轉載 http://blog.chinaunix.net/uid-24774106-id-3379478.html? linux進程調度之 FIFO 和 RR 調度策略?2012-10-19 18:16:43

分類：?LINUX

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? ? 作者：manuscola.bean@gmail.com

? ? 博客地址：bean.blog.chinaunix.net ?最近花了10幾天的時間，將linux進程調度相關的內核代碼看了兩遍左右，也看了一些講述linux進程調度的一些文章，總想寫個系列文章，把進程調度全景剖析一遍，但是總是感覺力不逮己，自己都不敢下筆寫文章了。算了，還是不難為自己了，就隨便寫寫自己的心得好了。
? ? 在用戶空間，或者應用編程領域 ，Linux提供了一些API或者系統調用來影響Linux的內核調度器，或者是獲取內核調度器的信息。比如可以獲取或者設置進程的調度策略、優先級，獲取CPU時間片大小的信息。 ? ? ? 這些接口一旦在應用程序中調用，就像給湖面扔進一顆石子，對內核帶來了那些的影響，其實這是我內心很激動很想分享的東西，但是內容好沒有組織好，所以本文的主題暫不深入涉及這些系統調用及對應的內核層的代碼。 ? ? ? 嚴格地說，對于優先級對于實時進程和普通進程的意義是不一樣的。 ? ? 1 在一定程度上，實時進程優先級高，實時進程存在，就沒有普通進程占用CPU的機會，（但是前一篇博文也講過了，實時組調度出現在內核以后，允許普通進程占用少量的CPU時間,取決于配置)。 ? ? 2 對于實時進程而言，高優先級的進程存在，低優先級的進程是輪不上的，沒機會跑在CPU上，所謂實時進程的調度策略,指的是相同優先級之間的調度策略。如果是FIFO實時進程在占用CPU，除非出現以下事情，否則FIFO一條道跑到黑。 ? ? ?a）FIFO進程良心發現，調用了系統調用sched_yield 自愿讓出CPU ? ? ?b) 更高優先級的進程橫空出世，搶占FIFO進程的CPU。有些人覺得很奇怪，怎么FIFO占著CPU，為啥還能有更高優先級的進程出現呢。別忘記，我們是多核多CPU ,如果其他CPU上出現了一個比FIFO優先級高的進程，可能會push到FIFO進程所在的CPU上。 ? ? ?c)FIFO進程停止（TASK_STOPPED or TASK_TRACED狀態）或者被殺死（EXIT_ZOMBIE or EXIT_DEAD狀態） ? ? d) FIFO進程執行了阻塞調用并進入睡眠（TASK_INTERRUPTIBLE OR TASK_UNINTERRUPTIBLE）。 ? ?? ? ? 如果是進程的調度策略是時間片輪轉RR，那么，除了前面提到的abcd，RR實時進程耗盡自己的時間片后，自動退到對應優先級實時隊列的隊尾，重新調度。 ? ? ? 下面我們就是來探究FIFO策略和RR策略的特點。為了降低理解的難度，我將我們啟動的實時進程綁定到同一個核上。

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<unistd.h>

#include<sys/time.h>

#include<sys/types.h>

#include<sys/sysinfo.h>

#include<time.h>

#define __USE_GNU

#include<sched.h>

#include<ctype.h>

#include<string.h>

#define COUNT 300000

#define MILLION 1000000L

#define NANOSECOND 1000

void test_func()

{

????int?i?=?0;

????unsigned long long result?=?0;;

????for(i?=?0;?i<8000?;i++)

????{

????????result?+=?2;

????}

}

int?main(int?argc,char*?argv[])

{

????int?i;

????struct timespec sleeptm;

????long interval;

????struct timeval tend,tstart;

????struct tm lcltime?=?{0};

????struct sched_param param;

????int?ret?=?0;

????if(argc?!=?3)

????{

????????fprintf(stderr,"usage:./test sched_method sched_priority\n");

????????return?-1;

????}

????cpu_set_t mask?;

????CPU_ZERO(&mask);

????CPU_SET(1,&mask);

????if?(sched_setaffinity(0,?sizeof(mask),?&mask)?==?-1)?

