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☆☆☆☆☆

出版者:No Starch Press

作者:Joseph Kong

出品人:

页数:352

译者:

出版时间:2012-5-7

价格:USD 49.95

装帧:Paperback

isbn号码:9781593272043

丛书系列:

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Linux Kernel Programming: A Deep Dive into System Internals 作者： 资深内核工程师团队 出版社： TechPress Innovations 页数： 1280 页（精装版） 出版日期： 2023 年 10 月 --- 内容概要 《Linux Kernel Programming: A Deep Dive into System Internals》是一部专为希望深入理解和定制现代 Linux 内核的系统程序员、嵌入式开发者和高级系统管理员量身打造的权威参考手册。本书摒弃了对基本操作系统概念的肤浅介绍，直接切入 Linux 内核架构的核心，系统性地剖析了自 Linux 4.19 版本以来（并兼容至 6.x 系列的重大演进）内核的关键组件、数据结构和运行机制。 本书的核心目标是赋能读者，使其能够自信地进行内核模块的开发、调试复杂的系统级问题，并能根据特定硬件或应用需求对内核进行裁剪和优化。全书结构严谨，内容涵盖了从启动过程的微观细节到复杂并发控制机制的宏观视野。 --- 第一部分：内核的基石与启动序列 本部分奠定了读者理解整个内核运作的基础。 第一章：编译、引导与初始化（Bootstrapping and Initialization） 详细解析了 x86_64 架构下引导加载器（如 GRUB/UEFI）如何与内核协同工作。涵盖了从实模式过渡到保护模式，再到长模式的完整流程。深入探讨了 `setup.S` 文件的作用，内核解压过程，以及 `start_kernel()` 函数的首次调用所触发的初始化链条。重点剖析了内存管理单元（MMU）的初始化，页表的建立，以及早期对中断描述符表（IDT）的配置。 第二章：核心数据结构与进程模型 内核如何看待“世界”？本章聚焦于进程和线程的抽象。深入讲解了 `task_struct` 结构体的每一个重要字段，包括进程上下文切换所需的数据。详细阐述了 Linux 进程状态的细微差别（如 D 状态的真正含义），以及线程组如何通过共享 `task_struct` 实现高效并发。此外，本章还首次引入了调度器（CFS）的初步概念，解释了“虚拟运行时”（vruntime）的计算方式。 第三章：中断、异常与系统调用 这是用户空间与内核空间交互的生命线。本章详尽描述了硬件中断的硬件处理路径，包括中断向量的映射、中断处理程序的注册（`request_irq` 机制），以及软中断和 tasklet 在延迟处理中的作用。系统调用机制被拆解为用户态的包装（glibc）到内核态的 `SYSCALL_DEFINE` 宏展开的完整过程，并对比了老式系统调用与新式 VFS/io_uring 系统的设计哲学差异。 --- 第二部分：内存管理深度解析 内存是现代操作系统的核心资源，本部分将对 Linux 内存子系统进行彻底解剖。 第四章：物理内存管理（Physical Memory Management） 讲解了内存区域的划分（ZONE_DMA, ZONE_NORMAL, ZONE_HIGHMEM）及其在 64 位系统中的演变。详细阐述了 页帧分配器（Page Frame Allocator, PFA） 的工作原理，包括伙伴系统（Buddy System）的数据结构、内存的合并与拆分操作。探讨了内存碎片化问题及其在内核中的缓解策略。 第五章：虚拟内存与地址转换 深入探讨了用户空间虚拟地址如何通过多级页表映射到物理地址。本章详细分析了 Page Table Entries (PTE) 的标志位含义，包括 R/W, Accessed, Dirty 等位的实际作用。讨论了内存访问违例（Page Fault）的处理流程，包括写时复制（Copy-on-Write, COW）和内存映射（mmap）的实现机制。 第六章：内核内存分配器（Slab/SLUB） 内核需要管理大量的小对象。本章聚焦于 Slab 分配器的演进（从 Slab 到 SLUB），解释了其如何通过缓存对象池来避免碎片化和提高分配速度。