TWI534702B - 有效管理階層之間的資料轉移的設備 - Google Patents
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Description
本發明大體上係指向資料儲存系統,且更特別地指向階層式資料儲存系統。
在以區塊為基礎之儲存系統中,整體系統執行效率係藉由將經常存取資料(熱門資料)移動至更快又更有能力之驅動器且同時將較少存取資料(冷門資料)移動至較少能力之慢速儲存裝置。相較於對所有儲存需求使用高執行效率儲存裝置,這個已知為儲存階層技術之解決方案更具成本效益。一典型階層式架構會利用較便宜且較少能力驅動器(例如,序列進階技術附接裝置(SATA)驅動器)之大儲存集合做為“慢速階層”,及昂貴且更具能力驅動器(例如,固態硬碟機)之小集合做為“快速階層”。階層技術相較於其它同等架構每單位成本提供更佳的執行效率。
有效階層技術要有效,必須將熱門資料維持於該快速階層上且必須將冷門資料維持於該慢速階層上,即使該資料存取頻率改變超過時間時亦然。一階層式資料儲存系統追蹤該資料或資料區塊之存取頻率並在存取頻率改變時移動於階層間之資料。階層間之資料移動係佔用實際服務輸出入頻寬之負擔。
結果,若有適合有效地轉移一階層式資料儲存系統內部階層間之資料的設備存在會是有利的。
有鑑於此,本發明係導向有效地轉移一階層式資料儲存系統內部階層間之資料的新穎的方法及設備。
本發明一實施例係一種具有一快速階層及一慢速階層之資料儲存系統,其中,該快速階層中的一部分被保留。在前述冷門資料變成熱門時,該資料係自該慢速階層轉移至該快速階層之預留部分。一表格最初追蹤該快速階層之預留部分中的全部空間。在資料變成熱門並轉移至該快速階層之預留部分時,修改該表格以將該慢速階層上之先前所在位置的資料添加至該預留部分並自該預留部分中將該快速階層上之新位置資料移除。經由本方法,資料轉移顯著地係自該慢速階層至該快速階層,而不用自該快速階層至該慢速階層之立即相對應轉移,藉此降低該初始轉移負擔。當某個百分比預留部分已被轉移至該慢速階層時,該資料儲存系統執行自該快速階層至該慢速階層之大量冷門資料轉移。該大量轉移時序可視可用系統資源而定。
要了解前述一般性說明及下列詳細說明兩者只是示範性及說明性,而非限制本案所要保護的發明。整合並構成部分說明書之附圖說明本發明一實施例並連同該一般性說明一起用以說明該些原理。
現在將對揭示主題詳加參考,其係示於該些附圖。本
發明範圍係只受到該些申請專利範圍所限制;許多替代例、變化例及等效例係包括在內。基於簡潔目的,該些實施例之相關技術領域中之已知技術材料未被詳加說明以避開不必要混淆該說明。
參考至圖1,顯示一資料儲存系統方塊圖。配置本發明實施例之資料儲存系統可包含一處理器102、連接至該處理器之記憶體及一或更多資料儲存裝置106、108。本發明關於一階層式資料儲存系統中之資料轉移;因此,配置本發明實施例之資料儲存系統可具有一快速資料儲存階層106及一慢速資料儲存階層108。替代性地,參考至圖2,配置本發明實施例之資料儲存系統可具有包括一或更多虛擬驅動裝置204、206、208之一或更多邏輯階層驅動裝置202。每一個驅動裝置204、206、208可為用以存取一或更多實體驅動裝置之邏輯構造。例如,一SATA虛擬驅動裝置204可為用以存取複數個序列進階技術附接裝置硬碟機之邏輯構造;一序列附接式小電腦系統介面(SAS)虛擬驅動裝置206可為用以存取複數個序列附接式小電腦系統介面硬碟機之邏輯構造;以及一SSD虛擬驅動裝置208可為用以存取複數個固態硬碟機之邏輯構造。在具有例如圖2之一或更多階層式驅動裝置202之階層式資料儲存系統中,每一個階層式驅動裝置202可對外部使用者顯現並處理成具有單一及統一邏輯區塊位址(LBA)系統之單一資料儲存裝置。
