Helm is the best way to find, share, and use software built for Kubernetes.

即helm是kubernetes中查找、分享、构建应用的最佳方式。

一、Helm介绍

1、背景

使用K8s部署一个应用，涉及到很种K8s资源的协作，如Deployment 用于部署应用控制pod、Service 提供服务发现、Secret 配置存储用户名和密码，可能还需要 pv 和 pvc 来提供持久化数据。

这么多资源，且过于分散，使用kubectl来进行维护和创建，体验极差。

由此产生了这三个思考：

• 如何统一管理、配置和更新这些分散的 k8s 的应用资源文件
• 如何分发和复用一套应用模板
• 如何将应用的一系列资源当做一个软件包来管理

基于以上，helm出现。

2、介绍

Helm 是 Kubernetes 的包管理器。包管理器类似于我们在 Ubuntu 中使用的apt、Centos中使用的yum 、在Python中使用 pip，能快速查找、下载和安装软件包。

helm能够将一组K8S资源打包统一管理, 是查找、共享和使用为Kubernetes构建的软件的最佳方式。helm可以理解成k8s的资源整合和再封装。

我的理解，仅供参考：

docker产出一个集装箱，kubectl产出一个货轮去载着这个集装箱，但每次把集装箱搬上货轮很烦，因此helm则直接连货轮带搬好的集装箱一起扔了下来。

docker	kubectl	helm

3、核心概念

Helm 包含两个组件，分别是 helm 客户端 和 Tiller 服务器：

• helm ：一个命令行工具，Helm的客户端，用于本地开发及管理chart，chart仓库管理等
• Tiller ：Helm 的服务端。Tiller 负责接收 Helm 的请求，与 k8s 的 apiserver 交互，根据chart 来生成一个 release 并管理 release
• chart：Helm的打包格式叫做chart，chart就是一系列k8s文件, 它描述了一组相关的 k8s 集群资源
• release ：chart的运行实例，你可以用不同的release name多次安装同一个chart。有点像镜像和容器的关系。
• Repoistory：Helm chart 的仓库，存chart包的

4、chart的基本结构

chart就是一系列文件，包含了一个k8s app应用运行起来的所有要素，比如service, deployment, configmap, serviceaccount, rbac,等。其结构如图：

• charts 目录存放依赖的chart
• Chart.yaml 包含Chart的基本信息，包括chart版本，名称等
• templates 目录下存放应用一系列 k8s 资源的 yaml 模板
• _helpers.tpl 此文件中定义一些可重用的模板片断，此文件中的定义在任何资源定义模板中可用
• NOTES.txt 介绍chart 部署后的帮助信息，如何使用chart等
• values.yaml 包含了必要的值定义（默认值）, 用于存储 templates 目录中模板文件中用到变量的值

这些要素都是以template文件的形式存在，再结合values文件，最终渲染出能够被k8s执行的yaml文件 。

5、helm官网

官网：https://helm.sh

helm仓库地址：http://hub.helm.sh/
helm阿里云仓库地址：https://developer.aliyun.com/hub

二、部署Helm

1、安装helm客户端

方式一：手动安装

$ 下载 Helm 二进制文件
$ wget https://storage.googleapis.com/kubernetes-helm/helm-v2.9.1-linux-amd64.tar.gz
$ 解压缩
$ tar -zxvf helm-v2.9.1-linux-amd64.tar.gz
$ 复制 helm 二进制 到bin目录下
$ cp linux-amd64/helm /usr/local/bin/
$ chmod a+x /usr/local/bin/helm

方式二：官方脚本一键安装

$ curl https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/helm/master/scripts/get > get_helm.sh
$ chmod 700 get_helm.sh
$ ./get_helm.sh

2、安装Tiller

方式一：指令安装

helm init
# 这个地方默认使用 “https://kubernetes-charts.storage.googleapis.com” 作为缺省的 stable repository 的地址
# googleapis.com 国内是不能访问的，可以使用阿里云的源来配置

helm init --upgrade -i registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/tiller:v2.9.1  --stable-repo-url https://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/charts

