操作系統(tǒng)原理課程設(shè)計(jì)讀者-寫者問(wèn)題的實(shí)現(xiàn)

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操作系統(tǒng)原理課程設(shè)計(jì)讀者-寫者問(wèn)題的實(shí)現(xiàn)_第1頁(yè)

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文檔簡(jiǎn)介

1、　　*******************　　實(shí)踐教學(xué)　　*******************　　計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院　　2012年秋季學(xué)期&

2、lt;/p>　　操作系統(tǒng)原理課程設(shè)計(jì)　　題目：讀者-寫者問(wèn)題的實(shí)現(xiàn) 　　專業(yè)班級(jí)： 　　姓名： 　　學(xué) 號(hào)： <

3、;p>　　指導(dǎo)教師： 　　成績(jī)： 　　目錄　　摘要2　　1．設(shè)計(jì)思想3

4、　　2．各模塊的偽碼算法4　　3. 函數(shù)關(guān)系調(diào)用圖6　　4．程序測(cè)試結(jié)果7　　設(shè)計(jì)總結(jié)10　　參考文獻(xiàn)11<

5、p>　　致謝12　　摘要　　本設(shè)計(jì)的讀者寫者問(wèn)題，是指一些進(jìn)程共享一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。數(shù)據(jù)區(qū)可以使一個(gè)文件、一塊內(nèi)存空間或者一組寄存器。Reader進(jìn)程只能讀數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)，而writer進(jìn)程必須與其他進(jìn)程互斥地訪問(wèn)共享對(duì)象的同步問(wèn)題。<p&

6、gt;　　讀者寫者問(wèn)題可以這樣的描述, 有一群寫者和一群讀者, 寫者在寫同一本書, 讀者也在讀這本書, 多個(gè)讀者可以同時(shí)讀這本書。但是,只能有一個(gè)寫者在寫書, 并且,讀者必寫者優(yōu)先,也就是說(shuō)，讀者和寫者同時(shí)提出請(qǐng)求時(shí),讀者優(yōu)先。當(dāng)讀者提出請(qǐng)求時(shí)需要有一個(gè)互斥操作, 另外, 需要有一個(gè)信號(hào)量S來(lái)確定當(dāng)前是否可操作。　　本設(shè)計(jì)方案就是通過(guò)利用記錄型信號(hào)量對(duì)讀者寫者問(wèn)題的解決過(guò)程進(jìn)行模擬演示，形象地

7、闡述記錄型信號(hào)量機(jī)制的工作原理。　　關(guān)鍵詞：共享對(duì)象，互斥，同步，信號(hào)量　　1．設(shè)計(jì)思想　　本設(shè)計(jì)借助C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步和互斥的經(jīng)典問(wèn)題--讀者寫者問(wèn)題，用高級(jí)語(yǔ)言編寫和調(diào)試一個(gè)進(jìn)程同步程序，以加深對(duì)進(jìn)程同步機(jī)制的理解。通過(guò)用C語(yǔ)言模擬進(jìn)程同步實(shí)現(xiàn)，加深理解有關(guān)進(jìn)程同步和互

8、斥機(jī)制的概念及P、V操作的應(yīng)用。學(xué)生通過(guò)該題目的設(shè)計(jì)過(guò)程，掌握讀者、寫者問(wèn)題的原理、軟件開(kāi)發(fā)方法并提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。　　在 Windows環(huán)境下,創(chuàng)建一個(gè)包含n個(gè)線程的控制臺(tái)進(jìn)程。用這n個(gè)線每個(gè)線程按相應(yīng)測(cè)試數(shù)據(jù)文件的要求，進(jìn)行讀寫操作。程來(lái)表示 n 個(gè)讀者或?qū)懻?。?qǐng)用信號(hào)量機(jī)制分別實(shí)現(xiàn)讀者優(yōu)先和寫者優(yōu)先的讀者-寫者問(wèn)題。　　將所有的讀者和所有的寫

