学生信的那些事儿之七 - Linux基础之Shell脚本编程

沿着前面的轨迹，接下来是Linux中shell脚本的学习。这对于生信工程师后续处理大量 (海量更合适些) 数据是非常非常重要的，但是同样的，作为一个有点古板的人，对于"脚本"是什么意思我都死磕了好久。主要觉得有些抽象，尤其是跟生信的同事讨论项目分析部分的问题时，他们经常会说道这个词，在他们意识里这是个不言自明的术语，殊不知对外行人而言 (比如我)，那简直就是无情的"知识的诅咒"。经常是我假装听懂了，然后继续讨论下面的问题，形成一个模糊的印象。

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百度上的解释是：脚本（Script）是一种批处理文件的延伸，是一种纯文本保存的程序，一般来说的计算机脚本程序是确定的一系列控制计算机进行运算操作动作的组合，在其中可以实现一定的逻辑分支等。不知道你能不能看懂，反正我开始的时候真是一知半解。

鸟哥私房菜的解释是：shell script是利用 shell 的功能所写的一个"程序"，这个程序是使用纯文本文件，将一些shell的语法与命令(含外部命令)写在里面，搭配正则表达式、管道命令与数据流重定向等功能，以达到我们所想要的处理的目的。不明觉厉，好像更看不懂了···

Jude 的简单粗暴大白话解释是：脚本就是Linux中很多命令按照一定规则的组合，以实现某个特定的功能。Linux中有很多简单的命令，往往只是进行了简单的对话，比如 cd 就是进入到某个目录，简单直接。但是如果我想进入某个目录A，然后在目录A中创建目录B，再在目录B中创建文本C呢？当然可以一步一步操作，如果想要一步到位呢，那就可以用脚本，把三个命令写在一起，一起执行。好像有点啰嗦···

或者从英语的角度去理解，脚本的对应英文是Script，而这个单词的中文释义中还有剧本的意思。剧本就好理解了啊，剧本就是导演(生信工程师)基于某个主旨(要实现的目标)按照一定的手法(规则)所写的一个故事。不管是哪个演员，都得按照剧本演。所以，学好英语对于生信也是有帮助的~

按照脚本的复杂程度可以分为：

这个无需多说，其实就是若干个简单命令的顺序排列，执行脚本后会按照命令的前后关系从前往后一一执行。

相对于简单的基本脚本，结构化的命令脚本可以施加逻辑流程控制，从而改变程序(命令)执行的顺序。基本脚本中的命令就是从上往下执行，但是结构化的命令脚本可以根据逻辑判断重复或者跳过某些命令。

常用的结构化命令(语句)有：

后面还有什么嵌套循环啊啥的，不过我觉得上面的7中命令学到家了，应该可以应付大部分在生信分析里面的应用了。

记得高中的时候，物理老师(也是班主任)在给我们讲解习题时有个有意思的套路：不管什么难题现在下面写个"答："，以示自己解决问题的决心，也是一种正向的心理暗示。脚本编写也是有套路的，不过总的来说还是比较简单。

对于简单的脚本(超级简单的那种)，直接几个命令连在一起即可，中间用"；"隔开。

对于更长更复杂的脚本，一般需要创建一个文本，并在里面编辑。这就涉及到了文本编辑器，比较常用和简单的一般有nano和vim，实在很简单，规则也容易理解，教程随手可得，不多说。

比如用vim创建了一个脚本之后，具体的语法(套路)：

ok，脚本写完了，怎么让脚本开始工作呢？这有涉及到之前讲过的环境变量和相对路径、绝对路径了。方法有三：

就这么多吧，应该有点感觉到了，剩下的就是狂练狂练了~

Linux里面uptime命令作用是什么？

[root@oldboy ~]# uptime

11:45:25 up 5 days, 13:20, 3 users, load average: 0.00, 0.01, 0.05

uptime内容显示的内容一次是系统时间，开机到现在的天数，用户登录数，以及平均负载。

核心是平均负载，其实就是【单位时间内的活跃进程数】。

2颗，单颗4核CPU为例：

1分钟：10.00 #CPU处理进程1分钟的繁忙程度，忙碌1分钟。

5分钟：8.01 #CPU处理进程5分钟的繁忙程度，忙碌了5分钟

15分钟：5.05 #CPU处理进程15分钟的繁忙程度，忙碌持续15分钟，15分钟内平均值5.

uptime:故障恢复了。

1分钟：1.00 #CPU处理进程1分钟的繁忙程度，忙碌1分钟。

5分钟：8.01 #CPU处理进程5分钟的繁忙程度，忙碌了5分钟

15分钟：5.05 #CPU处理进程15分钟的繁忙程度，忙碌持续15分钟，15分钟内平均值5.

