JP2011076528A - Raidカードの冗長化方法及びraidカードの冗長化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】RAIDカードとディスクの接続をバス構造とする必要が無く、更にディスクアレイ装置を導入しなくても、RAIDコントローラの冗長化を実現する。
【解決手段】他のRAIDカードと専用線を介して調停を行い何れのRAIDカードがマスタになり何れのRAIDカードがスレーブとなるかを決定する。マスタとなったRAIDカードのみを上位装置に認識させる。マスタとなったRAIDカードからは自身の配下のディスク及び他のRAIDカードの配下のディスクを制御可能とし、スレーブとなったRAIDカードは前記マスタからの指示に従った自身の配下のディスクのデータ読み書きのみ制御可能とする。前記スレーブとなった場合に、前記マスタとなったRAIDカードが故障していることを検出した場合は、自身の配下のディスクのデータを用いて前記マスタとして動作を開始する。
【選択図】図1
【解決手段】他のRAIDカードと専用線を介して調停を行い何れのRAIDカードがマスタになり何れのRAIDカードがスレーブとなるかを決定する。マスタとなったRAIDカードのみを上位装置に認識させる。マスタとなったRAIDカードからは自身の配下のディスク及び他のRAIDカードの配下のディスクを制御可能とし、スレーブとなったRAIDカードは前記マスタからの指示に従った自身の配下のディスクのデータ読み書きのみ制御可能とする。前記スレーブとなった場合に、前記マスタとなったRAIDカードが故障していることを検出した場合は、自身の配下のディスクのデータを用いて前記マスタとして動作を開始する。
【選択図】図1
Description
本発明はサーバ内に搭載する複数のRAIDカード間のハードウェアRAIDに関する。
現在、HDD(Hard disk drive)の物理的な故障等に備え、HDDを冗長化しておくことにより信頼性を高めるといったことが広く行われている。特に複数のHDDを組み合わせることで1つの仮想HDDとして運用するRAID(Redundant Arrays of Inexpensive)が用いられている。RAIDはハードウェア若しくはソフトウェアにより実現できるが、本明細書では、本発明に関連するRAIDカード(RAIDコントローラカードとも言う)を用いたRAIDについて図を参照して説明する。
図1にRAIDカードを用いたサーバの構成例を図示する。図1を参照するとわかるようにRAIDカードは、自身配下のディスクでしかRAID構成を組むことができない。すなわちRAIDカード1100は、HDD1110及びHDD1120についてのみRAID構成を組むことができる。一方、RAIDカード1200は、HDD1210及びHDD1220についてのみRAID構成を組むことができる。そして、このような特性がある為、ディスク(HDD)が冗長でもRAIDカード故障によりデータの読み出しができなくなる問題があった。
この問題を解決する為、ディスクアレイ装置の中にはRAIDコントローラを二重化して、両方のコントローラが同じディスクへアクセス可能とする事で、片側のコントローラ故障時にもデータの読み出しを可能としているものがあった。
このような技術の一例が、特許文献1に記載されている。特許文献1に記載の技術では、上位装置からの指令により複数のディスクドライブに対するデータの記録再生動作を制御すると共に所定のキャッシュメモリに対するデータの入出力を制御する複数のディスクアレイコントローラを備えたディスクアレイ装置を用意する。そして、特許文献1に記載の技術では、このディスクアレイ装置において、前記各ディスクアレイコントローラに、当該各ディスクアレイコントローラが共用可能な一つのキャッシュメモリを併設することにより処理を高速化している。
上述したように、両コントローラから同じディスクにアクセスするには、RAIDコントローラとディスク間にバックプレーンを設けてバス構造とする必要がある為、汎用サーバ内で実現する事は難しく、特許文献1に記載の技術のように高価な外付けディスクアレイ装置を導入する必要があった。
また、外付けディスクアレイ装置を導入しても、RAIDコントローラ故障時の切り替えは、マルチパスI/O制御などサーバ側のソフトウェア制御でアクセスパスを切り替える必要があり、その為のソフトウェア設定作業が必要だった。この点について、図2を参照して説明する。第1のコントローラ2300、第1のコントローラ2300及びHDD2510乃至HDD2530はバス構造とされている。そのため両コントローラから同じディスクにアクセスすることができる。しかし、RAIDコントローラの故障時にはサーバ側のソフトウェア制御でアクセスパスを切り替える必要があることがわかる。
