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文檔簡(jiǎn)介
22/26軟件定義存儲(chǔ)中的新型IO模型第一部分軟件定義存儲(chǔ)的IO抽象 2第二部分分布式塊存儲(chǔ)的新型IO接口 4第三部分對(duì)象存儲(chǔ)中的塊IO 7第四部分文件存儲(chǔ)中的流IO 10第五部分集成IO與計(jì)算的分布式數(shù)據(jù)處理 12第六部分智能IO優(yōu)化與卸載 16第七部分基于容器的IO隔離與管理 20第八部分NVMe-oF在SDS中的作用 22
第一部分軟件定義存儲(chǔ)的IO抽象關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)軟件定義存儲(chǔ)中的IO抽象
一、塊存儲(chǔ)IO抽象
1.將存儲(chǔ)設(shè)備視為一組邏輯塊,每個(gè)塊具有唯一的標(biāo)識(shí)符。
2.應(yīng)用程序通過(guò)讀取和寫入操作直接訪問(wèn)這些塊。
3.塊存儲(chǔ)IO抽象簡(jiǎn)單明了,與傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)兼容。
二、文件存儲(chǔ)IO抽象
軟件定義存儲(chǔ)的I/O抽象
傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)中,I/O處理由專用硬件設(shè)備管理,例如存儲(chǔ)控制器和磁盤驅(qū)動(dòng)器。這種方法限制了存儲(chǔ)系統(tǒng)的靈活性,并且隨著數(shù)據(jù)量的增長(zhǎng)而難以擴(kuò)展。
軟件定義存儲(chǔ)(SDS)通過(guò)使用軟件將I/O處理從硬件中抽象出來(lái),解決了這些限制。在SDS中,I/O操作由軟件層處理,該軟件層可以在標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器硬件上運(yùn)行。這種抽象允許SDS擴(kuò)展到更廣泛的硬件平臺(tái),并實(shí)現(xiàn)更高的可擴(kuò)展性和靈活性。
SDS中的I/O抽象通過(guò)以下關(guān)鍵組件實(shí)現(xiàn):
#1.通用塊設(shè)備(UBD)
UBD是一組虛擬塊設(shè)備,可為應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的I/O接口。UBD封裝了底層硬件設(shè)備的復(fù)雜性,并允許應(yīng)用程序訪問(wèn)存儲(chǔ)資源,而無(wú)需了解物理存儲(chǔ)配置。
#2.虛擬存儲(chǔ)控制器(VSC)
VSC是一個(gè)軟件組件,管理UBD及其底層I/O操作。VSC處理來(lái)自應(yīng)用程序的I/O請(qǐng)求,并將它們翻譯成對(duì)實(shí)際硬件設(shè)備的命令。VSC還負(fù)責(zé)管理存儲(chǔ)池、卷和快照等存儲(chǔ)資源。
#3.存儲(chǔ)池
存儲(chǔ)池是邏輯存儲(chǔ)單元,由多個(gè)物理存儲(chǔ)設(shè)備組成。存儲(chǔ)池為UBD提供了底層存儲(chǔ)空間,并且可以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展或縮減。
#4.卷
卷是存儲(chǔ)池中的邏輯單元,可為應(yīng)用程序提供文件系統(tǒng)或塊設(shè)備訪問(wèn)。卷可以根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建、刪除或調(diào)整大小。
#5.快照
快照是存儲(chǔ)系統(tǒng)的備份機(jī)制,可創(chuàng)建存儲(chǔ)池或卷在特定時(shí)間點(diǎn)的副本??煺赵试S管理員在數(shù)據(jù)損壞或意外刪除的情況下恢復(fù)數(shù)據(jù)。
SDS中的I/O抽象層為應(yīng)用程序提供了一個(gè)統(tǒng)一的界面,可以訪問(wèn)各種類型的存儲(chǔ)資源,而無(wú)需了解底層硬件。這種抽象還允許管理員輕松管理存儲(chǔ)資源,并動(dòng)態(tài)調(diào)整存儲(chǔ)配置以滿足應(yīng)用程序需求。
#I/O抽象的優(yōu)點(diǎn)
SDS的I/O抽象提供了以下主要優(yōu)點(diǎn):
*靈活性:使用軟件層進(jìn)行I/O處理允許SDS擴(kuò)展到更廣泛的硬件平臺(tái),包括商用現(xiàn)貨服務(wù)器。這提供了更大的靈活性,并允許組織根據(jù)需要選擇和擴(kuò)展其存儲(chǔ)解決方案。
*可擴(kuò)展性:SDS的I/O抽象通過(guò)使用通用塊設(shè)備和虛擬存儲(chǔ)控制器,實(shí)現(xiàn)了更高的可擴(kuò)展性。這意味著SDS系統(tǒng)可以輕松擴(kuò)展到支持更大的數(shù)據(jù)量和更高的I/O吞吐量。
*管理便利性:SDS的I/O抽象層為管理員提供了一個(gè)單一的界面,用于管理存儲(chǔ)資源。這簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)管理任務(wù),并允許管理員在不同的存儲(chǔ)設(shè)備和配置之間輕松移動(dòng)數(shù)據(jù)。
*提高利用率:通過(guò)將I/O處理從硬件中抽象出來(lái),SDS能夠更有效地利用存儲(chǔ)資源。這有助于提高存儲(chǔ)利用率并降低總體成本。
#結(jié)論
軟件定義存儲(chǔ)中的I/O抽象層提供了一個(gè)靈活、可擴(kuò)展且易于管理的框架,用于處理I/O操作。通過(guò)使用通用塊設(shè)備、虛擬存儲(chǔ)控制器、存儲(chǔ)池、卷和快照,SDS允許管理員輕松配置和管理存儲(chǔ)資源,以滿足不斷增長(zhǎng)的應(yīng)用程序需求。第二部分分布式塊存儲(chǔ)的新型IO接口關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【分布式塊存儲(chǔ)新型IO接口(NVMe-over-TCP)】
,
1.NVMe-over-TCP允許通過(guò)TCP網(wǎng)絡(luò)傳輸NVMe命令和數(shù)據(jù),提供與本地NVMe存儲(chǔ)設(shè)備類似的性能。
2.降低了軟件定義存儲(chǔ)環(huán)境中塊存儲(chǔ)I/O的延遲和抖動(dòng),從而提高了應(yīng)用程序性能。
