Python實現(xiàn)系統(tǒng)交互(subprocess)
更新時間：2021年07月30日 16:28:42 作者：云游道士
我們幾乎可以在任何操作系統(tǒng)上通過命令行指令與操作系統(tǒng)進行交互，本文實現(xiàn)了Python系統(tǒng)交互，具有一定的參考價值，感興趣的可以了解一下
我們幾乎可以在任何操作系統(tǒng)上通過命令行指令與操作系統(tǒng)進行交互，比如Linux平臺下的shell。那么我們如何通過Python來完成這些命令行指令的執(zhí)行呢？另外，我們應該知道的是命令行指令的執(zhí)行通常有兩個我們比較關注的結果：
- 命令執(zhí)行的狀態(tài)碼--表示命令執(zhí)行是否成功
- 命令執(zhí)行的輸出結果--命令執(zhí)行成功后的輸出
早期的Python版本中，我們主要是通過os.system()、os.popen().read()等函數(shù)來執(zhí)行命令行指令的，另外還有一個很少使用的commands模塊。但是從Python 2.4開始官方文檔中建議使用的是subprocess模塊，所以os模塊和commands模塊的相關函數(shù)在這里只提供一個簡單的使用示例，我們重要要介紹的是subprocess模塊。
一、os與commands模塊
Python中提供了以下幾個函數(shù)來幫助我們完成命令行指令的執(zhí)行：
| 函數(shù)名 | 描述 |
|---|---|
| os.system(command) | 返回命令執(zhí)行狀態(tài)碼，而將命令執(zhí)行結果輸出到屏幕 |
| os.popen(command).read() | 可以獲取命令執(zhí)行結果，但是無法獲取命令執(zhí)行狀態(tài)碼 |
| commands.getstatusoutput(command) | 返回一個元組(命令執(zhí)行狀態(tài)碼, 命令執(zhí)行結果) |
說明：
os.popen(command)函數(shù)得到的是一個文件對象，因此除了read()方法外還支持write()等方法，具體要根據command來定；
commands模塊只存在于Python 2.7中，且不支持windows平臺，因此commands模塊很少被使用。另外，commands模塊實際上也是通過對os.popen()的封裝來完成的。
1. os.system()函數(shù)實例
>>> import os
>>>
>>> retcode = os.system('dir')
驅動器 C 中的卷沒有標簽。
卷的序列號是 4C32-B292
C:\Users\wader\PycharmProjects\LearnPython 的目錄
2017/03/21 11:15 <DIR> .
2017/03/21 11:15 <DIR> ..
2017/07/29 18:04 <DIR> .idea
2016/12/06 11:19 <DIR> blog
2016/12/06 11:42 <DIR> day01
2016/12/09 22:07 <DIR> day02
2017/01/04 09:14 <DIR> day03
2017/07/19 16:11 <DIR> day04
2017/07/29 14:44 <DIR> day05
2017/07/06 14:45 <DIR> day06
2017/07/06 17:13 <DIR> exam01
0 個文件 0 字節(jié)
11 個目錄 6,659,977,216 可用字節(jié)
>>> retcode
0
>>>
2. os.popen()函數(shù)實例
>>> import os
>>>
>>> ret = os.popen('dir').read()
>>> print(ret)
驅動器 C 中的卷沒有標簽。
卷的序列號是 4C32-B292
C:\Users\wader\PycharmProjects\LearnPython 的目錄
2017/03/21 11:15 <DIR> .
2017/03/21 11:15 <DIR> ..