そこで、本発明はRAIDカードとディスクの接続をバス構造とする必要が無く、更にディスクアレイ装置を導入しなくても、RAIDコントローラの冗長化を実現することが可能なRAIDカードの冗長化方法及びRAIDカードの冗長化装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の観点によれば、自身と同一の上位装置に接続されている他のRAIDカードと専用線により接続されており、自身の配下にあるディスクを制御するRAIDカードにおいて、前記他のRAIDカードと前記専用線を介して調停を行い何れのRAIDカードがマスタになり何れのRAIDカードがスレーブとなるかを決定するマスタ/スレーブ制御手段と、前記調停の結果マスタとなったRAIDカードのみを前記上位装置に認識させるデータ送受信手段と、前記調停の結果マスタとなったRAIDカードからは自身の配下のディスク及び他のRAIDカードの配下のディスクを制御可能とし、前記スレーブとなったRAIDカードは前記マスタからの指示に従った自身の配下のディスクのデータ読み書きのみ制御可能とするデータ制御手段と、前記スレーブとなった場合に、前記マスタとなったRAIDカードが故障していないか前記専用線を介して監視する死活監視手段と、を備え、前記スレーブとなった場合に、前記マスタとなったRAIDカードが故障していることを検出した場合は、自身の配下のディスクのデータを用いて前記マスタとして動作を開始することを特徴とするRAIDカードが提供される。
本発明の第2の観点によれば、第1のRAIDカードと、前記第1のRAIDカードと専用線を介して接続されている第2のRAIDカードと、前記第1のRAIDカード及び前記第2のRAIDカードの両方と接続されている上位装置と、を有するRAIDシステムにおいて、前記第1のRAIDカード及び前記第2のRAIDカードが上記第1の観点により提供されるRAIDカードであることを特徴とするRAIDシステムが提供される。
本発明の第3の観点によれば、第1のRAIDカードを備える第1のサーバと、第2のRAIDカードを備える第2のサーバと、を有しており前記第1のサーバと第2のサーバを接続したビルディングブロック方式サーバにおいて、前記第1のRAIDカード及び前記第2のRAIDカードが専用線で接続されており、前記第1のRAIDカード及び前記第2のRAIDカードが上記第1の観点により提供されるRAIDカードであることを特徴とするビルディングブロック方式サーバが提供される。
本発明の第4の観点によれば、自身と同一の上位装置に接続されている第2のRAIDカードと専用線により接続されており、自身の配下にあるディスクを制御する第1のRAIDカードが行う冗長化方法であって、前記他のRAIDカードと前記専用線を介して調停を行い何れのRAIDカードがマスタになり何れのRAIDカードがスレーブとなるかを決定するマスタ/スレーブ制御ステップと、前記調停の結果マスタとなったRAIDカードのみを前記上位装置に認識させるデータ送受信ステップと、前記調停の結果マスタとなったRAIDカードからは自身の配下のディスク及び他のRAIDカードの配下のディスクを制御可能とし、前記スレーブとなったRAIDカードは前記マスタからの指示に従った自身の配下のディスクのデータ読み書きのみ制御可能とするデータ制御ステップと、前記第1のRAIDカードが前記スレーブとなった場合に、前記マスタとなったRAIDカードが故障していないか前記専用線を介して監視する死活監視ステップと、を備え、前記第1のRAIDカードが前記スレーブとなった場合に、前記マスタとなったRAIDカードが故障していることを検出した場合は、自身の配下のディスクのデータを用いて前記マスタとして動作を開始することを特徴とする冗長化方法が提供される。
本発明によれば、異なるRAIDカード配下に接続されている物理ディスク間でRAIDを構成することからRAIDカードとディスクの接続をバス構造とする必要が無く、更にディスクアレイ装置を導入しなくても、RAIDコントローラの冗長化を実現することが可能となる。
まず、本発明の実施形態の概略を説明する。本発明の実施形態は、概略、サーバ内に搭載する複数のRAIDカード間で冗長RAIDコントローラを構成する事で、外付けディスクアレイ装置を使用せずに安価に高い可用性を持ったハードウェアRAIDを実現する