3.簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)管理,因?yàn)槭褂脴?biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)組件,無(wú)需使用專有協(xié)議或硬件。
【可擴(kuò)展的遠(yuǎn)端直接內(nèi)存訪問(wèn)(RDMA)】
,分布式塊存儲(chǔ)的新型IO接口
隨著軟件定義存儲(chǔ)(SDS)的發(fā)展,分布式塊存儲(chǔ)系統(tǒng)中的IO接口也隨之演進(jìn),以滿足現(xiàn)代化應(yīng)用程序和云計(jì)算環(huán)境不斷變化的需求。這些新型IO接口旨在優(yōu)化性能、可擴(kuò)展性、靈活性和數(shù)據(jù)管理。
NVMe-over-Fabrics(NVMe-oF)
NVMe-oF是一種協(xié)議,它將Non-VolatileMemoryExpress(NVMe)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。它允許服務(wù)器直接訪問(wèn)遠(yuǎn)程N(yùn)VMe設(shè)備,從而實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)存儲(chǔ)協(xié)議更高的性能和更低的延遲。NVMe-oF支持多種傳輸協(xié)議,包括iSCSI、FC和RoCE。
iSCSIExtensionsforRDMA(iSER)
iSER是一種擴(kuò)展,它將iSCSI協(xié)議與遠(yuǎn)程直接內(nèi)存訪問(wèn)(RDMA)技術(shù)集成。RDMA是一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,它允許應(yīng)用程序繞過(guò)操作系統(tǒng),直接訪問(wèn)遠(yuǎn)程內(nèi)存。iSER通過(guò)消除軟件開(kāi)銷來(lái)提高iSCSI性能,從而降低延遲并提高吞吐量。
RemoteDirectMemoryAccessBlockDevice(RBD)
RBD是一種塊設(shè)備接口,它被Ceph分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)使用。RBD允許應(yīng)用程序直接訪問(wèn)Ceph集群中的RADOS塊設(shè)備。它提供高性能、低延遲和可擴(kuò)展性,使其適用于需要大規(guī)模存儲(chǔ)和高性能的應(yīng)用程序。
VariableBlockSize(VBS)
VBS是一種功能,它允許應(yīng)用程序指定塊設(shè)備的塊大小。這提供了靈活性,因?yàn)閼?yīng)用程序可以選擇最適合其工作負(fù)載和性能要求的塊大小。VBS對(duì)于大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)等應(yīng)用程序特別有用,這些應(yīng)用程序通常處理大量小塊數(shù)據(jù)。
Multi-IOPatterns
新型IO接口支持多種IO模式,以滿足不同應(yīng)用程序的需求。這些模式包括:
*順序IO:連續(xù)讀寫大塊數(shù)據(jù)。
*隨機(jī)IO:隨機(jī)讀寫小塊數(shù)據(jù)。
*混合IO:同時(shí)執(zhí)行順序和隨機(jī)IO。
*并發(fā)IO:多條I/O流同時(shí)訪問(wèn)存儲(chǔ)設(shè)備。
DataConsistencyModels
新型IO接口提供了多種數(shù)據(jù)一致性模型,以平衡性能和數(shù)據(jù)完整性。這些模型包括:
*強(qiáng)一致性:所有寫入操作在提交之前都必須成功。
*弱一致性:一些寫入操作可能暫時(shí)不可見(jiàn),但最終會(huì)一致。
*最終一致性:所有寫入操作最終都會(huì)變得一致。
DataServices
新型IO接口集成了一系列數(shù)據(jù)服務(wù),以增強(qiáng)數(shù)據(jù)管理和保護(hù)。這些服務(wù)包括:
*快照:創(chuàng)建存儲(chǔ)卷的只讀副本。
*克?。簞?chuàng)建和管理存儲(chǔ)卷的副本。
*復(fù)制:將數(shù)據(jù)從一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備復(fù)制到另一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備。
*壓縮:減少存儲(chǔ)空間使用。
*加密:保護(hù)數(shù)據(jù)免遭未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)。
好處
分布式塊存儲(chǔ)的新型IO接口帶來(lái)了一系列好處,包括:
*更高的性能:減少延遲并提高吞吐量。
*更好的可擴(kuò)展性:支持大規(guī)模存儲(chǔ)和高并發(fā)IO。
*更大的靈活性:允許應(yīng)用程序指定塊大小和IO模式。
*增強(qiáng)的數(shù)據(jù)管理:提供快照、克隆和復(fù)制等功能。
*更強(qiáng)的安全性:集成加密和訪問(wèn)控制。
結(jié)論
分布式塊存儲(chǔ)的新型IO接口是軟件定義存儲(chǔ)不斷發(fā)展的關(guān)鍵部分。它們提供更高的性能、可擴(kuò)展性、靈活性和數(shù)據(jù)管理功能,使應(yīng)用程序能夠充分利用現(xiàn)代化云計(jì)算環(huán)境。隨著SDS的持續(xù)發(fā)展,預(yù)計(jì)這些IO接口將進(jìn)一步創(chuàng)新,以滿足不斷變化的應(yīng)用程序和業(yè)務(wù)需求。第三部分對(duì)象存儲(chǔ)中的塊IO對(duì)象存儲(chǔ)中的塊I/O
簡(jiǎn)介
在傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)以塊的形式存儲(chǔ)和訪問(wèn),每個(gè)塊都有一個(gè)唯一的地址。然而,在對(duì)象存儲(chǔ)系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)以對(duì)象的形式存儲(chǔ),對(duì)象是一個(gè)未分塊的數(shù)據(jù)集合,由其元數(shù)據(jù)(如名稱和大?。┖蛿?shù)據(jù)本身組成。