9、者分別放進(jìn)兩個(gè)等待隊(duì)列中，當(dāng)讀允許時(shí)就讓讀者隊(duì)列釋放一個(gè)或多個(gè)讀者,當(dāng)寫允許時(shí)，釋放第一個(gè)寫者操作。　　讀者-寫者的讀寫限制(包括讀者優(yōu)先和寫者優(yōu)先) 　　1)寫-寫互斥,即不能有兩個(gè)寫者同時(shí)進(jìn)行寫操作； 　　2)讀-寫互斥,即不能同時(shí)有一個(gè)讀者在讀,同時(shí)卻有一個(gè)寫者在寫； <p&g

10、t;　　3)讀讀允許,即可以有 2 個(gè)以上的讀者同時(shí)讀；　　4)讀者優(yōu)先附加條件：如果一個(gè)讀者申請(qǐng)進(jìn)行讀操作，同時(shí)又有一個(gè)讀操作正在進(jìn)行讀操作，則該讀者可以直接開(kāi)始讀操作； 　　5)寫者優(yōu)先附加條件：如果一個(gè)讀者申請(qǐng)進(jìn)行讀操作時(shí)已經(jīng)有一個(gè)寫者在等待訪問(wèn)共享資源，則該讀者必須等到?jīng)]有寫者處于等待狀態(tài)后才能開(kāi)始讀操作。

11、;　　2．各模塊的偽碼算法　　讀者優(yōu)先算法：　　設(shè)置兩個(gè)互斥信號(hào)量：　　rwmutex 用于寫者與其他讀者/寫者互斥的訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)rmutex 用于讀者互斥的訪問(wèn)　　讀者計(jì)數(shù)器 readcount</p

12、>　　semaphore rwmutex=1, rmutex=1;　　int readcount = 0; 　　reader i //讀者進(jìn)程 i=1,2,….

13、do{　　P(rmutex); //讀者互斥　　readcount++; //讀者數(shù)加1　　if (readcount == 1) P(rwmutex); //讀者寫者互斥 　　V(rmute

14、x); 　　讀者讀數(shù)據(jù);　　P(rmutex); 　　Readcount--; 　　if (readcount == 0) V(rwmutex);

15、V(rmutex);　　}while(1); 　　writer j //寫者進(jìn)程 j = 1,2,…. 　　do{

16、;　　P(rwmutex); 　　寫文件； 　　V(rwmutex); 　　}while(1); </p&g

17、t;　　寫者優(yōu)先算法：　　設(shè)置三個(gè)互斥信號(hào)量：　　rwmutex 用于寫者與其他讀者/寫者互斥的訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)　　rmutex 用于讀者互斥的訪問(wèn)　　讀者計(jì)數(shù)器readcount <

18、/p>　　nrmutex 用于寫者等待已進(jìn)入讀者退出，所有讀者退出前互斥寫操作　　semaphore rwmutex= 1，rmutex= 1，nrmutex= 1; 　　int readcount = 0;　　reader i //讀者進(jìn)程 i=1,2,….<

19、;/p>　　do{　　P(rwmutex); 　　P(rmutex); 　　readcount++;　　if (readcount ==

20、1) P(nrmutex); //有讀者進(jìn)入，互斥寫操作　　V(rmutex);　　V(rwmutex);//及時(shí)釋放讀寫互斥信號(hào)量，允許其它讀、寫進(jìn)程申請(qǐng)資源　　讀數(shù)據(jù);　　P(rmutex);<p&g

21、t;　　readcount--;　　if (readcount == 0) V(nrmutex); //所有讀者退出，允許寫更新　　V(rmutex);　　}while(1);　　writer j //寫者進(jìn)程 j = 1,2,….<p

22、>　　do{　　P(rwmutex); // 互斥后續(xù)其它讀者、寫者　　P(nrmutex); //如有讀者正在讀，等待所有讀者讀完　　寫更新；　　V(nrmutex