というものである。具体的な一例としては、サーバ内に搭載した複数のRAIDカードを専用線で接続し、起動時にこの専用線を介してRAIDカードのマスタ/スレーブを決定する。決定後は、専用線を介してマスタRAIDカードがスレーブRAIDカード配下のディスクも制御可能とすることで、異なるRAIDカード配下のディスクでRAIDを組むことが可能となる。これにより一台のRAIDカードが故障しても、残ったRAIDカード配下のディスクからデータの読み出しが可能となり、RAIDコントローラの冗長化を実現できる。
というものである。具体的な一例としては、サーバ内に搭載した複数のRAIDカードを専用線で接続し、起動時にこの専用線を介してRAIDカードのマスタ/スレーブを決定する。決定後は、専用線を介してマスタRAIDカードがスレーブRAIDカード配下のディスクも制御可能とすることで、異なるRAIDカード配下のディスクでRAIDを組むことが可能となる。これにより一台のRAIDカードが故障しても、残ったRAIDカード配下のディスクからデータの読み出しが可能となり、RAIDコントローラの冗長化を実現できる。
次に、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図3を参照すると、本実施形態は、オペレーティングシステム100、第1のRAIDカード200、第1の物理ディスク300、第2のRAIDカード400、第2の物理ディスク500及びカード間通信ケーブル600を有する。
オペレーティングシステム100(本発明の「上位装置」に相当する。)は、第1のRAIDカード200及び第2のRAIDカード400を制御するためのデバイス110を有している。
第1のRAIDカード200は、データ送受信部210、マスタ/スレーブ制御部220、死活監視部230、I/Oバスコンフィグレーションレジスタ240、データ制御部250及びディスク制御部260を有する。
データ送受信部210は、オペレーティングシステム100とのデータ通信を行うための部分である。マスタ/スレーブ制御部220は、第1のRAIDカード200がマスタとなるかスレーブとなるかを制御部する部分である。
死活監視部230は、第2のRAIDカード400が正常に動作しているか監視する部分である。
I/Oバスコンフィグレーションレジスタ240は、I/Oバスコンフィグレーションレジスタ440と同じI/Oバスコンフィグレーションレジスタである。同じI/Oバスコンフィグレーションレジスタを持つことで、オペレーティングシステム100からは同じI/Oバス上の同じデバイスとして認識される。
データ制御部250は、データ制御部450と通信をし、データのやり取りをするための部分である。ディスク制御部260は、物理ディスクを制御するための部分である。
第1の物理ディスク300は、第1のRAIDカード200配下の物理ディスクである。同様に第2の物理ディスク500は、第2のRAIDカード400配下の物理ディスクである。
カード間通信ケーブル600は、第1のRAIDカード200と第2のRAIDカード400が通信をするための専用線である。
また、第2のRAIDカード400も同様に、データ送受信部410、マスタ/スレーブ制御部420、死活監視部430、I/Oバスコンフィグレーションレジスタ440、データ制御部450及びディスク制御部460を有する。第2のRAIDカード400の有する各部分の機能は、第1のRAIDカード200の有する各部分の機能と同一である。
本発明の実施形態では、図3のようにRAIDカード間を専用の通信ケーブルで接続する。そして、この通信ケーブルを介してRAIDカード間のマスタ/スレーブ制御と、相手のカードの死活監視、及びディスクへ書き込むデータのやり取りを行なう。
次に、図4のフローチャートを参照して、本実施形態の動作について説明する。
まず、電源投入時にマスタ/スレーブ制御部220及び420にて調停を行い、マスタRAIDカードとスレーブRAIDカードを決定し、オペレーティングシステム100に認識させる(ステップS101)。具体的には、オペレーティングシステム100によるリソースチェックに対してマスタだけがレスポンスを返す事で、オペレーティングシステム100からはマスタRAIDカードだけが認識される。図3では第1のRAIDカード200をマスタ、第2のRAIDカード400をスレーブとする。
