android surfaceflinger研究----Surface机制
android surfaceflinger研究----Surface机制
转自:http://blog.csdn.net/windskier/article/details/7041610,感谢分享
前一篇文章介绍了android的显示系统,这篇文章中,我们把视角往上层移动一下,研究一下framework是如何与surfaceflinger进行业务交互的。
1)如何创建surface
2)如何显示窗口等等
所有的这一切都是通过系统服务WindowManagerService与surfaceflinger来进行的。
Android中的Surface机制这一块代码写的比较难理解,光叫Surface的类就有3个,因此本篇文章从两部分来分析。
首先,想要理解Surface机制,还是需要首先理清各个类之间的关系。
其次,在理解了整个Surface机制的类关系之后,到时我们再结合前一篇文章中对显示系统的介绍,研究一下一个Surface是如何和显示系统建立起联系来的,这个联系主要是指Surface的显示buffer的存储管理。
在下篇文章中,再分析SurfaceFlinger是如何将已经存储了窗口图形数据的Surface Buffer显示到显示系统中。
1. Surface机制的静态关系
将这一部分叫做Surface机制,是有别于SurfaceFlinger而言的,android的图形系统中,作为C/S模型两端的WMS和SurfaceFlinger是图形系统业务的核心,但是不把WMS和SurfaceFlinger中间的这层联系搞清楚的话,是很难理解整个图形系统的,在本文中我将两者之间的这个联系关系称之为Surface机制,它的主要任务就是创建一个Surface,ViewRoot在这个Surface上描绘当前的窗口,SurfaceFlinger将这个Surface flinger(扔)给显示系统将其呈现在硬件设备上。其实这里这个Surface在不同的模块中是以不同的形态存在的,唯一不变的就是其对应的显示Buffer。
1.1 ViewRoot和WMS共享Surface
我们知道每个Activity都会有一个ViewRootImpl作为Activity Window与WMS交互的接口,ViewRootImpl会绘制整个Activity的窗口View到Surface上,因此我们在ViewRootImpl中就有了创建Surface的需求。看一下代码中的Surface的定义:
ViewRootImpl.java
- //Thesecanbeaccessedbyanythread,mustbeprotectedwithalock.
- //Surfacecanneverbereassignedorcleared(useSurface.clear()).
- privatefinalSurfacemSurface=newSurface();
Surface(SurfaceTexture surfaceTexture)@Surface.java
[cpp] view plain copy- /**
- *CreateSurfacefroma{@linkSurfaceTexture}.
- *
- *ImagesdrawntotheSurfacewillbemadeavailabletothe{@link
- *SurfaceTexture},whichcanattachthemanOpenGLEStexturevia{@link
- *SurfaceTexture#updateTexImage}.
- *
- *@paramsurfaceTextureThe{@linkSurfaceTexture}thatisupdatedbythis
- *Surface.
- */
- publicSurface(SurfaceTexturesurfaceTexture){
- if(DEBUG_RELEASE){
- mCreationStack=newException();
- }
- mCanvas=newCompatibleCanvas();
- initFromSurfaceTexture(surfaceTexture);
- }
由上面可以看出在ViewRootImpl中定义的Surface只是一个空壳,那么真正的Surface是在哪里被初始化的呢?大管家WMS中!当ViewRootImpl请求WMS relayout时,会将ViewSurface中的Surface交给WMS初始化。在WMS中,对应每个WindowState对象,在relayout窗口时,同样会创建一个Surface,wms中的这个Surface会真正的初始化,然后再将这个WMS Surface复制给ViewRootImpl中的Surface。这么实现的目的就是保证ViewRootImpl和WMS共享同一个Surface。ViewRootImpl对Surface进行绘制,WMS对这个Surface进行初始化及管理。很和谐!
relayoutWindow@ViewRootImpl.java
[cpp] view plain copy- privateintrelayoutWindow(WindowManager.LayoutParamsparams,intviewVisibility,
- booleaninsetsPending)throwsRemoteException{
- ...