23、); //允許后續(xù)新的第一個(gè)讀者進(jìn)入后互斥寫操作　　V(rwmutex); //允許后續(xù)新讀者及其它寫者　　}while(1);　　3. 函數(shù)關(guān)系調(diào)用圖　　圖1 函數(shù)關(guān)系圖

24、　　4．程序測(cè)試結(jié)果　　測(cè)試數(shù)據(jù)文件包括 n 行測(cè)試數(shù)據(jù),分別描述創(chuàng)建的 n 個(gè)線程是讀者還是寫者,以及讀寫操作的開(kāi)始時(shí)間和持續(xù)時(shí)間.每行測(cè)試數(shù)據(jù)包括四個(gè)字段,各字段間用空格分隔。第一字段為一個(gè)正整數(shù),表示線程序號(hào).第二字段表示相應(yīng)線程角色,R 表示讀者是，W 表示寫者。第三字段為一個(gè)正數(shù),表示讀寫操作的開(kāi) 始時(shí)間。線程創(chuàng)建后,延時(shí)相

25、應(yīng)時(shí)間 (單位為秒) 后發(fā)出對(duì)共享資源的讀寫申請(qǐng). 第四字段為一個(gè)正數(shù),表示讀寫操作的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)線程讀寫申請(qǐng)成功后,開(kāi)始對(duì)共享資源的讀寫操作,該操作持續(xù)相應(yīng)時(shí)間后結(jié)束,并釋放共享資源。　　在讀者寫者同時(shí)在隊(duì)列中等待申請(qǐng)資時(shí),讀者優(yōu)先調(diào)用資源.而且如果一個(gè) 讀者申請(qǐng)進(jìn)行讀操作時(shí)已有另一讀者正在進(jìn)行讀操作, 則該讀者可直接開(kāi)始讀操作,即讀讀允許。　　圖

26、2 進(jìn)程1、2的測(cè)試結(jié)果　　如圖2所示，進(jìn)程1是W操作,在時(shí)間3時(shí)進(jìn)入隊(duì)列,運(yùn)行時(shí)間是5,即在時(shí)間8時(shí)，進(jìn)程1退出。在它進(jìn)入時(shí)沒(méi)有進(jìn)程占用資源,它既占用資源;知道它釋放資源,等候的進(jìn)程有3,4,5； 　　圖3 進(jìn)程3、5的測(cè)試結(jié)果　　如圖3所示，進(jìn)程5是R操作,在時(shí)間4時(shí)進(jìn)入隊(duì)列,運(yùn)行時(shí)間是3, 進(jìn)程3是R

27、操作,在時(shí)間5時(shí)進(jìn)入隊(duì)列,運(yùn)行時(shí)間是 2, 在它們進(jìn)入時(shí)，進(jìn)程1占用資源,它等待資源,當(dāng)進(jìn)程1釋放資源后,由于讀者優(yōu)先,進(jìn)程 3,5 同時(shí)調(diào)運(yùn)資源，因此在時(shí)間11時(shí)，進(jìn)程3退出，在時(shí)間12時(shí)，進(jìn)程5退出；　　圖4 進(jìn)程2、4、6的測(cè)試結(jié)果　　如圖4所示，進(jìn)程4是W操作,在時(shí)間5時(shí)進(jìn)入隊(duì)列,運(yùn)行時(shí)間是5,在它進(jìn)入時(shí)進(jìn)程1占用資源,它等待資源,當(dāng)進(jìn)程1釋放資