マスタである第1のRAIDカード200からは自身配下の第1の物理ディスク300の他に、第2のRAIDカード400配下の第2の物理ディスク500も自身のディスクとして認識して制御可能とする(ステップS102)。一方、スレーブである第2のRAIDカード400は、マスタからの指示に従い第2の物理ディスク500へのデータ読み書きのみ実施する(ステップS103)。
図3のように第1のRAIDカード200をマスタとした第1の物理ディスク300と第2の物理ディスク500のミラー構成において第1のRAIDカード200が故障していないかを第2のRAIDカード400の死活監視部430が監視する(ステップS104)。
システムがダウンした場合には(ステップS104においてYes)、第2のRAIDカード400と第2の物理ディスク500のミラーデータを使用してシステムを起動する(ステップS105)。これにより、故障部品を交換する前に、早期に故障前と同じ状態で動作可能となる。
また、RAIDカード故障時に、システムの動作を継続したままRAIDカードの切り替えを行うには、複数RAIDカードを同一のI/Oバス上に搭載し、RAIDカード初期化時に第1のRAIDカード200がスレーブである第2のRAIDカード400のI/Oバスコンフィグレーションレジスタを自身と同じ値に設定する。
システム動作中は、通信ケーブルを介して互いに相手のRAIDカードの死活監視を行い、第1のRAIDカード200の故障時には自動的にマスタを第2のRAIDカード400に切り替える。第2のRAIDカード400が第1のRAIDカード200と同じI/Oバスコンフィグレーションレジスタを持つことで、OSからは同じI/Oバス上の同じデバイスとして認識される為、OSやソフトウェアの処理を介さずにシステムの動作を継続する事が可能となる。
システム動作を継続したままRAIDカードの切り替えを行なう場合の実施形態の構成例を図5−1及び図5−2に示す。このうち図5−1は正常時の動作を表し、図5−2はRAIDカード故障後の動作を表す。
冗長構成としたい第1のRAIDカード710と第2のRAIDカード720を同じPCIバスコントローラ700配下に搭載し、カード間通信ケーブル730で互いに接続している。また、各RAIDカード配下にはそれぞれ第1のHDD711と第2のHDD721を接続している。
サーバの電源投入時に第1のRAIDカード710がマスタ、第2のRAIDカード720がスレーブになり、第1のRAIDカード710をRAIDコントローラとして、第1のHDD711と第2のHDD721でミラーを構成しているものとする。
次に、動作について説明する。図5−1のように正常動作時には、PCIバスコントローラからのライトデータを、第1のRAIDカード710が第1のHDD711に書き込むと共に、カード間通信ケーブル経由で第2のRAIDカード720に送信して、第2のRAIDカード720が第2のHDD721に書き込む。これにより第1のHDD711と第2のHDD721には同じデータが格納される。本実施形態のように第1のHDD711と第2のHDD721でミラー構成を組む場合には、読み出しはマスタRAIDカード配下の第1のHDD711からのみ実施すれば良い。
この状態から、スレーブ側のRAIDカード2が故障した場合は、第1のRAIDカード710が故障を認識し、第2のRAIDカード720へのパスを縮退した上で動作を継続する。
一方、図5−2のようにマスタ側のRAIDカード1が故障した場合には、第2のRAIDカード720が故障を認識し、自身をマスタに切替えた上で第2のHDD721のミラーデータを使用して動作を継続する。OSからみて第1のRAIDカード710と第2のRAIDカード720は同じPCIデバイスとしてみなされる為、マスタが第2のRAIDカード720に切り替わっても、OSやソフトウェアによる切替え処理は必要ない。
図6を参照して更に異なる実施形態について説明する。
図6に示すビルディングブロック方式のサーバで本発明を採用した場合の実施形態を示す。
ここで、ビルディングブロック方式のサーバとは、単体でも動作可能なサーバを複数台接続する事により、規模を拡大した1台のサーバとして動作する事を目的とした拡張方式であるものとする。
図6の実施形態では、第1のサーバ810と第2のサーバ820をサーバ接続ケーブル830で接続して1台のサーバを構築している。各サーバには、単体でも動作可能なように、サーバ毎にRAIDカード(第1のRAIDカード813及び第2のRAIDカード823)と内蔵HDD(第1の内蔵HDD814及び第2の内蔵HDD824)を搭載している。また、第1のRAIDカード813及び第2のRAIDカード823は、カード間通信ケーブル840で接続されている。更に、高価な外付けディスクアレイ装置を使用せず、起動用のOSディスクを第1の内蔵HDD814に格納しているものとする。