傳統(tǒng)的基于塊的I/O模型不適用于對(duì)象存儲(chǔ),因?yàn)椴檎液驮L問(wèn)單個(gè)塊需要額外的元數(shù)據(jù)查找。因此,對(duì)象存儲(chǔ)系統(tǒng)采用了新型的I/O模型,稱為塊I/O,該模型提供對(duì)對(duì)象數(shù)據(jù)的塊級(jí)訪問(wèn)。
塊I/O模型
對(duì)象存儲(chǔ)中的塊I/O模型允許應(yīng)用程序以塊為單位讀寫對(duì)象數(shù)據(jù)。塊大小通常為4-64KiB,可由應(yīng)用程序指定或由系統(tǒng)默認(rèn)分配。
塊I/O模型包含以下關(guān)鍵組件:
*塊設(shè)備接口(BDI):一個(gè)軟件層,充當(dāng)應(yīng)用程序與底層對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù)的接口。BDI提供對(duì)塊I/O操作的訪問(wèn)。
*塊映射器:一個(gè)組件,負(fù)責(zé)將應(yīng)用程序請(qǐng)求的塊地址映射到對(duì)應(yīng)的對(duì)象位置。
*緩存:一個(gè)可選組件,用于加速塊I/O操作。緩存存儲(chǔ)最近訪問(wèn)過(guò)的塊數(shù)據(jù),從而減少對(duì)底層對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù)的訪問(wèn)。
工作原理
當(dāng)應(yīng)用程序發(fā)出塊I/O請(qǐng)求時(shí),BDI接收請(qǐng)求并將其傳遞給塊映射器。塊映射器將塊地址映射到對(duì)應(yīng)的對(duì)象位置,并生成一個(gè)塊描述符。塊描述符包含塊數(shù)據(jù)的位置和大小等信息。
如果啟用了緩存,BDI將檢查緩存中是否存在請(qǐng)求的塊數(shù)據(jù)。如果存在,則數(shù)據(jù)將直接從緩存返回。否則,BDI將使用塊描述符從底層對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù)中檢索數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)放入緩存中。然后,請(qǐng)求的數(shù)據(jù)將返回給應(yīng)用程序。
優(yōu)勢(shì)
對(duì)象存儲(chǔ)中的塊I/O模型提供以下優(yōu)勢(shì):
*細(xì)粒度訪問(wèn):允許應(yīng)用程序以塊為單位讀寫對(duì)象數(shù)據(jù),從而提高了靈活性。
*性能優(yōu)化:通過(guò)緩存機(jī)制,可以顯著提高塊I/O操作的性能。
*應(yīng)用程序兼容性:使基于塊的應(yīng)用程序能夠輕松移植到對(duì)象存儲(chǔ)環(huán)境。
*存儲(chǔ)效率:通過(guò)塊映射器,可以有效地利用對(duì)象存儲(chǔ)的去重復(fù)制和歸檔功能,從而降低存儲(chǔ)成本。
示例
AmazonS3GlacierDeepArchive是一個(gè)對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù),支持塊I/O。應(yīng)用程序可以使用AmazonS3GlacierDeepArchiveSDK以塊為單位讀寫數(shù)據(jù)。例如,以下Python代碼示范了如何從AmazonS3GlacierDeepArchive中讀取一個(gè)塊:
```python
importboto3
client=boto3.client('glacier')
response=client.get_object(
vault_name='my-vault',
object_id='my-object',
range='bytes=0-1023'
)
data=response['Body'].read()
```
結(jié)論
塊I/O模型為對(duì)象存儲(chǔ)系統(tǒng)提供了塊級(jí)數(shù)據(jù)訪問(wèn)功能。它允許應(yīng)用程序以細(xì)粒度的方式讀寫對(duì)象數(shù)據(jù),提高了性能、靈活性并簡(jiǎn)化了應(yīng)用程序移植。隨著對(duì)象存儲(chǔ)在企業(yè)中的日益普及,塊I/O模型將發(fā)揮至關(guān)重要的作用,為各種工作負(fù)載提供高效、可擴(kuò)展且經(jīng)濟(jì)高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案。第四部分文件存儲(chǔ)中的流IO關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【文件存儲(chǔ)中的流IO】
1.流IO是一種文件訪問(wèn)方式,它將文件視為字節(jié)序列流,允許逐字節(jié)讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。
2.相比于傳統(tǒng)文件IO的塊式訪問(wèn),流IO更加靈活高效,尤其適用于需要順序訪問(wèn)大量小文件的場(chǎng)景。
3.流IO可以通過(guò)管道或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,提高了數(shù)據(jù)的可移植性和可擴(kuò)展性。
【面向?qū)ο髷?shù)據(jù)訪問(wèn)】
文件存儲(chǔ)中的流I/O
在文件存儲(chǔ)系統(tǒng)中,流I/O是一種抽象化I/O模型,允許以連續(xù)、線性的方式訪問(wèn)和操作文件內(nèi)容,而無(wú)需考慮底層存儲(chǔ)設(shè)備的物理塊結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的塊I/O相比,流I/O具有以下主要特性:
連續(xù)性:流I/O將文件視為一個(gè)連續(xù)的字節(jié)序列,而不是一系列離散塊。這簡(jiǎn)化了對(duì)文件的訪問(wèn)和操作,因?yàn)閼?yīng)用程序可以按順序或隨機(jī)地讀取和寫入數(shù)據(jù),而無(wú)需管理底層存儲(chǔ)塊。
線性性:流I/O模型假設(shè)文件內(nèi)容是一個(gè)線性的字節(jié)序列。這種線性性允許應(yīng)用程序使用簡(jiǎn)單的尋道和偏移量來(lái)訪問(wèn)文件中的特定字節(jié)。
