TWI386797B - 根開機之方法、系統及用於根開機的電腦程式產品 - Google Patents
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Description
本發明一般係關於計算裝置的領域,更特別地,係關於一種用以有效率地讓計算裝置根開機的系統與方法。
根開機(root booting)是使用像是附接儲存陣列(attached storage array)之附接儲存裝置(attached storage device)上的一磁卷(volume)將計算裝置開機的實施方式。該磁卷可如同計算裝置由本地磁碟機(local drive)開機的之本地磁碟機的所有資料(包括作業系統、驅動程式、暫存檔案、應用程式、以及/或者虛擬記憶體交換空間)。
第一圖所示為用以根開機的一典型系統100,系統100一般包括複數個計算裝置101,可通訊地連接至一附接儲存裝置102,每一計算裝置101一般由在每一計算裝置101上被視為一虛擬磁卷(virtual volume)105之附接儲存裝置102的一專屬磁卷(dedicated volume)104開機。接著每一計算裝置101一般會繼續使用其個別的專屬磁卷104(透過個別的虛擬磁卷105)來操作。當每一計算裝置101在操作中由其個別的專屬磁卷104讀取資料以及/或者寫入資料至其個別的專屬磁卷104(透過個別的虛擬磁卷105),來自個別的專屬磁卷104的資料一般會被儲存在附接儲存裝置102的快取(cache)103的一個別的區域,以便快速存取。第二圖所示為每一計算裝置101與系統100的關係。每一計算裝置101只能夠存取用於計算裝置之個別的磁卷104與附接儲存裝置102的快取103的個別區域,儘管計算裝置101實際上只認知其附接儲存裝置102的個別虛擬
磁卷105。
一種用以根開機的系統與方法可包括複數個可通訊地連接至一附接儲存裝置的計算裝置。每一計算裝置可從該附接儲存裝置的一唯讀基礎磁卷(read-only base volume)開機。唯讀基礎磁卷可包括通用於該複數個計算裝置的資料,其中包括但不限於一或更多個作業系統、驅動程式(driver)、暫存檔案、應用程式,以及/或者虛擬記憶體交換空間。唯讀基礎磁卷的常存取資料(frequently accessed data)可被儲存在附接儲存裝置的快取的一部分。附接儲存裝置也可包括複數個磁卷,每一個磁卷專屬於複數個計算裝置的其中之一,並為在該唯讀基礎磁卷的寫入快照(write snapshot)上之重定向。用於每一計算裝置的個別的磁卷可包括用於一計算裝置的唯一項目,像是唯一的註冊金鑰、虛擬記憶體交換空間,以及/或暫存檔案。如果任何一個計算裝置對唯讀基礎磁卷的資料進行變動,該變動可被指向並儲存於該計算裝置所用之個別的磁卷中。每一磁卷的常存取資料可被儲存於用於該個別的磁卷之附接儲存裝置的快取的一部分。唯讀基礎磁卷、快取的該部分、以及個別的磁卷可以一虛擬磁卷(virtual volume)的方式呈現給每一該複數個計算裝置。當來自唯讀基礎磁卷的資料沒有為個別的計算裝置變動時,儲存系統可從唯讀基礎磁卷映射資料至用於每一該複數個計算裝置的個別的虛擬磁卷,當來自唯讀基礎磁卷的資料有為個別的計算裝置變動時,儲存系統可從個別的磁卷映射資料至用於每一該複數個計算裝置301的個別的虛擬磁卷。
唯讀基礎磁卷可被儲存於一或更多個固態磁碟(solid state drive,SSD)(使用固態記憶體來儲存持續的資料的資料儲存裝置),該固態磁碟可被設定為一獨立磁碟冗餘陣列(redundant array of independent disk,RAID)以及/或者以用於備援用途的一或更多個其他儲存驅動器(storage drive)被鏡射。該複數個磁卷的每一個可被儲存於一或更多個可被設定為一RAID的固態磁碟以及/或者硬碟機。附接儲存裝置可被操作以將通用於複數個計算裝置的資料加入至該唯讀基礎磁卷。因此,用來根開機複數個計算裝置的唯讀基礎磁卷可藉由將新的通用資料指定給該唯讀基礎磁卷而被更新。