- intrelayoutResult=sWindowSession.relayout(
- mWindow,mSeq,params,
- (int)(mView.getMeasuredWidth()*appScale+0.5f),
- (int)(mView.getMeasuredHeight()*appScale+0.5f),
- viewVisibility,insetsPending,mWinFrame,
- mPendingContentInsets,mPendingVisibleInsets,
- mPendingConfiguration,mSurface);
- //Log.d(TAG,"<<<<<<BACKFROMrelayout");
- if(restore){
- params.restore();
- }
- if(mTranslator!=null){
- mTranslator.translateRectInScreenToAppWinFrame(mWinFrame);
- mTranslator.translateRectInScreenToAppWindow(mPendingContentInsets);
- mTranslator.translateRectInScreenToAppWindow(mPendingVisibleInsets);
- }
- returnrelayoutResult;
- }
relayoutWindow()@WindowManagerService.java
- publicintrelayoutWindow(Sessionsession,IWindowclient,intseq,
- WindowManager.LayoutParamsattrs,intrequestedWidth,
- intrequestedHeight,intviewVisibility,booleaninsetsPending,
- RectoutFrame,RectoutContentInsets,RectoutVisibleInsets,
- ConfigurationoutConfig,SurfaceoutSurface){
- booleandisplayed=false;
- booleaninTouchMode;
- booleanconfigChanged;
- //iftheydon'thavethispermission,maskoutthestatusbarbits
- synchronized(mWindowMap){
- WindowStatewin=windowForClientLocked(session,client,false);
- if(viewVisibility==View.VISIBLE&&
- (win.mAppToken==null||!win.mAppToken.clientHidden)){
- displayed=!win.isVisibleLw();
- ...
- try{
- Surfacesurface=win.createSurfaceLocked();
- if(surface!=null){
- outSurface.copyFrom(surface);
- win.mReportDestroySurface=false;
- win.mSurfacePendingDestroy=false;
- if(SHOW_TRANSACTIONS)Slog.i(TAG,
- "OUTSURFACE"+outSurface+":copied");
- }else{
- //Forsomereasonthereisn'tasurface.Clearthe
- //caller'sobjectsotheyseethesamestate.
- outSurface.release();
- }
- }catch(Exceptione){
- mInputMonitor.updateInputWindowsLw(true/*force*/);
- Slog.w(TAG,"Exceptionthrownwhencreatingsurfaceforclient"
- +client+"("+win.mAttrs.getTitle()+")",
- e);
- Binder.restoreCallingIdentity(origId);
- return0;
- }
- ...
- }
- }
1.2SurfaceSession
SurfaceSession可以认为是创建Surface过程中,WMS和SurfaceFlinger之间的会话层,通过这个SurfaceSession实现了Surface的创建。
一个SurfaceSession表示一个到SurfaceFlinger的连接,通过它可以创建一个或多个Surface实例。
SurfaceSession是JAVA层的概念,@SurfaceSession.java。它对应的native实体是一个SurfaceComposerClient对象。
SurfaceComposerClient通过ComposerService类来获得SurfaceFlinger的IBinder接口ISurfaceComposer,但是光获得SurfaceFlinger的IBinder接口是不够的,要想请求SurfaceFlinger创建一个Surface,还需要向SurfaceFlinger获得一个IBinder接口ISurfaceComposerClient,通过这个ISurfaceComposerClient来请求SurfaceFlinger创建一个Surface,为什么这么绕呢,为什么不直接让SurfaceFlinger创建Surface呢?
站在SurfaceFlinger的角度来考虑,对于SurfaceFlinger来说,可能有多个Client来请求SurfaceFlinger的业务,每个Client可能会请求SurfaceFlinger创建多个Surface,那么SurfaceFlinger本地需要提供一套机制来保存每个client请求创建的Surface,SurfaceFlinger通过为每个client创建一个Client对象实现这个机制,并将这个Client的IBinder接口ISurfaceComposerClient返给SurfaceComposerClient对象。SurfaceComposerClient对象在通过ISurfaceComposerClient去请求创建Surface(ISurfaceComposerClient的功能只有创建和销毁Surface)。
@SurfaceFlinger.h
[cpp] view plain copy- classClient:publicBnSurfaceComposerClient
- classSurfaceFlinger:
- publicBinderService<SurfaceFlinger>,
- publicBnSurfaceComposer,
- publicIBinder::DeathRecipient,
- protectedThread
@SurfaceComposerClient.cpp
- voidSurfaceComposerClient::onFirstRef(){
- sp<ISurfaceComposer>sm(getComposerService());
- if(sm!=0){
- sp<ISurfaceComposerClient>conn=sm->createConnection();
- if(conn!=0){
- mClient=conn;
- mStatus=NO_ERROR;
- }
- }
- }
在SurfaceFlinger中对应的执行代码为:
[cpp] view plain copy- sp<ISurfaceComposerClient>SurfaceFlinger::createConnection()
- {
- sp<ISurfaceComposerClient>bclient;
- sp<Client>client(newClient(this));
- status_terr=client->initCheck();
- if(err==NO_ERROR){
- bclient=client;
- }
- returnbclient;
- }
下图描述了整个SurfaceSession的内部结构与工作流程。
蓝色箭头是SurfaceComposerClient通过ComposerService获得SurfaceFlinger的IBinder接口ISurfaceComposer过程;
红色箭头表示SurfaceComposerClient通过IPC请求SurfaceFlinger创建Client的过程,并获得Client的IBinder接口ISurfaceComposerClient;
绿色箭头表示SurfaceComposerClient通过IPC请求Client创建Surface。
1.3 Surface的形态
上一节我们分析了SurfaceSession的静态结构,得知Surface的创建过程是通过SurfaceSession这个中间会话层去请求SurfaceFlinger去创建的,并且这篇文章中,我们说了半天Surface了,那么究竟我们要创建的Surface究竟是什么样的一个东西呢,它的具体形态是什么呢?这一小节我们就来分析以下Surface的形态。
1.3.1 client端Surface的形态
首先,我们看一下Surface在WMS中定义的代码
createSurfaceLocked()@WindowState.java
[cpp] view plain copy- SurfacecreateSurfaceLocked(){
- if(mSurface==null){
- ...