2017/07/29 18:04 <DIR> .idea
2016/12/06 11:19 <DIR> blog
2016/12/06 11:42 <DIR> day01
2016/12/09 22:07 <DIR> day02
2017/01/04 09:14 <DIR> day03
2017/07/19 16:11 <DIR> day04
2017/07/29 14:44 <DIR> day05
2017/07/06 14:45 <DIR> day06
2017/07/06 17:13 <DIR> exam01
0 個文件 0 字節(jié)
11 個目錄 6,664,052,736 可用字節(jié)
>>>
3. commands.getstatusoutput()函數(shù)實例
需要注意的是commands模塊不支持windows平臺，因此該實例是在Linux平臺下執(zhí)行的
>>> import os
>>> os.system('ls')
cmdline-jmxclient-0.10.3.jar dhparam.pem FtpMan.class gitlab.crt gitlab.csr gitlab.key resolv.txt test.json test.php test.sh test.text test.txt
0
>>> import commands
>>> retcode, ret = commands.getstatusoutput('ls -l')
>>> retcode
0
>>> print(ret)
total 68
-rw-r--r-- 1 root root 20124 Jul 11 2016 cmdline-jmxclient-0.10.3.jar
-rw-r--r-- 1 root root 424 Aug 22 2016 dhparam.pem
-rw-r--r-- 1 root root 2576 Jul 13 2016 FtpMan.class
-rw-r--r-- 1 root root 1302 Aug 22 2016 gitlab.crt
-rw-r--r-- 1 root root 1054 Aug 22 2016 gitlab.csr
-rw-r--r-- 1 root root 1675 Aug 22 2016 gitlab.key
-rw-r--r-- 1 root root 9329 Jun 24 2016 resolv.txt
-rw-r--r-- 1 root root 594 Mar 7 08:14 test.json
-rw-r--r-- 1 root root 162 Jun 28 10:39 test.php
-rw-r--r-- 1 root root 760 Jun 24 2016 test.sh
-r-x------ 1 root root 0 Feb 6 08:21 test.text
drwxr-xr-x 2 root root 4096 Feb 7 16:43 test.txt
>>>
通過查看commands模塊提供的屬性可知，它也提供了單獨獲取命令執(zhí)行狀態(tài)碼和執(zhí)行結果的函數(shù)，如下所示：
>>> dir(commands) ['__all__', '__builtins__', '__doc__', '__file__', '__name__', '__package__', 'getoutput', 'getstatus', 'getstatusoutput', 'mk2arg', 'mkarg']
二、subprocess模塊
subprocess是Python 2.4中新增的一個模塊，它允許你生成新的進程，連接到它們的 input/output/error 管道，并獲取它們的返回（狀態(tài)）碼。這個模塊的目的在于替換幾個舊的模塊和方法，如：
- os.system
- os.spawn*
1. subprocess模塊中的常用函數(shù)
| 函數(shù) | 描述 |
|---|---|
| subprocess.run() | Python 3.5中新增的函數(shù)。執(zhí)行指定的命令，等待命令執(zhí)行完成后返回一個包含執(zhí)行結果的CompletedProcess類的實例。 |
| subprocess.call() | 執(zhí)行指定的命令，返回命令執(zhí)行狀態(tài)，其功能類似于os.system(cmd)。 |
| subprocess.check_call() | Python 2.5中新增的函數(shù)。 執(zhí)行指定的命令，如果執(zhí)行成功則返回狀態(tài)碼，否則拋出異常。其功能等價于subprocess.run(..., check=True)。 |
| subprocess.check_output() | Python 2.7中新增的的函數(shù)。執(zhí)行指定的命令，如果執(zhí)行狀態(tài)碼為0則返回命令執(zhí)行結果，否則拋出異常。 |
| subprocess.getoutput(cmd) | 接收字符串格式的命令，執(zhí)行命令并返回執(zhí)行結果，其功能類似于os.popen(cmd).read()和commands.getoutput(cmd)。 |
| subprocess.getstatusoutput(cmd) | 執(zhí)行cmd命令，返回一個元組(命令執(zhí)行狀態(tài), 命令執(zhí)行結果輸出)，其功能類似于commands.getstatusoutput()。 |
說明：
- 在Python 3.5之后的版本中，官方文檔中提倡通過subprocess.run()函數(shù)替代其他函數(shù)來使用subproccess模塊的功能；
- 在Python 3.5之前的版本中，我們可以通過subprocess.call()，subprocess.getoutput()等上面列出的其他函數(shù)來使用subprocess模塊的功能；
- subprocess.run()、subprocess.call()、subprocess.check_call()和subprocess.check_output()都是通過對subprocess.Popen的封裝來實現(xiàn)的高級函數(shù)，因此如果我們需要更復雜功能時，可以通過subprocess.Popen來完成。
