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Hardware

  • Componentes
Raspberry Pi - Modelo B

Fonte de alimentação 5V - 2A multinacional
com conector micro USB

Disco SD 8GB
Pen Drive 8GB ou 16GB
Adafruit Ultimate GPS Breakout - Versão 3
Antena de GPS Ativa Externa com conector SMA
Cabo adaptador SMA para uFL

 

  • A escolha

O Raspberry Pi foi a plataforma escolhida para rodar a ferramenta de atraso unidirecional - OWAMP. Por ser um hardware barato e bastante difundido, sua documentação e troca de informações na comunidade de desenvolvedores é extensa.

  • Sistema operacional e utilização dos sistemas de armazenamento

Uma vez que o sistema operacional Raspbian (derivado do Debian) está otimizado para utilização nesta arquitetura, decidimos utilizá-lo como base para a infraestrutura. Além disso, outras otimizações de kernel e de Sistema Operacional foram realizadas (conforme descritas no guia abaixo) com a finalidade de economizar recursos de hardware e também de melhorar o desempenho das aplicações.

É importante não sobrecarregar o disco SD (onde está armazenado o SO) com leituras e gravações para que a vida útil não fique comprometida. Assim, deve-se retirar o SWAP e pontos de montagem onde exista a gravação de logs, arquivos temporários, etc e colocá-los em um disco externo - é possível acoplar um pen drive a USB para fazer este papel de forma barata e funcional.

  • GPS

O correto funcionamento do GPS é fundamental para que as medições de atraso unidirecional sejam calculadas de forma precisa. Não é adequado, por exemplo, utilizar uma porta USB para conexão do GPS ao hardware pois este tipo de conexão insere latência na obtenção dos dados - o que neste caso interfere nas medições.

O Raspberry permite o acesso direto à porta serial através da pinagem GPIO. É através desta interface que os dados NMEA e PPS (pulso por segundo) do GPS são capturados para sincronia exata do tempo. O chipset escolhido para desempenhar esta tarefa foi o Adafruit Ultimate GPS Breakout, que é bastante sensível (mesmo em ambientes sem visada total para o céu é possível obter as informações) e também pode ser alimentado entre 3.3 e 5 volts.

  • Montagem final

Para distribuição, uso e montagem do ponto de medição, envolvemos o raspberry em um case plástico específico (vide ilustração abaixo).

Instalação do Sistema Operacional

  • Insira o cartão SD no leitor de cartão e verifique as informações da partição

Quando o cartão SD for inserido o sistema operacional perguntará se você quer montá-lo. Pode montá-lo e explorar as informações contidas dentro

 

  • Com o comando df -h, verifique o ponto de montagem. Neste caso temos o dispositivo como /dev/sdc1 montado em /media/9016-4EF8
popsc@popsc-OptiPlex-780:~$ df -h

Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/sda1        37G  2.9G   32G   9% /
udev            967M  4.0K  967M   1% /dev
tmpfs           390M  824K  390M   1% /run
none            5.0M     0  5.0M   0% /run/lock
none            975M   80K  975M   1% /run/shm
/dev/sda5       106G  238M  100G   1% /home
/dev/sdc1       7.4G   32K  7.4G   1% /media/9016-4EF8

 

  • Desmonte o cartão SD

umount /media/9016-4EF8

 

  • Copie a imagem (.img) do Raspbian para o cartão SD

dd bs=4M if="/home/popsc/Desktop/2013-07-26-wheezy-raspbian.img" of=/dev/sdc

Note que a letra do dispositivo (/dev/sdc1) não deve ser utilizada neste caso (/dev/sdc)

Observações:
 
  • Se o usuário do computador não estiver logado como root, deverá ser utilizado o prefixo sudo no comando
  • O dd não mostra nenhuma informação do progresso na tela, parecendo que está travado. O procedimento de escrita da imagem pode levar mais de 5 minutos
  • Ao final do procedimento, o comando sync deve ser executado para garantir que o cache foi descarregado e o cartão SD pode ser retirado com segurança

 

