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21.假设某计算机的存储系统由Cache和主存组成,某程序执行过程中访存1000次,其中访问Cache缺失(未命中)50次,则Cache的命中率是(D)A5% B.9.5% C.50% D.95%22.下列选项中,能引起外部中断的事件是(A)A键盘输入 B.除数为0 C.浮点运算下溢 D.访存缺页23.单处理机系统中,可并行的是(D)I 进程与进程 II 处理机与设备 III 处理机与通道 IV 设备与设备 AI、II和III B. I、II和IV C. I、III和IV D. II、III和IV24.下列进程调度算法中,综合考虑进程等待时间和执行时间的是 (D) A时间片轮转调度算法 B.短进程优先调度算法C.先来先服务调度算法 D.高响应比优先调度算法25.某计算机系统中有8台打印机,有K个进程竞争使用,每个进程最多需要3台打印机。该系统可能会发生死锁的K的最小值是 (C)A2 B.3 C.4 D.526分区分配内存管理方式的主要保护措施是 (A)A界地址保护 B.程序代码保护 C.数据保护 D.栈保护27.一个分段存储管理系统中,地址长度为32位,其中段号占8位,则最大段长是CA2的8次方字节 B.2的16次方字节 C.2的24次方字节 D.2的32次方字节28.下列文件物理结构中,适合随机访问且易于文件扩展的是(B)A连续结构 B.索引结构C.链式结构且磁盘块定长 D.链式结构且磁盘块变长29.假设磁头当前位于第105道,正在向磁道序号增加的方向移动。现有一个磁道访问请求序列为35,45,12,68,110,180,170,195,采用SCAN调度(电梯调度)算法得到的磁道访问序列是(A)A110,170,180,195,68,45,35,12B.110,68,45,35,12,170,180,195C.110,170,180,195,12,35,45,68D.12,35,45,68,110,170,180,19530.文件系统中,文件访问控制信息存储的合理位置是(A)A文件控制块 B.文件分配表 C.用户口令表 D.系统注册表31设文件F1的当前引用计数值为1,先建立F1的符号链接(软链接)文件F2,再建立F1的硬链接文件F3,然后删除F1。此时,F2和F3的引用计数值分别是(B)A0、1 B.1、1 C.1、2 D.2、132程序员利用系统调用打开I/O设备时,通常使用的设备标识是(A)A逻辑设备名 B.物理设备名 C.主设备号 D.从设备号45.(7分)三个进程P1、P2、P3互斥使用一个包含N(N0)个单元的缓冲区。P1每次用produce()生成一个正整数并用put()送入缓冲区某一空单元中;P2每次用getodd()从该缓冲区中取出一个奇数并用countodd()统计奇数个数;P3每次用geteven()从该缓冲区中取出一个偶数并用counteven()统计偶数个数。请用信号量机制实现这三个进程的同步与互斥活动,并说明所定义的信号量的含义。要求用伪代码描述。定义信号量S1控制P1与P2之间的同步;S2控制P1与P3之间的同步;empty控制生产者与消费者之间的同步;mutex控制进程间互斥使用缓冲区。程序如下:Var s1=0,s2=0,empty=N,mutex=1;ParbeginP1:beginX=produce();/生成一个数P(empty);/判断缓冲区是否有空单元P(mutex);/判断缓冲区是否被占用put();If x%2=0V(s2);/若时偶数,P3发出信号elseV(s1);/若时奇数,P2发出信号V(mutex);/使用完缓冲区,释放end.P2:beginP(s1);/收到P1发来的信号,已产生一个奇数P(mutex);/判断缓冲区是否被占用getodd();countodd():=countodd()+1;V(mutex);/使用完缓冲区,释放V(empty);/向P1发信号,多出一个空单元end.P3:beginP(s2)/收到P1发来的信号,已产生一个偶数P(mutex);/判断缓冲区是否被占用 geteven():=counteven()+1;V(mutex);/使用完缓冲区,释放V(empty);end.Parend.46.(8分)请求分页管理系统中,假设某进程的页表内容如下表所示。