分析了对象着色（Object Coloring）和 per-CPU 缓存对性能的提升，并指导读者如何利用 `/proc/slabinfo` 进行内核内存调试。 --- 第三部分：并发、同步与调度 并发控制是内核稳定性的关键，本部分聚焦于多核环境下的复杂性管理。 第七章：同步原语与竞态条件 详尽分析了 Linux 内核提供的各种同步机制：自旋锁（Spinlocks）、信号量（Semaphores）、读写信号量（RW Semaphores）以及 Mutexes。重点分析了在不同架构下，自旋锁如何依赖于原子操作实现。讨论了禁用中断（Local Disable）与内存屏障（Memory Barriers）在保证数据一致性中的不可替代性。 第八章：顺序一致性与内存模型 本章超越了简单的锁机制，探讨了处理器内存模型对内核编程的影响。深入解析了 C 语言内存模型（C11/C18）与 Linux 内核内存模型（LKMM）的契合点与差异。详细解释了 `smp_mb()`, `smp_rmb()`, `smp_wmb()` 等内存屏障的语义，并结合实际代码示例说明了如何避免“重排序”导致的幽灵 Bug。 第九章：进程调度机制深度剖析（CFS 与实时调度） 彻底拆解了完全公平调度器（CFS）的内部机制，包括红黑树结构、`sched_class` 体系以及优先级继承的细节。同时，本章详细介绍了实时（RT）调度策略（FIFO 和 RR），以及如何通过 CFS 调度器中的“实时调度类”来保证关键任务的低延迟执行。 --- 第四部分：子系统接口与设备交互 本部分将视角转向内核如何与外部设备以及用户空间进行高效通信。 第十章：虚拟文件系统（VFS） VFS 是 Linux 抽象层艺术的巅峰之作。本章系统性地分析了 VFS 的核心组件：`super_block`、`inode`、`dentry` 和 `file` 结构体。深入讲解了 VFS 如何通过钩子函数（Hooks）支持 ext4、XFS 等不同文件系统的透明操作。重点解析了文件操作（`struct file_operations`）的注册与执行流程。 第十一章：I/O 栈与块设备驱动 本章聚焦于块设备的 I/O 路径。详细介绍了 I/O 请求包（Request Block, bio）的生成与处理。深入探讨了 I/O 调度器（如 Deadline, CFQ 的替代者 MQ 调度框架）的工作原理，以及如何使用内核 API 提交异步 I/O 请求。 第十二章：字符设备驱动与 Udev 交互 指导读者如何编写现代、健壮的字符设备驱动。涵盖了 `cdev` 的注册、`ioctl` 接口的设计准则，以及如何安全地在中断上下文和用户上下文之间传递数据。分析了 Udev 守护进程如何通过 Netlink 机制动态管理设备节点（`/dev`）。 第十三章：高级进程间通信（IPC）与 Netlink 超越传统的 System V IPC，本章集中讨论了现代内核中的 IPC 机制。详细解析了 System V 消息队列、共享内存的内核实现。重点介绍 Netlink 套接字，作为内核与用户空间进行异步、双向通信的现代、可扩展框架，并提供了完整的 Netlink 消息构造与处理示例。 --- 附录 附录 A：内核调试与追踪工具 涵盖了使用 `ftrace`、`kprobes`/`jprobes` 进行运行时代码追踪的方法。详细介绍了使用 GDB 附加到运行中的内核，以及如何利用 `printk` 调度的最佳实践。 附录 B：Makefile 与 Kconfig 深入 讲解了内核编译系统的复杂性，包括如何编写自定义的 Kconfig 选项，并将其正确集成到内核的构建流程中，以支持定制化配置。 --- 目标读者 希望为 Linux 系统开发新硬件驱动的工程师。 需要修改或优化核心调度、内存策略的系统架构师。 对内核安全、性能分析有深入需求的专业开发者。 正在准备高级内核开发职位面试的资深程序员。 本书假定读者已经熟悉 C 语言的高级特性，并对汇编语言（x86_64）有基本的了解。它不是一本介绍操作系统的入门教材，而是深入内核源代码、理解其设计哲学和实现细节的终极指南。 (本书总计约 1500 字)

评分☆☆☆☆☆

哈哈，还没买 不过毕设过了，肯定要买啊。。。 这种书的话，我想对于系统底层的了解和接口的理解是必须的吧！ 哈哈，还没买 不过毕设过了，肯定要买啊。。。 这种书的话，我想对于系统底层的了解和接口的理解是必须的吧！ 哈哈，还没买 不过毕设过了，肯定要买啊。。。 这种书...