????{?

????????printf("warning: could not set CPU affinity, continuing...\n");

????}?

????int?sched_method?=?atoi(argv[1]);

????int?sched_priority?=?atoi(argv[2]);

????/*????if(sched_method?>?2?||?sched_method?<?0)

????????{

????????fprintf(stderr,"sched_method scope [0,2]\n");

????????return?-2;

????????}

????????if(sched_priority?>?99?||?sched_priority?<?1)

????????{

????????fprintf(stderr,"sched_priority scope [1,99]\n");

????????return?-3;

????????}

????????if(sched_method?==?1?||?sched_method?==?2)*/

????{

????????param.sched_priority?=?sched_priority;

????????ret?=?sched_setscheduler(getpid(),sched_method,&param);

????????if(ret)

????????{

????????????fprintf(stderr,"set scheduler to %d %d failed %m\n");

????????????return?-4;

????????}

????}

????int?scheduler?=?sched_getscheduler(getpid());

????fprintf(stderr,"the scheduler of PID(%ld) is %d, priority (%d),BEGIN time is :%ld\n",

????????????getpid(),scheduler,sched_priority,time(NULL));

????sleep(2);

????sleeptm.tv_sec?=?0;

????sleeptm.tv_nsec?=?NANOSECOND;

????for(i?=?0;i<COUNT;i++)

????{

????????test_func();

????}

?

????interval?=?MILLION*(tend.tv_sec?-?tstart.tv_sec)

? ? ? ? ? ? ? ?+(tend.tv_usec-tstart.tv_usec);

????fprintf(stderr," PID = %d\t priority: %d\tEND TIME is %ld\n",getpid(),sched_priority,time(NULL));

????return 0;

}

? ??上面這個程序有幾點需要說明的地方 ? ? 1 為了降低復雜度，綁定到了同一個核上，我做實驗的機器是四核（通過cat /proc/cpuinfo可以看到） ? ? 2 ?sleep（2）,是給其他進程得到調度的機會，否則無法模擬出多個不同優先級的實時進程并行的場景。sleep過后，就沒有阻塞性的系統調用了，高優先級的就會占據CPU（FIFO），同等優先級的進程輪轉（RR）?

struct sched_param?{

/*?...?*/

int?sched_priority;

/*?...?*/

};

int sched_setscheduler (pid_t pid, int policy, const struct sched_param *sp);
sched_setscheduler函數的第二個參數調度方法 ：

#define SCHED_OTHER 0

#define SCHED_FIFO 1

#define SCHED_RR 2

#ifdef __USE_GNU

# define SCHED_BATCH 3

#endif

? ??SCHED_OTHER表示普通進程，對于普通進程，第三個參數sp->sched_priority只能是0 ? ?SCHED_FIFO 和SCHED_RR表示實時進程的調度策略，第三個參數的取值范圍為[1,99]。 ? ?如果sched_setscheduler 優先級設置的值和調度策略不符合的話，會返回失敗的。 ? ? ?內核中有這么一段注釋：

/*

?????*?Valid priorities?for?SCHED_FIFO?and?SCHED_RR are

?????*?1..MAX_USER_RT_PRIO-1,?valid priority?for?SCHED_NORMAL,

?????*?SCHED_BATCH?and?SCHED_IDLE?is?0.

?????*/

??? LINUX系統提供了其他的系統調用來獲取不同策略優先級的取值范圍：

#include?<sched.h>

int?sched_get_priority_min?(int?policy);

int?sched_get_priority_max?(int?policy);

另外需要指出的一點是，應用層和內核層的優先級含義是不同的： ? ?首先說實時進程：實時進程的優先級設置可以通過sched_setsheduler設置，也可以通過sched_setparam設置優先級的大小。

int?sched_setparam?(pid_t pid,?const?struct sched_param?*sp);