- try{
- finalbooleanisHwAccelerated=(mAttrs.flags&
- WindowManager.LayoutParams.FLAG_HARDWARE_ACCELERATED)!=0;
- finalintformat=isHwAccelerated?PixelFormat.TRANSLUCENT:mAttrs.format;
- if(!PixelFormat.formatHasAlpha(mAttrs.format)){
- flags|=Surface.OPAQUE;
- }
- mSurface=newSurface(
- mSession.mSurfaceSession,mSession.mPid,
- mAttrs.getTitle().toString(),
- 0,w,h,format,flags);
- if(SHOW_TRANSACTIONS||SHOW_SURFACE_ALLOC)Slog.i(WindowManagerService.TAG,
- "CREATESURFACE"
- +mSurface+"INSESSION"
- +mSession.mSurfaceSession
- +":pid="+mSession.mPid+"format="
- +mAttrs.format+"flags=0x"
- +Integer.toHexString(flags)
- +"/"+this);
- }
- ...
- }
- returnmSurface;
- }
我们可以看到,它将SurfaceSession对象当作参数传递给了Surface的构造函数。往下看Surface的构造函数。
@Surface.java
[cpp] view plain copy- /**createasurfacewithaname@hide*/
- publicSurface(SurfaceSessions,
- intpid,Stringname,intdisplay,intw,inth,intformat,intflags)
- throwsOutOfResourcesException{
- if(DEBUG_RELEASE){
- mCreationStack=newException();
- }
- mCanvas=newCompatibleCanvas();
- init(s,pid,name,display,w,h,format,flags);
- mName=name;
- }
这个构造函数,不同于我们在ViewRootImpl中看到的Surface的构造函数,这个构造函数并不是一个空壳,它做了本地实体的初始化工作,因此这个Surface才是一个真正的Suface。
Native函数init(Surface_init@android_view_Surface.cpp)会调到SurfaceComposerClient::createSurface,再向下的过程在上一节的图中描述很清楚了,在此不作介绍了。同时,先不管SurfaceFlinger为SurfaceComposerClient创建的Surface到底是一个什么东西,我们先看看SurfaceComposerClient为WMS创建的是一个什么东西?
