Sistemas de Archivos y Swap

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Sistemas de Archivos y Swap

• Carmelo Quintana Hernández.
• a3182_at_dis.ulpgc.es
• Miguel Ramírez Alemán.
• a3183_at_dis.ulpgc.es

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INTRODUCCIÓN

• El proceso abierto y distribuido en el cual el
  sistema operativo Linux se ha desarrollado
  propicia un rápido crecimiento.
• Existe la necesidad de la estandarización de la
  estructura del sistema de archivos de Linux.
• La estandarización permite a usuarios,
  desarrolladores, y distribuidores, el obtener
  componentes del sistema de varias fuentes de
  manera sencilla.
• Esto también facilita la administración del
  sistema.

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LA NO ESTANDARIZACIÓN

• No había una estructura única, bien aceptada
  estructura de directorios Linux, en su lugar
  había muchas estructuras cada una incompatible
  con las demás.
• Las jerarquías más ampliamente usadas no estaban
  bien estructuradas y diferían bastante de las
  estructuras de directorios modernas.
• El sistema de archivos era poco familiar e
  incómodo para los usuarios de UNIX con
  experiencia y los administradores que habían
  tenido experiencia con otros sistemas operativos
  similares.
• La falta de regularidad también confundía a los
  recién-iniciados en Linux, especialmente aquellos
  que no tenían un conocimiento previo de UNIX.

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PROBLEMAS (1)

• Los directorios binarios principales /bin y
  /usr/bin no tienen divisiones bien definidas
  entre ellos.
• Al incluir ambos, los archivos binarios y los de
  configuración en /etc hace más confuso este
  directorio y más difícil de mantener para ambos.
• Muchas implementaciones comunes de /usr no pueden
  ser montadas sólo-lectura debido a que contienen
  archivos variables y directorios a los cuales se
  necesita escribir.

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PROBLEMAS (2)

• En una red se precisa servir software vía NFS.
  Este sistema de archivos puede precisar ser
  montado sólo-lectura.
• Los accidentes o malicia deliberada desde un
  estación de trabajo no puedan dañar los archivos
  en el servidor.
• Esto requiere la identificación y la separación
  de los archivos a los que una máquina debe
  escribir y los que son específicos de una
  máquina.
• Los sistemas de archivos tradicionales no eran
  adecuados para instalaciones en red.

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LA ESTANDARIZACIÓN (1)

• Este estándar representa el consenso entre
  desarrolladores, programadores, usuarios y
  administradores Linux.
• El estándar busca atacar los problemas con una
  estructura de archivos bien diseñada.
• El sistema de archivos Linux está caracterizado
  por
• Una estructura jerárquica.
• Un tratamiento consistente de la información de
  los archivos.
• Protección de los archivos

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LA ESTANDARIZACIÓN (2)

• El sistema de archivos se podría resumir en dos
  categorías diferentes de archivos
• Archivos compartibles vs no compartibles.
• Archivos variables vs estáticos.
• Los archivos variables ?cambian en cualquier
  momento sin intervención del gestor de sistemas.
• Los archivos estáticos (binarios, librerías)
  ?sólo cambian por acción del administrador

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LA ESTANDARIZACIÓN (3)

• El modo en el que el sistema operativo y sus
  usuarios interactúan con un archivo dado
  determina el directorio en el que ese archivo
  está ubicado.
• El nivel superior de la organización es crucial
  para filtrar el acceso a los niveles inferiores.

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DIRECTÓRIOS (1)

• /bin Binarios de comandos esenciales de
  usuarios.
• Contiene comandos que pueden ser utilizados por
  los usuarios y por el administrador del sistema.
• Los binarios de los comandos que no son
  suficientemente esenciales para estar en /bin
  estarán localizados en /usr/bin.
• Esenciales cp, mxdir, mount, pwd, etc
• /boot Archivos estáticos del cargador de
  arranque.
• Este directorio contiene todo para arrancar
  excepto los archivos de configuración y el
  instalador de mapas.
• Para cualquier cosa que se utiliza antes de que
  el kernel ejecute /sbin/init.

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DIRECTÓRIOS (2)

• /dev Archivos de dispositivos
• Éste es el directorio de los dispositivos.
  Contendría un archivo por cada dispositivo que el
  kernel de Linux puede soportar.
• /etc Configuración del sistema local a la
  máquina
• Está reservado para archivos que son locales a un
  ordenador concreto.
• /home Directorios hogar de los usuarios
  (opcional)
• home es un concepto algo estándar, pero es
  claramente un sistema de /archivos específico de
  un site.