==============================================

总结：15分钟负载值12，是高是低呢

负载数值/总的核心数=1 #开始慢的临界点，实际上1*70%==关注的临界点。

12/8=1.2 大于1就说明有问题。

负载不要超过5，是临界点。

2颗单颗4核CPU，共8核，负载就是8*70%=5左右。

需要关注负载的值：总的核心数*70%=关注的点

==================要掌握的============================

1.平均负载是运行队列中活跃的进程数。

2.平均负载，1,5,15分钟内的负载。

3.需要关注负载的值：总的核心数*70%=关注的点

4.辅助top,ps,uptime,sar,mpstat,pidstat,iostat，排查问题。

5.strace跟踪进程系统调用。

6.记住几个案例（面试讲故事）。

面试官问：

你在工作中遇到过哪些生产故障，是怎么解决的？

最好和数据库相关（负载高），和web相关（PHP进程100%,JAVA内存泄漏）

==================要掌握的============================

***6.平均负载案例分析实战\***

下面，我们以三个示例分别来看这三种情况，并用 stress、mpstat、pidstat 等工具，找出平均负载升高的根源。

stress 是 Linux 系统压力测试工具，这里我们用作异常进程模拟平均负载升高的场景。

mpstat 是多核 CPU 性能分析工具，用来实时查看每个 CPU 的性能指标，以及所有 CPU 的平均指标。

pidstat 是一个常用的进程性能分析工具，用来实时查看进程的 CPU、内存、I/O 以及上下文切换等性能指标。

#如果出现无法使用mpstat、pidstat命令查看%wait指标建议更新下软件包

yum install sysstats -y

yum install stress -y

stress --cpu 8 --io 4 --vm 2 --vm-bytes 128M --timeout 10s

***场景一：CPU 密集型进程\***

1.首先，我们在第一个终端运行 stress 命令，模拟一个 CPU 使用率 100% 的场景：

[root@oldboy ~]# stress --cpu 1 --timeout 600

2.接着，在第二个终端运行 uptime 查看平均负载的变化情况

# 使用watch -d 参数表示高亮显示变化的区域(注意负载会持续升高)

[root@oldboy ~]# watch -d uptime

*3.最后，在第三个终端运行 mpstat 查看 CPU 使用率的变化情况*

# -P ALL 表示监控所有CPU，后面数字5 表示间隔5秒后输出一组数据

[root@oldboy ~]# mpstat -P ALL 5

#单核CPU,所以只有一个all和0

4.从终端二中可以看到，1 分钟的平均负载会慢慢增加到 1.00，而从终端三中还可以看到，正好有一个 CPU 的使用率为 100%，但它的 iowait 只有 0。这说明，平均负载的升高正是由于 CPU 使用率为 100% 。那么，到底是哪个进程导致了 CPU 使用率为 100% 呢？可以使用 pidstat 来查询


# 间隔5秒输出一组数据

[root@oldboy ~]# pidstat -u 5 1

#从这里可以明显看到，stress进程的CPU使用率为100%。

- 模拟cpu负载高 `stress --cpu 1 --timeout 100`

- 通过uptime或w 查看 `watch -d uptime`

- 查看整体状态mpstat -P ALL 1 查看每个cpu核心使用率

- 精确到进程： pidstat 1

****场景二：I/O 密集型进程\****

1.首先还是运行 stress 命令，但这次模拟 I/O 压力，即不停地执行 sync

[root@oldboy ~]# stress --io 1 --timeout 600s #利用sync()