本發明可改善從附接儲存裝置的磁卷根開機複數個計算裝置所用的儲存空間、I/O、以及快取的低效率。本發明藉由將唯讀基礎磁卷儲存於一或更多個固態磁碟,可利用固態磁碟所提供的讀取效能。由於複數個計算裝置只有使用一個唯讀基礎磁卷,相較於硬碟機固態磁碟所提供的讀取效能和固態磁碟一般較高的成本之間得以取得平衡。另外,本發明並不需要在I/O路徑中使用重覆刪除的程式碼(deduplication code),也可達到較簡單的系統實施。
應可了解的是前述概要的說明與後續詳細的實施例說明僅為舉例和說明,並非用以限定本發明。本說明書所附的圖式係合併入並組成說明書的一部分用來說明本發明的標的,而說明與圖示係相互用以解釋本發明的主要精神。
以下將配合所附圖表詳細說明本發明。
從一附接儲存儲存裝置對複數個計算裝置根開機(root
booting)時,如果為每一計算裝置使用一個別的磁卷是沒有效率的。在許多情況下,當複數個計算裝置從附接儲存裝置的磁卷開機時,包含在個別的磁卷內的資料(包括但不限於作業系統、驅動程式、暫存檔案、應用程式、以及/或者虛擬記憶體交換空間等)可能會近乎相同。因此,儲存空間可能會被浪費掉。此外,複數個伺服器的每一個會具有一或更多個作業系統、驅動程式、暫存檔案、應用程式,以及/或者虛擬記憶體交換空間的一個別複本,因此對複數個伺服器的每一個來說,同樣的資料會從個別的磁卷個別地讀取。所以,為了從個別的磁卷讀取重複個資料,就會有不大需要的I/O(輸入/輸出)。此外,由於資料被複製在個別的磁卷,個別的磁卷可能會搶用在附接儲存裝置內的有限快取空間(以及/或者一可通訊地連接複數個計算裝置的其中之一至附接儲存裝置的控制器)。因此,複數個伺服器的每一個可能會碰到更多的快取未中(cache miss),導致為了要與儲存於一或更多個儲存驅動器內個別的磁卷互動要花更多的I/O,進而降低了效能。
第三圖所示為根據本發明的一實施例之用以根開機的系統300,系統300包括複數個計算裝置301可通訊地連接至一附接儲存裝置302。複數個計算裝置301可包含任一種數位計算裝置,包括但不限於,個人桌上型電腦、個人膝上型電腦、伺服器電腦、以及/或者虛擬終端機(dummy terminal)。每一計算裝置301可從附接儲存裝置302上的一唯讀基礎磁卷305來開機,該附接儲存裝置302上的一唯讀基礎磁卷305係呈現給每一計算裝置301為一用於該計算裝置之虛擬磁卷(virtual volume)307。唯讀基礎
磁卷305可包括通用於複數個計算裝置301的資料,包括但不限於一或更多個作業系統、驅動程式、暫存檔案、應用程式、以及/或者虛擬記憶體交換空間等。唯讀基礎磁卷的常存取資料可被儲存於附接儲存裝置302的快取303的一部分304內。由於快取303的該部分304可儲存唯讀基礎磁卷中常被複數個計算裝置101的任一個(透過個別的虛擬磁卷307)存取的資料,因此快取303的該部分304在整個快取中所佔的比例,應可比如果用到個別的磁卷(會要求快取的個別部分)所佔的比例要多,而且在一給定時間內,在快取中用於每一該複數個計算裝置303的資料可以更多,以達到較少的快取未中。附接儲存裝置302也可同樣包括複數個磁卷306,每一個磁卷專屬該複數個計算裝置301的其中一個,該複數個磁卷係為在該唯讀基礎磁卷305的寫入快照(write snapshot)上之重定向。用於每一計算裝置301的個別的磁卷306可包括用於該計算裝置301的唯一項目,像是唯一的註冊金鑰、虛擬記憶體交換空間、以及/或者暫存檔案。如果任一個計算裝置301對唯讀基礎磁卷305的資料進行變動(透過個別的虛擬磁卷307),該變動可被指向並儲存於計算裝置301所用的個別的磁卷306中。每一磁卷306的常存取資料可被儲存於用於個別的磁卷306之附接儲存裝置的快取303的一部分304。當來自唯讀基礎磁卷305的資料沒有為個別的計算裝置301變動時,儲存系統302可從唯讀基礎磁卷305映射資料給用於每一該複數個計算裝置301的個別的虛擬磁卷307,當來自唯讀基礎磁卷305的資料有為個別的計算裝置301變動時,儲存系統可從個別的磁卷306映射資料至用