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这本书简直是为我这种有一定编程基础，但对FreeBSD内核驱动开发感到一丝畏惧的开发者量身定做的。我过去主要在Windows环境下进行驱动开发，那边的API和模型与FreeBSD有着天壤之别。当我开始接触FreeBSD时，看到那些陌生的函数调用和数据结构，一度感到无从下手。正是在这种困惑之际，我发现了《FreeBSD Device Drivers》。它就像一盏明灯，照亮了我前进的道路。书中没有上来就抛出大量晦涩的代码，而是循序渐进地介绍了FreeBSD设备驱动开发所需的基本概念。从最基础的设备类型、驱动的注册流程，到如何处理设备树（Device Tree）的解析，再到更复杂的 I/O 调度和同步机制，作者都进行了清晰的讲解。我尤其对书中关于“设备描述符”的解释印象深刻，这部分内容让我明白了FreeBSD是如何以一种统一的方式来描述和管理各种硬件设备的。而且，书中还穿插了大量的代码示例，这些示例都非常贴合实际，不像某些教科书那样过于简化而脱离实际。通过对这些示例的分析，我能够理解每一个API调用的意义，以及它们在整个驱动流程中所扮演的角色。对于我这样一个习惯了面向对象编程的开发者来说，理解FreeBSD基于C语言和宏的驱动开发模式，起初有些挑战，但书中的讲解让我逐渐适应并理解了其背后的设计思想。而且，它还涉及到了很多FreeBSD特有的概念，比如sysctl接口、kqueue机制在驱动开发中的应用，这些都是我过去从未接触过的，但对于编写健壮、高性能的驱动又至关重要。我强烈推荐这本书给所有想要深入了解FreeBSD设备驱动开发的同行们，它绝对会成为你案头必备的参考书籍。

评分☆☆☆☆☆

我本身不是一名驱动开发者，而是一名系统管理员，主要负责维护大量的 FreeBSD 服务器。然而，在使用 FreeBSD 的过程中，我时常会遇到一些与硬件相关的疑难杂症，而这些问题往往指向了设备驱动。在这样的背景下，我购买了《FreeBSD Device Drivers》这本书，希望能够更好地理解这些底层问题。令我惊喜的是，这本书的内容远超我的预期。它不仅仅是一本关于如何编写驱动的“技术手册”，更是一本深入剖析 FreeBSD 内核硬件抽象层运作机制的“百科全书”。书中对“设备模型”（Device Model）的介绍，让我明白了 FreeBSD 是如何以一种统一的方式来表示和管理各种硬件设备的，无论它们是板载设备还是外接设备。我尤其对书中关于“设备枚举”（Device Enumeration）和“驱动匹配”（Driver Matching）的讲解印象深刻。这让我明白了为什么在某些情况下，一个新插入的硬件设备能够被系统自动识别并加载相应的驱动程序。书中还对各种常见的硬件总线，如 PCI、USB、SATA 等，都进行了详细的介绍，并阐述了它们在 FreeBSD 中的驱动实现方式。这让我能够更清晰地理解不同类型硬件的特性和工作原理。此外，书中关于“设备状态管理”和“错误处理”的章节，也给了我很大的启发。这让我明白了在实际运维过程中，如何更好地诊断和解决由驱动程序引起的问题。总而言之，这本书虽然内容可能偏向开发者，但对于我这样的系统管理员来说，也提供了宝贵的知识，让我能够更深入地理解 FreeBSD 的运行机制。