stress --hdd 8 --hdd-bytes 1g # hd harkdisk 创建进程去进程写

*2.然后在第二个终端运行 uptime 查看平均负载的变化情况：*

[root@oldboy ~]# watch -d uptime

18:43:51 up 2 days, 4:27, 3 users, load average: 1.12, 0.65, 0.00

*3.最后第三个终端运行 mpstat 查看 CPU 使用率的变化情况：*

# 显示所有 CPU 的指标，并在间隔 5 秒输出一组数据

[root@oldboy ~]# mpstat -P ALL 5

#会发现cpu的与内核打交道的sys占用非常高

*4.那么到底是哪个进程，导致 iowait 这么高呢？我们还是用 pidstat 来查询*

# 间隔5秒后输出一组数据，-u 表示CPU指标

[root@oldboy ~]# pidstat -u 5 1

#可以发现，还是 stress 进程导致的。

- 通过stress 模拟大量进程读写 `stress --hdd 4 `

- 通过w/uptime查看系统负载信息 `watch -d uptime`

- 通过top/mpstat 排查 `mpstat -P ALL 1 或 top 按1`

- 确定是iowati `iostat 1查看整体磁盘读写情况 或iotop -o 查看具体哪个进程读写`

- 根据对应的进程,进行相关处理.

***场景三：大量进程的场景 高并发场景 \***

*当系统中运行进程超出 CPU 运行能力时，就会出现等待 CPU 的进程。*

*1.首先，我们还是使用 stress，但这次模拟的是 4 个进程*

[root@oldboy ~]# stress -c 4 --timeout 600

*2.由于系统只有 1 个 CPU，明显比 4 个进程要少得多，因而，系统的 CPU 处于严重过载状态*

*3.然后，再运行 pidstat 来看一下进程的情况：*

# 间隔5秒后输出一组数据

[root@oldboy ~]# pidstat -u 5 1

*可以看出，4 个进程在争抢 1 个 CPU，每个进程等待 CPU 的时间（也就是代码块中的 %wait 列）高达 75%。这些超出 CPU 计算能力的进程，最终导致 CPU 过载。*

****分析完这三个案例，我再来归纳一下平均负载与CPU\****

***平均负载提供了一个快速查看系统整体性能的手段，反映了整体的负载情况。但只看平均负载本身，我们并不能直接发现，到底是哪里出现了瓶颈。所以，在理解平均负载时，也要注意：

平均负载高有可能是 CPU 密集型进程导致的；

平均负载高并不一定代表 CPU 使用率高，还有可能是 I/O 更繁忙了；

当发现负载高的时候，你可以使用 mpstat、pidstat 等工具，辅助分析负载的来源****

**系统负载的计算和意义**

进程以及子进程和线程产生的计算指令都会让cpu执行,产生请求的这些进程组成"运行队列",等待cpu执行,这个队列就是系统负载, 系统负载是所有cpu的运行队列的总和.

[root@oldboyedu ~]# w

20:25:48 up 95 days, 9:06, 1 user, load average: 2.92, 0.00, 0.00

//假设当前计算机有4个核心的cpu,当前的负载是2.92

cpu1 cpu2 cpu3 cpu4

2.94/4(个cpu核心) = 73%的cpu资源被使用,剩下27%的cpu计算资源是空想的

//假设当前的计算有2个核心的cpu,当前的负载是2.92

2.92/2 = 146% 已经验证超过了cpu的处理能力

7. 日常故障排查流程(含日志)

- w/uptime, 查看负载

- ps aux/top 看看 cpu百分比, io wait或者是内存占用的高? (三高 cpu,io,内存)

- top检查具体是哪个进程,找出可疑进程

- 追踪这个进程使用情况,做什么的?

- 看看对应**日志**是否有异常

- 系统日志: /var/log/messages(系统通用日志) /var/log/secure(用户登录情况)

- 服务软件的日志

***3.那平均负载为多少时合理\***

*最理想的状态是每个 CPU核心 上都刚好运行着一个进程，这样每个 CPU 都得到了充分利用。所以在评判平均负载时，首先你要知道系统有几个 CPU核心，这可以通过 top 命令获取，或`grep 'model name' /proc/cpuinfo`*

系统平均负载被定义为在特定时间间隔内运行队列中的平均进程数。如果一个进程满足以下条件则其就会位于运行队列中：

- 它没有在等待I/O操作的结果

- 它没有主动进入等待状态(也就是没有调用'wait')

- 没有被停止(例如：等待终止)