為了有效,一階層式資料儲存系統必須維持最常存取資料(熱門資料)於該快速階層上。相較於用以配置一慢速階
層之技術,用以配置一快速階層之技術每資料儲存單位具有較高成本;因此,該快速階層可具有一相對小的總儲存容量。在不同資料存取超過時間時,可改變資料存取模式,使先前冷門資料變成熱門資料而先前熱門資料變成冷門資料。因此,一階層式資料儲存系統必須在先前冷門資料變熱門時,將資料自該慢速階層轉移至該快速階層。因為該快速階層係相對小的,故變成冷門超過時間之資料需轉移至該慢速階層以釋出在該快速階層上之容量。
根據本發明之階層式儲存裝置可保留該資料儲存裝置上之一部分容量做為預留空間。參考至圖3A及圖3B,圖3A顯示在具有一快速階層308及一慢速階層306之階層式資料儲存裝置中之初始資料分佈方塊圖。該快速階層308及該慢速階層306可被分配成資料區塊314。全部資料區塊314可以同大小。每一個資料區塊314可被指定一階層式驅動裝置邏輯區塊位址(TD LBA)310。每一個資料區塊也可被指定一邏輯驅動裝置邏輯區塊位址(LD LBA),尤指例如一SSD虛擬驅動裝置208般之虛擬驅動裝置或一實體驅動裝置。預留空間初始可包括複數個未映射資料區塊於該快速階層中。在該快速階層上之全部資料區塊314可用於資料儲存,然包括該預留空間312之未映射資料區塊例外。包括該預留空間312之未映射資料區塊只可用於資料轉移用途之控制器。預留空間312可為該快速階層308之總容量的某個百分比;例如,五個百分比(5%)。圖3B顯示一未映射資料區塊預留空間表格302。在該未映射資料區塊預留空
間表格302中之每一筆記錄304可識別一未映射資料區塊在該資料儲存裝置中的位置。圖3B表格中之每一筆記錄304經由邏輯驅動裝置邏輯區塊位址及階層來識別每一個未映射資料區塊,但是一熟知此項技術之人士會理解到其它識別機制也是可行的;例如,每一個未映射資料區塊可經由階層式驅動裝置邏輯區塊位址來識別之。該預留空間表格302可維持於該快速階層308上。
參考至圖4A及圖4B,圖4A顯示在具有一快速階層308及一慢速階層306之階層式資料儲存裝置中之資料分佈方塊圖,其中,一資料區塊已自該慢速階層306轉移至該快速階層308。該資料儲存系統可分析到資料存取模式超過時間且決定該慢速階層306上之一或更多資料區塊已較該快速階層308上之資料區塊更常被存取而成為熱門。例如,在一第一慢速階層資料區塊406中之資料因為常常使用或處理存取超過時間而變得熱門。為了極大化資料儲存系統效率,儲存於該第一慢速階層資料區塊406中之資料必須被轉移至該快速階層308;然而,如圖4A所示,在該快速階層308上之全部映射資料區塊會被填滿。在此例中,該資料儲存系統可將資料自該第一慢速階層資料區塊406轉移至該快速階層308上之第一未映射快速階層資料區塊404。該預留空間表格302接著可被修改以表達自該第一慢速階層資料區塊406至該快速階層308之資料轉移。一第一轉移記錄402可被更新以指引至該第一慢速階層資料區塊406,或一第一轉移記錄可被添加至該預留空間表格302
以指引至該第一慢速階層資料區塊406並移除指引至該第一未映射快速階層資料區塊404之相對應記錄。該第一慢速階層資料區塊406接著可變成該預留空間的一部分。因此,對於該第一資料轉移而言,根據本發明資料轉移係單向的;也就是,該資料儲存系統未轉移來自該快速階層上之一資料區塊中的資料以讓出空間給來自該慢速階層上之一資料區塊中的資料。相較於一傳統階層式資料儲存系統中之資料轉移,根據本發明之資料轉移帶來一相對應較低的負擔。