28、源后,由于讀者優(yōu)先,進(jìn)程 3,5占用資源,它依然等待,直到進(jìn)程 3,5 都結(jié)束，即進(jìn)程4在時(shí)間12時(shí)開(kāi)始調(diào)用資源；進(jìn)程2是R操作, 在時(shí)間16時(shí)進(jìn)入隊(duì)列,運(yùn)行時(shí)間是5,在它進(jìn)入時(shí)進(jìn)程4占用資源,它等待資源,當(dāng)4釋放時(shí)占用資源后，進(jìn)程2開(kāi)始運(yùn)行；進(jìn)程6是R操作,在時(shí)間17時(shí)進(jìn)入隊(duì)列,運(yùn)行時(shí)間是7,在它進(jìn)入時(shí)進(jìn)程2占用資源,它等待進(jìn)程2釋放后最后調(diào)用資源。　　設(shè)計(jì)總結(jié)</b&

29、gt;　　課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。　　此次操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，我的感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整兩星期的日子里，我學(xué)到很多的東西;同時(shí)不僅鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。

30、　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正的服務(wù)于社會(huì)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)是困難重重，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。因此，在以后的學(xué)習(xí)中要多下苦功，加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，并且

31、培養(yǎng)自己的動(dòng)手實(shí)踐能力。　　參考文獻(xiàn)　　1. 湯子瀛，哲鳳屏. 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，西安：電子科技大學(xué)學(xué)出版社，2002年　　2. 王清，李光明. 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，北京：冶金工業(yè)出版社，2003年3月　　3.孫鐘秀等. 操作系統(tǒng)教程. 北

32、京：高等教育出版社，2008年4月　　4.曾明. Linux操作系統(tǒng)應(yīng)用教程. 西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2005年　　5. 張麗芬，劉利雄. 操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程. 北京：清華大學(xué)出版社，2006年　　6. 孟靜.操作系統(tǒng)教程——原理和實(shí)例分析. 北京：高等教育出版社，2001年

33、　　7. 周長(zhǎng)林. 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程. 北京：高等教育出版社，2011年12月　　8. 張堯?qū)W. 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程.北京：清華大學(xué)出版社，2006年10月　　9. 任滿杰. 操作系統(tǒng)原理實(shí)用教程.北京：電子工業(yè)出版社，2006年1月　　致謝<

34、;/p>　　這次課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我耐心、縝密、全面地思考問(wèn)題的能力，從而加快了問(wèn)題解決的速度、提高了個(gè)人的工作效率，以及鍛煉了使問(wèn)題在短時(shí)間內(nèi)得以解決的品質(zhì)。我從“紙上談兵”到可以自己動(dòng)腦動(dòng)手分析調(diào)試程序，收獲不少。　　首先要感謝學(xué)校給我這次實(shí)踐的機(jī)會(huì)，給了自己一個(gè)舞臺(tái)。這不僅是對(duì)自身的檢驗(yàn)，而且增加了我編寫代碼的功力。還有多虧了老師們從理論到上機(jī)親自指導(dǎo)的辛苦教授，給

35、予了我們最大幫助和全面指導(dǎo)。在這里，尤其感謝我的指導(dǎo)老師朱紅蕾老師，你不辭辛苦的給我們耐心指導(dǎo)。在這里，我衷心向你們致謝！最后還要感謝熱心的同學(xué)們，在我陷入誤區(qū)的時(shí)候，是他們熱心的幫助使我擺脫困境。　　最后衷心感謝所有給予我?guī)椭椭笇?dǎo)的老師和同學(xué),沒(méi)有他們的幫助我的程序也不會(huì)完成得這么順利。　　源代碼：</p&

36、gt;　　#include <windows.h>　　#include <ctype.h> 　　#include <stdio.h>　　#include <string.h> 　　#include &l

37、t;stdlib.h> 　　#include <malloc.h> 　　#define MAX_PERSON 100　　#define READER 0 //讀者　　#define WRITER 1 //寫者

38、;　　#define END -1　　#define R READER　　#define W WRITER 　　typedef struct _Person { 　　HANDLE m_hThread; //定義處理線程的句柄<p&