《内容来自老男孩老师的课堂笔记》

linux是谁发明的？

是林纳斯·托瓦兹发明的。

linux于1991年10月5日发布，其创始人是林纳斯·托瓦兹。托瓦兹利用个人时间及器材创造出了这套当今全球最流行的操作系统（作业系统）内核之一。现受聘于开放源代码开发实验室，全力开发Linux内核。

Linux不仅系统性能稳定，而且是开源软件。其核心防火墙组件性能高效、配置简单，保证了系统的安全。在很多企业网络中，为了追求速度和安全，Linux操作系统不仅仅是被网络运维人员当作服务器使用，Linux既可以当作服务器，又可以当作网络防火墙是Linux的 一大亮点。

扩展资料：

linux的特性：

1、基本思想。Linux的基本思想有两点：第一，一切都是文件；第二，每个软件都有确定的用途。其中第一条详细来讲就是系统中的所有都归结为一个文件，包括命令、硬件和软件设备、操作系统、进程等等对于操作系统内核而言，都被视为拥有各自特性或类型的文件。

2、完全免费。Linux是一款免费的操作系统，用户可以通过网络或其他途径免费获得，并可以任意修改其源代码。这是其他的操作系统所做不到的。

3、完全兼容POSIX1.0标准。这使得可以在Linux下通过相应的模拟器运行常见的DOS、Windows的程序。这为用户从Windows转到Linux奠定了基础。许多用户在考虑使用Linux时，就想到以前在Windows下常见的程序是否能正常运行，这一点就消除了他们的疑虑。

4、多用户、多任务。Linux支持多用户，各个用户对于自己的文件设备有自己特殊的权利，保证了各用户之间互不影响。多任务则是现在电脑最主要的一个特点，Linux可以使多个程序同时并独立地运行。

5、良好的界面。Linux同时具有字符界面和图形界面。在字符界面用户可以通过键盘输入相应的指令来进行操作。它同时也提供了类似Windows图形界面的X-Window系统，用户可以使用鼠标对其进行操作。

参考资料来源：百度百科-linux

参考资料来源：百度百科-林纳斯·托瓦兹

LIUNX的历史

到看看吧，很详细的。

UNIX这个名字早已被众多用户所熟知。作为一个操作系统，它以其独特的魅力----即开放性、可移植性、和多用户多任务等特点，不仅赢得了广大用户的喜爱，同时也受到许多计算机厂商的青睐。

Unix操作系统的历史漫长而曲折，它的第一个版本是1969年由KeThompson在ATT贝尔实验室实现的，运行在一台 DECPDP-7计算机上。这个版本实现了一个文件系统、一个命令解释器(shell)和一些简单的文件工具。Ken和他的伙伴们使用GE系统来为 PDP -7进行交叉编译，很快写好了汇编器，使系统有了自支持的能力。这个系统已基本成型，其文件系统与现在的文件系统相似，它使用i结点，有特殊文件类型支持目录和设备，而且可以同时支持两个用户。

与当时的一个名为MULTICS(MULTiplexed Information and Computing System)的操作系统相比，UNIX显得异常短小精悍，它曾被玩笑地称作"UNICS",代表 UNiplexed Information and Computing System. 有人称 MULTICS 代表 "Many Unneccessarily Large Tables In Core Simulataneously",而UNIX则是裁减了的 MULTICS，不久，UNICS变成了UNIX而且被流传下来。

1970年，UNIX被移植到PDP-11/20上，这需要很大的工作量，因为整个系统全是用汇编语言编写的。

C语言的诞生给系统设计带来了新的契机, Ken Thompson和Dennis Ritchie使用C语言对整个系统进行了再加工和编写，使得Unix能够很容易的移植到其他硬件的计算机上。从那以后，Unix系统开始了令人瞩目的发展。由于此时ATT还没有把Unix作为它的正式商品，因此研究人员只是在实验室内部使用并完善它。正是由于Unix是被作为研究项目，其他科研机构和大学的计算机研究人员也希望能得到这个系统，以便进行自己的研究。ATT以分发许可证的方法，对Unix仅仅收取很少的费用，大学和研究机构就能获得Unix的源代码以进行研究。Unix的源代码被散发到各个大学，一方面使得科研人员能够根据需要改进系统，或者将其移植到其他的硬件环境中去，另一方面培养了懂得Unix使用和编程的大量的学生，这使得Unix的普及更为广泛。