# 查看安装情况
kubectl get po -n kube-system |grep -i tiller

但kubernetes 从1.6 版本开始加入了 RBAC 授权。当前的 Tiller 没有定义用于授权的 ServiceAccount， 访问 API Server 时会被拒绝，需要给 Tiller 加入授权：

# 创建 Kubernetes 的服务帐号和绑定角色
# 我直接绑定了admin角色，可以对所有namespace下的资源进行操作

$ kubectl create serviceaccount --namespace kube-system tiller                               
serviceaccount "tiller" created

$ kubectl create clusterrolebinding tiller-cluster-rule --clusterrole=cluster-admin --serviceaccount=kube-system:tiller
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io "tiller-cluster-rule" created

# 给 Tiller 的 deployments 添加刚才创建的 ServiceAccount

$ kubectl patch deploy --namespace kube-system tiller-deploy -p '{"spec":{"template":{"spec":{"serviceAccount":"tiller"}}}}'
deployment.extensions "tiller-deploy" patched

# 查看 Tiller deployments 资源是否绑定 ServiceAccount

$ kubectl get deploy -n kube-system tiller-deploy -o yaml | grep serviceAccount
serviceAccount: tiller
serviceAccountName: tiller

# 查看 Tiller 是否安装成功

$ helm version 
Client: &version.Version{SemVer:"v2.9.1", GitCommit:"20adb27c7c5868466912eebdf6664e7390ebe710", GitTreeState:"clean"}
Server: &version.Version{SemVer:"v2.9.1", GitCommit:"20adb27c7c5868466912eebdf6664e7390ebe710", GitTreeState:"clean"}

# 想删除卸载Tiller
# 删除 Tiller 的 deployment 
kubectl delete deployment tiller-deploy --namespace kube-system 
#或者使用 
helm reset

方式二：配置文件安装

和方式一类似，不同的是创建用户绑定角色的操作直接在yaml文件中完成了

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: tiller  # 创建tiller用户
  namespace: kube-system
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: tiller
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: cluster-admin  # 绑定admin角色
subjects:
  - kind: ServiceAccount
    name: tiller
    namespace: kube-system

$ kubectl create -f rbac-config.yaml
 serviceaccount/tiller created
 clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/tiller created

$ helm init --service-account tiller --skip-refresh

# 查看 Tiller 是否安装成功

$ helm version 
Client: &version.Version{SemVer:"v2.9.1", GitCommit:"20adb27c7c5868466912eebdf6664e7390ebe710", GitTreeState:"clean"}
Server: &version.Version{SemVer:"v2.9.1", GitCommit:"20adb27c7c5868466912eebdf6664e7390ebe710", GitTreeState:"clean"}

三、常用指令

helm --help

指令汇总：

helm completion - 为指定的shell生成自动补全脚本
helm create - 使用给定的名称创建chart
helm dependency - 管理chart依赖
helm env - helm客户端环境信息
helm get - 下载命名版本的扩展信息
helm history - 检索发布历史
helm install - 安装chart
helm lint - 验证chart是否存在问题
helm list - 列举发布版本
helm package - 将chart目录打包
helm plugin - 安装、列举或卸载Helm插件
helm pull - 从仓库下载chart并（可选）在本地目录中打开
helm push - 推送chart到远程
helm registry - 从注册表登录或登出
helm repo - 添加、列出、删除、更新和索引chart仓库
helm rollback - 回滚发布到上一个版本
helm search - helm中搜索关键字
helm show - 显示chart信息
helm status - 显示命名版本的状态
helm template - 本地渲染模板
helm test - 执行发布的测试
helm uninstall - 卸载版本
helm upgrade - 升级版本
helm verify - 验证给定路径的chart已经被签名且是合法的
helm version - 打印客户端版本信息

1、仓库相关 helm repo

添加一个chart仓库

helm repo add 起名 仓库地址

$ helm repo add stable https://kubernetes.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/charts

$ helm repo add --username admin --password password myharbor https://harbor.csdn.cn/chartrepo/charts

