OpenStack云计算平台搭建与管理（微课版）教案

OpenStack云计算平台搭建与管理（微课版）

课程名称：云计算基础平台搭建与应用

课程类型：□理论课0理论、实践课匚实践课

学时：54学分：3

授课教师：

授课班级：

授课学期：至学年第一学期

教材名称：云计算基础平台搭建与管理

参考资料：

年月日

o

云计算基础平台搭建与应用课程教案

授课题用云计算基础平台搭建与应用

教学时数：54授课类型：0理论课0实践课

教学目的、要求:

本课程计算机应用技术、云计算技术与应用专业学生必修专业课。培养学生应用开源

OpenStack软件搭建云计算IaaS系统的能力。

教学以搭建一个私有云平台项目为载体，通过项目导向教学方式，让学生理解OpenStack开

源云平台架构及组件。

（一）主要能力要求

1、熟练应用私有子网与nat网关

2、了解OpenStack的技术发展与基本结构

3、熟练应用Linux防火墙设置

4、综合应用配置yum源

5、熟练安装NTP时钟服务

6、熟练安装mysql与MariaDB数据库，并熟悉mysql操作

7、能够安装配置RabbitMQ消息队列组件

8、能够安装缓存数据库Memcached

9、能够安装配置ETCD键值仓库

10、熟练安装keystone组件

11、熟练配置apachehttp服务

12、熟练创建域、项目、用户、角包

13、熟练安装和配置Glance服务

14、能够安装Nova计算单元

15＞能够安装和配置neutron网络

16、能够安装Horizon服务

17、能够安装和配置Cinnde服务

教学重点:

Openstack结构、OpenStack组件、vi编辑器使用、编程规范

教学难点：

OpenStack组件安装与配置、私有网络配置、解决具体问题的能力

教学方法和手段：

通过案例及项目教学的方法进教学

云计算基础平台搭建与应用课程教案

授课题目：步入云计算的世界

教学时数：1授课类型：E1理论课口实践课

教学目的、要求：

了解云计算的发展

了解云计算的概念与特征

教学重点：

云计算的由来

云计算的基本特征

教学方法和手段:

理实化一体

教学条件：

网课

参考资料：

2

云计算基础平台搭建与应用课程教案

教学内容及过程旁批

课前准备：

从我们自己的生活当中进行调查，我们接触到的有哪些云计算应用？它们都有些

什么样的共同点？

云计算的出现与大数据技术的发展密不可分。“大数据”是指公司在日常运营中

生成、累积的用户行为数据。这些数据的规模非常庞大，增长非常迅速，如何存放数

据成为了一个难题。

教学引入：

大学生小王的一天是这么度过的：早上起来先听一曲“云音乐”，打开“云存储”

查看昨天在云计算协会里领到的任务，再通过“云会议”召集项目组成员对工作任务

进行讨论，最后人家决定通过“云办公”协同完成。今天的工作任务就是调研云计算

是什么？它是如何影响着我们的世界？

教学内容与教学设计:

L1云计算的定义

随着大数据时代的来临，需要存储量更大、运算速度更快的数据中心来存储呈指

数增长的数据。因此许多大公司都自建了自己的数据中心，如图Li所示。

图1.1一个云计算数据中心

这些数据中心为了给将来的数据留有余量，其规模通常都会建设得比当前实际使用量

更大c此时这些公司发现自己还得为这些空闲的运算能力、存储空间承担管理及电力

成本，非常浪费。而同时一些小公司虽然也有数据存储及数据挖掘的需要，但是苦于

没有能力打造自己的数据中心。那是不是可以想一个办法让大公司闲置的运算资源通

过收取一定的费川租给小公司使用呢？基于这种考虑，亚马逊公司（Amazon）在2002

3

年首次推出了AmazonWebService（AWS）,它就是云计算平台的最初模型.2006年

谷歌公司（Google）CEO埃里克•施密特首次提出“云计算"（CloudComputing）的

概念c从此，云计算作为一个名词概念正式出现，开启了云计算飞速发展的时代。

对于到底什么是云计算，根据定义者所在的角度不同存在多种解稗。现阶段广为接受

的是美国国家标准与技术研究院（NIST）的定义：“云计算是一种按使用量付费的模

式，它可以实现随时随地、便捷地、随需应变地从可配置计算资源共享池中获取所需

的资源（例如：网络、服务器、存储、应用及服务），资源能够快速供应并释放，使

管理资源的工作量和与服务提供商的交互减小到最低限度。”简而言之，云计算是一

种大规模服务器集群一一“云”，通过网络为用户提供的一种按需付费使用并可以弹

性扩展的服务模式。比如，你需要一台电脑或者存储空间亦或是一款网络应用等，只

需要付一定的费用向“云”去租用。这个租用过程就像家里用水电一样，用多少付多

少费用，不用时可以由“云”快速回收，不再产生费用。“云计算技术”就是保证这

种租用模式可以实现并保证其安全的技术，它是由许多现代信息技术所组成，如其中

的虚拟化技术可以将多台物理主机联合起来，虚拟成更多的计算机为多个用户提供服

务；分布式存储技术将数据存放在不同的物理设备中，以保证数据的高速存取和数据

安全C

由于“云”有着超大规模的特点，因此单位使用成本非常的便宜。用户用低廉的

租用成本就可以使用到可以随时扩容的并由专业人员维护保证安全的“算服务。故而，

如图1.2所示，云计算已经成为了现代信息技术发展的基础，同时已经应用到了社会

的各个方面，如云存储、云办公、云医疗、云电视、云音乐等，可以亳不夸张地说，

目前我们已经进入“云”的时代。

图1.2云计算提供的服务

L2云计算的分类

1.2.1按服务对象分类

云计算按照服务的对象可以分为：公有云、私有云、混合云，如图1.3所示。

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面向全网用户面向企业内部用户部分面向全网用户

部分面向企业内部用户

图1.3公有云、私有云、混合云

(1)公有云(PublicCloud)

我们可以把公有云看成是一个饭店，它为每一个进入到饭店的用户服务。公有云一般

可通过Internet使用，可在整个开放的公有网络中向所有人提供服务。国内主要公有云

服务商有：阿里云、腾讯云、华为云、天翼云、移动云等。目前阿里云市场占有率最

高，是亚太地区第一大“云”。

(2)私有云(PrivateCloud)

我们可以把私有云看成是一个企业的内部食堂，它只为该企业内部用户服务。私有云

是为一个用户(或一个企业)单独使用而构建的，该用户拥有该云的全部资源并自行

管理与运维。私有云一般用于银行、医院、学校、政府等对数据安全和共享都有着较

高需求的单位。

(3)混合云(HybridCloud)

混合云是公有云和私有云两种服务方式的结合。比如我们既想享受食堂的食物安全又

想享用大饭店的特色菜肴，显然同时使用饭店和食堂是一种解决方案。同理由于安全

问题，并非所有的企业信息都能放置在公有云上，因此很多企业会使用混合云模式：

将敏感私密数据放本地私有云上，而对外服务则放置在公有云上。

1.2.2按服务类型分类

云计算按照提供的服务类型可以分为三类，即基础设施即服务(laaS)、平台即服务

(PaaS)和软件即服务(SaaS)«>它们位于彼此之上，底层为上层提供支持，如图1.4

所示C

(1)基础设施即服务(laaS)

laaS<InfrastructureasaService)：基础设施即服务，它是云计算主要的服务类型之一,

既在“云端”根据需要虚拟化出如计算机、存储、网络等设备为用户提供服务。比如

有一个用户在云端租用了一台电脑(云主机)，他就完全可以像操作本地电脑一样操

作该云主机，比如亲自安装自己需要的操作系统、安装应用软件、部署自己的网络服

务等c因此，你要在网上租一台完整计算机的话请找laaS云平台。

(2)平台即服务(PaaS)

PaaS(PlatformasaService)：平台即服务，它是在“云端”提供开发平台和测试环境

为用户(一般是软件开发人员)使用。这个开发平台提供了一些成熟的软件构件可以

嵌入到用户开发的产品中使用，比如云地图、微信小程序等，都是由PaaS云平台提供

的服务。用户可以使用简单的几行代码就可以将PaaS云平台提供的服务嵌入到自己的

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软件中实现复杂功能。因此，如果你要开发一款网络软件，需要实现地图功能，你可

以寻找提供地图服务的PaaS平台的帮助.