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DIRECTÓRIOS (3)

• /lib Librerías compartidas y módulos de kernel
  esenciales.
• Debe contener sólo las librerías necesarias para
  ejecutar los binarios en /bin y /sbin
• /mnt Punto de montaje para sistemas de archivos
  montados temporalmente
• Se refiere a sistemas de archivos montados
  temporalmente, tales con CD-Roms y diquetes.
• /sbin Binarios del Sistema
• Típicamente contiene binarios esenciales para
  arrancar el sistema además de los binarios en
  /bin.
• Si sólo será ejecutado por el administrador del
  sistema o por root como scripts de
  administración, entonces debe ir en /sbin.

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DIRECTÓRIOS (4)

• /opt Almacenamiento de paquetes software.
• Proporciona una área para almacenar habitualmente
  paquetes de software de una aplicación estática y
  amplia.
• /proc Puente con el Kernel
• Contiene archivos especiales que o bien extraen
  información del kernel o bien la envían a éste.
• /user/local Para uso del administrador del
  sistema al instalar localmente el software.
• /var Archivos de datos variables.
• Esto incluye datos de administración, de registro
  y archivos temporales.

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DIRECTÓRIOS (5)

• /usr Archivos compartidos.
• Para almacenar archivos que pueden ser
  compartidos a través de todo el sitio.
• Subdirectórios de /usr

bin kerberos
dict lib
doc local
etc sbin
games tmp
include
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Sistemas de Archivos (1)

• El sistema de ficheros es la forma en que el
  sistema operativo organiza, gestiona y mantiene
  la jerarquía de ficheros y directorios en los
  dispositivos de almacenamiento, normalmente
  discos duros.
• Cada sistema operativo soporta diferentes
  sistemas de ficheros.
• Estos formatos determinan cómo se almacenará la
  información como archivos y directorios.
• Algunos tipos de sistemas de archivos almacenan
  copias redundantes de datos, mientras que otros
  tipos de sistemas de archivos hacen el acceso al
  disco duro más rápido.

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Sistemas de Archivos (2)

• Los sistemas de ficheros soportados por Linux se
  clasifican en tres categorías
• Basados en disco discos duros, disquetes,
  CD-ROM, etc. (Estos sistemas son ext2, ext3,
  ReiserFS, XFS, JFS, ISO9660, etc.)
• Sistemas remotos (de red) NFS, Coda, Samba, etc.
• Sistemas especiales procfs, ramfs y devfs.

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Historia del extX (1)

• Desde hace mucho tiempo, el sistema de ficheros
  estándar en Linux es el ext2.
• Éste fue diseñado por Wayne Davidson con la
  colaboración de Stephen Tweedie y Theodore Ts'o.
• Es una mejora al sistema anterior, ext, diseñado
  por Rémy Card.
• El ext2 está basado en i-nodos (asignación
  indexada).
• Cada i-nodo mantiene la meta-información del
  fichero y los punteros a los bloques con los
  datos "reales"'.

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Historia del extX (2)

• Para mejorar el rendimiento de las operaciones de
  E/S, los datos del disco son temporalmente
  almacenados en la memoria RAM, sin embargo si hay
  un corte de suministro eléctrico antes que los
  datos modificados en la memoria sean grabados
  nuevamente al disco se generaría una
  inconsistencia en el FS
• El fsck fue la herramienta que resolvía dichas
  inconsistencias, el cual tiene que analizar la
  partición completa y verificar las
  interdependencias entre i-nodos, bloques de datos
  y contenidos de directorios.
• Requiere mucho tiempo ? Sistemas de ficheros con
  journaling.
• Un sistema con journaling es un sistema de
  ficheros tolerante a fallos en el cual la
  integridad de los datos está asegurada porque las
  modificaciones de la meta-información de los
  ficheros son primero grabadas en un registro
  cronológico antes que los bloques originales sean
  modificados.
• Graba previamente cualquier modificación de la
  meta-información en un área especial del disco.
• Después de un fallo, el módulo de recuperación
  analizará el registro y sólo repetirá las
  operaciones incompletas en aquellos ficheros
  inconsistentes, examinando sólo aquellas
  porciones de los meta-datos que han sido
  cambiadas recientemente.

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Sistema de Archivos EXT3

• El sistema ext3 es, básicamente, una versión con
  journaling del antiguo sistema ext2.
• Ext3 en realidad es ext2 con un fichero adicional
  de registro, es decir, es una capa adicional
  sobre ext2 que mantiene un fichero de registro
  log de transacciones.
• Debido a que está integrado en el ext2 puede que
  no explote todas las posibilidades de los
  sistemas de journaling puros, pero se está
  trabajando es este área para mejorarlo.