查看已添加的chart仓库列表

helm repo list

chart仓库内容更新频繁时，update确保本地仓库的数据最新

helm repo update

从本地删除一个仓库

helm repo remove 仓库名

$ helm repo remove stable

2、chart相关

创建一个chart模板

helm create chartName

$ helm create test
Creating test

检查chart中可能存在的问题（依赖和模板配置是否正确等）

helm lint chartDir

$ helm lint mychart/
==> Linting .
[INFO] Chart.yaml: icon is recommended

1 chart(s) linted, no failures

打包chart模板

helm package chartDir  

$ helm package . # 此时当前目录就是chart的目录
$ helm package test --debug
$ helm package test                                                                          
Successfully packaged chart and saved it to: /root/test-0.1.0.tgz

在仓库种查找可用的chart模板

helm search chartName

$ helm search nginx

查看chart的详细信息

helm inspect 仓库/chartName

$ helm inspect stable/redis

查看chart的可配置选项values

helm inspect values 仓库/chartName

$ helm inspect values stable/redis

可以直接在 YAML 格式的文件中来覆盖上面的任何配置，在安装的时候直接使用该配置文件即可：(config.yaml)

mysqlUser: root
mysqlDatabase: code9527
service:
  type: NodePort

# 安装chart时指定配置文件config.yaml，这样就可以覆盖原有配置

# 这里我定义了用户名和数据库名
# 并把service类型改为NodePort类型

渲染template目录下的文件，即values.yaml文件填充，看到k8s资源yaml文件的最终样子

helm template chartDir

$ helm template .
$ helm template mychart

安装chart，将chart包发布到k8s集群中安装部署

helm install  chartName

$ helm install  demo-0.1.0.tgz
$ helm install stable/mysql
# 这里的chartName可以是chart包名，
# chart可以是打包的chart，也可以是没打包的chart目录
# 也可以是仓库中的chart

helm install -f configName.yaml

3、release相关

查看

四、入门案例

通过一个例子，演示使用helm来创建、打包、分发、安装、升级、回退K8s应用

1、构建第一个chart

创建一个名为mychart的Chart

# 该指令会在当前目录创建一个mychart目录
helm create mychart

查看结构

[centos@root helm]$ tree mychart
mychart
├── charts
├── Chart.yaml
├── templates
│   ├── deployment.yaml
│   ├── _helpers.tpl
│   ├── ingress.yaml
│   ├── NOTES.txt
│   ├── service.yaml
│   └── tests
│       └── test-connection.yaml
└── values.yaml

# Chart.yaml 用于描述这个 Chart的相关信息，包括名字、描述信息以及版本等。

# values.yaml 用于存储 templates 目录中模板文件中用到变量的值。

# NOTES.txt 用于介绍 Chart 部署后的一些信息，例如：如何使用这个 Chart、列出缺省的设置等。

# Templates 目录下是 YAML 文件的模板，该模板文件遵循 Go template 语法。

查看下Chart.yaml文件的内容

$ cat mychart/Chart.yaml
apiVersion: v1
appVersion: "1.0"
description: A Helm chart for Kubernetes
name: mychart
version: 0.1.0

查看values.yaml文件（默认部署的是一个nginx），可以看到这里定义了一些当前chart的默认值，这些值会填充到templates下k8s资源的yaml文件中，完成渲染

# Default values for test.
# This is a YAML-formatted file.
# Declare variables to be passed into your templates.
replicaCount: 1

image:
  repository: nginx
  tag: stable
  pullPolicy: IfNotPresent
service:
  type: ClusterIP
  port: 80

ingress:
  enabled: false
  annotations: {}
    # kubernetes.io/ingress.class: nginx
    # kubernetes.io/tls-acme: "true"
  path: /
  hosts:
    - chart-example.local
  tls: []
  #  - secretName: chart-example-tls
  #    hosts:
  #      - chart-example.local

resources: {}
  # We usually recommend not to specify default resources and to leave this as a conscious
  # choice for the user. This also increases chances charts run on environments with little
  # resources, such as Minikube. If you do want to specify resources, uncomment the following
  # lines, adjust them as necessary, and remove the curly braces after 'resources:'.
  # limits:
  #  cpu: 100m
  #  memory: 128Mi
  # requests:
  #  cpu: 100m
  #  memory: 128Mi

nodeSelector: {}

tolerations: []

affinity: {}

查看templates目录下的k8s资源文件，以service.yaml为例：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: {{ template "nginx-test.fullname" . }}
  labels:
    app: {{ template "nginx-test.name" . }}
    chart: {{ template "nginx-test.chart" . }}
    release: {{ .Release.Name }}
    heritage: {{ .Release.Service }}
spec:
  type: {{ .Values.service.type }}
  ports:
    - port: {{ .Values.service.port }}
      targetPort: http 
      protocol: TCP
      name: http
  selector:
    app: {{ template "nginx-test.name" . }}
    release: {{ .Release.Name }}