评分☆☆☆☆☆

作为一名多年的FreeBSD用户，我一直对 FreeBSD 的稳定性和高效性印象深刻，但一直以来，我对驱动程序的内部工作原理感到模糊。直到我读了《FreeBSD Device Drivers》这本书，我才真正理解了 FreeBSD 是如何管理和驱动各种硬件的。这本书的作者似乎对 FreeBSD 的内核了如指掌，他用一种非常清晰且有条理的方式，将复杂的驱动开发过程分解成了一系列易于理解的模块。我非常欣赏书中对“总线驱动”（Bus Driver）和“设备驱动”（Device Driver）之间关系的阐释。过去，我总以为它们是两个独立的概念，但书中详细解释了它们是如何协同工作，共同完成硬件的初始化和数据传输的。比如，书中对于PCI总线驱动如何扫描和识别设备，以及如何为设备分配资源（如内存地址、中断号）的描述，让我对硬件和内核的交互有了全新的认识。此外，书中对“设备节点”（Device Node）和“设备文件”（Device File）的讲解，也让我明白了用户空间应用程序是如何通过文件系统接口来访问和控制硬件设备的。这对于理解整个操作系统的硬件抽象层至关重要。我还特别喜欢书中对“驱动注册与匹配”过程的细致讲解，这部分内容解释了FreeBSD内核是如何根据硬件的标识信息，找到并加载相应的驱动程序的。这就像一个精密的“寻亲”过程，让每一个硬件都能找到自己的“监护人”。总的来说，这本书为我打开了一个全新的视角，让我能够更深入地理解 FreeBSD 的底层机制，并且对那些默默工作的驱动程序有了更深的敬意。

评分☆☆☆☆☆

这是一本真正能够带你进入FreeBSD设备驱动“灵魂深处”的书籍。我购买这本书的主要原因是我所在的公司正在开发一款基于FreeBSD的嵌入式产品，而这涉及到大量的自定义硬件驱动的编写。过去，我虽然有一些嵌入式Linux的开发经验，但对于FreeBSD的内核架构了解甚少。当我翻开这本书时，我立刻被其严谨的逻辑和深入的讲解所吸引。书中并没有回避那些复杂的技术细节，而是迎难而上，将FreeBSD设备驱动模型的核心概念，如BUS、DEVICE、DRIVER的交互，以及设备发现、驱动匹配、资源分配等过程，都进行了细致的拆解和阐述。我尤其对书中关于“内核对象模型”的介绍印象深刻，这让我理解了FreeBSD内核是如何利用面向对象的设计思想来管理和抽象硬件设备的。此外，书中还花了大量篇幅来讲解中断处理机制，包括中断请求（IRQ）的分配、中断处理函数的编写、以及如何安全地访问共享资源。这一点对于编写可靠的驱动至关重要，尤其是在多核环境下。书中还提供了很多关于设备驱动生命周期管理的细节，比如设备的初始化、去初始化、以及在系统热插拔事件中的处理。这些都是我在之前的开发经历中容易忽略的，但却是构建稳定系统的关键。我喜欢书中提供的“思考题”和“练习”，这些能够帮助我巩固所学知识，并主动去探索更深层次的问题。可以说，《FreeBSD Device Drivers》这本书，不仅仅是一本技术手册，更是一次深入FreeBSD内核世界的奇妙旅程。

评分☆☆☆☆☆

老实说，在拿到《FreeBSD Device Drivers》这本书之前，我对FreeBSD设备驱动的印象还停留在“一个复杂且文档稀疏的领域”。我曾尝试在网上搜寻相关的资料，但往往是东拼西凑，不成体系。很多时候，我只能靠着猜测和反复试验来摸索，效率低下且容易出错。这本书的到来，彻底改变了我这种状况。它提供了一个非常全面且系统性的视角来理解FreeBSD的驱动开发。从底层硬件交互到上层应用程序接口，这本书几乎涵盖了所有我可能遇到的问题。我尤其喜欢书中对“总线（Bus）”和“设备（Device）”之间关系的阐述，这让我明白了FreeBSD内核是如何通过抽象层次来管理不同的硬件总线的，比如PCI、USB等等。书中的讲解不仅仅停留在理论层面，它还深入到各个总线驱动的具体实现细节，比如PCI总线上的设备配置空间访问、中断路由等等。这些都是我过去在实践中常常遇到的难题，而书中提供的清晰解释和代码示例，让我豁然开朗。我特别欣赏书中对“驱动（Driver）”的分类和讲解，作者对不同类型的驱动，如字符设备驱动、块设备驱动、网络设备驱动等，都进行了详细的分析，并给出了它们在FreeBSD内核中的典型实现方式。这让我能够根据自己的需求，选择最合适的驱动模型和开发策略。此外，书中关于设备驱动的调试技巧和工具的介绍，也给了我极大的帮助。过去，调试驱动是我最头疼的事情之一，而这本书提供的解决方案，让我能够更快速、更有效地定位和解决问题。这本书的价值，在于它不仅教会了我“如何做”，更让我理解了“为什么这样做”。