- subprocess.getoutput()和subprocess.getstatusoutput()函數(shù)是來自Python 2.x的commands模塊的兩個遺留函數(shù)。它們隱式的調用系統(tǒng)shell，并且不保證其他函數(shù)所具有的安全性和異常處理的一致性。另外，它們從Python 3.3.4開始才支持Windows平臺。
2. 上面各函數(shù)的定義及參數(shù)說明
函數(shù)參數(shù)列表：
subprocess.run(args, *, stdin=None, input=None, stdout=None, stderr=None, shell=False, timeout=None, check=False, universal_newlines=False) subprocess.call(args, *, stdin=None, stdout=None, stderr=None, shell=False, timeout=None) subprocess.check_call(args, *, stdin=None, stdout=None, stderr=None, shell=False, timeout=None) subprocess.check_output(args, *, stdin=None, stderr=None, shell=False, universal_newlines=False, timeout=None) subprocess.getstatusoutput(cmd) subprocess.getoutput(cmd)
參數(shù)說明：
- args： 要執(zhí)行的shell命令，默認應該是一個字符串序列，如['df', '-Th']或('df', '-Th')，也可以是一個字符串，如'df -Th'，但是此時需要把shell參數(shù)的值置為True。
- shell： 如果shell為True，那么指定的命令將通過shell執(zhí)行。如果我們需要訪問某些shell的特性，如管道、文件名通配符、環(huán)境變量擴展功能，這將是非常有用的。當然，python本身也提供了許多類似shell的特性的實現(xiàn)，如glob、fnmatch、os.walk()、os.path.expandvars()、os.expanduser()和shutil等。
- check： 如果check參數(shù)的值是True，且執(zhí)行命令的進程以非0狀態(tài)碼退出，則會拋出一個CalledProcessError的異常，且該異常對象會包含 參數(shù)、退出狀態(tài)碼、以及stdout和stderr(如果它們有被捕獲的話)。
- stdout, stderr：
- run()函數(shù)默認不會捕獲命令執(zhí)行結果的正常輸出和錯誤輸出，如果我們向獲取這些內容需要傳遞subprocess.PIPE，然后可以通過返回的CompletedProcess類實例的stdout和stderr屬性或捕獲相應的內容；
- call()和check_call()函數(shù)返回的是命令執(zhí)行的狀態(tài)碼，而不是CompletedProcess類實例，所以對于它們而言，stdout和stderr不適合賦值為subprocess.PIPE；
- check_output()函數(shù)默認就會返回命令執(zhí)行結果，所以不用設置stdout的值，如果我們希望在結果中捕獲錯誤信息，可以執(zhí)行stderr=subprocess.STDOUT。
- input： 該參數(shù)是傳遞給Popen.communicate()，通常該參數(shù)的值必須是一個字節(jié)序列，如果universal_newlines=True，則其值應該是一個字符串。
- universal_newlines： 該參數(shù)影響的是輸入與輸出的數(shù)據格式，比如它的值默認為False，此時stdout和stderr的輸出是字節(jié)序列；當該參數(shù)的值設置為True時，stdout和stderr的輸出是字符串。
3. subprocess.CompletedProcess類介紹
需要說明的是，subprocess.run()函數(shù)是Python3.5中新增的一個高級函數(shù)，其返回值是一個subprocess.CompletedPorcess類的實例，因此，subprocess.completedPorcess類也是Python 3.5中才存在的。它表示的是一個已結束進程的狀態(tài)信息，它所包含的屬性如下：
- args： 用于加載該進程的參數(shù)，這可能是一個列表或一個字符串
- returncode： 子進程的退出狀態(tài)碼。通常情況下，退出狀態(tài)碼為0則表示進程成功運行了；一個負值-N表示這個子進程被信號N終止了
- stdout： 從子進程捕獲的stdout。這通常是一個字節(jié)序列，如果run()函數(shù)被調用時指定universal_newlines=True，則該屬性值是一個字符串。如果run()函數(shù)被調用時指定stderr=subprocess.STDOUT，那么stdout和stderr將會被整合到這一個屬性中，且stderr將會為None
- stderr： 從子進程捕獲的stderr。它的值與stdout一樣，是一個字節(jié)序列或一個字符串。如果stderr滅有被捕獲的話，它的值就為None
- check_returncode()： 如果returncode是一個非0值，則該方法會拋出一個CalledProcessError異常。
4. 實例
subprocess.run()
>>> subprocess.run(["ls", "-l"]) # doesn't capture output
CompletedProcess(args=['ls', '-l'], returncode=0)
>>> subprocess.run("exit 1", shell=True, check=True)
Traceback (most recent call last):
...