このようにビルディングブロック方式を採用するサーバの場合、その構造上、内蔵ディスクをコントロールするRAIDカードが必然的に分散される為、異なるサーバ上の内蔵ディスク間でRAIDを構成する事が不可能だった。
この為、図6の第1のサーバ810のOSディスクから起動できないような障害が発生した場合には、第2のサーバ820単体で起動可能なハードウェアを有しているにもかかわらず、第1のサーバ810を縮退して第2のサーバ820だけで起動する事ができなかった。
このような構成であっても本発明を採用した場合は、OSディスクである第1の内蔵HDD814のミラーを、第2の内蔵HDD824に持つ事が可能となる。その為、第1のサーバ810から起動できないような障害発生時にも、第2のサーバ820だけで起動して故障前の状態を再現する事が可能となる。
以上説明した本実施形態は、以下のような効果を奏する。
第1の効果は、RAIDカードとディスクの接続をバス構造とする必要が無くなり、安価にRAIDコントローラの冗長化を実現できることである。その理由は、異なるRAIDカード配下に接続されている物理ディスク間でRAIDを構成することが可能な為である。
第2の効果は、高価な外付けディスクアレイ装置を導入しなくても、従来の汎用サーバにRAIDカードを搭載するだけで可用性を向上できることである。その理由は、RAIDカードへの機能追加のみで実現可能な為である。
更に、本実施形態ではソフトウェアRAIDやマルチパスI/Oなど、ソフトウェアを介在する事なく、ハードウェアのみで可用性を向上できる。
なお、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。
100、811、1000、2000 オペレーティングシステム
110 ドライバ
200、813、2300 第1のRAIDコントローラ
210、410 データ送受信部
220、420 マスタ/スレーブ制御部
230、430 死活監視部
240、440 I/Oバスコンフィグレーションレジスタ
250、450 データ制御部
260、460 ディスク制御部
300 第1の物理ディスク
400、823、2400 第2のRAIDコントローラ
500 第2の物理ディスク
600、730 カード間通信ケーブル
700 PCIバスコントローラ
710 第1のRAIDカード
711 第1のHDD
720 第2のRAIDカード
721 第2のHDD
810 第1のサーバ
812、822 I/Oコントローラ
814 第1の内蔵HDD
820 第2のサーバ
824 第2の内蔵HDD
1100、1200 RAIDカード
1110、1120、1210、1220、2510、2520、2530 HDD
2100、2200 I/Oカード
110 ドライバ
200、813、2300 第1のRAIDコントローラ
210、410 データ送受信部
220、420 マスタ/スレーブ制御部
230、430 死活監視部
240、440 I/Oバスコンフィグレーションレジスタ
250、450 データ制御部
260、460 ディスク制御部
300 第1の物理ディスク
400、823、2400 第2のRAIDコントローラ
500 第2の物理ディスク
600、730 カード間通信ケーブル
700 PCIバスコントローラ
710 第1のRAIDカード
711 第1のHDD
720 第2のRAIDカード
721 第2のHDD
810 第1のサーバ
812、822 I/Oコントローラ
814 第1の内蔵HDD
820 第2のサーバ
824 第2の内蔵HDD
1100、1200 RAIDカード
1110、1120、1210、1220、2510、2520、2530 HDD
2100、2200 I/Oカード
Claims (10)
- 自身と同一の上位装置に接続されている他のRAIDカードと専用線により接続されており、自身の配下にあるディスクを制御するRAIDカードにおいて、
前記他のRAIDカードと前記専用線を介して調停を行い何れのRAIDカードがマスタになり何れのRAIDカードがスレーブとなるかを決定するマスタ/スレーブ制御手段と、
前記調停の結果マスタとなったRAIDカードのみを前記上位装置に認識させるデータ送受信手段と、
前記調停の結果マスタとなったRAIDカードからは自身の配下のディスク及び他のRAIDカードの配下のディスクを制御可能とし、前記スレーブとなったRAIDカードは前記マスタからの指示に従った自身の配下のディスクのデータ読み書きのみ制御可能とするデータ制御手段と、