• {{ }}是Go语言的标准
• .Values 对象访问 values.yaml 文件的内容
• .Chart 对象用来访问 Chart.yaml 文件的内容
• .Release、.Chart 开头的预定义值可用于任何的模板中
• .Release 对象是 Helm的内置对象之一， 使用 Helm 安装一个 release 时，由 Tiller 分配 release 的名称

检查依赖和模板配置是否正确

# .是当前目录，我就在mychart目录下
$ helm lint .
==> Linting .
[INFO] Chart.yaml: icon is recommended

1 chart(s) linted, no failures

将应用打包：

# 还是.
# 因为我就在mychart目录下
$ helm package .
Successfully packaged chart and saved it to: /home/k8s/mychart/mychart-0.1.0.tgz

此时mychart目录被打包成一个mychart-0.1.0.tgz压缩包，存在当前目录下，并同时被保存到了 Helm 的本地缺省仓库目录中。

# 打包时向输出更加详细的信息，加--debug参数
# 在这里可以看到helm本地缺省仓库目录
$ helm package mychartDir --debug
Successfully packaged chart and saved it to: /home/k8s/mychart-0.1.0.tgz
[debug] Successfully saved /home/k8s/mychart-0.1.0.tgz to /home/k8s/.helm/repository/local

2、将chart包发布到Repository

打包了chart并发布到了helm本地仓库目录，但helm search找不到：

$ helm search mychart
No results found

# 这是因为 Repository 目录中的 Chart 包还没有被 Helm 管理

# 查看已配置的仓库的信息 
$ helm repo list

# 注：新版本中执行 helm init 命令后默认会配置一个名为 local 的本地仓库。
# 如果helm repo list 可以看到local选项,则为默认添加了，下面就可以跳过了

接下来在本地启动一个仓库服务，并将其加入到Helm Repo列表中

# 启动仓库服务
# Now serving you on 127.0.0.1:8879
helm server
# 直接helm server，则默认是127.0.0.1
# 仓库的存储目录默认是$HOME/.helm/repository/local

我这里指定路径来做Helm仓库的存储目录，再指定服务器IP：

helm serve --address 10.4.129.177:8888 --repo-path /root/.helm/repository/local --url http://10.4.129.177:8888/charts/

# --address
# --repo-path 我上面指定就是默认目录，写不写效果一样
# --url

如果–repo-path指定了其他目录，而非helm本地仓库默认目录。还要通过 helm repo index 命令将 Chart 的 Metadata 记录更新在 index.yaml 文件中

# 更新 Helm Repository 的索引文件
# $HOME
$ cd $HOME/.helm/repository/local
$ helm repo index --url=http://10.4.129.177:8888 .

接下来将本地 Repository 加入 Helm 的 Repo 列表

$ helm repo add local http://10.4.129.177:8888
"local" has been added to your repositories

再次查找刚构建的mychart包，搜索成功

$ helm repo update
$ helm search mychart
NAME         	CHART VERSION	APP VERSION	DESCRIPTION
local/mychart	0.1.0        	1.0        	A Helm chart for Kubernetes

3、在 Kubernetes 中部署应用

Chart 被发布到仓储后，就可以通过 helm install 命令部署该 Chart。

helm install做的事实际是结合values.yaml将 templates 目录下的模板文件渲染成 Kubernetes能够识别的 YAML 格式。

部署前先执行helm install --dry-run --debug <chart_dir> --name <release_name>命令来验证 Chart 的配置。该输出中包含了模板的变量配置与最终渲染的 YAML 文件。