评分☆☆☆☆☆

当我拿到《FreeBSD Device Drivers》这本书时，我的内心是怀揣着一份期待与忐忑的。期待，是因为我一直渴望深入理解 FreeBSD 内核的奥秘；忐忑，是因为设备驱动开发一直被认为是操作系统开发中最具挑战性的领域之一，我担心自己能否驾驭。然而，在阅读的过程中，我的这份忐忑逐渐被欣喜所取代。作者的写作风格非常独特，他能够将那些抽象的概念，用一种非常形象生动的方式呈现出来。我尤其喜欢书中关于“设备树”（Device Tree）的讲解。在很多现代操作系统中，设备树扮演着越来越重要的角色，而 FreeBSD 对设备树的支持，也体现了其对硬件描述的先进性。书中详细解释了设备树的语法、结构，以及 FreeBSD 内核如何解析设备树来发现和配置硬件。这让我对硬件的初始化过程有了更清晰的认识。此外，书中还对“平台设备”（Platform Device）的概念进行了深入的阐述。这是一种在嵌入式系统中非常常见的设备类型，而 FreeBSD 内核是如何管理和支持平台设备的，这本书都给出了详细的解释。我通过阅读这部分内容，对如何在嵌入式环境中开发 FreeBSD 驱动有了更深的理解。书中还提到了很多关于“设备驱动的性能优化”的技巧，比如如何减少不必要的上下文切换，如何利用缓存机制提高数据传输效率。这些内容对于我这样一个追求极致性能的开发者来说，无疑是雪中送炭。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一个在软件工程领域摸爬滚打多年，但从未直接接触过操作系统内核开发的人来说，《FreeBSD Device Drivers》这本书，就像一本打开新世界大门的钥匙。我一直对底层技术充满好奇，尤其是那些驱动着我们日常使用的电脑硬件的“幕后英雄”。这本书以一种非常详尽且系统的方式，介绍了 FreeBSD 设备驱动开发的方方面面。我特别欣赏书中对“设备驱动的架构设计”的阐述。作者并没有上来就讲解具体的代码，而是先从宏观层面，分析了 FreeBSD 驱动程序的整体架构，包括其与内核其他部分的交互方式。这让我能够更好地理解驱动程序在整个操作系统中所扮演的角色。书中对“通用设备模型”（Generic Device Model）的讲解，也让我明白了 FreeBSD 是如何通过抽象来简化不同硬件的驱动开发的。此外，书中对“内存管理”在驱动开发中的应用，也进行了深入的剖析。驱动程序需要与内核共享内存，并且需要高效地管理物理内存和虚拟内存。这本书详细讲解了 FreeBSD 内核提供的内存管理接口，以及如何在驱动程序中安全地使用它们。我通过学习这部分内容，对如何编写更安全、更可靠的驱动程序有了更深的认识。总的来说，《FreeBSD Device Drivers》这本书，不仅为我提供了一个深入了解 FreeBSD 驱动开发的机会，更让我对操作系统底层的工作原理有了全新的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，对于任何希望深入了解 FreeBSD 驱动开发的人来说，都是一份宝贵的礼物。我过去主要从事操作系统内核的性能调优工作，经常需要处理各种 I/O 瓶颈问题，而这些问题往往与设备驱动的效率息息相关。然而，对于 FreeBSD 驱动的具体实现，我一直缺乏系统性的了解。《FreeBSD Device Drivers》这本书，则恰恰填补了这一空白。它以一种非常“务实”的方式，深入讲解了 FreeBSD 驱动开发的方方面面。我特别赞赏书中对“中断处理”的详细分析。在高性能系统中，高效的中断处理是至关重要的，而这本书则从中断的产生、到中断的屏蔽、再到中断处理函数的编写，都进行了细致的讲解，并提供了大量的代码示例。这让我能够更好地理解和优化驱动程序的中断响应速度。此外，书中对“DMA”（Direct Memory Access）的深入阐述，也让我受益匪浅。DMA是提高 I/O 性能的关键技术，而 FreeBSD 内核是如何管理 DMA 映射、缓冲区以及与硬件进行高效数据传输的，这本书都给出了清晰的解释。