(3)软件即服务(SaaS)

1、SaaS(SoftwareasaService)：软件即服务，它通过互联网面向最终用户，提

供按需付费使用的应用程序。如钉钉远程办公、微软的在线文档编辑、WPS在线

文档管理、腾讯云会议等都属于“SaaS云平台”提供的网络应用软件，可以在云

上直接使用。因此，如果你不想下载安装而想直接使用网络应用，去找SaaS平台

是没错的。

作业和思考题：

(1)简述云计算的定义。

(2)简述云计算的两种分类方式。

(3)简述公有云和私有云的区别。

(4)如果需要在云上租用一台完整的服务器，应该向“laaS”、“PaaS”、“SaaS”

哪种云平台申请？

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云计算基础平台搭建与应用课程教案

授课题目：一个优秀的laaSzr平台OpenStack

教学时数：1授课类型：E1理论课口实践课

教学目的、要求:

了解OpenStack的起源

了解OpenStack的功能

了解OpenStack的组件

教学重点：

OpenStack的组件及组件功能

教学方法和手段：

理实化一体

教学条件：

网课

参考资料：

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云计算基础平台搭建与应用课程教案

教学内容及过程旁批

课前准备：

通过上一个任务对云计算的了解，小王对云计算的功能、特点与分类有了一定的

了解，也产生了浓厚的兴趣。这一次，他想自己尝试做一个能提供laaS服务的云平台，

将一台高性能主机变成几台云主机提供给云计算协会的同学使用。要想实现这个目标，

本任务中他要进行调研决定选用什么软件来搭建云计算平台。要求学生去调研市场上

主流云平台。

教学引入：

市面上能提供laaS平台服务的软件有很多款，每一款都有自己的特色。其中目前

全世界市场占有率最大的是VMware公司的产品，它是一款闭源产品，性能可靠。但

是它高昂的价格对于小王这样的学生来说是无法承受的。OpenSiack是一款免贽的开源

应用，同时也具有很大的市场影响力，许多公司的云计算产品均是在此基础上二次开

发而来。小王决定先对OpenStack进行了解。

教学内容与教学设计：

2」OpenStack的起源与应用

OpenStack是一个针对laaS云平台的开源云计算管理平台项目，由NASA（美国

国家航空航天局）和美国Rackspace公司在2010年合作研发，是当今最具影响力的云

计算管理工具。它可以通过命令或者基于Web的可视化控制面板来管理云端的资源池

（服务器、存储和网络等）。通过它可以很轻松的构建和管理一个laaS云平台，该云

平台既可以用于私有云也可以用于公有云。

oapenstack

图2.1OpenStack的商标

目前OpenStack系统或其演变版本正被广泛应用在各行各业，用户包括思科、华

为、英特尔、IBM、99Clouds希捷等。OpenStack采用Python语言开发，支持KVM、

Xen>Lvc.Docker等虚拟化软件，通过调用这些虚拟化软件来构建虚拟机（也称为云

主机）为用户服务。

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你的应用

OpenStack共享服务|

标准硬件

图2.2OpenStack提供的laaS服务

如图2.2所示，OpenStack是一种云操作系统，它可以在标准硬件的基础上创建和管理

多个云主机。云主机和一般电脑一样，可以在上面安装操作系统和用户应用.它拥有

三个主要部分：计算部分负责创建和管理云主机；存储部分为云主机提供存储空间；

网络部分将云主机及外部网络连接起来形成网络。

2.2OpenStack的组件构成

OpenStack结构如图2.3所示，主要包括KeystoneGlanceNova^Neutron四个核心

项目及几十个正式项目和大量孵化项目。由于构建一个laaS基础云计算平台只要四个

核心项目，因此本书重点讲解四个核心项目的构建和运维技术，并采用Horizon项目

提供的WEB服务(Dashboard)来进行对云平台的可视化管理。

Horizon

Dashboard

图2.3OpenStack组件结构图

(1)认证组件"Identity"