參考至圖5A及圖5B,圖5A顯示具有一快速階層308及一慢速階層306之階層式資料儲存裝置中之資料分佈方塊圖,其中,二資料區塊已自該慢速階層306轉移至該快速階層308。在該資料儲存系統決定在該慢速階層306上之二資料區塊已較在該快速階層308上之資料區塊更常被存取而成為熱門之處,該資料儲存系統可將該資料自一第一慢速階層資料區塊406轉移至該快速階層308上之第一未映射快速階層資料區塊404,並修改如圖4A及圖4B所示之預留空間。該資料儲存系統接著可將該資料自一第二慢速階層資料區塊506轉移至該快速階層308上之第二未映射快速階層資料區塊504。該預留空間表格302接著可被修改以表達自該第二慢速階層資料區塊506至該第二未映射快速階層資料區塊504之資料轉移。一第二轉移記錄502可被更新以指引至該第二慢速階層資料區塊506,或一第二轉移記錄可被添加至該預留空間表格302以指引至該第二
慢速階層資料區塊506並移除指引至該第二未映射快速階層資料區塊504之相對應記錄。該第二慢速階層資料區塊506接著可變成該預留空間的一部分。因此,根據本發明資料轉移持續為單向的,即使是超過一資料轉移亦然。相較於一傳統階層式資料儲存系統中之資料轉移,根據本發明之資料轉移帶來一相對應較低的負擔。
參考至圖6A及圖6B,圖6A顯示具有一快速階層308及一慢速階層306之階層式資料儲存裝置之資料分佈方塊圖,其中,該資料儲存系統進行一“冷門資料交換”以透過自該快速階層308上之一或更多資料區塊至該慢速階層306之大量資料轉移而將預留空間還給該快速階層308。在根據本發明資料儲存系統操作期間,初始分配於該快速階層308(見圖3A中之預留空間312)上的預留空間事實上在該慢速階層306上之資料變熱門並被轉移至該快速階層306之預留空間中的未映射資料區塊時,轉移至該慢速階層306。
來自該慢速階層306之資料區塊的每一個資料轉移係伴隨著透過記錄預留空間中之每一個資料區塊位置的預留空間表格302,自該快速階層308轉移至該慢速階層306之相對應預留空間轉移。經由追縱該慢速階層306之預留空間的資料區塊,該資料儲存系統在該慢速階層上保留足夠的空間,以在轉移至該快速階層308的熱門資料超過時間時,定期地轉移來自該快速階層308之資料區塊的冷門資料。
該資料儲存系統可包含一轉移臨界值。該轉移臨界值
可在自該慢速階層306轉移至該快速階層308的預留空間數量上有所限制。該轉移臨界值可為該初始預留空間的某一百分比,例如,百分之八十(80%),然而那些熟知此項技術之人士會理解到80%係示範性,其它臨界值也可被運用。在達到該轉移限制時,該資料儲存系統可開始一“冷門資料交換”。一冷門資料交換係藉由將該快速階層之資料區塊的冷門資料轉移至該預留空間表格302所辨識之慢速階層的資料區塊以將預留空間還給該快速階層308的程序。替代性地,可在預定區間或在系統使用低於一臨界值時開始一冷門資料交換,以使得該冷門資料交換不會降低該資料儲存系統的終端使用者執行效率。
在該資料儲存系統決定一冷門資料交換應該開始之處,該資料儲存系統決定在該快速階層308上什麼樣的資料已變成冷門。例如,相較於該快速階層308上的其它資料區塊,該資料儲存系統可決定在該快速階層308上的二資料區塊606、608已較少被存取而成為冷門。該資料儲存系統可將該資料自一第一快速階層資料區塊606轉移至經由該預留空間表格302(見圖5A中之第一轉移記錄402)中之轉移記錄辨識為預留空間的一第一慢速階層資料區塊406。用以辨識該第一慢速階層資料區塊406之轉移記錄602可被更新以導引至該第一快速階層資料區塊606,或者,一轉移記錄602可被添加至該預留空間表格302以在導引至該第一慢速階層資料區塊406之相對應記錄被移除時,將記錄602導引至該第一快速階層資料區塊606。該資料儲存