$ helm install --dry-run --debug local/mychart --name mike-test
[debug] Created tunnel using local port: '46649'

[debug] SERVER: "127.0.0.1:43588"

[debug] Original chart version: ""
[debug] Fetched local/mychart to /root/.helm/cache/archive/mychart-0.1.0.tgz

[debug] CHART PATH: /root/.helm/cache/archive/mychart-0.1.0.tgz

NAME:   tylertest
REVISION: 1
RELEASED: Mon Jul 23 10:39:49 2018
CHART: mychart-0.1.0
USER-SUPPLIED VALUES:
{}

COMPUTED VALUES:
affinity: {}
image:
  pullPolicy: IfNotPresent
  repository: nginx
  tag: stable
ingress:
  annotations: {}
  enabled: false
  hosts:
  - chart-example.local
  path: /
  tls: []
nodeSelector: {}
replicaCount: 1
resources: {}
service:
  port: 80
  type: ClusterIP
tolerations: []

HOOKS:
MANIFEST:

---
# Source: mychart/templates/service.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: tylertest-mychart
  labels:
    app: mychart
    chart: mychart-0.1.0
    release: tyler-test
    heritage: Tiller
spec:
  type: ClusterIP
  ports:
    - port: 80
      targetPort: http
      protocol: TCP
      name: http
  selector:
    app: mychart
    release: mike-test
---
# Source: mychart/templates/deployment.yaml
apiVersion: apps/v1beta2
kind: Deployment
metadata:
  name: tylertest-mychart
  labels:
    app: mychart
    chart: mychart-0.1.0
    release: tyler-test
    heritage: Tiller
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: mychart
      release: tyler-test
  template:
    metadata:
      labels:
        app: mychart
        release: tyler-test
    spec:
      containers:
        - name: mychart
          image: "nginx:stable"
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          ports:
            - name: http
              containerPort: 80
              protocol: TCP
          livenessProbe:
            httpGet:
              path: /
              port: http
          readinessProbe:
            httpGet:
              path: /
              port: http
          resources:
            {}

验证通过，接下来部署：

# 部署时需指定 Chart 名及 Release（部署的实例）名。
$ helm install local/mychart --name chart-test
NAME:   chart-test
LAST DEPLOYED: Mon Jul 23 10:41:20 2018
NAMESPACE: default
STATUS: DEPLOYED

RESOURCES:
==> v1/Service
NAME               TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP  PORT(S)  AGE
chart-test-mychart  ClusterIP  10.254.120.177  <none>       80/TCP   1s

==> v1beta2/Deployment
NAME               DESIRED  CURRENT  UP-TO-DATE  AVAILABLE  AGE
chart-test-mychart  1        0        0           0          0s

==> v1/Pod(related)
NAME                                READY  STATUS   RESTARTS  AGE
chart-test-mychart-6d56f8c8c9-d685v  0/1    Pending  0         0s


NOTES:
1. Get the application URL by running these commands:
  export POD_NAME=$(kubectl get pods --namespace default -l "app=mychart,release=mike-test" -o jsonpath="{.items[0].metadata.name}")
  echo "Visit http://127.0.0.1:8080 to use your application"
  kubectl port-forward $POD_NAME 8080:80

列出的所有已部署的 Release 以及其对应的 Chart

# Revision（更改历史）字段，该字段用于表示某一个 Release 被更新的次数，
# 我们可以用该特性对已部署的 Release 进行回滚
$ helm list
NAME     	REVISION	UPDATED                 	STATUS  	CHART        	NAMESPACE
chart-test	1       	Mon Jul 23 10:41:20 2018	DEPLOYED	mychart-0.1.0	default

helm status 查询一个特定的 Release 的状态

$ helm status chart-test

4、升级和回退

升级和回退的关键就是helm list 输出的结果中的 Revision（更改历史）字段

修改Chart.yaml文件，将版本号从 0.1.0 修改为 0.2.0，然后helm package重新打包并发布到本地仓库

$ cat mychart/Chart.yaml
apiVersion: v1
appVersion: "1.0"
description: A Helm chart for Kubernetes
name: mychart
version: 0.2.0

$ helm package mychart
Successfully packaged chart and saved it to...