原子性:在流I/O中,讀寫操作被視為不可分割的單位。這意味著數(shù)據(jù)要么被完整寫入,要么被完全丟棄,消除了數(shù)據(jù)損壞或丟失的風(fēng)險(xiǎn)。
緩沖:流I/O系統(tǒng)通常使用緩沖機(jī)制來(lái)優(yōu)化數(shù)據(jù)訪問(wèn)性能。緩沖區(qū)是一個(gè)臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)域,用于緩存從底層存儲(chǔ)設(shè)備讀取或?qū)懭氲臄?shù)據(jù),從而減少對(duì)設(shè)備的訪問(wèn)次數(shù)并提高吞吐量。
流I/O的優(yōu)點(diǎn):
*簡(jiǎn)單性:流I/O模型對(duì)應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)非常簡(jiǎn)單,因?yàn)樗橄罅说讓哟鎯?chǔ)設(shè)備的復(fù)雜性,簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)訪問(wèn)和操作。
*效率:流I/O可以通過(guò)緩沖機(jī)制和線性訪問(wèn)優(yōu)化數(shù)據(jù)訪問(wèn)性能,從而減少對(duì)底層存儲(chǔ)設(shè)備的訪問(wèn)次數(shù)。
*可靠性:流I/O的原子性特性確保了數(shù)據(jù)的完整性和一致性,消除了數(shù)據(jù)損壞或丟失的風(fēng)險(xiǎn)。
*可移植性:流I/O模型獨(dú)立于底層存儲(chǔ)設(shè)備,這使得應(yīng)用程序可以在不同的存儲(chǔ)系統(tǒng)上輕松移植。
流I/O與塊I/O的比較:
下表比較了流I/O和塊I/O的主要特性:
|特性|流I/O|塊I/O|
||||
|數(shù)據(jù)視圖|連續(xù)的字節(jié)序列|離散塊|
|訪問(wèn)方式|線性、順序或隨機(jī)|隨機(jī)、塊對(duì)齊|
|原子性|是|否,可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞|
|緩沖|是|可選|
|復(fù)雜性|低|高|
流I/O在軟件定義存儲(chǔ)中的應(yīng)用:
在軟件定義存儲(chǔ)(SDS)環(huán)境中,流I/O模型被廣泛用于以下場(chǎng)景:
*文件系統(tǒng):流I/O是現(xiàn)代文件系統(tǒng)(如ZFS、Btrfs和CephFS)的基礎(chǔ),這些文件系統(tǒng)為塊存儲(chǔ)設(shè)備提供文件級(jí)訪問(wèn)抽象。
*對(duì)象存儲(chǔ):對(duì)象存儲(chǔ)系統(tǒng)(如AmazonS3和MicrosoftAzureBlobStorage)使用流I/O來(lái)存儲(chǔ)和檢索大對(duì)象,這些對(duì)象可以是任意大小的字節(jié)序列。
*塊級(jí)存儲(chǔ):通過(guò)使用中間層(如FUSE),可以將塊級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備呈現(xiàn)為流I/O接口,從而實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序的無(wú)縫集成。
*分布式鍵值存儲(chǔ):分布式鍵值存儲(chǔ)系統(tǒng)(如Cassandra和HBase)使用流I/O來(lái)存儲(chǔ)和檢索鍵值對(duì),這些鍵值對(duì)可以是各種大小和格式。
結(jié)論:
流I/O模型為文件存儲(chǔ)提供了簡(jiǎn)單、高效和可靠的抽象,簡(jiǎn)化了應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)訪問(wèn)和操作。在軟件定義存儲(chǔ)環(huán)境中,流I/O被廣泛用于文件系統(tǒng)、對(duì)象存儲(chǔ)、塊級(jí)存儲(chǔ)和分布式鍵值存儲(chǔ)中,它發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,為現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心提供可擴(kuò)展、高性能和靈活的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施。第五部分集成IO與計(jì)算的分布式數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)存儲(chǔ)與計(jì)算融合
1.打破傳統(tǒng)磁盤陣列與服務(wù)器的界限,將存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)與計(jì)算節(jié)點(diǎn)集成到一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái),實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和計(jì)算資源的共享和優(yōu)化。
2.采用分布式架構(gòu),將數(shù)據(jù)和計(jì)算任務(wù)分布到多個(gè)節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性和并行處理能力,提升整體性能。
3.提供統(tǒng)一的編程接口和管理工具,簡(jiǎn)化應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)和維護(hù),降低總體擁有成本(TCO)。
塊存儲(chǔ)抽象
1.將塊存儲(chǔ)設(shè)備抽象為虛擬池,實(shí)現(xiàn)不同類型和品牌的存儲(chǔ)設(shè)備的統(tǒng)一管理和訪問(wèn)。
2.提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)卷接口,允許應(yīng)用程序透明地訪問(wèn)不同的存儲(chǔ)設(shè)備,簡(jiǎn)化應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)和維護(hù)。
3.支持動(dòng)態(tài)容量分配和數(shù)據(jù)移動(dòng),實(shí)現(xiàn)靈活的存儲(chǔ)資源管理和性能優(yōu)化。
對(duì)象存儲(chǔ)整合