系統接著可將該資料自一第二快速階層資料區塊608轉移至經由該預留空間表格302(見圖5A中之第二轉移記錄502)中之轉移記錄辨識為預留空間的一第二慢速階層資料區塊506。用以辨識該第二慢速階層資料區塊506之轉移記錄604可被更新以導引至該第二快速階層資料區塊608,或者,一轉移記錄604可被添加至該預留空間表格302以在導引至該第二慢速階層資料區塊506之相對應記錄被移除時,將記錄604導引至該第二快速階層資料區塊608。在一冷門資料交換期間,來自該快速階層308之複數個資料區塊的資料係一次轉移至該慢速階層306上,該預留空間表格所辨識之慢速階層306上的預定位置。
參考至圖7,顯示用於本發明一實施例之流程圖。具有至少一慢速階層或慢速資料儲存裝置及至少一快速階層或快速資料儲存裝置之一階層式資料儲存系統可極大化該資料儲存系統之可用性,以藉由降低尖峰使用時期之資料轉移操作的負擔來管理資料要求。在該資料儲存系統依據資料存取模式而決定該慢速資料儲存系統上的資料已變得熱門之處,該資料儲存系統可將資料自該慢速資料儲存裝置上的一資料區塊轉移702至該快速資料儲存裝置上的一預留空間資料區塊。預留空間資料區塊係一預留空間表格所辨識之資料區塊。預留空間資料區塊未分配給該資料儲存系統進行一般性用途,而是特定預留給資料轉移操作用。當資料已自該慢速資料儲存裝置上的一資料區塊轉移至該快速資料儲存裝置上的一資料區塊時,該資料儲存系統可
添加704該慢速資料儲存裝置上,該資料先前所在位置處的資料區塊至該預留空間表格。該資料先前所在位置處的資料區塊接著可變成該預留空間的一部分且不再提供給該資料儲存系統進行一般性用途;只給資料轉移操作用。該資料儲存系統接著可自該預留空間表格中,將該快速資料儲存裝置上,該資料被轉移所在位置處的資料區塊移除706。該快速資料儲存裝置上的該資料區塊接著可提供給該資料儲存系統進行一般性用途。
當該預留空間表格指示著該預留空間的一些臨界量已被轉移至該慢速資料儲存裝置時,該資料儲存系統可開始一冷門資料交換以將預留空間還給該快速資料儲存裝置。該資料儲存裝置可將冷門資料自該快速資料儲存裝置中的一資料區塊轉移708至該預留空間表格所辨識之慢速資料儲存裝置中的資料區塊。在該快速資料儲存裝置上的冷門資料可導引至該快速資料儲存裝置上最不常被使用者存取或處理的資料或資料區塊。當資料已自該快速資料儲存裝置的資料區塊轉移至該慢速資料儲存裝置的資料區塊時,該資料儲存系統可添加該快速資料儲存裝置上,該資料先前所在位置處的資料區塊至該預留空間表格。該資料先前所在位置處的資料區塊接著可變成該預留空間的一部分而不再提供給該資料儲存系統進行一般性用途;只給資料轉移操作用。該資料儲存系統接著可自該預留空間表格中,將該慢速資料儲存裝置上,該資料被轉移所在位置處的資料區塊移除712。該快速資料儲存裝置上的該資料區塊接著
可提供給該資料儲存系統進行一般性用途。一冷門資料交換可將複數個預留空間資料區塊自該慢速資料儲存系統轉移至該快速資料儲存系統。在此預留空間轉移大體上會如前述般地進行,將資料自該快速階層轉移至該慢速階層並更新該預留空間表格。
相信會由前述說明中了解到本發明及許多它所伴隨優勢,且會明白可對其元件的形式、建構及安排上產生各種變化而不偏離本發明範圍及精神或不犧牲它所有重要優勢。在此前所述形式只是其說明實施例,企圖使下列申請專利範圍包括及包含這類變化。
102‧‧‧處理器
104‧‧‧記憶體
106、108‧‧‧資料儲存裝置
202‧‧‧階層式驅動裝置
204、206、208‧‧‧虛擬驅動裝置
302‧‧‧預留空間表格
306‧‧‧慢速階層
308‧‧‧快速階層
312‧‧‧未映射資料區塊
310‧‧‧階層式驅動裝置邏輯區塊位址
314‧‧‧資料區塊
402‧‧‧第一轉移記錄
404‧‧‧第一未映射快速階層資料區塊
406‧‧‧第一慢速階層資料區塊
502‧‧‧第二轉移記錄