  • Remova o cartão SD do leitor e insira no slot da placa Raspberry

  • Ligue o Raspberry

Na primeira inicialização do equipamento será apresentada a tela de configuração do sistema (Raspi-config). Você deve:

a) Alterar as configurações de timezone
b) Expandir a partição de modo que todo cartão SD seja utilizado, através da opção expand_rootfs
c) Ativar o acesso SSH
d) Diminuir a memória disponível para GPU para 16
e) Alterar a senha de acesso do usuário

O acesso padrão ao sistema é:

Username: pi
Password: raspberry

(warning) Para evitar a leitura/escrita excessiva no cartão SD do sistema operacional do raspberry, vamos utilizar um dispositivo de armazenamento externo (HD USB ou pen drive, por exemplo) para gravar informações das medições, logs, etc. Em um disco SSD, poderíamos definir os seguintes pontos de montagem com os tamanhos abaixo:

PartiçãoTamanho
/
4G
 
/opt/perfsonar
4GB
/tmp2G 
/var/lib3G
/var/db1G
/var/log1G

 

  • Definindo o sistema de arquivo
mkfs.ext4 /dev/sda1 (10GB)
mkfs.ext4 /dev/sda2 (30BG)
mkfs.ext4 /dev/sda3 (20G)

 

  • Altere o arquivo /etc/fstab adicionando as seguintes linhas
/dev/sda1       /tmp            ext4    defaults,noatime  0       1
/dev/sda2       /var/lib/mysql  ext4    defaults,noatime  0       1
/dev/sda3       /var/log        ext4    defaults,noatime  0       1

Rodando o sistema operacional através de disco externo USB

Este procedimento tem a finalidade de rodar o sistema operacional Raspbian a partir de um dispositivo USB externo no lugar do cartão SD. Assim, procuramos aumentar a rapidez no acesso aos dados e também a confiabilidade do sistema. Os cartões SD possuem limitação na escrita e leitura dos dados. Em um host que rode, por exemplo, serviço MySQL a partir de um cartão SD, provavelmente existirá falhas e dados corrompidos em pouco tempo.

Ainda assim será necessário utilizar um cartão SD para armazenar as instruções de boot (indicando para o Raspberri Pi iniciar o sistema operacional através do dispositivo USB), ou seja, o Raspberry Pi ainda não é capaz de realizar o boot diretamente a partir da USB.

O procedimento abaixo foi realizado em um PC Linux.
 

  1. Download da imagem do sistema operacional

    Obtenha a imagem do sistema operacional que você utilizará para instalação no Raspberry.

     

  2. Instale o sistema operacional no seu disco USB
     

    Conecte o dispositivo USB no seu computador e identifique a unidade que ele foi reconhecido.

     

    fdisk -l
    
    Disk /dev/sda: 640.1 GB, 640135028736 bytes
    255 heads, 63 sectors/track, 77825 cylinders, total 1250263728 sectors
    Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
    Sector size (logical/physical): 512 bytes / 4096 bytes
    I/O size (minimum/optimal): 4096 bytes / 4096 bytes
    Disk identifier: 0xd72cd685
       Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
    /dev/sda1   *        2048     3074047     1536000   27  Hidden NTFS WinRE
    /dev/sda2         3074048  1219846143   608386048    7  HPFS/NTFS/exFAT
    /dev/sda3      1219846144  1250263039    15208448   17  Hidden HPFS/NTFS
     
    
    Disk /dev/sdb: 8011 MB, 8011087872 bytes
    32 heads, 63 sectors/track, 7761 cylinders, total 15646656 sectors
    Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
    Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
    I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
    Disk identifier: 0x549c0336

    No caso acima o pendrive foi reconhecido como /dev/sdb. Desmonte qualquer partição associada a este dispositivo.

    umount /dev/sdb1

    Copie a imagem do sistema operacional para o dispositivo USB.

    sudo dd bs=4M if=2014-01-07-wheezy-raspbian.img of=/dev/sdb



  3. Configuração do cartão SD

    Assim que a etapa de cópia da imagem do SO para o dispositivo USB acabar, é hora de configurar o cartão SD de onde o Raspberry irá fazer o boot. Para isto, é necessário formatar o cartão SD para FAT32.