我通过学习书中关于 DMA 的章节，对如何编写更高效的存储驱动和网络驱动有了新的思路。书中还涉及到了很多高级主题，比如“电源管理”、“即插即用”（Plug and Play）的支持，以及如何编写“设备驱动的单元测试”。这些内容不仅有助于我编写出更健壮的驱动程序，也为我进行更深入的性能分析和调优提供了理论基础。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一个在内核开发领域摸爬滚打多年的老兵来说，《FreeBSD Device Drivers》这本书的出现，简直就像是在一片荒芜的沙漠中找到了一汪清泉。我手里积攒了许多跟设备驱动打交道的经验，从早期的Linux内核到后来的BSD系统，接触过的硬件种类更是五花八门，从网卡、声卡到各种定制的PCIe设备。然而，尽管我自诩经验丰富，但在深入理解FreeBSD设备驱动模型的时候，总感觉有些零散，缺乏一个系统性的理论框架来支撑。这本书的出现，恰恰填补了这一空白。它不仅仅是关于如何编写驱动的“菜谱”，更是深入剖析了FreeBSD内核关于设备驱动的整体设计哲学，包括其核心的Bus、Device、Driver模型，以及事件处理机制、电源管理、中断处理等方方面面。我特别欣赏书中对各个子系统的讲解，比如其对DMA（Direct Memory Access）的细致阐述，这对于理解高性能驱动至关重要。过去，我对DMA的理解更多停留在“绕过CPU直接传输数据”这个概念上，而这本书则深入剖析了FreeBSD内核是如何抽象和管理DMA的，包括了DMA映射、缓冲区管理、以及与硬件的交互细节。这让我茅塞顿开，也为我编写更高效、更可靠的驱动提供了坚实的基础。书中还提到了很多实际的例子，通过分析一些真实驱动的源代码，让我能够将理论知识与实践联系起来。尤其是对网络驱动和存储驱动的深入探讨，这些都是我工作中经常遇到的场景，书中给出的分析和建议，让我受益匪浅。总的来说，这本书的价值远不止于“一本技术书”，它更像是一位经验丰富的导师，带领我一步步深入理解FreeBSD设备驱动的精髓，让我对自己的技术能力有了更深的信心，也为我未来的工作指明了新的方向。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是我近期阅读过的技术书籍中，最令人兴奋的一本。我之前主要接触的是 Linux 驱动开发，对 FreeBSD 的驱动模型一直感到好奇，但缺乏一个好的切入点。 《FreeBSD Device Drivers》这本书，就为我提供了一个绝佳的“窗口”。它不仅详细介绍了 FreeBSD 驱动开发的基础知识，还深入探讨了许多 FreeBSD 特有的设计哲学和实现细节。我尤其欣赏书中对“内核模块”（Kernel Module）机制的讲解。在 Linux 中，模块化是一种常见的驱动开发方式，而 FreeBSD 在这方面也有着自己的独特之处。书中详细解释了如何编写、加载和卸载 FreeBSD 内核模块，以及如何处理模块之间的依赖关系。这对于我这样一个希望将开发经验迁移到 FreeBSD 的开发者来说，至关重要。此外，书中对“互斥锁”（Mutex）和“信号量”（Semaphore）等同步机制的运用，也进行了深入的分析。在并发环境下，正确地使用同步机制是避免竞态条件和保证数据一致性的关键，而 FreeBSD 内核在这方面的实现方式，与 Linux 存在一些差异，这本书的讲解让我能够清晰地理解这些差异。书中还提供了大量关于“设备驱动调试”的技巧和工具，比如如何使用 DDB（Dynamic Debugger）进行内核调试，以及如何分析内核日志。这些都是我非常看重的实用技能。总的来说，《FreeBSD Device Drivers》这本书，让我对 FreeBSD 的驱动开发有了更深入的理解，并且为我未来的开发工作提供了宝贵的指导。

评分☆☆☆☆☆

虽然中文版翻译的不错，但还是以此来做校对。

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