39、gt;　　int m_nType; //進(jìn)程類型(讀寫)　　int m_nStartTime; //開(kāi)始時(shí)間　　int m_nWorkTime; //運(yùn)行時(shí)間　　int m_nID;//進(jìn)程號(hào) 　　}Person;

40、 　　Person g_Persons[MAX_PERSON]; 　　int g_NumPerson = 0;　　long g_CurrentTime= 0; //基本時(shí)間片數(shù)　　int g_PersonLists[] = {//進(jìn)程隊(duì)列

41、　　1, W, 3, 5, 2, W, 16, 5, 3, R, 5, 2, 　　4, W, 6, 5, 5, R, 4, 3, 6, R, 17,7, 　　END, 　　}; </

42、p>　　int g_NumOfReading = 0;　　int g_NumOfWriteRequest = 0; //申請(qǐng)寫進(jìn)程的個(gè)數(shù) 　　HANDLE g_hReadSemaphore; //讀者信號(hào) 　　HANDLE g_hWriteSemaphore;

43、//寫者信號(hào)　　bool finished = false; //所有的讀完成 　　//bool wfinished = false; //所有的寫完成 　　void CreatePersonList(int *pPersonList); <

44、;p>　　bool CreateReader(int StartTime,int WorkTime,int ID); 　　bool CreateWriter(int StartTime,int WorkTime,int ID); 　　DWORD WINAPI ReaderProc(LPVOID lpParam);<p&

45、gt;　　DWORD WINAPI WriterProc(LPVOID lpParam);　　int main() 　　{ 　　g_hReadSemaphore = CreateSemaphore(NULL,1,100,NULL); //創(chuàng)建信號(hào)燈,當(dāng)前可用的資源數(shù)為 1,最

46、大為100 　　g_hWriteSemaphore = CreateSemaphore(NULL,1,100,NULL); //創(chuàng)建信號(hào)燈,當(dāng)前可用的資源數(shù)為 1,最大為100　　CreatePersonList(g_PersonLists); // 創(chuàng)建所有的讀者和寫者　　printf(&quo

47、t;Created all the reader and writer\n...\n"); 　　g_CurrentTime = 0; 　　while(true) 　　{ 　　g_CurrentTime++; </p&g

48、t;　　Sleep(300); // 300 ms　　printf("CurrentTime = %d\n",g_CurrentTime); 　　if(finished) return 0; 　　} // return 0; &l

49、t;b>　　}　　void CreatePersonList(int *pPersonLists) 　　{　　int i=0; 　　int *pList = pPerso

50、nLists; 　　bool Ret; 　　while(pList[0] != END) 　　{ 　　switch(pList[1]) 　　{ </

51、p>　　case R: 　　Ret = CreateReader(pList[2],pList[3],pList[0]); //351,w452,523,654　　break; 　　c

52、ase W: 　　Ret = CreateWriter(pList[2],pList[3],pList[0]);　　break; 　　} 　　if(!Ret)

53、 　　printf("Create Person %d is wrong\n",pList[0]); 　　pList += 4; // move to next person list　　}&l

54、t;b>　　} 　　DWORD WINAPI ReaderProc(LPVOID lpParam) //讀過(guò)程　　{ 　　Person *pPerson = (Person*)lpParam;

55、// wait for the start time　　while(g_CurrentTime != pPerson->m_nStartTime) 　　{} 　　printf("Reader %d is Requesting ...\n",pPers

56、on->m_nID); 　　printf("\n\n************************************************\n"); 　　// wait for the write request 　　WaitForSingleObject(g_hReadSem

57、aphore,INFINITE); 　　if(g_NumOfReading==0) 　　{ 　　WaitForSingleObject(g_hWriteSemaphore,INFINITE); 　　} </b&

58、gt;　　g_NumOfReading++; 　　ReleaseSemaphore(g_hReadSemaphore,1,NULL); 　　pPerson->m_nStartTime = g_CurrentTime;　　printf("Reader %d