    Identifique qual a unidade correspondente ao seu cartão SD em seu PC.

    fdisk -l
    
    Disk /dev/sdc: 1967 MB, 1967128576 bytes
    61 heads, 62 sectors/track, 1015 cylinders, total 3842048 sectors
    Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
    Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
    I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
    Disk identifier: 0x000f06a6

    No caso acima o cartão SD foi reconhecido como /dev/sdc. Desmonte qualquer partição associada a este dispositivo.

    umount /dev/sdc1

    Formate o disco em FAT32.

    mkdosfs -F 32 -I /dev/sdc1

    OBS.: Você deve ter uma partição criada no disco antes de formatá-la.

     

  4. Alteração do caminho de boot

    Agora monte os dois dispositivos (USB e cartão SD) no seu PC. Copie todos os arquivos que estão dentro do dispositivo USB para o cartão SD. Após finalizar a etapa anterior, precisamos alterar o caminho do boot padrão para que o Raspberry inicie pelo disco externo. Edite o arquivo cmdline.txt contido dentro do seu cartão SD.

    altere a linha:

    root=/dev/mmcblk0p2


    para: 

    root=/dev/sda2


    Desconecte todos os dispositivos (USB e cartão SD) do computador e conecte-os no Raspberry. Ligue o Raspberry e verifique se ele iniciou pelo disco externo.

  5. Aumentar a partição do dispositivo USB

    Agora vamos fazer alguns ajustes para que todo o espaço restante do dispositivo USB seja utilizado (não é obrigatório, porém como temos espaço sobrando, não há motivos para não utilizá-lo).

    A partir do seu Raspberry, digite os seguintes comandos:

    fdisk /dev/sda

     

    Então digite p e tecle enter para enxergar as partições existentes. Neste caso, devem aparecer somente 2. Anote o "start position" para a partição sda2. Pressione d e então apague a partição 2.
     

    Vamos recriar a partição e fazê-la maior para que o sistema operacional ocupe todo o espaço disponível. Digite n para criar uma nova partição. Agora escolha a partição primária, teclando p. Para o número da partição, selecione 2.


    Durante o procedimento, será perguntado qual o primeiro setor do disco. Digite o valor de "start position" anotado anteriormente da partição 2. Também será perguntado o valor de "end position". Neste caso, selecione o padrão (que irá ocupar até o final do disco). Digite w para confirmar as alterações e reinicie o Raspberry.


    Após o Raspberry iniciar, precisamos aumentar o tamanho da partição:

    resize2fs /dev/sda2

     

    Verifique se o disco está totalmente ocupado:

    df -h


Customizações

 

  • Desabilitando o SWAP para evitar o uso do cartão SD como memória volátil do sistema
update-rc.d dphys-swapfile disable

 

  • Desabilite o X, uma vez que não rodaremos interface gráfica:
update-rc.d lightdm disable

GPS

  • Atualize o Sistema Operacional
apt-get update
apt-get upgrade
apt-get dist-upgrade
apt-get autoclean

 

Configuração da portal serial

No sistema operacional Raspbian, o padrão é usar a porta serial como console do próprio sistema. Para alterar este comportamento, precisamos editar o arquivo /boot/cmdline.txt para remover o texto console=ttyAMA0,115200.

  • O conteúdo do arquivo final deve ser algo como abaixo

dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait

 

  • Também edite o arquivo /etc/inittab comentando a seguinte linha

#T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100

 

  • Assim que a alteração for feita, desligue o dispositivo e remova a energia
#poweroff

 

Conectando o GPS

  • Com o Raspberry desligado, faça a conexão do GPS ao Raspberry da seguinte forma:
RASPBERRYGPS
P1-01 (+3.3V)VIN (alimentação +)
P1-06 (Terra)GND (alimentação -)
P1-08 (UART0_TXD)RX (serial data in)
P1-10 (UART0_RXD)TX (serial data out)
P1-12 (GPIO18)PPS (pulso por segundo)

 

 

É importante destacar a limitação do comprimento do cabo entre o hardware de medição (porta serial) e a unidade receptora do GPS, que não deve ser maior do que 15 metros.