? ? 在用戶層或者應用層，1表示優先級最低，99表示優先級最高。但是在內核中，[0,99]表示的實時進程的優先級，0最高，99最低。[100,139]是普通進程折騰的范圍。應用層比較天真率直，就看大小，數字大，則優先級高。ps查看進程的優先級也是如此。有意思的是，應用層實時進程最高優先級的99，在ps看進程優先級的時候，輸出的是139. ? ? ? 下面是ps -C test -o pid,pri,cmd,time,psr 的輸出：

PID ? PRI ?CMD ? ? ? ? ? ??TIME? ? ?PSR

?6303 139?./test 1 99 ?00:00:04 ? ? ? 1

? ??雖說本文主要講的是實時進程，但是需要插句話。對于普通進程，是通過nice系統調用來調整優先級的。從內核角度講[100,139]是普通進程的優先級的范圍，100最高，139最低，默認是120。普通進程的優先級的作用和實時進程不同，普通進程優先級表示的是占的CPU時間。深入linux內核架構中提到，普通優先級越高（100最高，139最低），享受的CPU time越多，相鄰的兩個優先級，高一級的進程比低一級的進程多占用10%的CPU，比如內核優先級數值為120的進程要比數值是121的進程多占用10%的CPU。 ? ? ? 內核中有一個數組：prio_to_weight[20]表示的是默認優先級120的權重，數值為1024，prio_to_weight[21]表示nice值為1，優先級為121的進程的權重，數值為820。這就到了CFS的原理了

static?const?int?prio_to_weight[40]?=?{

?/*?-20?*/?88761,?71755,?56483,?46273,?36291,

?/*?-15?*/?29154,?23254,?18705,?14949,?11916,

?/*?-10?*/?9548,?7620,?6100,?4904,?3906,

?/*?-5?*/?3121,?2501,?1991,?1586,?1277,

?/*?0?*/?1024,?820,?655,?526,?423,

?/*?5?*/?335,?272,?215,?172,?137,

?/*?10?*/?110,?87,?70,?56,?45,

?/*?15?*/?36,?29,?23,?18,?15,

};

假如有1臺電腦，10個人玩，怎么才公平。 1 約定好時間片，每人玩1小時，玩完后記賬，張XX 1小時，誰玩的時間短，誰去玩 ? ? 2 引入優先級的概念，李四有緊急情況，需要提高他玩電腦的時間，怎么辦，玩1個小時，記賬半小時，那么同等情況下，李四會比其他人被選中玩電腦的頻率要高，就體現了這個優先級的概念。 ? ? 3 ?王五也有緊急情況，但是以考察，不如李四的緊急，好吧，玩1個小時，記賬45分鐘。 ? ? 4 ?情況有變化，聽說這里有電腦，突然又來了10個人，如果按照每人玩1小時的時間片，排在最后的那哥們早就開始罵人了，怎么辦？時間片動態變化，根據人數來確定時間片。人越多，每個人玩的時間越少，防止哥們老撈不著玩，耐心耗盡，開始罵人。 ? ? ? 這個記賬就是我們prio_to_weight的作用。我就不多說了，prio_to_weight[20]就是基準，玩一小時，記賬一小時，數組20以前的值是特權一級，玩1小時記賬20分鐘之類的享有特權的，數組20之后是倒霉蛋，玩1小時，記賬1.5小時之類的倒霉蛋。 CFS這種調度好在大家都能撈著玩。 ? ? ? 扯到優先級多說了幾句，現在回到正題。我將上面的C程序編譯成可執行程序test，然后寫了一個腳本comp.sh。

[root@localhost sched]# cat comp.sh

#/bin/sh

./test $1 99 &

usleep 1000;

./test $1 70 &

usleep 1000;

./test $1 70 &

usleep 1000;

./test $1 70 &

usleep 1000;

./test $1 50 &

usleep 1000;

./test $1 30 &

usleep 1000;

./test $1 10 &

? ? ???因為test進程有sleep 2秒，所以可以給comp.sh啟動其他test的機會。可以看到有 99級（最高優先級）的實時進程，3個70級的實時進程，50級，30級，10級的各一個。 ? ? ? 對于FIFO而言，一旦sleep過后，高優先級運行，低優先級是沒戲運行的，同等優先級的進程，先運行的不運行完，后運行的也沒戲。 ? ? ?對于RR而言，高優先級的先運行，同等優先級的進程過家家，你玩完，我玩，我玩完你再玩，每個進程耗費一個時間片的時間。對于Linux，RR時間片是100ms： ?