页表内容页号页框(Page Frame)号有效位(存在位)0101H1102254H1页面大小为4KB,一次内存的访问时间是100ns,一次快表(TLB)的访问时间是10ns,处理一次缺页的平均时间为108ns(已含更新TLB和页表的时间),进程的驻留集大小固定为2,采用最近最少使用置换算法(LRU)和局部淘汰策略。假设TLB初始为空;地址转换时先访问TLB,若TLB未命中,再访问页表(忽略访问页表之后的TLB更新时间);有效位为0表示页面不在内存,产生缺页中断,缺页中断处理后,返回到产生缺页中断的指令处重新执行。设有虚地址访问序列2362H、1565H、25A5H,请问:(1) 依次访问上述三个虚地址,各需多少时间?给出计算过程。(2) 基于上述访问序列,虚地址1565H的物理地址是多少?请说明理由。1、根据页式管理的工作原理,应先考虑页面大小,以便将页号和页内位移分解出来。页面大小为4KB,即212,则得到页内位移占虚地址的低12位,页号占剩余高位。可得三个虚地址的页号P如下(十六进制的一位数字转换成4位二进制,因此,十六进制的低三位正好为页内位移,最高位为页号):2362H:P=2,访问快表10ns,因初始为空,访问页表100ns得到页框号,合成物理地址后访问主存100ns,共计10ns+100ns+100ns=210ns。1565H:P=1,访问快表10ns,落空,访问页表100ns落空,进行缺页中断处理108,合成物理地址后访问主存100ns,共计10ns+100ns+108ns=108ns。25A5H:P=2,访问快表,因第一次访页号放入快表,花费10ns便可以合成物理地址,访问主存100ns,共计10ns+100ns=110ns。2、 当访问虚地址1565H时,产生缺页中断,合法驻留集为2,必须从页表中淘汰一个页面,根据题目的置换算法,应淘汰0号页面,因此1565H的对应页框号为101H。由此可见1565H的物理地址为101565H。补充题1:当没有用户程序要运行时,CPU做什么?补充题2:下述指令中哪些应是特权指令?(239) 1)修改内存管理寄存器 2)写程序计数器 3)读时钟的时间值 4)置时钟的时间值 5)改变进程的优先级 6)置运行模式为核心态 7)重启动 8)关中断 9)读程序状态字程序并发执行时的特征:间断性:程序在并发执行时,由于共享资源,或者需要相互合作,致使相互间产生了制约关系,呈“走走停停”的间断执行特征。失去封闭性:程序并发执行时的系统环境(主要指各程序所共享的系统资源的状态)是由多个程序来改变的,因而失去了封闭性。不可再现性:程序在并发执行时的结果与其执行速度等有关,从而不可再现。程序并发执行的条件:定理:如果两个程序P1和P2满足下述条件,它们便能并发执行,否则不能. R(P1)W(P2)R(P2)W(P1)W(P1)W(P2)= 即当两个程序的读集与写集的交集以及写集与写集的交集都为空集时,它们可以并发执行,否则不行。该定理也称Bernstein条件。 进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。3. 进程的特性及其与程序的区别从定义上看,进程是程序处理数据的过程,而程序是一组指令的有序集合;进程具有动态性、并发性、独立性和异步性等,而程序不具有这些特性;从进程结构特性上看,它包含程序(以及数据和PCB);进程和程序并非一一对应。 1 在计算机系统中,操作系统是(核心系统软件)。2 UNIX操作系统是著名的(分时系统) 。3在现代操作系统中采用缓冲技术的主要目的是(提高CPU和设备之间的并行程度)。4进程和程序的一个本质区别是( (前者为动态的,后者为静态的) )。5某进程在运行过程中需要等待从磁盘上读入数据,此时该进程的状态将(从运行变为阻塞)。6进程控制块是描述进程状态和特性的数据结构,一个进程(只能有惟一的进程控制块)。7在一般操作系统中必不可少的调度是(进程调度)。8把逻辑地址转变为内存的物理地址的过程称作(重定位)。9在UNIX系统中,目录结构采用(带链接树形目录结构) 。10避免死锁的一个著名的算法是(银行家算法)。(二)判断题(每题2分,共10分)1、操作系统是系统软件中的一种,在进行系统安装时可以先安装其它软件,然后再装操作系统。改正:操作系统是系统软件中的一种,在进行系统安装时必须先安装操作系统,然后再装其它软件。