项目名：Keystone,为其他OpenStack组件如Glance、Nova等提供认证和授权服务。

由于整个OpenStack是由众多组件组成的一个系统，这些独立的组件是否允许接入系

统或者允许使用其他组件的服务，需要一个统一进行权限认证的组件，Keystone就是

这个“认证机构”。

(2)镜像管理组件“Image”

项目名：Glance,用来管理云主机的磁盘镜像和快照的组件，可以进行创建或删除镜

像、创建或删除快照等操作。我们可以把镜像看成是云主机上一个已经安装好操作系

统和应用软件的磁盘。镜像可以秒克隆出多个相同内容的镜像，为不同的云主机服务。

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(3)云主机管理组件“Compule”

项目名：Nova,在OpenStack云操作系统中对云主机(也称实例)进行管理的组件，

可以进行如云主机生成、调度、回收等操作。

(4)网络服务组件“Network”

项目名：Neutron,曾用名为Quanlum。Neutron是OpenSlack中提供网络服务的核心组

件，由它来管理云主机之间的网络。

(5)管理组件“Dashboard”

项目名：Horizon,主要提供了一个名为Dashboard的Web服务，实现对云平台的可视

化管理。如图2.4所示为Dashboard的管理界面。

图2.4Dashboard可视化管理组件

2.3OpenStack的版本发展

OpenSlack版本更新非常快，几乎每半年就发行一个新版本。本书采用OpenSlack的第

二十版本“Train”。不同版本间在安装和运维上存在着一些细微的区别，请读者选用

时注意。不同于其他软件的版本号采用数字编码，OpenStack采用一个单词来描述不同

的版本，其中单词首字母指明版本的新旧。比如版本“Train”就比之前的“Stein”版

本要新。发行时间表可以参考官方网站“htms://relcases.oD/"。

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SeriesStatusInitialReleaseDateNextPhase

2021-04-14estimatedMaintainedestimated

WallabyDevelODEent

(schedule)2021-04-14

ExtendedMainienance

VictoriaMaintained2020-10-14

estimated202204-18

ExtendedMaintenance

US$U【IMalniained2020-05-13

estimated202111-12

ExtendedMaintenance

TrainMaintained2019-10-16

estimated2021-05-12

ExtendedMaintenance

S【etnMaintained2019*0410

estimated2020-11-11

ExpendedMairKenance

2018-08-30unmaintalnedTBD

(seenoiebelow)

ExtendedMaintenance

Queens20184)2-28UnmaintainedTBD

(seenotebelow)

ExtendedMaintenance

Pike2017-08-30unmaintalcedTBD

(seenotebelow)

图2.5OpenStack各个版本发布时间

从图2.5我们可以看到Train版在2019年10月16日发布，而Wallaby版也就是W版

正在开发中，预计是在2021年4月发布。

作业和思考题：

(1)简述OpenSlack的核心组件功能。

(2)OpenStack的"Queens”版和"Victoria”版哪个更晚发行?

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云计算基础平台搭建与应用课程教案

授课题目：第3讲OpenStack双节点云平台硬件准备

教学时数：1授课类型：0理论课0实践课

教学目的、要求：

能够安装VMware虚拟软件

能够用VMware安装CentOS

能够用VMware进行克隆

教学重点：

用VMware安装CentOS

教学方法和于段；

理实化一体

跟着视频实作

教学条件：

网课

参考资料：

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云计算基础平台搭建与应用课程教案

教学内容及过程旁批

课前准备：

通过上一个任务的调研，了解到了OpenStack市场占有率大和开源免费的特点，

小王决定就采用OpenStack来搭建laaS云计算平台。由于OpenStack需要Linux操作

系统支持，小王需要给物理机安装上一款Linux操作系统。请学生自行了解有哪些Linux

操作系统。

教学引入：

目前市面上存在多个Linux版本，大都支持OpenStack的安装。但作为服务器通

常采用"CentOSLinux”操作系统。另外，OpenStack通常采用多台服务器来构建云平

台，但是小王只有一台电脑，所以决定采用VMware虚拟机软件来安装CentOS操作

系统c

教学内容与教学设计:

3.1创建与配置Vmware虚拟机

以下操作在已安装好的虚拟化软件"VMwareWorkstation15”上进行。宿主机内存要

求大于12G、硬盘空余空间大于200G,安装有“Windows64位操作系统”。

3.1.1新建虚拟机

（1）进入新建虚拟机向导

单击文件f新建虚拟机菜单，进入到图3.1新建虚拟机向导。

x

欢迎使用新建虚拟机向导

您・立使用什么奥sirww?