於每一該複數個計算裝置301的個別的虛擬磁卷。
複數個計算裝置301可包含無磁碟的伺服器。唯讀基礎磁卷305可被儲存於一或更多個固態磁碟(使用固態記憶體來儲存持續的資料的資料儲存裝置)。唯讀基礎磁卷可被儲存於一或更多個被設定為一獨立磁碟冗餘陣列(redundant array of independent disk,RAID)之儲存驅動器。一或更多個儲存驅動器可被設定為一沒有實施備援的RAID,其中資料會被分割儲存於複數個儲存驅動器內。唯讀基礎磁卷305可儲存於一或更多個儲存驅動器,該儲存驅動器以一或更多個其他儲存驅動器鏡射,以作為備援用途。如果唯讀基礎磁卷305被儲存於以其他儲存驅動器鏡射的一或更多個儲存驅動器中,複數個計算裝置301可透過該一或更多個儲存驅動器存取唯讀基礎磁卷305(透過個別的虛擬磁卷307),而非一或更多個其他儲存驅動器。舉例來說,唯讀基礎磁卷305可被儲存於一或更多個固態磁碟,該固態磁碟以一或更多個硬碟機(一種數位地儲存編碼資料於具有磁性表面的轉盤上的非揮發儲存裝置)鏡射,而複數個計算裝置301可透過該一或更多個固態磁碟存取唯讀基礎磁卷305(透過個別的虛擬磁卷307),而非該一或更多個硬碟機。複數個磁卷306的每一個可被儲存於一或更多個固態磁碟以及/或者硬碟機內。複數個磁卷306的每一個可被儲存於一或更多個被設定為一RAID的儲存驅動器內。儲存驅動器可被設定為一沒有實施備援的RAID,其中資料會被分割儲存於複數個儲存驅動器內。附接儲存裝置302可包含一或更多個網路附接儲存(network attached storage,NAS)裝置以及/或者一或更多個儲存區
域網路(storage area network,SAN)裝置。附接儲存裝置302可包含一或更多個RAID儲存裝置。
第四圖所示為每一個計算裝置301所看到的系統300。每一個計算裝置301僅能存取唯讀基礎磁卷305、用來儲存來自唯讀基礎磁卷305的常存取資料之快取303的部分304、個別的磁卷306以及用來儲存來自個別的磁卷306的常存取資料之快取303的部分304,不過計算裝置301實際上只認知其個別的附接儲存裝置302的個別的虛擬磁卷307。
附接儲存裝置302可被操作以將通用於複數個計算裝置301的資料加入唯讀基礎磁卷305。在此方式下,用來根開機複數個計算裝置的唯讀基礎磁卷305可藉由將新的通用資料指定唯讀基礎磁卷305而被更新。
儘管本發明已經說明與敘述了複數個計算裝置,其由一附接儲存裝置的一通用唯讀基礎磁卷開機,而每一個計算裝置將儲存特定於個別的計算裝置的資料至一專屬於該個別的計算裝置的通用的唯讀基礎磁卷之寫入快照中的重定向(兩者對每一該複數個計算裝置呈現為個別的計算裝置所用的虛擬磁卷),然而要注意的是不只一種複數個計算裝置,也可利用通用於該個別的複數個計算裝置之個別的唯讀基礎磁卷來開機,而不會悖離本發明的範疇。舉例來說,十個Linux伺服器與十個微軟Windows伺服器均可通訊地耦接至同一個附接儲存裝置。十個Linux伺服器可從附接儲存裝置中通用於該十個Linux伺服器的Linux唯讀基礎磁卷開機,而十個微軟Windows伺服器可從附接儲存裝置中通用於該十個微軟Windows伺服器的Linux唯讀基