2、程序在运行时需要很多系统资源,如内存、文件、设备等,因此操作系统以程序为单位分配系统资源。程序(或者进程)在运行时需要很多系统资源,如内存、文件、设备等,因此操作系统以进程为单位分配系统资源。3、SPOOLing系统实现设备管理的虚拟技术,即:将独占设备改造为共享设备,它由专门负责I/O的常驻内存的进程以及输入、输出井组成。(T)4、在采用树型目录结构的文件系统中,各用户的文件名必须互不相同。在采用树型目录结构的文件系统中,各用户的文件名可以相同。5、虚拟存储器是利用操作系统产生的一个假想的特大存储器,是逻辑上扩充了内存容量,而物理内存的容量并未增加。(T)(三) 填空题(每空1分,共30分)操作系统的主要功能是 存储器管理、处理机管理、设备管理、文件管理、用户接口管理。1 进程的基本状态有运行态、就绪态、阻塞态。2 在存储器管理中,页面是信息的物理单位,分段是信息的逻辑单位。页面大小由系统(或硬件)确定,分段大小由用户程序确定。3.在UNIX系统中,文件的类型主要包括普通文件,目录文件,特别文件。在一般操作系统中,设备管理的主要功能包括 监视设备状态 ,进行设备分配,完成I/O操作,缓冲管理与地址转换。常用的设备分配技术有独占分配,共享分配,虚拟分配。产生死锁的必要条件是互斥条件,不可抢占条件,占有且申请条件,循环等待条件。3 通常,线程的定义是进程中执行运算的最小单位。在现代操作系统中,资源的分配单位是进程,而处理机的调度单位是线程,一个进程可以有多个线程。(四) 解答题(共25分)1 什么是操作系统?它有什么基本特征?(共6分)操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行 的系统软件(或程序集合),是用户与计算机之间的接口。(3分)操作系统的基本特征是:并发、共享和异步性。(3分)2 什么是中断?中断处理的一般过程分为哪几个阶段?(共5分)所谓中断是指CPU对系统发生的某个事件作出的一种反应:CPU暂停正在执行的程序,保留现场后自动地转去执行相应的处理程序,处理完该事件后再返回断点继续执行被“打断”的程序。(1分)中断处理的一般过程分为以下阶段:保存现场,分析原因,处理中断,返回断点。3 作业调度和进程调度各自的主要功能是什么?(共8分)作业调度的主要功能是:记录系统中各个作业的情况;按照某种调度算法从后备作业队列中挑选作业;为选中的作业分配内存和外设等资源;为选中的作业建立相应的进程;作业结束后进行善后处理工作。(5分) 进程调度的主要功能是:保存当前运行进程的现场;从就绪队列中挑选一个合适进程;为选中的进程恢复现场。(3分)4 虚拟存储器的基本特征是什么?虚拟存储器的容量主要受到哪两方面的限制?(共6分)虚拟存储器的基本特征是:虚拟扩充,即不是物理上而是逻辑上扩充了内存容量;部分装入,即每个作业不是全部一次性地装入内存,而是只装入一部分;离散分配,即不必占用连续的内存空间,而是“见缝插针”; 多次对换,即所需的全部程序和数据要分成多次调入内存。(4分)虚拟存储器的容量主要受到指令中表示地址的字长和外存的容量的限制。(2分)(五) 应用题(共15分)1 (共8分)有两个用户进程A和B,在运行过程中都要使用系统中的一台打印机输出计算结果。(1) 试说明A、B两进程之间存在什么样的制约关系?(2) 为保证这两个进程能正确地打印出各自的结果,请用信号量和P、V操作写出各自的有关申请、使用打印机的代码。要求给出信号量的含义和初值。 (1) A、B两进程之间存在互斥的制约关系。因为打印机属于临界资源,必须一个进程使用完之后另一个进程才能使用。(2分)(2)mutex:用于互斥的信号量,初值为1。(2分) 进程A 进程B . . . . P(mutex) P(mutex) 申请打印机 申请打印机 使用打印机 使用打印机 V(mutex) V(mutex) 1、 操作系统中引入“进程”概念的主要目的是(描述程序动态执行过程的性质)2、 在进程状态转换时,下列哪一种状态转换是不可能发生的?(从运行变为阻塞)安全性概述:系统安全性涉及系统保护与保密两个方面,旨在保障系统中数据的完整性、可用性和机密性。