@SurfaceComposerClient.cpp
[cpp] view plain copy- sp<SurfaceControl>SurfaceComposerClient::createSurface(
- constString8&name,
- DisplayIDdisplay,
- uint32_tw,
- uint32_th,
- PixelFormatformat,
- uint32_tflags)
- {
- sp<SurfaceControl>result;
- if(mStatus==NO_ERROR){
- ISurfaceComposerClient::surface_data_tdata;
- sp<ISurface>surface=mClient->createSurface(&data,name,//mClient为BpSurfaceComposerClient
- display,w,h,format,flags);
- if(surface!=0){
- result=newSurfaceControl(this,surface,data);
- }
- }
- returnresult;
- }
从上面的代码我们可以看出,SurfaceComposerClient为WMS返回的是一个SurfaceControl对象,这个SurfaceControl对象包含了surfaceFlinger为SurfaceComposerClient创建的surface,这个surfaceFlinge创建的Surface在Client端的形态为ISurface。这个过程下面分析SurfaceFlinger端的Surface形态时会看到。
SurfaceControl类中还有一个非常重要的成员mSurfaceData<class Surface : public SurfaceTextureClient>,它的类型也叫做Surface,定义在frameworks/base/include/surfaceflinger/surface.h。这个Surface提供了显示Buffer的管理。在文章的后面再介绍。
@frameworks/base/libs/gui/Surface.cpp
[cpp] view plain copy- sp<Surface>SurfaceControl::getSurface()const
- {
- Mutex::Autolock_l(mLock);
- if(mSurfaceData==0){
- sp<SurfaceControl>surface_control(const_cast<SurfaceControl*>(this));
- mSurfaceData=newSurface(surface_control);
- }
- returnmSurfaceData;
- }
1.3.2 SurfaceFlinger端Surface形态
SurfaceFlinger::createSurface@SurfaceFlinger.cpp [cpp] view plain copy- sp<ISurface>SurfaceFlinger::createSurface(
- ISurfaceComposerClient::surface_data_t*params,
- constString8&name,
- constsp<Client>&client,
- DisplayIDd,uint32_tw,uint32_th,PixelFormatformat,
- uint32_tflags)
- {
- sp<LayerBaseClient>layer;
- sp<ISurface>surfaceHandle;
- if(int32_t(w|h)<0){
- LOGE("createSurface()failed,worhisnegative(w=%d,h=%d)",
- int(w),int(h));
- returnsurfaceHandle;
- }
- //LOGD("createSurfaceforpid%d(%dx%d)",pid,w,h);
- sp<Layer>normalLayer;
- switch(flags&eFXSurfaceMask){
- caseeFXSurfaceNormal:
- normalLayer=createNormalSurface(client,d,w,h,flags,format);
- layer=normalLayer;
- break;
- caseeFXSurfaceBlur:
- //fornowwetreatBlurasDim,untilwecanimplementit
- //efficiently.
- caseeFXSurfaceDim:
- layer=createDimSurface(client,d,w,h,flags);
- break;
- caseeFXSurfaceScreenshot:
- layer=createScreenshotSurface(client,d,w,h,flags);
- break;
- }
- if(layer!=0){
- layer->initStates(w,h,flags);
- layer->setName(name);
- ssize_ttoken=addClientLayer(client,layer);
- surfaceHandle=layer->getSurface();
- if(surfaceHandle!=0){
- params->token=token;
- params->identity=layer->getIdentity();
- if(normalLayer!=0){
- Mutex::Autolock_l(mStateLock);
- mLayerMap.add(layer->getSurfaceBinder(),normalLayer);
- }
- }
- setTransactionFlags(eTransactionNeeded);
- }
- returnsurfaceHandle;
- }
当client请求SurfaceFlinger创建Surface时,SurfaceFlinger首先根据WMS提供的窗口的属性来一个命名为Layer概念的对象,然后再根据Layer创建它的子类对象LayerBaseClient::BSurface。此时第三个名为Surface(BSurface)类出现了,下一节我们来介绍一下这个Layer的概念。
1.4 Layer
1.4.1 Layer的分类
目前,android4.0中有3中Layer类型,如上图所示。
1.Layer, 普通的Layer,它为每个Client端请求的Surface创建显示Buffer。
2.LayerDim,这种Layer不会创建显示Buffer,它只是将通过这个Layer将原来FrameBuffer上的数据进行暗淡处理;
3. LayerScreenshot,这种Layer不会创建显示Buffer,它只是将通过这个Layer将原来FrameBuffer上的数据进行抓取;
从这些Layer看出,我们分析的重点就是第一种Layer,下面我们着重分析一下普通的Layer。Layer的具体业务我们在下一篇文章中分析
1.4.2 Layer的管理
上文我们在分析SurfaceSession的时候,也分析过,一个Client可能会创建多个Surface,也就是要创建多个Layer,那么SurfaceFlinger端如何管理多个Layer呢?SurfaceFlinger维护了3个Vector来管理Layer<Client:DefaultKeyedVector< size_t, wp<LayerBaseClient> > mLayers;SurfaceFlinger:LayerVector layersSortedByZ;>。