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EXT3 vs EXT2 (1)

• Disponibilidad
• Tras un cierre no limpio del sistema, se debe
  comprobar cada sistema de archivos ext2 montado
  en la máquina para ver si es consistente.
• Gracias a la característica journaling del
  sistema de archivos ext3 ya no es necesario
  realizar este tipo de comprobación dejando estas
  comprobaciones únicamente a casos puntuales como
  fallos físicos en el disco duro o en el caso de
  que el sistema de ficheros esté configurado para
  que se chequee completamente de forma automática
  cada cierto periodo de tiempo o cada cierto
  número de montajes para prevenir posibles fallos.
  
• Recuperar un sistema de archivos ext3 tras un
  cierre no limpio del sistema no dependa del
  tamaño del sistema de archivos ni del número de
  archivos, sino del tamaño del journal (diario),
  utilizado para mantener la consistencia en el
  sistema.

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EXT3 vs EXT2 (2)

• Integridad de los datos
• El sistema de archivos ext3 le permite
  seleccionar el tipo y el nivel de protección de
  los datos.
• Mantener la consistencia de los datos pero
  permitir daños en los datos dentro del sistema de
  ficheros en el caso de un apagado incorrecto.
• Asegurar que los datos son consistentes con el
  estado del sistema de ficheros, por defecto, con
  lo cual nunca habrá datos basura de un fichero
  recientemente escrito después de una caída del
  sistema.
• El ext3 escribe tres tipos de bloques de datos en
  el registro
• Meta-información Contiene el bloque de
  meta-información que está siendo actualizado por
  la transacción y cada cambio en el sistema de
  ficheros es escrito en el registro.
• Bloques descriptores Estos bloques describen a
  otros bloques del registro para que luego puedan
  ser copiados al sistema principal. Los cambios en
  estos bloques son siempre escritos antes que los
  de meta-información.
• Bloques cabeceras Describen la cabecera y cola
  del registro más un número de secuencia para
  garantizar el orden de escritura durante la
  recuperación del sistema de ficheros.
• Con ext3 se mantiene la consistencia tanto en la
  meta-información (i-nodos o metadatos) como en
  los datos de los ficheros (datos propiamente
  dichos).

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EXT3 vs EXT2 (3)

• Velocidad
• El sistema de archivos ext3, en la mayoría de los
  casos tiene un rendimiento superior al que
  proporciona ext2 porque los journals de ext3
  optimizan el movimiento de los cabezales de los
  discos duros. Se pueden seleccionar tres modos de
  journaling para optimizar la velocidad, pero,
  como contrapartida, la integridad de los datos se
  verá afectada.
• Los diferentes modos son
• datawriteback limita la garantía de integridad
  de los datos, permitiendo a los antiguos datos
  aparecer en ficheros después de una caída, para
  un posible pequeño incremento de la velocidad en
  algunas circunstancias. Proporciona las garantías
  más limitadas de integridad en los datos y evita
  el chequeo en el reinicio del sistema.
• dataordered (modo por defecto) garantiza que
  los datos son consistentes con el sistema de
  ficheros. Los ficheros escritos recientemente
  nunca aparecerán con contenidos basura después de
  una caída.
• datajournal requiere un journal grande para una
  velocidad razonable en la mayoría de los casos y
  por lo tanto tarda más tiempo recuperar el
  sistema en el caso de un apagado incorrecto, pero
  es algunas veces es más rápido para algunas
  operaciones ya que funciona muy bien si se
  escriben muchos datos al mismo tiempo.

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EXT3 vs EXT2 (4)

• Fácil transición
• Las particiones ext3 no tienen una estructura de
  ficheros diferentes a los de ext2, por lo que
  existe total compatibilidad entre ext2 y ext3, se
  puede convertir un sistema de ficheros ext2 a
  ext3 y viceversa.
• Es posible beneficiarse de las ventajas de un
  sistema de ficheros journaling robusto sin
  necesidad de reformatear el disco.
• El programa tune2fs puede añadir el journal a un
  sistema de ficheros ext2 ya existente.
• Si el sistema de ficheros estaba ya montado
  cuando se migraba, el journal será visible como
  un fichero journal en el directorio raíz del
  sistema de ficheros.
• Si no estaba montado el journal estará oculto y
  no aparecerá en el sistema de ficheros (así
  ocurre si se crea durante la instalación del
  sistema).
• El sistema de ficheros ext3 se ha beneficiado de
  la prolongada historia de mejoras y corrección de
  errores que tiene el ext2 y continuará siendo
  así.
• Esto significa que ext3 comparte la robustez del
  ext2, pero también las nuevas características que
  se han añadido al ext2.