目前系统安全的分级管理机制:系统级管理(注册、登录、口令机制)用户级管理(分类授权)目录、文件级管理(设权限、属性等)影响系统安全性的因素:人为破坏因素(有意、无意的非法操作;病毒破坏;黑客入侵)、自然破坏因素(火灾、水灾、震灾、战争;存储介质等硬、软件损坏);系统对策:授权机制;防毒机制+法制教育;防黑机制;备份、转储、恢复机制;硬、软件冗余机制;鉴别机制;加密机制;审计机制;防火墙机制。实现系统安全性的基本技术 几种目前最有效的安全机制简介1. 授权机制的实现方法一:文件的二级存取控制(UNIX采用)第一级:对访问者的识别 对用户分类:文件主(owner)文件主的同组用户 (group)其它用户(other)第二级:对操作权限的识别 对操作分类:读操作(r)写操作(w)执行操作(x)不能执行任何操作(-)方法二: 存取控制矩阵(早期OS用)2. 具体的备份、转储与恢复机制通过转储操作,可形成文件或文件系统的多个副本备份有本地、异地、热、冷备份之分转储有全量转储、增量转储两种恢复有全量恢复、增量恢复两种3. 文件保密机制(主动做法)口令机制(常结合DES等加密法使用)、隐藏法、加密解密机制例2.1 试用P、V操作实现火车联网订票系统中北京、天津两地的两个终端售票进程发售同一班次车票的过程。 两个终端售票程序都要访问存放该次车票的数据单元Pk,假设它们都要对Pk做如下的访问操作:“若Pk1 ,则将Pk的值减1,卖出一张票,返回;否则打印无票信息,返回”;如果不加任何限制让这两个程序并发执行的话 ,结果可能会导致错误,甚至两地各卖出一张重票的现象。主要步骤是: (1)分析清楚题目涉及的进程间的制约关系。(2)设置信号量(包括信号量的个数和初值,对于同步问题还要写出信号量的物理含义)。(3)给出进程相应程序的算法描述或流程控制,并把P、V操作加到程序的适当处。 北京售票终端进程:根据顾客订票要求找到公共数据单元PK;P(S); 把PK的值读到工作寄存器R1中; 根据顾客订票数修改R1; 将R1的值回写到PK中; V(S); 售出顾客所订的票,返回; 天津售票终端进程: 根据顾客订票要求找到公共数据单元PK;P(S);把PK的值读到工作寄存器R2中;根据顾客订票数修改R2;将R1的值回写到PK中;V(S);售出顾客所订的票,返回;用记录型信号量机制实现进程同步一般的解题步骤(同进程互斥的实现):(1)分析题设中各进程间的制约关系;(2)按(1)的结果设置相应信号量(包括信号量的名字、个数和初值及其物理含义(仅限同步问题) 注意:对于互斥问题,一般只设1个信号量,且置初值1;而对于同步问题,合作进程间需要收发几条消息相应就设置几个信号量,且同步信号量的初值一般为0,表示消息尚未产生。(3)把P、V操作加到进程代码的适当处,用类Pascal或C语言给出算法描述;注意P(S)、V(S)操作出现的形式特点。一般地,P(S)、V(S)操作总是同时/配对出现的,但具体描述进程互斥时, P(S)、V(S)操作出现在同一进程中(且分别紧挨在临界区前后);而具体描述进程同步时, P(S)、V(S)操作常出现在不同的进程中,且一个进程发送消息时用V(S),而它的合作者进程接收此消息时用P(S)。例2.5 用信号量机制描述进程的前趋后继关系(补充例1)说明:这是一种类型的同步问题,解法也较固定:初始结点对应的操作可直接执行,然后用V操作给其各个后继结点分别发送一条“已完成前趋操作”的消息;终止结点对应的操作则必须在该结点分别用P操作收到其各个前趋结点“已完成前趋操作”的消息后才能执行;各个中间结点对应的操作,执行前需用P操作接受其前趋结点“已完成前趋操作”的消息,执行后还需用V操作给其各个后继结点分别发送一条“已完成前趋操作”的消息。上述前趋图中各结点对应的操作的并发执行情况描述如下:Var s12,s13,s24,s25,s36,s46,s56 : semaphore :=0,0,0,0,0,0,0;beginparbeginprocess 1: begin S1;V(s12);V(s13) end;process 2: begin P(s12);S2;V(s24);V(s25) end;process 3: begin P(s13);S3;V(s36) end;process 4: begin P(s24); S4;V(s46) end;process 5: begin P(s25); S5;V(s56) end;process 6: begin P(s36); P(s46); P(s56); S6 end;parendend例2.6 用信号量机制解决睡眠的理发师问题(补充例2,经典IPC问题之一)问题描述:理发店里有1位理发师、1把理发椅和n把顾客椅。