礎磁卷開機。
本發明可減少從附接儲存裝置根開機複數個計算裝置所需的儲存空間、I/O,以及快取的低效率。本發明可藉由將唯讀基礎磁卷305儲存於一或更多個固態磁碟以利用由固態磁碟所提供的讀取效能。由於複數個計算裝置301只有使用一個唯讀基礎磁卷305,相較於硬碟機,固態磁碟所提供的讀取效能和固態磁碟一般較高的成本之間得以取得平衡。另外,本發明並不需要在I/O路徑中使用重覆刪除的程式碼(deduplication code),也可達到較簡單的系統300之實施。
第五圖所示為根據本發明的一實施例之複數個計算裝置之根開機的方法。在步驟501,由一被儲存於至少一個儲存驅動器的附接儲存裝置的一唯讀基礎磁卷根開機複數個計算裝置,該唯讀基礎磁卷包含該等計算裝置通用的至少一個作業系統或至少一個應用程式的其中至少一個,該至少一個儲存驅動器可包含至少一個固態磁碟。該至少一個儲存驅動器可包含被設定為一RAID之複數個儲存驅動器。複數個計算裝置可包含複數個無磁碟的計算裝置。附接儲存裝置可包含一附接的RAID裝置。在步驟502,從該複數個計算裝置接收用於該唯讀基礎磁卷的寫入。在步驟503,將用於每一該複數個計算裝置之寫入重定向至該附接儲存裝置的複數個磁卷的其中一個,該附接儲存裝置的複數個磁卷係為在該唯讀基礎磁卷的寫入快照上之重定向,該附接儲存裝置的複數個磁卷的每一個係專屬於該等計算裝置的其中之一並儲存特定於該等計算裝置的其中之一的資料。該複數個磁卷的每一個可被儲存於至少一個硬
碟機。該複數個磁卷的每一個可被儲存於被設定為一RAID之複數個硬碟機中。特定於該等複數個計算裝置的其中之一的資料可包含至少一個註冊金鑰、至少一個虛擬記憶體交換空間、或至少一個暫存檔案的至少其中之一。
第六圖所示為根據本發明的一替代實施例之複數個計算裝置之根開機的方法。在步驟601,由一被儲存於至少一個儲存驅動器之附接儲存裝置的一唯讀基礎磁卷根開機複數個計算裝置,該唯讀基礎磁卷包含該等計算裝置通用的至少一個作業系統或至少一個應用程式的其中至少一個,該至少一個儲存驅動器可包含至少一個固態磁碟。該至少一個儲存驅動器可包含被設定為一RAID之複數個儲存驅動器。複數個計算裝置可包含複數個無磁碟的計算裝置。該附接儲存裝置可包含一附接的RAID裝置。在步驟602,以至少一個附加儲存驅動器鏡射該至少一個儲存驅動器。在步驟603,從該複數個計算裝置接收用於該唯讀基礎磁卷的寫入。在步驟604,將用於每一該複數個計算裝置之寫入重定向至該附接儲存裝置的複數個磁卷的其中一個,該附接儲存裝置的複數個磁卷係為在該唯讀基礎磁卷的寫入快照之重定向,該附接儲存裝置的複數個磁卷的每一個係專屬於該等計算裝置的其中之一並儲存特定於該等計算裝置的其中之一的資料。該複數個磁卷的每一個可被儲存於至少一個硬碟機。該複數個磁卷的每一個可被儲存於被設定為一RAID之複數個硬碟機中。特定於該等複數個計算裝置的其中之一的資料可包含至少一個註冊金鑰、至少一個虛擬記憶體交換空間、或至少一個暫存檔案的至少其中之一。
第七圖所示為根據本發明的另一替代實施例之複數個計算裝置之根開機的方法。在步驟701,由一被儲存於至少一個儲存驅動器的附接儲存裝置的一唯讀基礎磁卷根開機複數個計算裝置,該唯讀基礎磁卷包含該等計算裝置通用的至少一個作業系統或至少一個應用程式的其中至少一個,該至少一個儲存驅動器可包含至少一個固態磁碟。該至少一個儲存驅動器可包含被設定為一RAID之複數個儲存驅動器。複數個計算裝置可包含複數個無磁碟的計算裝置。附接儲存裝置可包含一附接的RAID裝置。在步驟702,從該複數個計算裝置接收用於該唯讀基礎磁卷的寫入。在步驟703,將用於每一該複數個計算裝置之寫入重定向至該附接儲存裝置的複數個磁卷的其中一個,該附接儲存裝置的複數個磁卷係為在該唯讀基礎磁卷的寫入快照之重定向,該附接儲存裝置的複數個磁卷的每一個係專屬於該等計算裝置的其中之一並儲存特定於該計算裝置的其中之一的資料。該複數個磁卷的每一個可被儲存於至少一個硬碟機。該複數個磁卷的每一個可被儲存於被設定為一RAID之複數個硬碟機中。特定於該等複數個計算裝置的其中之一的資料可包含至少一個註冊金鑰、至少一個虛擬記憶體交換空間、或至少一個暫存檔案的至少其中之一。在步驟704,將通用資料加入至唯讀基礎磁卷。