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EXT3 vs EXT2 (5)

• Proporciona y hace uso de una capa genérica de
  journaling (JBD) la cual puede ser usada en otros
  contextos, como en otros dispositivos soportados
  por Linux (NVRAM, disk-on-chip, USB flash memory
  drives, etc.)
• Tiene una amplia compatibilidad con todas las
  plataformas, trabaja tanto en arquitecturas de 32
  como de 64 bits, y tanto en sistemas
  little-endian como big-endian.
• No requiere profundos cambios en el corazón del
  núcleo y no requiere tampoco nuevas llamadas al
  sistema.
• Seguramente el ext3 será el sistema de ficheros
  estándar de Linux en un futuro próximo.
• Los datos del registro de journal pueden estar en
  cualquier conjunto de bloques, y en cualquier
  sistema de ficheros.
• Inclusive se puede compartir el registro de
  journal entre sistemas distintos.
• El programa de recuperación de sistemas de
  ficheros e2fsc tiene un muy reconocido éxito en
  la recuperación de datos cuando el software o el
  hardware falla y corrompe un sistema de ficheros
  y ext3 usa el mismo código que el e2fsck para
  salvar el sistema de ficheros después de una
  posible corrupción.
• Todas estas peculiaridades del ext3 son
  totalmente transparentes al usuario el cual
  trabajará igual que lo hacía con ext2, incluido
  el montaje y utilización de otros sistemas de
  ficheros (NFS, dispositivos de almacenamiento
  externos, etc.).

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Creación de un ext3

• Hay dos métodos para crear un sistema de archivos
  ext3, o bien durante la instalación como ya se ha
  visto en prácticas o, crear uno nuevo después de
  la instalación.
• Los pasos para crear un sistema de archivos ext3
  después de la instalación son los siguientes
• Cree la partición utilizando parted o fdisk.
• Dé formato a la partición con el sistema de
  archivos ext3 usando mkfs.
• Etiquete la partición usando e2label.
• Cree el punto de montaje.
• Añada la partición a /etc/fstab (1).

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Migrar a ext3

• El programa tune2fs permite añadir un journal a
  un sistema de archivos ext2 existente sin
  modificar los datos en la partición.
• Para convertir un sistema de archivos ext2 a
  ext3, conéctese como root y escriba
  /sbin/tune2fs -j /dev/hdbX
• Una vez realizado esto, asegúrese de cambiar el
  tipo de partición de ext2 a ext3 en /etc/fstab
  (2).
• Si está migrando el sistema de archivos raíz,
  tendrá que usar una imagen initrd (o disco RAM)
  para arrancar.

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Volver a ext2

• Puesto que ext3 es relativamente nuevo, algunas
  utilidades de disco todavía no son compatibles
  con este sistema, como por ejemplo resize2fs
  (redimensionar particiones), por lo que se deberá
  volver temporalmente al sistema de archivos ext2.
• Para revertir una partición, primero deberá
  desmontar la partición conectándose como root y
  escribiendo umount /dev/hdbX
• A continuación, cambie el tipo del sistema de
  archivos a ext2. Para ello, escriba el comando
  siguiente como root /sbin/tune2fs -O
  has_journal /dev/hdbX
• Compruebe si la partición tiene errores. Para
  ello, escriba el comando siguiente como root
  /sbin/e2fsck -y /dev/hdbX
• A continuación, vuelva a montar la partición como
  sistema de archivos ext2. Para ello, escriba
  mount -t ext2 /dev/hdbX /mount/point
• Luego, quite el archivo .journal del nivel root
  de la partición cambiando el directorio donde
  está montado y escribiendo rm -f .journal

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Qué es el espacio Swat?