59、is Reading the Shared Buffer...\n",pPerson->m_nID); 　　printf("\n\n************************************************\n"); 　　while(g_CurrentTime <= pPerson->

60、m_nStartTime + pPerson->m_nWorkTime) 　　{} 　　printf("Reader %d is Exit...\n",pPerson->m_nID); 　　printf("\n\n**********

61、**************************************\n"); 　　WaitForSingleObject(g_hReadSemaphore,INFINITE); 　　g_NumOfReading--; 　　if(g_NumOfReading == 0)

62、　　{　　ReleaseSemaphore(g_hWriteSemaphore,1,NULL);//此時(shí)沒(méi)有讀者,可以寫　　} 　　ReleaseSemaphore(g_hReadSemaphore,1,NULL); &

63、lt;/p>　　if(pPerson->m_nID == 4) finished = true; //所有的讀寫完成 　　ExitThread(0); 　　return 0; 　　} 　　DWORD

64、WINAPI WriterProc(LPVOID lpParam) 　　{ 　　Person *pPerson = (Person*)lpParam; 　　// wait for the start time　　while(g_Cur

65、rentTime != pPerson->m_nStartTime)　　{} 　　printf("Writer %d is Requesting ...\n",pPerson->m_nID); 　　printf("\n\n******

66、******************************************\n"); 　　WaitForSingleObject(g_hWriteSemaphore,INFINITE);　　// modify the writer's real start time 　　pPerson

67、->m_nStartTime = g_CurrentTime; 　　printf("Writer %d is Writting the Shared Buffer...\n",pPerson->m_nID); 　　while(g_CurrentTime <= pPerson->m_nStartTime + pP

68、erson->m_nWorkTime) 　　{} 　　printf("Writer %d is Exit...\n",pPerson->m_nID); 　　printf("\n\n***************************

69、*********************\n"); 　　//g_NumOfWriteRequest--;　　ReleaseSemaphore(g_hWriteSemaphore,1,NULL); 　　if(pPerson->m_nID == 4) finished = true;//所有的讀寫完

70、成 　　ExitThread(0); 　　return 0;　　}　　bool CreateReader(int StartTime,int WorkTime,int ID) //寫過(guò)程<

71、/p>　　{ 　　DWORD dwThreadID; 　　if(g_NumPerson >= MAX_PERSON) 　　return false; 　　Person *pPerson = &

72、g_Persons[g_NumPerson]; 　　pPerson->m_nID = ID;　　pPerson->m_nStartTime = StartTime; 　　pPerson->m_nWorkTime = WorkTime; 　　pPerson

73、->m_nType = READER;　　g_NumPerson++; 　　// 創(chuàng)建一個(gè)新的線程 　　pPerson->m_hThread=　　CreateThread(NULL,0,ReaderProc,(LPVOID)pPerson,0,&dwT

74、hreadID); 　　if(pPerson->m_hThread == NULL) 　　return false; 　　return true; 　　} 　　bool CreateWr

75、iter(int StartTime,int WorkTime,int ID) 　　{ 　　DWORD dwThreadID; 　　if(g_NumPerson >= MAX_PERSON) 　　return false; &l

76、t;/p>　　Person *pPerson = &g_Persons[g_NumPerson];　　pPerson->m_nID = ID; 　　pPerson->m_nStartTime = StartTime;　　pPerson->m_nWorkTime

77、 = WorkTime;　　pPerson->m_nType = WRITER;　　g_NumPerson++; 　　// 創(chuàng)建一個(gè)新的線程 　　pPerson->m_hThread= 　　CreateThread(N

78、ULL,0,WriterProc,(LPVOID)pPerson,0,&dwThreadID);　　if(pPerson->m_hThread == NULL) 　　return false; 　　return true; 　　} <

眾賞文庫(kù)> 全部分類> 畢業(yè)設(shè)計(jì)

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