在本發明中,所揭示的方法可以指令集或可由一裝置可讀取的軟體來實施。此外,應可了解的是在方法中所揭示的特定次序或步驟的階層係示範方法的範例。而方法中所揭示的特定次序或步驟的階層可根據設計偏好,進行重新排列,同時仍屬於本發明的範疇。所附的方法是以示範
的次序來說明各個步驟的元件,而這些元件並不一定要侷限在所示的特定次序或階層。
確信藉由以上的描述將可瞭解本發明之揭露及許多其伴隨的優點,在不悖離其所揭露的主要項目及不犧牲其全部的實質效果下,其明顯的可在其組成元件的形式、結構、排列作出多種的變更,所描述的格式僅只為了說明性的,申請專利範圍係能夠涵蓋且包含該等變更。
100‧‧‧系統
101‧‧‧計算裝置
102‧‧‧附接儲存裝置
103‧‧‧快取
104‧‧‧專屬磁卷
105‧‧‧虛擬磁卷
300‧‧‧系統
301‧‧‧計算裝置
302‧‧‧附接儲存裝置
303‧‧‧快取
304‧‧‧快取的部分
305‧‧‧唯讀基礎磁卷
306‧‧‧個別的磁卷
307‧‧‧虛擬磁卷
藉由參考該等隨附圖式,可由本技術領域中具有通常技藝者更佳地瞭解本發明所揭露的許多特點:第一圖所示為用於根開機的一典型系統;第二圖所示為從複數個計算裝置的其中之一之觀點來看第一圖的系統;第三圖所示為根據本發明的一實施例之用以根開機的系統;第四圖所示為根據本發明的一實施例,從複數個計算裝置的其中之一之觀點來看第三圖的系統;第五圖的流程圖所示為根據本發明的一實施例之用以根開機的方法;第六圖的流程圖所示為根據本發明的一替代實施例之用以根開機的方法;以及第七圖的流程圖所示為根據本發明的另一替代實施例之用以根開機的方法。
300‧‧‧系統
301‧‧‧計算裝置
302‧‧‧附接儲存裝置
303‧‧‧快取
304‧‧‧快取的部分
305‧‧‧唯讀基礎磁卷
306‧‧‧個別的磁卷
307‧‧‧虛擬磁卷
Claims (16)
- 一種根開機之方法,包含:從被儲存於至少一個固態硬碟(solid state drive)之一附接儲存裝置的一唯讀基礎磁卷(read-only base volume)根開機(root booting)複數個計算裝置,該唯讀基礎磁卷包含至少一個作業系統及至少一個應用程式,該等作業系統和該等應用程式係通用於該等計算裝置;從該複數個計算裝置處接收用於該唯讀基礎磁卷的寫入;將用於每一該複數個計算裝置之寫入重定向至該附接儲存裝置的複數個磁卷的其中一個,該附接儲存裝置的複數個磁卷為在該唯讀基礎磁卷的寫入快照上之重定向,該附接儲存裝置的複數個磁卷的每一個係專屬於該等計算裝置的其中之一並儲存特定於該等計算裝置的其中之一的資料,該特定於該等複數個計算裝置的其中之一的資料包含至少一個註冊金鑰(registration key)、至少一個虛擬記憶體交換空間(virtual memory swap space)、或至少一個暫存檔案(temporary file)的至少其中之一;將該基礎磁卷的經常存取資料儲存於該附接儲存裝置的快取的部分;以及將該複數個磁卷的經常存取資料儲存於該快取的複數個部分,該快取的複數個部分之每一者係被設定為儲存該等複數個磁卷之特定磁卷的經常存取資 料。
- 如申請專利範圍第1項所述的根開機之方法,更包含:以至少一個附加固態硬碟鏡射(mirroring)該至少一個固態硬碟。