若无顾客,理发师便在理发椅上睡觉;当1顾客到来时,他必须先叫醒理发师;若理发师正在理发时又有顾客到来,则如果有空椅子,他们就坐下来等,否则就离开。如何对理发师和顾客编程来描述他们的行为,要求不能带竞争条件? 这主要是个同步问题,理发师是循环进程,顾客不是。问题分析:顾客理发师之间的同步关系表现为:若无顾客,理发师便在理发椅上睡眠,等待。顾客到来时,先看等候的顾客数是否少于顾客椅子数,不是则离开,否则就留下来,声称要理发,并且等理发师醒来或闲下来,再理发。 顾客理发师之间还有互斥关系:由于等候的顾客数变量是临界资源,所以顾客进屋后对该变量进行的加1操作以及理发师起身准备给顾客理发时对该变量进行的减1操作必须互斥。 A solution to the sleeping barber problem by Tanenbaumsemaphore customers, barbers, mutex = 0, 0, 1; int waiting = 0; /* i.e. customers are waiting */void barber(void) while (TRUE) P(customers); P(mutex); waiting = waiting - 1; V(barbers); V(mutex); cuthair(); void customer(void) P(mutex); if (waiting CHAIRS) waiting = waiting + 1; V(customers); V(mutex); P(barbers); gethaircut(); else V(mutex); 该解法中,理发师早晨工作时先执行过程barber,阻塞在信号量customers上,于是在理发椅中睡觉,直至有顾客到来。semaphore customers, barber_chair, chairs = 0, 0, n+1; void barber() while (TRUE) P(customers); V(barber_chair); Givehaircut(); void customer() P(chairs); / come in / take a chair V(customers); P(barber_chair); ReceiveHaircut(); V(chairs); / go out; 该解法中,把顾客进入理发店、理发、出理发店的过程看做顾客进程的临界区,相应互斥信号量chairs初值为n+1,表示最多允许n+1个顾客同时进店。顾客与理发师之间有同步关系。例2.7 (P46选讲) 某小型超级市场,可容纳50人同时购物。入口处有篮子,每个购物者可拿一只篮子入内购物。出口处结帐,并归还篮子(出、入口禁止多人同时通过)。试用信号量和P、V操作写出购物者的同步算法。分析:这是个典型的进程互斥问题,超市内部及其出入口是临界资源,为此,若出入口为同一个,则需要设两个互斥信号量,否则需要设3个。所用信号量设置如下:)互斥信号量S,初值为50,用以保证最多可以有50个购物者同时进入超市。)互斥信号量mutex,初值为1,用以保证同时只能有一个购物者进程进入出入口拿起篮子或者结帐后放下篮子。用信号量机制给出的每个购物者购物过程的算法描述如下:购物者i进程(解法一):购物者i进程(解法二):P(S); P(S);P(mutex); P(mutex1);从入口处进超市,并取一只篮子; 同左;V(mutex); V(mutex1); 进超市内选购商品; 同左 ; P(mutex); P(mutex2); 到出口结帐,并归还篮子; 同左 ; V(mutex); V(mutex2); 从出口离开超市; 同左 ; V(S); V(S);例2.9设A、B两点之间是一段东西向的单行车道,现在要设计一个AB路段自动管理系统,管理规则如下:当AB间有车辆在行驶时,同方向的车可以同时驶入AB段,但另一方向的车必须在AB段外等待;当AB段之间无车辆行驶时,到达AB段的任一方向的车都可进入AB段,但不能从两个方向同时驶入,即只能有一个方向的车驶入;当某方向在AB段行驶的车辆驶出了AB段且暂无车辆进入AB段时,应让另一方向等待的车辆进入AB段行驶。