前記スレーブとなった場合に、前記マスタとなったRAIDカードが故障していないか前記専用線を介して監視する死活監視手段と、
を備え、
前記スレーブとなった場合に、前記マスタとなったRAIDカードが故障していることを検出した場合は、自身の配下のディスクのデータを用いて前記マスタとして動作を開始することを特徴とするRAIDカード。 - 請求項1に記載のRAIDカードにおいて、
前記他のRAIDカードと同一のI/Oバスコンフィグレーションレジスタを有するように設定されており、前記上位装置からは同じI/Oバス上の同じデバイスとして認識されることを特徴とするRAIDカード。 - 請求項1又は2に記載のRAIDカードにおいて、
前記上位装置からのリソースチェックに対して前記マスタとなったRAIDカードの前記データ送受信手段だけがレスポンスを返すことにより前記マスタとなったRAIDカードのみを前記上位装置に認識させることを特徴とするRAIDカード。 - 請求項1乃至3の何れか1項に記載のRAIDカードにおいて、
自身の配下にある前記ディスクが複数であることを特徴とするRAIDカード。 - 第1のRAIDカードと、前記第1のRAIDカードと専用線を介して接続されている第2のRAIDカードと、前記第1のRAIDカード及び前記第2のRAIDカードの両方と接続されている上位装置と、を有するRAIDシステムにおいて、
前記第1のRAIDカード及び前記第2のRAIDカードが請求項1乃至4の何れか1項に記載のRAIDカードであることを特徴とするRAIDシステム。 - 第1のRAIDカードを備える第1のサーバと、第2のRAIDカードを備える第2のサーバと、を有しており前記第1のサーバと第2のサーバを接続したビルディングブロック方式サーバにおいて、
前記第1のRAIDカード及び前記第2のRAIDカードが専用線で接続されており、前記第1のRAIDカード及び前記第2のRAIDカードが請求項1乃至4の何れか1項に記載のRAIDカードであることを特徴とするビルディングブロック方式サーバ。 - 自身と同一の上位装置に接続されている第2のRAIDカードと専用線により接続されており、自身の配下にあるディスクを制御する第1のRAIDカードが行う冗長化方法であって、
前記他のRAIDカードと前記専用線を介して調停を行い何れのRAIDカードがマスタになり何れのRAIDカードがスレーブとなるかを決定するマスタ/スレーブ制御ステップと、
前記調停の結果マスタとなったRAIDカードのみを前記上位装置に認識させるデータ送受信ステップと、
前記調停の結果マスタとなったRAIDカードからは自身の配下のディスク及び他のRAIDカードの配下のディスクを制御可能とし、前記スレーブとなったRAIDカードは前記マスタからの指示に従った自身の配下のディスクのデータ読み書きのみ制御可能とするデータ制御ステップと、
前記第1のRAIDカードが前記スレーブとなった場合に、前記マスタとなったRAIDカードが故障していないか前記専用線を介して監視する死活監視ステップと、
を備え、
前記第1のRAIDカードが前記スレーブとなった場合に、前記マスタとなったRAIDカードが故障していることを検出した場合は、自身の配下のディスクのデータを用いて前記マスタとして動作を開始することを特徴とする冗長化方法。 - 請求項7に記載の冗長化方法において、
前記第1のRAIDカードが前記他のRAIDカードと同一のI/Oバスコンフィグレーションレジスタを有するように設定されており、前記上位装置からは同じI/Oバス上の同じデバイスとして認識されることを特徴とする冗長化方法。 - 請求項7又は8に記載の冗長化方法において、
前記上位装置からのリソースチェックに対して前記マスタとなったRAIDカードだけがレスポンスを返すことにより前記マスタとなったRAIDカードのみを前記上位装置に認識させることを特徴とする冗長化方法。 - 請求項7乃至9の何れか1項に記載の冗長化方法において、
前記第1のRAIDカード及び前記第2のRAIDカードの配下にある前記ディスクが複数であることを特徴とする冗長化方法。
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JP2022136607A (ja) * | 2021-03-08 | 2022-09-21 | Necプラットフォームズ株式会社 | 情報処理装置、情報処理方法及びプログラム |
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