通过几个彘里的罗•创ifWottatanon

15.xg*I.

创建苦百SCSI拄制图实型.虐川硝口柒

里以及与旧曲VMware产品最各性等惠

桀选笫的玄姒机・

|一.恻>]取局

图3.1新建虚拟机向导

选择“自定义（高级）”选项，单击“下一步”按钮。

（2）选择虚拟机硬件兼容性

13

保持默认设置，单击“下一步”按钮。

(3)选择安装操作系统

新建虔拟机向导x

安装客户机操作系绘

店纵机如同物U机，发要棒作事统。您将知偈安装客户机掾作系骁？

安装来漉：

安装程序光盒(Q)：

无可用版动B

。安装程序比宣成俅文件(soXM)：

F:\2E作、毅学奥阳款村\opm$t2&必育云播*与道理\，|雌喝■

您献型继售乐烈AJ

创建的虎拟机将包含一个宝日51便.

«Bbv上一步(B)|下一步(《)>|取消

图3.3安装客户机操作系统

在图3.3中选择“稍后安装操作系统”，单击“下一步”按钮。

(4)选择操作系统类型

14

新建虎拟机向导X

选打客户机隹作系块

此虐瞅机中将安装哪陶操作系沈？

客户机操作系统

OMicrosoftWndows(^)

⑥西⑥

OVMwareESXQO

。其他⑼

版本M

CentOS764av

然助<上一步®|下一步®>|取消

图3.4选择客户机操作系统

在图3.4中选择Linux单选框，并选择版本为“CeniOS764”位。单击“下一步”按

钮。

(5)命名虚拟机

新建置《机向9x

命名虎姒机

圣除望谡虎拟机使用什么名称？

虚拟机名向M：

至制节病一

fiBU)：

F:\VrtualMadmsVCU节点浏览⑻…

工毋辖。"首选《5"中可更改出认位E.

<上一步(B)|下一步(to>|取消

图3.5命名虚拟机

在虚拟机名称输入框中可以设置该虚拟机的名称，位置输入框为该虚拟机文件所存放

的位置。设置好后单击“下一步”按钮。

(6)配置处理器

15

新建虚拟机向导X

处理器附15

为此虐姒机指定处理苜数量・

处理毒

$h»3«t(p)：[1_

督个处理器的内核数量(Q:|2T

处建2S内核宗敷：2

<上一步(fi)|下一步(N)>|H

图3.6处理器配置

根据自己电脑的配置选择适当的虚拟机处理器及内核的数量，选择好后单击“下一步”

按钮C

(7)设置虚拟机内存

新建虎撤机向导X

此詹赳机的内存

您要为此虐孤机使用多少内存？

指定分配给此虚拟机的内存量•内存大小必须为4MB的借敢•

64GB此虚拟机的内存(冷：4096：MB

32GB♦

16GB

8GB

■■最大推荐内存：

累■27.8G6

23

1GB・

512MB■推荐内存：

256MB1GB

128MB

MMB客户机掾作系境荐内存：

32MBS12MB

16MB

8MB

4MB

将肋<上一步(B)|下一步(M)>|取消

图3.7设置虚拟机内存

在图3.7中设置虚拟机的内存，建议设置为4G及以上，设置好以后单击“下一步”按

钮。

(8)选择网络类型

16

新建虚拟机向导X

网络类型

要考加嘲英网络？

网络连接

O使用析接网络(B)

〜为客户机操作系统提供亶接访问外部以太网网络的权用。客户机在外部网络

上必须有自己的IP地址♦

。使用网络地址杼换(NATXE)

为客户机操作系统提供使用王机1P地址访问王机按句连接过外器以太网网络

连接的权限♦

・使用仅主机模式网络⑼

将咨尸机操作系统连接到王机上的专用虚拟冏络.