 

 

  • Ligue o raspberry e confirme se está funcionando corretamente. Verifique o funcionamento da porta serial /dev/ttyAMA0. Uma sugestão é utilizar os comandos abaixo.
  • Configure a velocidade da porta serial
stty -F /dev/ttyAMA0 9600
cat /dev/ttyAMA0

 

  • Execute o comando para receber os dados da porta serial
root@raspberry01:~# cat /dev/ttyAMA0
$GPGGA,175131.000,2736.0946,S,04831.0711,W,2,9,0.92,16.1,M,2.1,M,0000,0000*55
$GPGSA,A,3,07,13,31,20,32,01,16,11,23,,,,1.63,0.92,1.35*09
[saída omitida]

 

  • Para cancelar a visualização, digite ^C.

 

Caso você não visualize a saída acima, possivelmente o GPS ainda não obteve os dados necessários, o que é normal quando ele é ligado pela primera vez. Aguarde cerca de 10 minutos. Também verifique se a antena está localizada em um ponto com visão sem obstáculos para o céu.

Kernel

  • Instale os pacotes necessários para alteração do kernel

apt-get install wget git libncurses5-dev

 

  • Faça o download do patch para o controlador bcm2708 e obtenha os arquivos do kernel

    • Importante: Este procedimento foi homologado no kernel 3.6, versões posteriores podem apresentar inconsistências
wget https://raw.github.com/lampeh/rpi-misc/master/linux-pps/linux-rpi-pps-gpio-bcm2708.diff
git clone --depth 1 git://github.com/raspberrypi/linux.git

 

  • Altere o pino GPIO conforme sua necessidade (parâmetro pps_gpio_info.gpio_pin). Neste caso, vamos utilizar o pino GPIO18 como entrada do PPS (caso queira utilizar este pino não é necessário fazer nenhuma alteração)
  • Faça o patch para o kernel

cd linux
patch -p1 <../linux-rpi-pps-gpio-bcm2708.diff

 

  • Copie os arquivos running config e menuconfig

zcat /proc/config.gz > .config
make menuconfig

 

  • Ative os módulos Device Drivers/PPS support/PPS support and PPS client using GPIO
  • Construa o kernel e instale os novos módulos. Este processo pode levar horas

nice make -j2
make modules_install

 

  • Crie a imagem do kernel para o raspberry. Clone o repositório de ferramentas

cd /tmp
git clone --depth 1 git://github.com/raspberrypi/tools.git

 

  • Converta a imagem compilada em um kernel para raspberry

cd tools/mkimage/
./imagetool-uncompressed.py ../../linux/arch/arm/boot/zImage

Pode ser necessário alterar o arquivo tools/mkimage/imagetool-uncompressed.py e trocar "python2" por "python2.7"

 

  • Instale o novo kernel

mv kernel.img /boot/kernel_pps_monipe.img

 

  • Substitua o kernel padrão pelo novo. Adicione a linha abaixo no arquivo /boot/config.txt

kernel=kernel_pps_monipe.img

 

  • Atualize o firmware do raspberry
git clone --depth 1 git://github.com/raspberrypi/firmware.git

 

  • Instale os arquivos

cd firmware/boot/
mv /boot/bootcode.bin /boot/bootcode.bin.old
mv /boot/fixup.dat /boot/fixup.dat.old
mv /boot/start.elf /boot/start.elf.old
cp bootcode.bin fixup.dat start.elf /boot/

 

  • Instale os utilitários

cd ../hardfp/opt/
mv /opt/vc /opt/vc.old
cp -a vc /opt/

 

  • Carregue o módulo PPS-GPIO no sistema, adicionando a linha abaixo no arquivo /etc/modules

pps-gpio

 

  • Criando os links simbólicos para os drivers do NTP. Edite o arquivo /etc/udev/rules.d/80-gps-to-ntp.rules e adicione as seguintes informações

#PERMITE A LEITURA DE ttyAMA0 pelo NTP e faz um link simbolico para /dev/gps0
KERNEL=="ttyAMA0", SUBSYSTEM=="tty", DRIVER=="", SYMLINK+="gps0", MODE="0666"