试用信号量和P、V操作管理AB路段车辆的行驶。 分析: 本题属于读者写者问题的变形,相当于两组读者(即两个方向的车辆)使用同一个共享文件(即AB路段)的互斥问题。因此,可参考读者写者问题的解法。 一个方向的车辆中只有第1辆驶入AB路段的和最后1辆驶出AB路段的需要与另一方向的车竞争和释放对AB路段的互斥使用权,为此需引入两个计数器变量,分别用来对驶入AB路段的两个方向的车辆进行计数,以确定哪辆车是第1辆驶入的,哪辆是该方向最后1辆驶出的。故共需3个互斥信号量。)整型变量Car_A,初值为0,用于对从A点(东)驶入AB段的车辆进行记数。)整型变量Car_B,初值为0,用于对从B点(西)驶入AB段的车辆进行记数。)互斥信号量mutex,初值为1,用于实现不同方向的第一辆车互斥驶入AB路段。)互斥信号量ma,初值为1,用于实现东西向的车互斥地访问计数器变量Car_A。)互斥信号量mb,初值为1,用于实现西东向的车互斥地访问计数器变量Car_B。 东西向(即AB向)行驶的车辆i P(ma); Car_A加1;若Car_A=1则 P(mutex);V(ma);车辆从A点通过AB路段到达B点;P(ma);Car_A减1;若Car_A=0则 V(mutex);V(ma);西东向(即BA向)行驶的车辆j P(mb);Car_B加1;若Car_B=1则 P(mutex);V(mb);车辆从B点通过AB路段到达A点;P(mb);Car_B减1; Car_B=0则 V(mutex); V(mb);例2.8 假定系统中三个进程P1、P2和P3共享12台磁带机。P1总共要求10台,P2要4台,P3要9台。设在T0时刻,进程P1、P2和P3已经获得5台、2台和2台,还有3台空闲没有分配(如下图所示)。问T0时刻安全吗?进程最大需求已分配可用P11053P2P34229解:经分析可知,T0时刻系统是安全的,因为这时存在一个安全序列。 注意:若把题中的12改为11,则T0时刻系统是不安全的,因为这时系统中虽有2台可用设备,但不存在安全序列。当然,若不按照安全序列分配资源,安全状态可能变为不安全状态,如本题中若下一时刻P3获得1台磁带机的情况。(1)系统在某一时刻的安全序列可能不唯一,但这不影响对系统安全性的判断。(2)安全状态是非死锁状态,而不安全状态并不一定是死锁状态。即系统处于安全状态一定可以避免死锁,而系统处于不安全状态则仅仅有可能进入死锁状态。 银行家算法所用的主要数据结构1)可用资源向量Available1m:记录系统中各类资源的当前可用数目。2)最大需求矩阵Maxnm:记录每个进程对各类资源的最大需求量。3)分配矩阵Allocationnm:记录系统给每个进程分配的各类资源数目。4)需求矩阵Neednm:记录每个进程尚需要的各类资源数目。显然,Need=MaxAllocation。5)请求向量Request1m:记录某个进程当前对各类资源的申请量,它是银行家算法的入口参数。 当Pi发出资源请求Requesti后,系统按下述步骤进行检查:step1.如果Requesti Needi,则出错。step2.如果RequestiAvailable,则Pi 阻塞; step3.系统试探着把资源分配给进程Pi,并修改下面数据结构中的数值:Availablei=Availablei-Requesti;Allocationi=Allocationi+Requesti;Needi = Needi- Requesti;step4. 系统执行安全性检测子算法,检查如果实施此次资源分配后,系统是否会处于安全状态。若安全,则完成此次试分配,成功返回;否则,将撤消此次试分配,恢复step3中改过的数据,让进程Pi等待。 (1)初始化:work=available;/*work是available的影子变量 */ finish=false; /* finish是进程可完成标志向量 */(2)若按进程编号顺序找到了一个可加入安全序列的进程, 即:满足条件finishi=false且 neediwork的进程Pi , 则假设该进程不久将完成任务归还资源,于是置work=work+allocationi; finishi=true; 重复执行这一步,直至找不到一个这样的进程为止;(3)若

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