504‧‧‧第二未映射快速階層資料區塊
506‧‧‧第二慢速階層資料區塊
602‧‧‧轉移記錄
606‧‧‧第一快速階層資料區塊
608‧‧‧第二快速階層資料區塊
702-712‧‧‧步驟
本發明許多目的及優勢可經由參考該些附圖讓那些熟知此項技術之人士更佳了解,其中:圖1顯示可用於配置本發明之資料儲存系統方塊圖。
圖2顯示使用包括不同資料儲存技術之虛擬驅動器所配置之階層式驅動裝置方塊圖。
圖3A顯示具有一慢速資料儲存裝置及一快速資料儲存裝置之資料儲存系統的初始資料區塊佈局之表格。
圖3B顯示在具有一慢速資料儲存裝置及一快速資料儲存裝置之資料儲存系統中與資料儲存裝置上的預留空間有關之初始邏輯區塊位址表格。
圖4A顯示具有一慢速資料儲存裝置及一快速資料儲存裝置之資料儲存系統在一資料區塊已自該慢速資料儲存裝
置轉移至該快速資料儲存裝置後之資料區塊表格。
圖4B顯示具有一慢速資料儲存裝置及一快速資料儲存裝置之資料儲存系統在一資料區塊已自該慢速資料儲存裝置轉移至該快速資料儲存裝置之後,與資料儲存裝置上的預留空間有關之邏輯區塊位址表格。
圖5A顯示具有一慢速資料儲存裝置及一快速資料儲存裝置之資料儲存系統在二資料區塊已自該慢速資料儲存裝置轉移至該快速資料儲存裝置後之資料區塊表格。
圖5B顯示具有一慢速資料儲存裝置及一快速資料儲存裝置之資料儲存系統在二資料區塊已自該慢速資料儲存裝置轉移至該快速資料儲存裝置之後,與資料儲存裝置上的預留空間有關之邏輯區塊位址表格。
圖6A顯示具有一慢速資料儲存裝置及一快速資料儲存裝置之資料儲存系統將預留空間移回至該快速資料儲存裝置的冷門資料交換後之資料區塊表格。
圖6B顯示具有一慢速資料儲存裝置及一快速資料儲存裝置之資料儲存系統將預留空間移回至該快速資料儲存裝置之冷門資料交換之後,與資料儲存裝置上的預留空間有關之邏輯區塊位址表格。
圖7顯示用於移動具有一慢速資料儲存裝置及一快速資料儲存裝置之資料儲存系統中的資料之方法流程圖。
102‧‧‧處理器
104‧‧‧記憶體
106、108‧‧‧資料儲存裝置
Claims (20)
- 一種資料儲存設備,包括:一處理器;一第一資料儲存裝置,連接至該處理器,架構來儲存未映射資料區塊之一預留空間表格;及一第二資料儲存裝置,連接至該處理器,其中:該第一資料儲存裝置較該第二資料儲存裝置具有一相對較快速的存取時間;該預留空間表格係架構來辨識該第一資料儲存裝置的離散部分及該第二資料儲存裝置的離散部分;及該處理器係架構來:將資料自該第二資料儲存裝置的一離散部分轉移至該預留空間表格中所辨識之該第一資料儲存裝置的一離散部分;在自該離散部分轉移資料之後,添加該第二資料儲存裝置的該離散部分之一位置至該預留空間表格,且將該第一資料儲存裝置的該離散部分之一位置自該預留空間表格中移除;將資料自該第一資料儲存裝置的複數個離散部分轉移至該第二資料儲存裝置的複數個離散部分;在自該複數個離散部分轉移資料之後,添加每一個關聯著該第一資料儲存裝置的該複數個離散部分之一者的複數個位置至該預留空間表格, 及自該預留空間表格中移除每一個關聯著該第二資料儲存裝置的該複數個離散部分之一者的複數個位置。
- 如申請專利範圍第1項之資料儲存設備,其中,該處理器係進一步架構來監視該預留空間表格中在該第一資料儲存裝置及該第二資料儲存裝置之間的位置分佈。
- 根據申請專利範圍第1項之資料儲存設備,其中,該第一資料儲存裝置包括一或更多固態硬碟機。
- 根據申請專利範圍第1項之資料儲存設備,其中,該第二資料儲存裝置包括一或更多硬碟機。
- 如申請專利範圍第1項之資料儲存設備,其中,該處理器係進一步架構來禁止對該預留空間表格中所辨識之任何位置進行資料存取操作。