#LINK SIMBOLICO DE /dev/pps0 para /dev/gpspps0
KERNEL=="pps0", SUBSYSTEM=="pps", DRIVER=="", SYMLINK+="gpspps0", MODE="0666"

NTP

Instalando e configurando o daemon NTP

  • O daemon NTP do repositório não possui algumas funcionalidades que precisamos, por isso vamos fazer a compilação a partir dos fontes. Execute os comandos abaixo

apt-get install ntp syslog-ng
apt-get remove ntp
apt-get update
apt-get install libcap-dev
apt-get install pps-tools
wget http://www.eecis.udel.edu/~ntp/ntp_spool/ntp4/ntp-dev/ntp-dev-4.2.7p319.tar.gz
tar -xvf ntp-dev-4.2.7p319.tar.gz
cd ntp-dev-4.2.7p319

./configure --prefix=/usr --enable-all-clocks --enable-parse-clocks \
--enable-SHM --enable-debugging --sysconfdir=/var/lib/ntp --with-sntp=no \
--with-lineeditlibs=edit --with-ntpsnmpd --disable-local-libopts \
--disable-dependency-tracking && make

make install

 

  • Edite o arquivo /etc/init.d/ntp ajustando o path do programa

DAEMON=/usr/bin/ntpd

 

  • Edite o arquivo /etc/ntp.conf. Ele deve ser algo como abaixo
# /etc/ntp.conf, configuration for ntpd; see ntp.conf(5) for help
driftfile /var/lib/ntp/ntp.drift

statistics loopstats
statsdir /var/log/ntp/
filegen peerstats file peers type day link enable
filegen loopstats file loops type day link enable

server mp2.pop-sc.rnp.br iburst
server mp2.pop-sp.rnp.br iburst
server mp2.pop-pr.rnp.br iburst

server 127.127.20.0 mode 17 minpoll 3 iburst true prefer
fudge 127.127.20.0 flag1 1 time2 0.496

 

  • Para otimizar o funcionamento do GPS, vamos receber somente sentenças NMEA. Edite o arquivo /etc/rc.local e adicione o seguinte conteúdo

/bin/echo -e '$PMTK314,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0*29\r\n' > /dev/ttyAMA0
sleep 5
/bin/echo -e '$PMTK314,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0*29\r\n' > /dev/ttyAMA0

 

  • Reinicie a máquina

  • Assim que a máquina estiver no ar, verifique o funcionamento do GPS

 root@raspberry01:~# ntpq -p
      remote           refid      st t when poll reach   delay   offset  jitter
 ==============================================================================
 oGPS_NMEA(0)     .GPS.            0 l    3    8  377    0.000    0.000   0.002
 [saída omitida]

CLMP

  • Criação dos diretórios

mkdir -p /var/lib/perfsonar/cron
mkdir /var/lib/perfsonar/data
mkdir /var/lib/perfsonar/conf
mkdir /var/lib/perfsonar/store
chown -R www-data:www-data /var/lib/perfsonar
chmod -R 777 /var/lib/perfsonar/data

 

  • Instale os pacotes necessários
apt-get install ssh vim php5 php5-cli php5-curl php5-mcrypt ntp apache2 libapache2-mod-php5 build-essential rcconf snmpd php5-mysql mysql-server m4 sudo rsync
apt-get autoremove nano

 

  • Baixar os pacotes de instalação
cd /usr/local/src
wget http://rep.monipe.rnp.br/perfSONAR/libs/libs-last-stable.tar.gz -O libs-last-stable.tar.gz
wget http://rep.monipe.rnp.br/perfSONAR/nmwg/nmwg-last-stable.tar.gz -O nmwg-last-stable.tar.gz
wget http://rep.monipe.rnp.br/perfSONAR/services/clmp/services-clmp-last-stable.tar.gz -O services-clmp-last-stable.tar.gz
cd /
tar xzvf /usr/local/src/libs-last-stable.tar.gz
tar xzvf /usr/local/src/nmwg-last-stable.tar.gz
tar xzvf /usr/local/src/services-clmp-last-stable.tar.gz
  • Configurar o apache
cd /var/www
ln -s /opt/perfsonar/services/clmp/web ./clmp
apache2ctl restart