subprocess.CalledProcessError: Command 'exit 1' returned non-zero exit status 1
>>> subprocess.run(["ls", "-l", "/dev/null"], stdout=subprocess.PIPE)
CompletedProcess(args=['ls', '-l', '/dev/null'], returncode=0,
stdout=b'crw-rw-rw- 1 root root 1, 3 Jan 23 16:23 /dev/null\n')
subprocess.call()
>>> subprocess.call(['ls', '-l'])
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>>> subprocess.call('ls -l', shell=True)
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>>> subprocess.call(['ls', '-l'], stdout=subprocess.DEVNULL)
0
>>> subprocess.call(['ls', '-l', '/test'])
ls: 無法訪問/test: 沒有那個文件或目錄
2
suprocess.check_call()
>>> subprocess.check_call(['ls', '-l'])
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>>> subprocess.check_call('ls -l', shell=True)
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>>> subprocess.check_call('ls -l /test', shell=True)
ls: 無法訪問/test: 沒有那個文件或目錄
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
File "/usr/lib/python3.4/subprocess.py", line 557, in check_call
raise CalledProcessError(retcode, cmd)
subprocess.CalledProcessError: Command 'ls -l /test' returned non-zero exit status 2
sbuprocess.check_output()
>>> ret = subprocess.check_output(['ls', '-l']) >>> print(ret) b' \xe5\x85\xac\xe5\x85\xb1\xe7\x9a\x84\ndrwxr-xr-x 2 wader wader 4096 12\xe6\x9c\x88 7 2015 \xe6\xa8\xa1\xe6\x9d\xbf\ndrwxr-xr-x 2 wader wader 4096 12\xe6\x9c\x88 7 2015 \xe8\xa7\x86\xe9\xa2\x91\ndrwxr-xr-x 2 wader wader 4096 12\xe6\x9c\x88 7 2015 \xe5\x9b\xbe\xe7\x89\x87\ndrwxr-xr-x 2 wader wader 4096 12\xe6\x9c\x88 7 2015 \xe6\x96\x87\xe6\xa1\xa3\ndrwxr-xr-x 2 wader wader 4096 4\xe6\x9c\x88 13 2016 \xe4\xb8\x8b\xe8\xbd\xbd\ndrwxr-xr-x 2 wader wader 4096 12\xe6\x9c\x88 7 2015 \xe9\x9f\xb3\xe4\xb9\x90\ndrwxr-xr-x 7 wader wader 4096 5\xe6\x9c\x88 26 2016 \xe6\xa1\x8c\xe9\x9d\xa2\n' >>> ret = subprocess.check_output(['ls', '-l'], universal_newlines=True) >>> print(ret) 總用量 160 drwxr-xr-x 2 wader wader 4096 12月 7 2015 公共的 drwxr-xr-x 2 wader wader 4096 12月 7 2015 模板 drwxr-xr-x 2 wader wader 4096 12月 7 2015 視頻 drwxr-xr-x 2 wader wader 4096 12月 7 2015 圖片 drwxr-xr-x 2 wader wader 4096 12月 7 2015 文檔 drwxr-xr-x 2 wader wader 4096 4月 13 2016 下載 drwxr-xr-x 2 wader wader 4096 12月 7 2015 音樂 drwxr-xr-x 7 wader wader 4096 5月 26 2016 桌面
subprocess.getoutput()與subprocess.getstatusoutput()
>>> ret = subprocess.getoutput('ls -l')
>>> print(ret)
總用量 160