1.將對(duì)象存儲(chǔ)整合到分布式數(shù)據(jù)處理框架中,實(shí)現(xiàn)大規(guī)模非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理和分析。
2.提供高吞吐量和低延遲的數(shù)據(jù)訪問(wèn),滿足現(xiàn)代數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用程序的需求。
3.利用對(duì)象存儲(chǔ)的可擴(kuò)展性和經(jīng)濟(jì)性,降低存儲(chǔ)成本并提高數(shù)據(jù)可用性。
存儲(chǔ)資源池化
1.將來(lái)自不同來(lái)源的存儲(chǔ)資源(如磁盤陣列、NVMeSSD、對(duì)象存儲(chǔ))聚合到一個(gè)統(tǒng)一的資源池中。
2.通過(guò)動(dòng)態(tài)資源調(diào)配和智能負(fù)載均衡,實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)資源的按需分配和優(yōu)化利用。
3.提升存儲(chǔ)利用率和性能,降低總體擁有成本(TCO)。
數(shù)據(jù)一致性保障
1.采用分布式共識(shí)算法和數(shù)據(jù)副本機(jī)制,確??绻?jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的一致性和可靠性。
2.提供不同一致性級(jí)別的配置選項(xiàng),滿足不同應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)完整性和可用性的需求。
3.通過(guò)數(shù)據(jù)糾刪碼和冗余存儲(chǔ),增強(qiáng)數(shù)據(jù)保護(hù)和災(zāi)難恢復(fù)能力。
數(shù)據(jù)保護(hù)與恢復(fù)
1.提供豐富的備份和恢復(fù)選項(xiàng),包括快照、復(fù)制、災(zāi)難恢復(fù)和數(shù)據(jù)生命周期管理。
2.利用分布式數(shù)據(jù)副本機(jī)制和云存儲(chǔ)服務(wù),實(shí)現(xiàn)異地?cái)?shù)據(jù)保護(hù)和冗余備份。
3.通過(guò)自動(dòng)化恢復(fù)流程和故障檢測(cè)機(jī)制,縮短恢復(fù)時(shí)間并提高數(shù)據(jù)可用性。集成IO與計(jì)算的分布式數(shù)據(jù)處理
背景
隨著數(shù)據(jù)量激增和應(yīng)用程序復(fù)雜性的不斷增加,傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)已難以滿足當(dāng)今數(shù)字化轉(zhuǎn)型時(shí)代的需求。軟件定義存儲(chǔ)(SDS)的出現(xiàn)帶來(lái)了新的存儲(chǔ)范例,其中IO操作與計(jì)算資源緊密集成,以提高性能和效率。
集成IO與計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)
將IO與計(jì)算集成于分布式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中具有以下優(yōu)勢(shì):
*減少延遲:通過(guò)將計(jì)算節(jié)點(diǎn)與存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)置于同一物理位置,可以大幅減少數(shù)據(jù)訪問(wèn)延遲。
*提高吞吐量:通過(guò)消除網(wǎng)絡(luò)傳輸開(kāi)銷,可以提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)吞吐量。
*增強(qiáng)可擴(kuò)展性:分布式架構(gòu)允許輕松添加或刪除計(jì)算和存儲(chǔ)資源,以滿足不斷變化的工作負(fù)載需求。
*簡(jiǎn)化管理:通過(guò)將IO和計(jì)算抽象為虛擬化層,可以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)管理和維護(hù)。
分布式數(shù)據(jù)處理模型
集成IO與計(jì)算的分布式數(shù)據(jù)處理模型通常遵循以下架構(gòu):
1.數(shù)據(jù)分區(qū):將數(shù)據(jù)集劃分為較小的塊(分區(qū)),并分布在分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)上。
2.計(jì)算任務(wù)分布:將計(jì)算任務(wù)分配給分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)處理特定數(shù)據(jù)分區(qū)的計(jì)算。
3.數(shù)據(jù)本地處理:計(jì)算節(jié)點(diǎn)直接訪問(wèn)本地存儲(chǔ)中的數(shù)據(jù)分區(qū),執(zhí)行相應(yīng)計(jì)算。
4.結(jié)果匯總:將各個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果匯總,生成最終結(jié)果。
IO處理技術(shù)
分布式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中集成的IO處理技術(shù)包括:
*遠(yuǎn)程直接內(nèi)存訪問(wèn)(RDMA):允許計(jì)算節(jié)點(diǎn)直接訪問(wèn)遠(yuǎn)程存儲(chǔ)設(shè)備的內(nèi)存,無(wú)需操作系統(tǒng)內(nèi)核的干預(yù)。
*NVMeoverFabrics(NVMe-oF):一種基于RDMA的協(xié)議,用于通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸NVMe命令和數(shù)據(jù)。
*SmartNICs:具有集成IO處理功能的網(wǎng)絡(luò)接口卡,可以卸載IO操作,以提高性能。
分布式文件系統(tǒng)
集成IO與計(jì)算的分布式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通常使用分布式文件系統(tǒng)(DFS)來(lái)管理分布式存儲(chǔ)資源。DFS提供了一個(gè)統(tǒng)一的文件系統(tǒng)命名空間,允許應(yīng)用程序透明地訪問(wèn)分布在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)。