#define DEF_TIMESLICE????????(100?*?HZ?/?1000)

?? ? ? 下面我們驗證： 我寫了兩個觀察腳本，來觀察實時進程的調度情況： ? ? ? 第一個腳本比較簡單，觀察進程的CPU 占用的time，用ps工具就可以了：

[root@localhost sched]# cat getpsinfo.sh

#!/bin/sh

for((i = 0; i < 40; i++))

do

? ? ps -C test -o pid,pri,cmd,time,psr >>psinfo.log 2>&1

? ? sleep 2;

done

? ? 第二個腳本比較復雜是systemtap腳本，觀察名字為test的進程相關的上下文切換，誰替換了test，或者test替換了誰，同時記錄下test進程的退出：

[root@localhost sched]#?cat cswmon_spec.stp?

global time_offset

probe begin?{?time_offset?=?gettimeofday_us()?}

probe scheduler.ctxswitch?{

????if(next_task_name?==?"test"?||prev_task_name?==?"test")

????{

? ? ? ? ?t?=?gettimeofday_us()

? ? ? ? ?printf(" time_off (%8d )%20s(%6d)(pri=%4d)(state=%d)->%20s(%6d)(pri=%4d)(state=%d)\n",

? ? ? ? ? ? ? ? ? t-time_offset,

? ? ? ? ? ? ? ? ? prev_task_name,

? ? ? ? ? ? ? ? ? prev_pid,

? ? ? ? ? ? ? ? ? prev_priority,

? ? ? ? ? ? ? ? ??(prevtsk_state),

? ? ? ? ? ? ? ? ? next_task_name,

? ? ? ? ? ? ? ? ? next_pid,

? ? ? ? ? ? ? ? ? next_priority,

? ? ? ? ? ? ? ? ??(nexttsk_state))

????}

}

probe scheduler.process_exit

{

????if(execname()?==?"test")

????printf("task :%s PID(%d) PRI(%d) EXIT\n",execname(),pid,priority);

}

probe timer.s($1)?{

????printf("--------------------------------------------------------------\n")

????????exit();

}

? ? A) ? ?FIFO調度策略的輸出：

終端1 ：

stap ./cswmon_spec.stp 70

終端2 ：

./getpsinfo.sh

終端3

./comp.sh 1

輸出結果如下：
? ? 99優先級跑完了，才輪到70優先級，但是雖說有3個70優先級，但是先跑的那個進程跑完了，第二個優先級為70的才能跑。因為輸出結果用代碼無法漂亮的展示，所以我截了圖，截圖又不能把這個輸出都截下來，所以我很蛋疼。有需要結果的，我以附件形式附在最后。 ? ? 看下第二個腳本的輸出：

time_off ( 689546 ) test( 6305)(pri= 120)(state=0)-> migration/2( 11)(pri= 0)(state=0)

time_off ( 689977 ) stap( 5895)(pri= 120)(state=0)-> test( 6305)(pri= 120)(state=0)

time_off ( 690067 ) test( 6305)(pri= 29)(state=1)-> stap( 5895)(pri= 120)(state=0)

time_off ( 697899 ) test( 6303)(pri= 120)(state=0)-> migration/2( 11)(pri= 0)(state=0)

time_off ( 698042 ) test( 6307)(pri= 120)(state=0)-> migration/0( 3)(pri= 0)(state=0)

time_off ( 699114 ) stap( 5895)(pri= 120)(state=0)-> test( 6303)(pri= 120)(state=0)

time_off ( 699307 ) test( 6303)(pri= 0)(state=1)-> test( 6307)(pri= 120)(state=0)

time_off ( 699371 ) test( 6307)(pri= 29)(state=1)-> stap( 5895)(pri= 120)(state=0)