• El espacio swap en Linux es usado cuando la
  cantidad de memoria RAM está llena. Así, si el
  sistema necesita más recursos de memoria y la
  memoria está llena, las páginas inactivas de la
  memoria se mueven al espacio swap.
• Es una técnica utilizada para hacer creer a los
  programas que existe más memoria RAM de la que en
  realidad existe. Es el propio sistema operativo
  el que se encarga de pasar datos a la swap cuando
  necesita más espacio libre en la RAM y viceversa.
• En Linux, la memoria total disponible es igual a
  la cantidad de memoria RAM instalada más la swap
  disponible.
• Un uso muy intensivo y continuado de la swap es
  un indicativo de que necesitamos más memoria en
  nuestro sistema para que funcione desahogado con
  el uso que le estamos dando.
• El espacio swap puede ser una partición swap
  dedicada (altamente recomendable), un archivo
  swap o una combinación de particiones y archivos
  swap.
• El tamaño de su espacio swap debería ser igual o
  dos veces mayor que la memoria RAM de su
  ordenador pero nunca mayor de 2 GB.

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Añadir el espacio Swap (1)

• A veces es necesario añadir más espacio swap
  después de la instalación, para lo cual se
  dispone de dos opciones añadir una partición
  swap (recomendable) o un archivo swap. Se
  recomienda que añada una partición swap.
• El principal inconveniente de utilizar un fichero
  de intercambio de esta forma es que todos los
  accesos al fichero de intercambio se realizan a
  través del sistema de ficheros.
• Esto significa que los bloques que forman el
  fichero de intercambio pueden no ser contiguos ?
  El rendimiento no puede ser tan alto como cuando
  se utiliza una partición de intercambio, en la
  que los bloques estan siempre contiguos.
• La utilización de un fichero de intercambio puede
  ser muy útil si se tiene una necesidad temporal
  de más espacio de intercambio.
• Por ejemplo, si se esta compilando un gran
  programa.

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Añadir el espacio Swap (2)

• Para añadir una partición swap se deben realizar
  los siguientes pasos
• El disco duro no puede estar en uso para lo cual
  debemos iniciar su sistema de nuevo en modo de
  rescate (1) .
• Cree la partición swap usando parted o fdisk.
• Para activar la partición swap inmediatamente,
  escriba el comando siguiente swapon /dev/hdbX
• Para activarlo cuando se arranca, edite
  /etc/fstab (3) para incluir /dev/hdbX swap swap
  defaults 0 0

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Añadir el espacio Swap (3)

• En vez de reservar una partición individual para
  espacio de intercambio, se puede usar un fichero,
  para lo cual hay que instalar todo Linux y hacer
  todas las tareas de configuración antes.
• Para ello hay que hacer los siguientes pasos
• Determine el tamaño del nuevo archivo swap y
  multiplique por 1024 para determinar el tamaño de
  bloque.
• En un indicador de comandos shell como root,
  escriba el siguiente comando con count lo que
  equivale al tamaño de bloque deseado dd
  if/dev/zero of/swapfile bs1024 count65536
• Configure el archivo swap con el comando mkswap
  /swapfile
• Para activar el archivo swap inmediatamente pero
  no automáticamente cuando se arranca swapon
  /swapfile
• Para activarlo cuando se arranca, edite
  /etc/fstab (4) para incluir /swapfile swap swap
  defaults 0 0

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Eliminar el espacio Swap

• Para eliminar una partición swap
• El disco duro no puede estar en uso para lo cual
  debemos iniciar su sistema de nuevo en modo de
  rescate (2).
• En un indicador de comandos shell como root,
  ejecute el comando siguiente para asegurarse de
  que la partición swap está desactivada swapoff
  /dev/hdbX
• Elimine su entrada desde /etc/fstab (5).
• Elimine la partición usando parted o fdisk.
• Para eliminar un archivo swap
• En un indicador de comandos shell como usuario
  root, ejecute el comando siguiente para
  desactivar el archivo swap swapoff /swapfile
• Elimine su entrada de /etc/fstab (6).
• Elimine el archivo actual rm /swapfile

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Fichero /etc/fstab
1
2
3
4
5
6
33
Arrancar en modo de rescate

• El modo de rescate proporciona la habilidad de
  arrancar una pequeña parte de Linux desde un
  disquete, CD-ROM, o algún otro método de arranque
  en vez del disco duro.
• Para arrancar el sistema en modo rescate se puede
  utilizar un disquete de instalación hecho a
  partir de una imagen bootdisk.img y seguir los
  siguientes pasos
• Una vez que haya arrancado, introducir el comando
  siguiente en el intérprete de comandos linux
  rescue
• A continuación se pedirá montar el sistema de
  archivos, pero si selecciona Skip, su sistema de
  archivos no será montado.
• Una vez que tenga su sistema en modo de rescate,
  aparece un intérprete de comandos en VC1
  (Ctrl-Alt-F1) y VC2 (Ctrl-Alt-F2)
  -/bin/sh-2.05b

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