示例
*ApacheSpark:一個(gè)流行的大數(shù)據(jù)分析平臺(tái),利用RDMA和NVMe-oF實(shí)現(xiàn)IO加速。
*HadoopDistributedFileSystem(HDFS):一個(gè)分布式文件系統(tǒng),與YARN計(jì)算框架集成,支持IO本地處理。
*Alluxio:一個(gè)內(nèi)存文件系統(tǒng),將數(shù)據(jù)緩存到分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)的本地內(nèi)存,以減少IO延遲。
結(jié)論
集成IO與計(jì)算的分布式數(shù)據(jù)處理模型通過(guò)減少延遲、提高吞吐量、增強(qiáng)可擴(kuò)展性和簡(jiǎn)化管理,為現(xiàn)代數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用程序提供了顯著的性能優(yōu)勢(shì)。分布式文件系統(tǒng)和IO處理技術(shù)的發(fā)展,不斷推動(dòng)著該模型的創(chuàng)新和采用。第六部分智能IO優(yōu)化與卸載關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)智能容器化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
1.通過(guò)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在容器中來(lái)簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)管理,使管理人員能夠輕松地部署、擴(kuò)展和升級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)。
2.容器化的存儲(chǔ)環(huán)境提供了隔離性和資源管理功能,確保了不同應(yīng)用程序和租戶之間數(shù)據(jù)的分離和安全。
3.容器化還簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)遷移和備份,因?yàn)檎麄€(gè)應(yīng)用程序堆棧(包括數(shù)據(jù))可以在容器之間輕松移動(dòng)。
基于意圖的存儲(chǔ)編排
1.利用機(jī)器學(xué)習(xí)和自動(dòng)化來(lái)優(yōu)化存儲(chǔ)資源分配,根據(jù)應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)類型自動(dòng)配置存儲(chǔ)策略。
2.通過(guò)預(yù)定義的策略和模板簡(jiǎn)化存儲(chǔ)管理,管理員可以聲明他們的存儲(chǔ)需求,讓系統(tǒng)自動(dòng)管理底層基礎(chǔ)設(shè)施。
3.提高存儲(chǔ)效率和降低管理成本,減少人工干預(yù)和錯(cuò)誤配置的可能性。
軟件定義的通用存儲(chǔ)訪問(wèn)
1.通過(guò)單個(gè)接口提供對(duì)各種存儲(chǔ)系統(tǒng)(如塊存儲(chǔ)、文件存儲(chǔ)和對(duì)象存儲(chǔ))的統(tǒng)一訪問(wèn),簡(jiǎn)化了應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)和管理。
2.支持不同應(yīng)用程序和工作負(fù)載的異構(gòu)存儲(chǔ)訪問(wèn),允許組織在不犧牲性能或安全性的情況下組合和管理不同的存儲(chǔ)類型。
3.增強(qiáng)了存儲(chǔ)靈活性,允許組織根據(jù)需要輕松地添加、刪除和管理存儲(chǔ)容量。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析與監(jiān)控
1.利用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)實(shí)時(shí)分析存儲(chǔ)數(shù)據(jù),提供有關(guān)存儲(chǔ)性能、容量利用和數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式的可操作見(jiàn)解。
2.主動(dòng)監(jiān)控存儲(chǔ)系統(tǒng)以識(shí)別潛在問(wèn)題,并自動(dòng)觸發(fā)警報(bào)和糾正措施,確保系統(tǒng)健康和數(shù)據(jù)完整性。
3.增強(qiáng)故障排除和性能優(yōu)化,幫助管理人員快速識(shí)別和解決存儲(chǔ)問(wèn)題,提高系統(tǒng)可用性和性能。
可擴(kuò)展I/O虛擬化
1.通過(guò)軟件定義的I/O虛擬化技術(shù)將物理存儲(chǔ)設(shè)備池聚合在一起,創(chuàng)建單一的虛擬存儲(chǔ)池。
2.提高存儲(chǔ)資源的彈性和可擴(kuò)展性,允許組織根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)地分配和重新分配存儲(chǔ)容量。
3.簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)管理,管理員可以集中管理虛擬存儲(chǔ)池,而不必管理單個(gè)物理設(shè)備。
分布式塊存儲(chǔ)
1.在多個(gè)服務(wù)器或存儲(chǔ)設(shè)備上分布數(shù)據(jù)塊,提供了高可用性、可擴(kuò)展性和性能。
2.消除了單點(diǎn)故障,確保即使一個(gè)組件發(fā)生故障,數(shù)據(jù)仍可訪問(wèn)。
3.可以根據(jù)需要輕松地?cái)U(kuò)展存儲(chǔ)容量和性能,滿足不斷變化的工作負(fù)載需求。智能IO優(yōu)化與卸載
簡(jiǎn)介
智能IO優(yōu)化與卸載是在軟件定義存儲(chǔ)(SDS)架構(gòu)中引入的一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù),旨在提高存儲(chǔ)性能并降低系統(tǒng)開(kāi)銷。通過(guò)將數(shù)據(jù)處理任務(wù)卸載到專門的硬件或軟件組件上,智能IO優(yōu)化與卸載技術(shù)可以減輕存儲(chǔ)服務(wù)器上的計(jì)算負(fù)擔(dān),從而釋放寶貴的CPU資源。