time_off ( 699392 ) test( 6309)(pri= 120)(state=0)-> migration/3( 15)(pri= 0)(state=0)

time_off ( 699966 ) events/1( 20)(pri= 120)(state=1)-> test( 6309)(pri= 120)(state=0)

time_off ( 700034 ) test( 6309)(pri= 29)(state=1)-> stap( 5895)(pri= 120)(state=0)

time_off ( 707379 ) test( 6311)(pri= 120)(state=0)-> migration/3( 15)(pri= 0)(state=0)

time_off ( 707587 ) test( 6313)(pri= 120)(state=0)-> migration/0( 3)(pri= 0)(state=0)

time_off ( 712021 ) stap( 5895)(pri= 120)(state=0)-> test( 6311)(pri= 120)(state=0)

time_off ( 712145 ) test( 6311)(pri= 49)(state=1)-> test( 6313)(pri= 120)(state=0)

time_off ( 712252 ) test( 6313)(pri= 69)(state=1)-> stap( 5895)(pri= 120)(state=0)

time_off ( 727057 ) test( 6315)(pri= 120)(state=0)-> migration/0( 3)(pri= 0)(state=0)

time_off ( 727952 ) stap( 5895)(pri= 120)(state=0)-> test( 6315)(pri= 120)(state=0)

time_off ( 728047 ) test( 6315)(pri= 89)(state=1)-> stap( 5895)(pri= 120)(state=0)

time_off ( 2690181 ) stap( 5895)(pri= 120)(state=0)-> test( 6305)(pri= 29)(state=0)

time_off ( 2699316 ) test( 6305)(pri= 29)(state=0)-> test( 6303)(pri= 0)(state=0)

task :test PID(6303) PRI(0) EXIT

time_off (13057854 ) test( 6303)(pri= 0)(state=64)-> watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=0)

time_off (13057864 ) watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=1)-> test( 6305)(pri= 29)(state=0)

time_off (15333340 ) test( 6305)(pri= 29)(state=0)-> watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=0)

time_off (15333354 ) watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=1)-> test( 6305)(pri= 29)(state=0)

time_off (18743409 ) test( 6305)(pri= 29)(state=0)-> watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=0)

time_off (18743422 ) watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=1)-> test( 6305)(pri= 29)(state=0)

time_off (22154757 ) test( 6305)(pri= 29)(state=0)-> watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=0)

time_off (22154771 ) watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=1)-> test( 6305)(pri= 29)(state=0)

task :test PID(6305) PRI(29) EXIT

time_off (22466855 ) test( 6305)(pri= 29)(state=64)-> test( 6307)(pri= 29)(state=0)

time_off (25563548 ) test( 6307)(pri= 29)(state=0)-> watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=0)

time_off (25563566 ) watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=1)-> test( 6307)(pri= 29)(state=0)

time_off (28973602 ) test( 6307)(pri= 29)(state=0)-> watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=0)

time_off (28973616 ) watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=1)-> test( 6307)(pri= 29)(state=0)

task :test PID(6307) PRI(29) EXIT

time_off (31846121 ) test( 6307)(pri= 29)(state=64)-> test( 6309)(pri= 29)(state=0)

time_off (32383671 ) test( 6309)(pri= 29)(state=0)-> watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=0)

time_off (32383683 ) watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=1)-> test( 6309)(pri= 29)(state=0)

time_off (35793735 ) test( 6309)(pri= 29)(state=0)-> watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=0)

time_off (35793747 ) watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=1)-> test( 6309)(pri= 29)(state=0)

time_off (39203797 ) test( 6309)(pri= 29)(state=0)-> watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=0)

time_off (39203809 ) watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=1)-> test( 6309)(pri= 29)(state=0)

task :test PID(6309) PRI(29) EXIT

time_off (41200440 ) test( 6309)(pri= 29)(state=64)-> test( 6311)(pri= 49)(state=0)

time_off (42613866 ) test( 6311)(pri= 49)(state=0)-> watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=0)