O不使用网络连接(I)

诩助<上一步(fi)I下一步⑻>|取消

图3.8选择网络类型

在图3.8中选择“使用仅主机模式网络”，然后单击“下一步”按钮。

(9)选择I/O控制器类型

新建虎拟机向导x

选择I/O控霸N类型

念要使用何际奖型的SCSIi£M3?

1/0控制m英型

SCSI控制各：

BUSL09C(U)(不适用于MH存户机)

®LSl"Logic(Lj(推制

OLS1LogicSAS(S)

O4i虚抵化SCSICE)

二打<上一步(8)|下一步@)>|取消

图3.9选择I/O控制器类型

保持默认“LSILogic”选项，然后单击“下一步”按钮。

(10)选择磁盘类型

17

新建虑拟矶向导X

您要创建何稗破盘？

虚拟出盘类型

OlDEQ)

⑥法阅(推荐)

OSATA(A)

ONVMe(Y)

身助<上一步(fi)|下一步时>|取消

图3.10选择磁盘类型

保持默认“SCSI”选项，单击“下一步”按钮。

(11)选择磁盘

新建虚拟版号X

选拉磁盘

您要使用哪个Ui盘？

嫌创建新普通盒M

虑拟出盘由壬机文件系统上的一个或多个文件组成.客户机操作系统会将

其视为或个蟆盘。虚拟磁盘可在一台主机上或多台主机之间轻松复制或建

孙

O使用现有虎抽出盘(E)

选掾此选项可■新使用以前配用的碌盘。

0使用物理磁盘(适用于高级用户XE)

选择此选项可为虎姒机提供亶接访问本地蟆盘的权限.需要同有营理员特

权。

帮助<上一步(B)|下一步⑻>|取消

图3.11选择磁盘

选择“创建新虚拟磁盘”，单击“下一步”按钮。

(12)指定磁盘容量

18

新建虚拟机向导X

指定磁直容量

破盘大小为多少？

最大碎盘大小(GBXS):100：

什对CentOS764(2的•议大小：20G8

□立即分配所有磁盘空间(A)・

分配所有容量可以提高性能，但要求所有物理破身空间立即可用。如果不立即

分配所有空间，虚拟婚盒的空间最仍很小，会随看您向耳中添加数据而不断交

大.

O将虚拟磁盘拆分成多个文件(M)

拆分磁法后，可以更$3松地在计亶机之间移动虚拟机，但可能会15低大否受破

盆的性能.

诩助<上一步(fi)|下一步⑻>|取消

图3.12市定磁盘容量

在图3.12中设置磁盘大小，建议100GB以上，不要选择立即分配所有磁盘空间，让磁

盘文件根据使用情况逐渐增长。选择将虚拟磁盘存储为单个文件或者拆分成多个文件

皆可,所有设置完成后单击“下一步”按钮。

(13)指定磁盘文件

新建虐拟矶向导X

指定磁a文件

左景在何处存储设土文件？

也宣文件(£)

将使网此文件名创*一个100GB9直文件•

catrolef.vmA制览®...

'J<上一步(B)I下一步®)|取消

图3.13由定磁盘文件

在图3.13中给刚创建的磁盘文件命名，该文件格式是“vmdk”。完成以后将在指定文

件夹下创建该名称的磁盘文件，系统将安装在这个磁盘上。设置好以后单击“下一步”

按钮c

(14)准备创建虚拟机

19

新建虚拟矶向导X

已；B商好他R虎以机

里士■•完成”创建虎姒机•然后可以安装CentOS764位.

种使用下例tea｛创速底狙机:

名称：投：M节点

位8：F:\VhualMac持es\控制节点

版本:WockstaOon15.x

操作系统：CentOS764fi

WS：tooGe

内存：4096MB

网络适配器：仅主机模式

其他设备：2个CPU内核,CD/DVD,USB控制黑打印机，声卡

自定义硬件g…

＜上一步(B)|克成|取消

图3.14准备创建虚拟机

在图3.14中单击“完成”按钮，稍等直到VMware虚拟机创建成功。

(15)添加第二块网卡

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