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>>> retcode, output = subprocess.getstatusoutput('ls -l')
>>> print(retcode)
0
>>> print(output)
總用量 160
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>>> retcode, output = subprocess.getstatusoutput('ls -l /test')
>>> print(retcode)
2
>>> print(output)
ls: 無法訪問/test: 沒有那個文件或目錄
三、subprocess.Popen介紹
該類用于在一個新的進程中執(zhí)行一個子程序。前面我們提到過，上面介紹的這些函數(shù)都是基于subprocess.Popen類實現(xiàn)的，通過使用這些被封裝后的高級函數(shù)可以很方面的完成一些常見的需求。由于subprocess模塊底層的進程創(chuàng)建和管理是由Popen類來處理的，因此，當我們無法通過上面哪些高級函數(shù)來實現(xiàn)一些不太常見的功能時就可以通過subprocess.Popen類提供的靈活的api來完成。
1.subprocess.Popen的構造函數(shù)
class subprocess.Popen(args, bufsize=-1, executable=None, stdin=None, stdout=None, stderr=None,
preexec_fn=None, close_fds=True, shell=False, cwd=None, env=None, universal_newlines=False,
startup_info=None, creationflags=0, restore_signals=True, start_new_session=False, pass_fds=())
參數(shù)說明：
- args： 要執(zhí)行的shell命令，可以是字符串，也可以是命令各個參數(shù)組成的序列。當該參數(shù)的值是一個字符串時，該命令的解釋過程是與平臺相關的，因此通常建議將args參數(shù)作為一個序列傳遞。
- bufsize： 指定緩存策略，0表示不緩沖，1表示行緩沖，其他大于1的數(shù)字表示緩沖區(qū)大小，負數(shù) 表示使用系統(tǒng)默認緩沖策略。
- stdin, stdout, stderr： 分別表示程序標準輸入、輸出、錯誤句柄。
- preexec_fn： 用于指定一個將在子進程運行之前被調用的可執(zhí)行對象，只在Unix平臺下有效。
- close_fds： 如果該參數(shù)的值為True，則除了0,1和2之外的所有文件描述符都將會在子進程執(zhí)行之前被關閉。
- shell： 該參數(shù)用于標識是否使用shell作為要執(zhí)行的程序，如果shell值為True，則建議將args參數(shù)作為一個字符串傳遞而不要作為一個序列傳遞。
- cwd： 如果該參數(shù)值不是None，則該函數(shù)將會在執(zhí)行這個子進程之前改變當前工作目錄。
- env： 用于指定子進程的環(huán)境變量，如果env=None，那么子進程的環(huán)境變量將從父進程中繼承。如果env!=None，它的值必須是一個映射對象。
- universal_newlines： 如果該參數(shù)值為True，則該文件對象的stdin，stdout和stderr將會作為文本流被打開，否則他們將會被作為二進制流被打開。
- startupinfo和creationflags： 這兩個參數(shù)只在Windows下有效，它們將被傳遞給底層的CreateProcess()函數(shù)，用于設置子進程的一些屬性，如主窗口的外觀，進程優(yōu)先級等。
2. subprocess.Popen類的實例可調用的方法
| 方法 | 描述 |
|---|---|
| Popen.poll() | 用于檢查子進程（命令）是否已經執(zhí)行結束，沒結束返回None，結束后返回狀態(tài)碼。 |
| Popen.wait(timeout=None) | 等待子進程結束，并返回狀態(tài)碼；如果在timeout指定的秒數(shù)之后進程還沒有結束，將會拋出一個TimeoutExpired異常。 |
| Popen.communicate(input=None, timeout=None) | 該方法可用來與進程進行交互，比如發(fā)送數(shù)據到stdin，從stdout和stderr讀取數(shù)據，直到到達文件末尾。 |
| Popen.send_signal(signal) | 發(fā)送指定的信號給這個子進程。 |
| Popen.terminate() | 停止該子進程。 |
| Popen.kill() | 殺死該子進程。 |
關于communicate()方法的說明：
- 該方法中的可選參數(shù) input 應該是將被發(fā)送給子進程的數(shù)據，或者如沒有數(shù)據發(fā)送給子進程，該參數(shù)應該是None。input參數(shù)的數(shù)據類型必須是字節(jié)串，如果universal_newlines參數(shù)值為True，則input參數(shù)的數(shù)據類型必須是字符串。