time_off (42613898 ) watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=1)-> test( 6311)(pri= 49)(state=0)

time_off (46024070 ) test( 6311)(pri= 49)(state=0)-> watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=0)

time_off (46024082 ) watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=1)-> test( 6311)(pri= 49)(state=0)

time_off (49434004 ) test( 6311)(pri= 49)(state=0)-> watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=0)

time_off (49434017 ) watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=1)-> test( 6311)(pri= 49)(state=0)

task :test PID(6311) PRI(49) EXIT

? ? 可以清楚的可到，同樣是70優先級（內核態是29），6305退出以前，6307根本就撈不著跑。同樣6307退出一樣，6309根本就撈不著跑。這就是FIFO。 ? B) RR的情況

終端1 ：

stap ./cswmon_spec.stp 70

終端2 ：

./getpsinfo.sh

終端3

./comp.sh 1

? ? ? 實時優先級是70的三個進程齊頭并進。再看第二個腳本的輸出：

time_off ( 4188015 ) test( 6428)(pri= 0)(state=0)-> watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=0)

time_off ( 4188025 ) watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=1)-> test( 6428)(pri= 0)(state=0)

time_off ( 7612014 ) test( 6428)(pri= 0)(state=0)-> watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=0)

time_off ( 7612024 ) watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=1)-> test( 6428)(pri= 0)(state=0)

task :test PID(6428) PRI(0) EXIT

time_off (10679062 ) test( 6428)(pri= 0)(state=64)-> test( 6430)(pri= 29)(state=0)

time_off (10964413 ) test( 6430)(pri= 29)(state=0)-> watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=0)

time_off (10964422 ) watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=1)-> test( 6430)(pri= 29)(state=0)

time_off (11709024 ) test( 6430)(pri= 29)(state=0)-> test( 6432)(pri= 29)(state=0)

time_off (12736030 ) test( 6432)(pri= 29)(state=0)-> test( 6434)(pri= 29)(state=0)

time_off (13779022 ) test( 6434)(pri= 29)(state=0)-> test( 6430)(pri= 29)(state=0)

time_off (13879021 ) test( 6430)(pri= 29)(state=0)-> test( 6432)(pri= 29)(state=0)

time_off (13984075 ) test( 6432)(pri= 29)(state=0)-> test( 6434)(pri= 29)(state=0)

time_off (14084020 ) test( 6434)(pri= 29)(state=0)-> test( 6430)(pri= 29)(state=0)

time_off (14184023 ) test( 6430)(pri= 29)(state=0)-> test( 6432)(pri= 29)(state=0)

time_off (14284024 ) test( 6432)(pri= 29)(state=0)-> test( 6434)(pri= 29)(state=0)

time_off (14374486 ) test( 6434)(pri= 29)(state=0)-> watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=0)

time_off (14374502 ) watchdog/1( 10)(pri= 0)(state=1)-> test( 6434)(pri= 29)(state=0)

time_off (14384097 ) test( 6434)(pri= 29)(state=0)-> test( 6430)(pri= 29)(state=0)

time_off (14484066 ) test( 6430)(pri= 29)(state=0)-> test( 6432)(pri= 29)(state=0)

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? ? 用戶態實時優先級為99，內核態優先級為0的進程6428退出后，3個用戶態實時優先級為70的進程6430，6432，6434你方唱罷我登場，每個人都"唱"多久呢？看相鄰2條記錄的時間差，基本都在100ms左右，這就是時間片。 ? ? ? 后記：如果放開綁定到一個CPU的限制，同時加大實時進程的個數，多個實時進程在CPU之間PULL和PUSH，是更復雜的情況，呵呵，希望拋磚引玉，能有人模擬下這種情況。 ? ? ? 附件為測試代碼及輸出： ? ???study_sched.txt??? 參考文獻 1 深入linux 內核架構 2 linux system program 3 systemtap example

轉載于:https://www.cnblogs.com/diegodu/p/3924927.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux进程调度之 FIFO 和 RR 调度策略的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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