由于操作系统的开发相当困难，只有少数的计算机厂商，如IBM、Digital等大型公司，才拥有自己的操作系统，而其他众多生产计算机的硬件厂商则采用别人开发的操作系统。因为Unix不需要太多的花费，因此很多厂商就选择了Unix作为他们生产的计算机使用的操作系统。他们把Unix移植到自己的硬件环境下，而不必从头开发一个操作系统。

到了70年代中后期，在Unix发展到了版本6之后，ATT认识到了Unix的价值，成立了Unix系统实验室（Unix System Lab,USL）来继续发展Unix。因此ATT一方面继续发展内部使用的Unix版本7，一方面由USL开发对外正式发行的Unix版本，同时ATT也宣布对Unix产品拥有所有权。几乎在同时，加州大学伯克利分校计算机系统研究小组（CSRG）使用 Unix对操作系统进行研究，因此他们的研究成果就反映在他们使用的Unix中。他们对Unix的改进相当多，增加了很多当时非常先进的特性，包括更好的内存管理，快速且健壮的文件系统等，大部分原有的源代码都被重新写过，以支持这些新特性。很多其他Unix使用者，包括其他大学和商业机构，都希望能得到 CSRG改进的Unix系统。因此CSRG中的研究人员把他们的Unix组成一个完整的Unix系统——BSD Unix （Berkeley Software Distribution），向外发行。

到此，UNIX就有了一个大的分支，分为ATT UNIX 和 BSD Unix，现代的Unix版本大部分都是这两个版本的衍生产品。

Linux是一种操作系统

1991年8月,芬兰的一个学生在comp.os.minix新闻组贴上了以下这段话:

你好,所有使用minix的人-我正在为386(486)AT做一个免费的操作系统(只是为了爱好,不会象gnu那样很大很专业).

这名学生就是LinusTorvalds,而他所说的'爱好'就变成我们今天知道的Linux.

Linux引起黑客们(hacker)的注意,通过计算机网络加入了Linux的内核开发,Linux倾向于成为一个黑客的系统----直到今天,在Linux社区里内核的开发被认为是真正的编程.由于一批高水平黑客的加入,使Linux发展迅猛.

作为一个具备所有特性的类似POSIX的操作系统,Linux并非仅由Linus一人开发,而是由全世界几百个程序员共同开发的.有趣的是这个巨大的全世界的开发活动不是很协调.当然,Linus为内核定了调子,但Linux并不只是内核.没有一个管理组织;一个俄罗斯学生得到一块新的主板,就写了驱动程序支持这块主板.马里兰的一个系统管理员需要备份软件,就写一个,并把它传给任何需要的人.好象总是在正确的时间发生正确的事.

到1993年底94年初,Linux1.0终于诞生了!Linux1.0已经是一个功能完备的操作系统,而且内核写得紧凑高效,可以充分发挥硬件的性能,在4M内存的80386机器上也表现得非常好,至今人们还在津津乐道于此,不过自从2.1.xx系列的内核Linux开始走高端的路子----硬件的发展太快了,但是Linux不会失去它的本色.Linux具有良好的兼容性和可移植性,大约在1.3版本之后,开始向其他硬件平台上移植,包括号称最快的CPU---DigitalAlpha(至少目前主频是最高的).所以不要总把Linux与低档硬件平台联系到一块,Linux发展到今天,这是一个误区,它只是将硬件的性能充分发挥出来而已,Linux必将从低端应用横扫到高端应用!

在Linux的发展历程上还有一件重要的事:Linux加入GNU并遵循公共版权许可证(GPL).此举大大加强了GNU和Linux,几乎所有应用的GNU库/软件都移植到Linux,完善并提高了Linux的实用性,而GNU有了一个根基,我现在也搞不清楚到底是GNULinux呢还是基于Linux的GNU.:-)更重要的是遵循公共版权许可证,在继承自由软件的精神的前提下,不再排斥对自由软件的商业行为(如把自由软件打包以光盘形式出售),不排斥商家对自由软件进一步开发,不排斥在Linux上开发商业软件.

另一个有趣的事是你可不花钱就得到Linux.你只要有时间并愿意下载,你就可以免费得到大多数软件.