工作原理
智能IO優(yōu)化與卸載涉及將傳統(tǒng)的軟件IO棧分解為多個(gè)層:
*設(shè)備層:直接與存儲(chǔ)設(shè)備交互,執(zhí)行底層數(shù)據(jù)傳輸操作。
*IO處理層:負(fù)責(zé)處理IO請(qǐng)求,包括數(shù)據(jù)格式化、編址和錯(cuò)誤檢查。
*卸載層:包含專門的硬件或軟件卸載引擎,執(zhí)行IO處理任務(wù)的子集。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)
智能IO優(yōu)化與卸載技術(shù)提供了以下優(yōu)勢(shì):
*性能提升:卸載IO處理任務(wù)可以釋放CPU資源,從而提高存儲(chǔ)性能。
*資源節(jié)約:卸載引擎利用專門的硬件或軟件加速IO操作,從而降低CPU使用率和功耗。
*可擴(kuò)展性增強(qiáng):卸載IO處理功能可以提高系統(tǒng)可擴(kuò)展性,允許部署更多存儲(chǔ)設(shè)備和更大的數(shù)據(jù)集。
*數(shù)據(jù)安全性增強(qiáng):通過(guò)在卸載引擎中執(zhí)行加密和其他安全功能,可以增強(qiáng)數(shù)據(jù)安全性。
關(guān)鍵組件
智能IO優(yōu)化與卸載的關(guān)鍵組件包括:
*卸載引擎:硬件或軟件組件,負(fù)責(zé)執(zhí)行卸載任務(wù)。
*卸載策略:定義哪些IO操作應(yīng)卸載到卸載引擎。
*IO調(diào)度器:優(yōu)化卸載引擎和CPU之間的IO處理工作負(fù)載。
卸載任務(wù)
常見(jiàn)的卸載任務(wù)包括:
*數(shù)據(jù)壓縮和解壓縮:卸載引擎可以執(zhí)行數(shù)據(jù)壓縮和解壓縮,以減少數(shù)據(jù)大小和提高傳輸速度。
*加密和解密:卸載引擎可以執(zhí)行數(shù)據(jù)加密和解密,以保護(hù)敏感信息。
*錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正(ECC):卸載引擎可以執(zhí)行ECC,以檢測(cè)和糾正數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。
*校驗(yàn)和計(jì)算:卸載引擎可以計(jì)算校驗(yàn)和,以驗(yàn)證數(shù)據(jù)完整性。
實(shí)施考慮
在實(shí)施智能IO優(yōu)化與卸載時(shí),需要考慮以下因素:
*卸載引擎的選擇:選擇適當(dāng)?shù)男遁d引擎至關(guān)重要,因?yàn)樗鼤?huì)影響卸載性能和可擴(kuò)展性。
*卸載策略的優(yōu)化:必須小心制定卸載策略,以確保卸載任務(wù)的最佳分布。
*IO調(diào)度器的調(diào)整:IO調(diào)度器需要根據(jù)卸載引擎的性能和工作負(fù)載進(jìn)行調(diào)整,以實(shí)現(xiàn)最佳性能。
*成本效益分析:實(shí)施智能IO優(yōu)化與卸載的成本效益應(yīng)仔細(xì)評(píng)估,以確保其滿足業(yè)務(wù)需求。
應(yīng)用場(chǎng)景
智能IO優(yōu)化與卸載技術(shù)在以下應(yīng)用場(chǎng)景中特別有用:
*大數(shù)據(jù)分析:需要處理大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序可以受益于卸載IO處理任務(wù),以提高查詢速度。
*虛擬化環(huán)境:虛擬機(jī)管理程序通常需要處理大量IO請(qǐng)求,卸載可以減輕這些請(qǐng)求對(duì)主機(jī)的負(fù)擔(dān)。
*云計(jì)算:云服務(wù)提供商可以利用卸載技術(shù)來(lái)優(yōu)化存儲(chǔ)性能并提高云資源利用率。
*高性能計(jì)算(HPC):HPC應(yīng)用程序需要快速的數(shù)據(jù)訪問(wèn),卸載IO處理任務(wù)可以最大限度地提高數(shù)據(jù)吞吐量。
結(jié)論
智能IO優(yōu)化與卸載技術(shù)是SDS架構(gòu)中的一項(xiàng)重要?jiǎng)?chuàng)新。通過(guò)將IO處理任務(wù)卸載到專門的硬件或軟件組件上,它可以顯著提高存儲(chǔ)性能、節(jié)約資源、增強(qiáng)可擴(kuò)展性和安全性。仔細(xì)考慮卸載引擎的選擇、卸載策略的優(yōu)化和IO調(diào)度器的調(diào)整,可以最大限度地利用這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì),并滿足各種應(yīng)用場(chǎng)景的存儲(chǔ)要求。第七部分基于容器的IO隔離與管理關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)基于容器的IO隔離與管理
主題名稱:容器化IO隔離
1.容器通過(guò)Namespace機(jī)制實(shí)現(xiàn)IO隔離,將容器內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)和進(jìn)程隔離,確保容器之間互不干擾。
2.Namespace隔離方法包括cgroup、networknamespace和mountnamespace,它們分別負(fù)責(zé)管理容器的資源、網(wǎng)絡(luò)和文件系統(tǒng)掛載。
3.IO隔離技術(shù)有效保障了容器之間的安全性和穩(wěn)定性,防止了一個(gè)容器的操作影響其他容器的IO性能。
主題名稱:容器化IO管理
基于容器的IO隔離與管理
在軟件定義存儲(chǔ)(SDS)環(huán)境中,容器化技術(shù)對(duì)于增強(qiáng)IO隔離和管理至關(guān)重要。容器化將應(yīng)用程序與其依賴項(xiàng)打包成一個(gè)獨(dú)立的、可移植的單元,稱為容器。容器在運(yùn)行時(shí)可以與其他容器共享操作系統(tǒng)內(nèi)核,但它們?cè)谫Y源(例如CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)和IO)方面是獨(dú)立的。
基于容器的IO隔離和管理提供了以下優(yōu)勢(shì):
資源隔離:容器為每個(gè)應(yīng)用程序提供一個(gè)隔離的IO命名空間。應(yīng)用程序只能訪問(wèn)其自己的IO設(shè)備,而不會(huì)受到其他容器或主機(jī)操作系統(tǒng)的影響。這可以防止IO資源爭(zhēng)用并提高應(yīng)用程序性能的一致性。