 

  • Criar os diretórios de logs

mkdir /var/log/perfsonar
chown -R www-data:www-data /var/log/perfsonar
touch /var/log/perfsonar/clmp.log
chmod 777 /var/log/perfsonar/clmp.log

Instalação do OWAMP

  • Baixe e compile os fontes do OWAMP

cd /usr/local/src
wget http://software.internet2.edu/sources/owamp/owamp-3.1.tar.gz
tar -xvzf owamp-3.1.tar.gz
cd owamp-3.1
./configure --sysconfdir=/usr/local/etc
make && make install

 

  • Criação do usuário e dos diretórios

adduser monipe
mkdir -p /usr/local/etc/owamp
cd /usr/local/etc/owamp
cp /usr/local/src/owamp-3.1/conf/owampd.conf ./
cp /usr/local/src/owamp-3.1/conf/owampd.limits ./
chown -R monipe:monipe /usr/local/etc/owamp

mkdir /var/run/owamp
mkdir -p /var/db/owamp
chown -R monipe:monipe /var/run/owamp
chown -R monipe:monipe /var/db/owamp

 

Portal

  • Faça o download do software Portal e mova para o local correto
cd /usr/local/src
wget http://rep.monipe.rnp.br/perfSONAR/tools/institution/core/tools-institution-core-last-stable.tar.gz -O tools-institution-core-last-stable.tar.gz
wget http://rep.monipe.rnp.br/perfSONAR/tools/institution/web/tools-institution-web-last-stable.tar.gz -O tools-institution-web-last-stable.tar.gz
cd /
tar xzvf /usr/local/src/tools-institution-core-last-stable.tar.gz
tar xzvf /usr/local/src/tools-institution-web-last-stable.tar.gz
ln -s /opt/perfsonar/tools/portal/public /var/www/portal
cd /opt/perfsonar/system/
./update_scripts.sh

 

  • Crie as estruturas das  tabelas conforme abaixo
cd /opt/perfsonar/tools/portal/application/scripts
mysqladmin create sistema -u root -p
mysql -u root -p sistema < portal_estrutura_dados_banco.sql
mysql -u root -p sistema < portal_insert_dados_banco.sql

 

OBS: Caso apareça um problema com a importação da estrutura de dados como o abaixo, favor ignorar:

mysql -u root -p sistema < portal_estrutura_dados_banco.sql
Enter password:
ERROR 1231 (42000) at line 1: Variable 'sql_mode' can't be set to the value of 'NULL'
 
  •  Mude as permissões dos scripts necessários
cd /etc/init.d/
chmod 755 owampd
chmod 755 firewall

rcconf
[*] owampd
[*] firewall

chmod 755 /opt/perfsonar/services/clmp/scripts/execute_schedule.sh
chmod 755 /opt/perfsonar/services/clmp/scripts/exec_local_store.sh

 

  • Alterar os dados da interface de rede, editando no arquivo /opt/perfsonar/system/local-config.m4 as seguintes variáveis
define(`SYSTEM_IFACE',`eth0')
define(`SYSTEM_IFACE_STATUS',`enable')
define(`SYSTEM_IFACE_TYPE',`static')
define(`SYSTEM_IFACE_ADDRESS',`IP_DA_MAQUINA')
define(`SYSTEM_IFACE_MASK',`MASCARA')
define(`SYSTEM_IFACE_GATEWAY',`GATEWAY')

ou

define(`SYSTEM_IFACE',`eth0')
define(`SYSTEM_IFACE_STATUS',`enable')
define(`SYSTEM_IFACE_TYPE',`dhcp')
define(`SYSTEM_IFACE_ADDRESS',`dhcp')
define(`SYSTEM_IFACE_MASK',`dhcp')
define(`SYSTEM_IFACE_GATEWAY',`dhcp')

 

  • Executar os scripts para aplicar as novas configurações
/opt/perfsonar/system/update_scripts.sh
/opt/perfsonar/system/scripts/apply_reconfig_sistema.sh

 

  • A máquina irá reiniciar e após será possível terminar as configurações pela interface web através do IP da máquina.

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