为了使Linux变的容易使用，Linux也有了许多发布版本，发布版实际上就是一整套完整的程序组合。现在已经有许多不同的Linux发行版和各自的版本号，为了不产生混淆，我们先解释一些常提到的术语。

当我们提到的Linux时，一般是指"RealLinux"，即内核，是所有UNIX操作系统的“心脏”。但光有linux并不能成为一个可用的操作系统。还需要许多软件包，编译器，程序库文件，Xwindow系统等等。因为组合方式不同，面向用户对象不同，所以这就是为什么有许多不同的Linux发行版的原因。

各地出现了很多的Linux发行版,如Slackware,Redhat,Suse,TurboLinux,OpenLinux等十多种,而且还在增加,注意,严格来说，你不能说"RedhatLinux""SuseLinux""SlackwareLinux"等等,Linux主要指操作系统内核,对所有发行版内核原代码都是一样的(但集成的内核版本可能因发行时间不同而有所不同).

越来越多的公司在Linux上开发商业软件或把其他Unix平台的软件移植到Linux上来,如今很多IT业界的大腕IBM,Intel,Oracle,Infomix,Sysbase,Corel,Netscape,CA,Novell等都宣布支持Linux!商家的加盟弥补了纯自由软件的不足和发展障碍,Linux迅速普及到广大计算机爱好者,并且进入商业应用,正是打破某些公司垄断文化圈的希望所在!!

Linux是爱好者们通过Internet协同开发出来的,当然它的网络功能十分强大,比如你可以通过ftp,nfs等来安装Linux,用它来做网关等等.随着Linux的发展衍生出来的应用恐怕出乎Linus本人最初的预料,如有人用它来做路由器,有人来做嵌入式系统,有人来做实时性系统......常有新手问Linux能做什么,其实它不象那些中看不中用的操作系统,不在于你用它能干什么,而在于你想干什么!

grep 命令详解

grep: Gloabal Search Regular Expression and Print out the line，意为全局搜索正则表达式并打印文本行。所以

之后也会从这两个大的方面来详细介绍。grep命令的基本语法如下：

[options]表示选项，具体的命令选项见下表。pattern表示要匹配的模式（包括目标字符串、变量或者正则表达式），file表示要查询的文件名，可以是一个或者多个。pattern后面所有的字符串参数都会被理解为文件名。

首先介绍一下我的实验环境，在/home/tyrone下建立3个简单的txt文件：

（1）多文件查询，file之间用空格隔开

（2）多模式匹配，模式之间为“逻辑或”的关系，匹配任意一个

（3）多模式匹配，模式之间为“逻辑与”的关系，匹配所有模式。

这个问题我查阅了很多方法，并逐一试验了一下。基本思想大致相同：先匹配一个模式，然后grep下面一个模式，将前一次grep的结果作为要查询文件路径依次向后传递。

注意：前一次grep的结果必须加上-l选项，否则会把匹配成功的文件内容作为要查询的文件名向后传递 。

我希望做到的是能够显示出同时包含模式的文件，并且跟随显示匹配每个模式的内容。可惜我现在找到的方法都仅仅能够显示匹配最后一个模式的内容。

最后不得不感慨一下linux命令的组合方式，能像积木一样堆积出无穷的组合，是时候展现真正的想象力了。。。

（4）查找指定用户的进程

ps是查看当前进程的指令，e表示所有进程，f表示全格式。

现在要搞一个脚本把前面总结的命令一锅炖了。先搜索同时匹配多个模式的文件，把它们先备份之后，替换目标字符串：

grep与正则表达式的故事

nl是什么意思

女生说nl的意思是：常规的恋爱。

“nl”是“NormalLove”的简写，指常规的恋爱。与之相对的有：gl（Girl'slove女同性恋）和bl（Boy'slove男同性恋）。nl也可以说是bg（BoyGirl）。

通常人们使用nl这个词，多数是在动漫周边范围，如讨论动漫性质，动漫人物的配对，和同人文中使用。历年来虽然nl向的震撼强度和威力并不明显，但是各类动漫中nl配对和原创nl文的数量并不少。

人们不时可以看见“动漫nl”之类的文章，即是指关于这部动漫的男女向的恋爱故事。在奇幻小说、电视剧、游戏等蓬勃发展的今天，渐渐地也出现了不少关于小说、电视剧、游戏等的nl类配对和故事。

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