安全增強(qiáng):容器IO隔離為應(yīng)用程序提供額外的安全層。惡意或受損的應(yīng)用程序無(wú)法訪問(wèn)其他容器的IO資源,從而降低了數(shù)據(jù)泄露或破壞的風(fēng)險(xiǎn)。
管理簡(jiǎn)化:容器化使IO管理更加方便。管理員可以輕松地創(chuàng)建、配置和銷毀容器,而無(wú)需擔(dān)心底層存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施。這簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)管理并提高了運(yùn)營(yíng)效率。
#IO隔離技術(shù)
基于容器的IO隔離可以通過(guò)以下技術(shù)實(shí)現(xiàn):
命名空間:容器使用命名空間來(lái)隔離其IO資源。每個(gè)容器都有自己的網(wǎng)絡(luò)命名空間、進(jìn)程命名空間和文件系統(tǒng)命名空間。這確保了容器只能訪問(wèn)與其命名空間相關(guān)聯(lián)的IO設(shè)備。
CGroups:CGroups(控制組)是一種Linux內(nèi)核機(jī)制,用于限制和管理容器的資源使用。管理員可以使用CGroups來(lái)限制容器對(duì)IO帶寬、IOPS和其他資源的訪問(wèn)。
#IO管理策略
除了隔離之外,容器化還提供了靈活的IO管理策略:
IO質(zhì)量服務(wù)(QoS):容器平臺(tái)支持IOQoS機(jī)制,允許管理員為每個(gè)容器定義特定的IO優(yōu)先級(jí)和性能要求。這確保了關(guān)鍵應(yīng)用程序獲得所需的IO資源,而其他應(yīng)用程序不會(huì)受到影響。
IO配額:管理員可以設(shè)置IO配額來(lái)限制容器的IO資源使用。這有助于防止IO資源爭(zhēng)用并確保公平的資源分配。
IO監(jiān)控:容器平臺(tái)提供IO監(jiān)控工具,允許管理員跟蹤容器的IO活動(dòng)。這有助于識(shí)別性能瓶頸并優(yōu)化IO配置。
#結(jié)論
基于容器的IO隔離與管理是軟件定義存儲(chǔ)的關(guān)鍵組件。它提供了資源隔離、安全增強(qiáng)和管理簡(jiǎn)化。通過(guò)使用命名空間、CGroups和其他技術(shù),容器化技術(shù)允許管理員創(chuàng)建高度隔離的IO環(huán)境,滿足現(xiàn)代應(yīng)用程序?qū)O性能、安全性、可靠性和管理便利性的要求。第八部分NVMe-oF在SDS中的作用關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)主題名稱:NVMe-oF基礎(chǔ)
1.NVMe-oF(NVMeoverFabrics)是一種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,用于通過(guò)網(wǎng)絡(luò)Fabric(例如,以太網(wǎng)、RDMA或FCSAN)傳輸NVMe命令和數(shù)據(jù)。
2.它消除了傳統(tǒng)存儲(chǔ)協(xié)議(例如,SCSI、SAS和SATA)的限制,實(shí)現(xiàn)了更高的性能、更低的延遲和更低的功耗。
3.NVMe-oF支持多種Fabric,包括以太網(wǎng)、iWARP、RoCE和FibreChannel。
主題名稱:NVMe-oF在SDS中的優(yōu)勢(shì)
NVMe-oF在軟件定義存儲(chǔ)(SDS)中的作用
NVMe-oF(NVMeoverFabrics)是一種協(xié)議,可通過(guò)以太網(wǎng)、光纖通道或InfiniBand等網(wǎng)絡(luò)傳輸NVMe命令。它針對(duì)基于NVMe的SSD的性能進(jìn)行了優(yōu)化,在SDS中具有以下幾個(gè)關(guān)鍵作用:
1.改善性能
NVMe-oF消除了傳統(tǒng)存儲(chǔ)協(xié)議(如SCSI)的開(kāi)銷,從而顯著提高了存儲(chǔ)性能。對(duì)NVMeSSD的直接訪問(wèn)使應(yīng)用程序能夠以低延遲和高吞吐量直接訪問(wèn)數(shù)據(jù),從而提高整體系統(tǒng)性能。
2.簡(jiǎn)化存儲(chǔ)管理
NVMe-oF使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)或光纖通道網(wǎng)絡(luò),消除了對(duì)專用存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的需要。這樣可以簡(jiǎn)化存儲(chǔ)管理,減少了硬件成本和復(fù)雜性。
3.提高可擴(kuò)展性
NVMe-oF通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)的可擴(kuò)展性。這使組織能夠隨著數(shù)據(jù)增長(zhǎng)而輕松擴(kuò)展其存儲(chǔ)容量,而無(wú)需添加額外的硬件或中斷現(xiàn)有系統(tǒng)。
4.支持各種工作負(fù)載
NVMe-oF與各種工作負(fù)載兼容,包括虛擬化、數(shù)據(jù)庫(kù)、大數(shù)據(jù)分析和人工智能。其高性能和低延遲使它成為要求嚴(yán)苛的應(yīng)用程序的理想存儲(chǔ)解決方案。
NVMe-oF在SDS中的實(shí)現(xiàn)
NVMe-oF已被集成到各種SDS平臺(tái)和解決方案中,包括:
*OpenStackCinder:OpenStack的塊存儲(chǔ)服務(wù),支持通過(guò)NVMe-oF連接到NVMeSSD。
*VMwarevSAN:一種超融合基礎(chǔ)架構(gòu)平臺(tái),使用NVMe-oF在虛擬機(jī)之間共享存儲(chǔ)。
*RedHatOpenShiftDataFoundation:一個(gè)用于管理和編排容器化應(yīng)用程序的平臺(tái),支持通過(guò)NVMe-oF提供持久存儲(chǔ)。
NVMe-oF的優(yōu)勢(shì)
在SDS中采用NVMe-oF提供以下優(yōu)勢(shì):
*更好的性能:NVMe-oF可顯著提高存儲(chǔ)性能,減少延遲并
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