- 如申請專利範圍第1項所述的根開機之方法,其中在將用於每一該複數個計算裝置之寫入重定向至該附接儲存裝置的複數個磁卷的其中一個之步驟包含:將用於每一該複數個計算裝置之寫入重定向至儲存於至少一個硬碟機(hard disk drive)之該附接儲存裝置的複數個磁卷的其中一個。
- 如申請專利範圍第1項所述的根開機之方法,其中在將用於每一該複數個計算裝置之寫入重定向至該附接儲存裝置的複數個磁卷的其中一個之步驟包含:將用於每一該複數個計算裝置之寫入重定向至儲存於被設定於一獨立磁碟冗餘陣列的複數個硬碟機中之該附接儲存裝置的複數個磁卷的其中一個。
- 如申請專利範圍第1項所述的根開機之方法,更包含:將通用資料(common data)加入至該唯讀基礎磁卷。
- 如申請專利範圍第1項所述的根開機之方法,其中在由儲存於至少一個固態硬碟之一附接儲存裝置的一唯讀基礎磁卷根開機複數個計算裝置的步驟中包含:由儲存於至少一個固態硬碟之一附接儲存裝置的一唯讀基礎磁卷根開機複數個無磁碟的計算裝置。
- 如申請專利範圍第1項所述的根開機之方法,其中在由儲存於至少一個固態硬碟之一附接儲存裝置的一唯讀 基礎磁卷根開機複數個計算裝置的步驟中包含:由儲存於至少一個固態硬碟之一附接獨立磁碟冗餘陣列裝置的一唯讀基礎磁卷根開機複數個的計算裝置。
- 如申請專利範圍第1項所述的根開機之方法,其中若在該等複數個磁卷中該快取係等比例分割時,被設定為儲存該唯讀基礎磁卷的經常存取資料之該快取的該部分的數量會比該快取的一部分還大。
- 一種根開機之系統,包含:一附接儲存裝置,其包括一被儲存於至少一個固態硬碟的一唯讀基礎磁卷與複數個磁卷,該等磁卷係為在該唯讀基礎磁卷的寫入快照上之重定向,該附接儲存裝置更包括一快取,該快取所包含的一部分係被設定為儲存該唯讀基礎磁卷之經常存取資料、且該快取包含複數個部分,該快取的複數個部分之每一者係被設定為儲存該等複數個磁卷的特定磁卷的經常存取資料;以及複數個計算裝置,其由該唯讀基礎磁卷開機,其中該唯讀基礎磁卷包含通用於該複數個計算裝置之至少一個作業系統及至少一個應用程式,從該複數個計算裝置接收到用於該唯讀基礎磁卷的寫入係被重定向至該複數個磁卷的其中之一,而該附接儲存裝置的每一該複數個磁卷係專屬於該複數個計算裝置的其中之一,並儲存特定於該複數個計算裝置的其中一個之資料,該特定於該等複數個計算裝置的其中之一的資料包含至少一個註冊金鑰、至 少一個虛擬記憶體交換空間、或至少一個暫存檔案的至少其中之一;
- 如申請專利範圍第9項所述的根開機之系統,其中該至少一個固態硬碟係以至少一個附加固態硬碟鏡射。
- 如申請專利範圍第9項所述的根開機之系統,其中該複數個磁卷係被儲存於至少一個硬碟機。
- 如申請專利範圍第9項所述的根開機之系統,其中該複數個磁卷係被儲存於被設定為獨立磁碟冗餘陣列的複數個硬碟機中。
- 如申請專利範圍第9項所述的根開機之系統,其中該附接儲存裝置可被操作以將通用資料加入該唯讀基礎磁卷。
- 如申請專利範圍第9項所述的根開機之系統,其中該複數個計算裝置包含無磁碟的計算裝置。
- 如申請專利範圍第9項所述的根開機之系統,其中該附接儲存裝置包含一附接獨立磁碟冗餘陣列裝置。
- 如申請專利範圍第9項所述的根開機之系統,其中若在該等複數個磁卷中該快取係等比例分割時,被設定為儲存該唯讀基礎磁卷的經常存取資料之該快取的該部分的數量會比該快取的一部分還大。
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Publication number | Publication date |
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TW201001165A (en) | 2010-01-01 |
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