped servers 2 are started (S11), and for the time being, from the overloaded server 2 The load is distributed to other servers 2 (S12). In this case, since each server 2 operates in an overloaded state, an alert is issued to the system administrator (S13).

一方、負荷割当量が正であるサーバ2がない場合には、システム全体のロードアベレージ(各サーバ2のロードアベレージの合計)を算出し、その値を負荷上限値で割り、小数点第一位を切り上げ、この値をサーバ2の必要稼動数とする(S14)。例えば、システム全体のロードアベレージが10.4で、負荷上限値が2.0の場合、想定リアルサーバ台数は6台である。つまり、この場合はシステム全体の負荷に対してサーバ2の稼動数が多く、無駄な電力が消費されていると想定されるので、サーバ2の必要稼動数を求めているのである。   On the other hand, if there is no server 2 with a positive load allocation, calculate the load average of the entire system (the total load average of each server 2), divide that value by the load upper limit value, Rounded up, this value is taken as the required number of operating servers 2 (S14). For example, when the load average of the entire system is 10.4 and the load upper limit value is 2.0, the number of assumed real servers is six. That is, in this case, it is assumed that the number of operations of the server 2 is large with respect to the load of the entire system, and wasteful power is consumed, so the required number of operations of the server 2 is obtained.

そして、稼働中のサーバ2の台数が必要稼動数よりも多いか否かを判断し(S15)、サーバ2の稼動数が多過ぎる場合は、負荷の少ない順に停止すべきサーバ2を決定し(S16)、停止すべきサーバ2の負荷を他のサーバ2に集約し(S17)、無負荷になったサーバ2の電源を遮断する(S18)。図8はこの場合の負荷移動を示している。   Then, it is determined whether or not the number of servers 2 in operation is greater than the required number of operations (S15). If the number of servers 2 is too large, the server 2 to be stopped is determined in order of increasing load ( S16), the load of the server 2 to be stopped is collected in another server 2 (S17), and the power of the server 2 that has become unloaded is shut off (S18). FIG. 8 shows load movement in this case.

この分散処理システムでは、稼働中のサーバ2の台数が必要稼動数よりも多くなると、負荷の小さいサーバは、その負荷が負荷の大きいサーバに移され、無負荷状態になって電源が遮断されるので、停止中のサーバ3の消費電力は、NICへの通電分(0.1W程度)だけで済む。つまり、無負荷のサーバを待機状態にしておく場合に較べて、消費電力を大幅に削減できる。   In this distributed processing system, when the number of servers 2 in operation exceeds the required number of operations, a server with a small load is transferred to a server with a large load, and the power is cut off due to a no-load state. Therefore, the power consumption of the stopped server 3 is only required for energizing the NIC (about 0.1 W). That is, the power consumption can be greatly reduced as compared with the case where an unloaded server is set in a standby state.

また、サーバ2の起動停止に際してライブマグレーションを実行しているので、クライアント5に対するサービスを停止することなく、サーバ2の稼働台数を変更することができる。   In addition, since live magulation is performed when starting and stopping the server 2, the number of operating servers 2 can be changed without stopping the service for the client 5.

本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、以上の実施形態では、サーバ2の負荷状態をロードアベレージにより判断しているが、ICPMエコーリクエストに対する応答速度により判断してもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
For example, in the above embodiment, the load state of the server 2 is determined by the load average, but may be determined by the response speed to the ICPM echo request.

本発明の分散処理システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the distributed processing system of this invention. 図2はサーバの起動シーケンスを説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a server startup sequence. 負荷分散装置の管理テーブルを示す図である。It is a figure which shows the management table of a load distribution apparatus. サーバの電源制御方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the power supply control method of a server. サーバの負荷移動方法を説明する図である。It is a figure explaining the load movement method of a server. サーバの負荷移動方法を説明する図である。It is a figure explaining the load movement method of a server. サーバの負荷移動方法を説明する図である。It is a figure explaining the load movement method of a server. サーバの負荷移動方法を説明する図である。It is a figure explaining the load movement method of a server.

符号の説明Explanation of symbols

1 分散処理システム
2 サーバ
3 負荷分散装置
3a パケット振分部
3b 負荷監視部
3c 電源制御部
4 インターネット
5 クライアント
6 ネットワーク
7 ファイルサーバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Distributed processing system 2 Server 3 Load distribution apparatus 3a Packet distribution part 3b Load monitoring part 3c Power supply control part 4 Internet 5 Client 6 Network 7 File server

Claims (4)

クライアントからの要求を負荷分散装置により複数のサーバに分散させて処理する分散処理システムにおいて、前記負荷分散装置は、各サーバの負荷を監視し、システム負荷が大きい場合、停止中のサーバの電源を投入して起動し、当該サーバに他のサーバから負荷を移す一方、前記システム負荷が小さくなると、負荷の小さいサーバの負荷を負荷の大きいサーバに移し、当該サーバを無負荷状態にして電源を遮断することを特徴とする分散処理システム。   In a distributed processing system in which a request from a client is distributed to a plurality of servers by a load balancer, the load balancer monitors the load on each server. When the system load is reduced, the load of the server with a lower load is transferred to the server with a higher load, and the server is brought into a no-load state and the power is shut off. A distributed processing system. 前記負荷分散装置は、各サーバの負荷の合計値をサーバの負荷上限値で除してサーバの必要稼動数を求め、これを超える数のサーバが稼動している場合、超過分のサーバの電源を遮断することを特徴とする請求項1に記載の分散処理システム。   The load balancer obtains the required number of operating servers by dividing the total load of each server by the upper limit value of the server load. When more servers are operating, The distributed processing system according to claim 1, wherein: 前記各サーバを接続するネットワーク上にファイルサーバを設け、このファイルサーバに前記サーバの実行中のメモリイメージを書き込ませた後に、このサーバへのパケット転送を停止することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の分散処理システム。   2. A file server is provided on a network connecting the servers, and after the memory image being executed by the server is written in the file server, packet transfer to the server is stopped. The distributed processing system according to claim 2. 前記負荷分散装置は、所定時間内におけるCPUの実行プロセスの平均値によって前記サーバの負荷状態を判断することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の分散処理システム。   4. The distributed processing system according to claim 1, wherein the load distribution apparatus determines a load state of the server based on an average value of CPU execution processes within a predetermined time. 5.
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