- 該方法返回一個元組(stdout_data, stderr_data)，這些數(shù)據將會是字節(jié)穿或字符串（如果universal_newlines的值為True）。
- 如果在timeout指定的秒數(shù)后該進程還沒有結束，將會拋出一個TimeoutExpired異常。捕獲這個異常，然后重新嘗試通信不會丟失任何輸出的數(shù)據。但是超時之后子進程并沒有被殺死，為了合理的清除相應的內容，一個好的應用應該手動殺死這個子進程來結束通信。
- 需要注意的是，這里讀取的數(shù)據是緩沖在內存中的，所以，如果數(shù)據大小非常大或者是無限的，就不應該使用這個方法。
3. subprocess.Popen使用實例
實例1：
>>> import subprocess
>>>
>>> p = subprocess.Popen('df -Th', stdout=subprocess.PIPE, shell=True)
>>> print(p.stdout.read())
Filesystem Type Size Used Avail Use% Mounted on
/dev/vda1 ext4 40G 12G 26G 31% /
devtmpfs devtmpfs 3.9G 0 3.9G 0% /dev
tmpfs tmpfs 3.9G 0 3.9G 0% /dev/shm
tmpfs tmpfs 3.9G 386M 3.5G 10% /run
tmpfs tmpfs 3.9G 0 3.9G 0% /sys/fs/cgroup
tmpfs tmpfs 783M 0 783M 0% /run/user/0
tmpfs tmpfs 783M 0 783M 0% /run/user/1000
實例2：
>>> obj = subprocess.Popen(["python"], stdin=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)
>>> obj.stdin.write('print(1) \n')
>>> obj.stdin.write('print(2) \n')
>>> obj.stdin.write('print(3) \n')
>>> out,err = obj.communicate()
>>> print(out)
1
2
3
>>> print(err)
實例3：
>>> obj = subprocess.Popen(["python"], stdin=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE) >>> out,err = obj.communicate(input='print(1) \n') >>> print(out) 1 >>> print(err)
實例4：
實現(xiàn)類似df -Th | grep data命令的功能，實際上就是實現(xiàn)shell中管道的共功能。
>>> >>> p1 = subprocess.Popen(['df', '-Th'], stdout=subprocess.PIPE) >>> p2 = subprocess.Popen(['grep', 'data'], stdin=p1.stdout, stdout=subprocess.PIPE) >>> out,err = p2.communicate() >>> print(out) /dev/vdb1 ext4 493G 4.8G 463G 2% /data /dev/vdd1 ext4 1008G 420G 537G 44% /data1 /dev/vde1 ext4 985G 503G 432G 54% /data2 >>> print(err) None
四、總結
那么我們到底該用哪個模塊、哪個函數(shù)來執(zhí)行命令與系統(tǒng)及系統(tǒng)進行交互呢？下面我們來做個總結：
- 首先應該知道的是，Python2.4版本引入了subprocess模塊用來替換os.system()、os.popen()、os.spawn*()等函數(shù)以及commands模塊；也就是說如果你使用的是Python 2.4及以上的版本就應該使用subprocess模塊了。
- 如果你的應用使用的Python 2.4以上，但是是Python 3.5以下的版本，Python官方給出的建議是使用subprocess.call()函數(shù)。Python 2.5中新增了一個subprocess.check_call()函數(shù)，Python 2.7中新增了一個subprocess.check_output()函數(shù)，這兩個函數(shù)也可以按照需求進行使用。
- 如果你的應用使用的是Python 3.5及以上的版本（目前應該還很少），Python官方給出的建議是盡量使用subprocess.run()函數(shù)。
- 當subprocess.call()、subprocess.check_call()、subprocess.check_output()和subprocess.run()這些高級函數(shù)無法滿足需求時，我們可以使用subprocess.Popen類來實現(xiàn)我們需要的復雜功能。
到此這篇關于Python實現(xiàn)系統(tǒng)交互(subprocess)的文章就介紹到這了,更多相關Python 系統(tǒng)交互內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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