[centos@k8s-master helm]$ helm search mychart -l
NAME            CHART VERSION   APP VERSION     DESCRIPTION
local/mychart   0.2.0           1.0             A Helm chart for Kubernetes
local/mychart   0.1.0           1.0             A Helm chart for Kubernetes

helm upgrade 命令将已部署的release升级到新版本，–version 参数指定需要升级的版本号，不指定默认升级到最新

[centos@k8s-master helm]$ helm upgrade chart-test mychart
Release "chart-test" has been upgraded. Happy Helming!
LAST DEPLOYED: Thu Apr 25 09:19:53 2019
NAMESPACE: default
STATUS: DEPLOYED

RESOURCES:
==> v1/Deployment
NAME               READY  UP-TO-DATE  AVAILABLE  AGE
chart-test-mychart  1/1    1           1          25m

==> v1/Pod(related)
NAME                                READY  STATUS   RESTARTS  AGE
chart-test-mychart-545479dd4b-hj9ml  1/1    Running  0         25m

==> v1/Service
NAME               TYPE       CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP  PORT(S)  AGE
chart-test-mychart  ClusterIP  10.103.51.57  <none>       80/TCP   25m


NOTES:
1. Get the application URL by running these commands:
  export POD_NAME=$(kubectl get pods --namespace default -l "app.kubernetes.io/name=mychart,app.kubernetes.io/instance=tylertest" -o jsonpath="{.items[0].metadata.name}")
  echo "Visit http://127.0.0.1:8080 to use your application"
  kubectl port-forward $POD_NAME 8080:80

升级成功：

接下来回滚，首先查看这个release的所有变更记录

# 查看一个 Release 的所有变更记录
helm history chart-test

# 回滚
# 1 是history指令结果中的Revision字段
[centos@k8s-master helm]$ helm rollback chart-test 1
Rollback was a success! Happy Helming!

5、删除

helm delete删除一个已部署的 Release

[centos@k8s-master helm]$ helm delete chart-test
release "chart-test" deleted

helm ls --deleted查看这个release已被标记为delete

但此时这个release的变更记录数据还在，helm history数据正常

且此时想回滚，还是能成功

如果要移除指定 Release 所有相关的 Kubernetes 资源和 Release 的历史记录，可以加--purge参数

五、其他补充

1、helm的v2和v3版本

Helm目前有v2和v3版本，v3在v2的基础上做了大大简化，且安全性增强。如图，在v2中，Helm依赖Tiller组件，Tiller组件用于接收Helm客户端发出的指令，与k8s的APIServer交互。

从v3开始，Helm不再使用Tiller组件，而是将与k8s的APIServer交互的功能整合到了Helm客户端程序中。

v2版本迁移到v3版本，参考：https://www.zhaowenyu.com/helm-doc/install/v2_v3_migration.html

2、与K8s的版本适配

不推荐将 Helm 用于比编译它所依赖的版本更高的 Kubernetes 版本，因为 Helm 并没有做出任何向前兼容的保证。

Helm 版本	支持的 Kubernetes 版本
3.7.x	1.22.x - 1.19.x
3.6.x	1.21.x - 1.18.x
3.5.x	1.20.x - 1.17.x
3.4.x	1.19.x - 1.16.x
3.3.x	1.18.x - 1.15.x
3.2.x	1.18.x - 1.15.x
3.1.x	1.17.x - 1.14.x
3.0.x	1.16.x - 1.13.x
2.16.x	1.16.x - 1.15.x
2.15.x	1.15.x - 1.14.x
2.14.x	1.14.x - 1.13.x
2.13.x	1.13.x - 1.12.x
2.12.x	1.12.x - 1.11.x
2.11.x	1.11.x - 1.10.x
2.10.x	1.10.x - 1.9.x
2.9.x	1.10.x - 1.9.x
2.8.x	1.9.x - 1.8.x
2.7.x	1.8.x - 1.7.x
2.6.x	1.7.x - 1.6.x
2.5.x	1.6.x - 1.5.x
2.4.x	1.6.x - 1.5.x
2.3.x	1.5.x - 1.4.x
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