- 一種資料儲存設備,包括:一處理器;一第一資料儲存裝置,連接至該處理器,架構來儲存未映射資料區塊之一預留空間表格;及一第二資料儲存裝置,連接至該處理器,其中:該第一資料儲存裝置較該第二資料儲存裝置具有一相對較快速的存取時間;該預留空間表格係架構來辨識該第一資料儲存裝置的離散部分及該第二資料儲存裝置的離散部分;及該處理器係架構來:將資料自該第二資料儲存裝置的一離散部分 轉移至該預留空間表格中所辨識之該第一資料儲存裝置的一離散部分;在自該離散部分轉移資料之後,添加該第二資料儲存裝置的該離散部分至該預留空間表格,及將該第一資料儲存裝置的該離散部分從該預留空間表格中移除。
- 如申請專利範圍第6項之資料儲存設備,其中,該處理器係進一步架構來監視該預留空間表格中在該第一資料儲存裝置及該第二資料儲存裝置之間的位置分佈。
- 如申請專利範圍第7項之資料儲存設備,其中,該處理器係進一步架構來:當在該預留空間表格中的位置分佈超過一臨界值時,將資料自該第一資料儲存裝置的複數個離散部分轉移至該第二資料儲存裝置的複數個離散部分;在自該複數個離散部分轉移資料之後,添加每一個關聯著該第一資料儲存裝置的該複數個離散部分之一者的複數個位置至該預留空間表格,及自該預留空間表格中移除每一個關聯著該第二資料儲存裝置的該複數個離散部分之一者的複數個位置。
- 如申請專利範圍第8項之資料儲存設備,其中,該臨界值係在該預留空間表格中辨識為參考該第二資料儲存裝置上之一位置的全部位置的百分之八十。
- 如申請專利範圍第6項之資料儲存設備,其中,該處理器係進一步架構來監視一系統使用測量。
- 如申請專利範圍第10項之資料儲存設備,其中,該 處理器係進一步架構來:當在該系統使用測量係低於一臨界值時,將資料自該第一資料儲存裝置的複數個離散部分轉移至該第二資料儲存裝置的複數個離散部分;在自該複數個離散部分轉移資料之後,添加每一個關聯著該第一資料儲存裝置的複數個離散部分之一者的複數個位置至該預留空間表格,及自該預留空間表格中移除每一個關聯著該第二資料儲存裝置的複數個離散部分之一者的複數個位置。
- 如申請專利範圍第6項之資料儲存設備,其中,該第一資料儲存裝置包括一或更多固態硬碟機。
- 如申請專利範圍第6項之資料儲存設備,其中,該第二資料儲存裝置包括一或更多硬碟機。
- 如申請專利範圍第6項之資料儲存設備,其中,該處理器係進一步架構來禁止對該預留空間表格中所辨識之任何位置進行資料存取操作。
- 一種用於轉移一資料儲存系統中之階層間的資料之方法,包括:將資料自一慢速資料儲存裝置的一離散部分轉移至一快速資料儲存裝置的一離散部分;在自該離散部分轉移資料之後,添加該慢速資料儲存裝置的該離散部分至一預留空間表格,及將該快速資料儲存裝置的該離散部分自未映射資料區塊之該預留空間表格中移除。
- 如申請專利範圍第15項之方法,進一步包括監視該 預留空間表格中在該慢速資料儲存裝置及該快速資料儲存裝置之間的位置分佈。
- 如申請專利範圍第16項之方法,進一步包括:當在該預留空間表格中的位置分佈超過一臨界值時,將資料自該快速資料儲存裝置的複數個離散部分轉移至該慢速資料儲存裝置的複數個離散部分;在自該複數個離散部分轉移資料之後,添加每一個關聯著該快速資料儲存裝置的該複數個離散部分之一者的複數個位置至該預留空間表格,及自該預留空間表格中移除每一個關聯著該慢速資料儲存裝置的該複數個離散部分之一者的複數個位置。
- 如申請專利範圍第17項之方法,其中,該臨界值係在預留空間表格中辨識為參考該慢速資料儲存裝置上之一位置的全部位置的百分之八十。
- 如申請專利範圍第15項之方法,其中,該快速資料儲存裝置包括一或更多固態硬碟機。
- 如申請專利範圍第15項之方法,進一步包括禁止對該預留空間表格中所辨識之任何位置進行資料存取操作。
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