第一种方式,我们知道SurfaceFlinger会为每个SurfaceSession创建一个Client对象,这第一种方式就是将所有为某一个SurfacSession创建的Layer保存在它对应的Client对象中。
SurfaceFlinger::createSurface()@SurfaceFlinger.cpp,调用路径如下:
SurfaceFlinger::addClientLayer->
client->attachLayer(lbc)->
mLayers.add(name, layer);
第二种方式,在SurfaceFlinger中以排序的方式保存下来。其调用路径如下:
SurfaceFlinger::addClientLayer->
SurfaceFlinger::addLayer_l->
mCurrentState.layersSortedByZ.add(layer)
第三种方式,将所有的创建的普通的Layer保存起来,以便Client Surface在请求实现Buffer时能够辨识Client Surface对应的Layer。
SurfaceFlinger::createSurface()@SurfaceFlinger.cpp
[cpp] view plain copy- surfaceHandle=layer->getSurface();
- if(surfaceHandle!=0){
- params->token=token;
- params->identity=layer->getIdentity();
- if(normalLayer!=0){
- Mutex::Autolock_l(mStateLock);
- mLayerMap.add(layer->getSurfaceBinder(),normalLayer);
- }
- }
2. Surface 显示Buffer的存储管理
在前文介绍Client端的Surface形态的内容时,我们提到SurfaceControl中还会维护一个名为Surface对象,它定义在frameworks/base/libs/surfaceflinger/Surface.h中,它负责向LayerBaseClient::BSurface请求显示Buffer,同时将显示Buffer交给JAVA Surface的Canvas去绘制窗口,我们称这个Surface为Client Surface。
2.1 窗口绘制
我们先从ViewRootImpl中分析一下,它是如何显示窗口View的,如何用到Client Surface请求的显示Buffer的。draw()@ViewRoot.java
[cpp] view plain copy- Canvascanvas;
- try{
- intleft=dirty.left;
- inttop=dirty.top;
- intright=dirty.right;
- intbottom=dirty.bottom;
- finallonglockCanvasStartTime;
- if(ViewDebug.DEBUG_LATENCY){
- lockCanvasStartTime=System.nanoTime();
- }
- canvas=surface.lockCanvas(dirty);
- if(ViewDebug.DEBUG_LATENCY){
- longnow=System.nanoTime();
- Log.d(TAG,"Latency:Spent"
- +((now-lockCanvasStartTime)*0.000001f)
- +"mswaitingforsurface.lockCanvas()");
- }
- if(left!=dirty.left||top!=dirty.top||right!=dirty.right||
- bottom!=dirty.bottom){
- mAttachInfo.mIgnoreDirtyState=true;
- }
- //TODO:Dothisinnative
- canvas.setDensity(mDensity);
上面的代码显示,JAVA Surface 会lock canvas。而Client Surface的创建就在这个过程中,即下面代码中的第一行getSurface().我们先不管Client Surface的创建,先看看Canvas是如何与Client Surface的显示Buffer关联的。
Surface_lockCanvas@android_view_Surface.cpp
[cpp] view plain copy- staticjobjectSurface_lockCanvas(JNIEnv*env,jobjectclazz,jobjectdirtyRect)
- {
- constsp<Surface>&surface(getSurface(env,clazz));
- if(!Surface::isValid(surface)){
- doThrowIAE(env);
- return0;
- }
- //getdirtyregion
- RegiondirtyRegion;
- if(dirtyRect){
- Rectdirty;
- dirty.left=env->GetIntField(dirtyRect,ro.l);
- dirty.top=env->GetIntField(dirtyRect,ro.t);
- dirty.right=env->GetIntField(dirtyRect,ro.r);
- dirty.bottom=env->GetIntField(dirtyRect,ro.b);
- if(!dirty.isEmpty()){
- dirtyRegion.set(dirty);
- }
- }else{
- dirtyRegion.set(Rect(0x3FFF,0x3FFF));
- }
- Surface::SurfaceInfoinfo;
- status_terr=surface->lock(&info,&dirtyRegion);
- if(err<0){
- constchar*constexception=(err==NO_MEMORY)?
- OutOfResourcesException:
- "java/lang/IllegalArgumentException";
- jniThrowException(env,exception,NULL);
- return0;
- }
- //AssociateaSkCanvasobjecttothissurface
- jobjectcanvas=env->GetObjectField(clazz,so.canvas);
- env->SetIntField(canvas,co.surfaceFormat,info.format);
- SkCanvas*nativeCanvas=(SkCanvas*)env->GetIntField(canvas,no.native_canvas);
- SkBitmapbitmap;
- ssize_tbpr=info.s*bytesPerPixel(info.format);
- bitmap.setConfig(convertPixelFormat(info.format),info.w,info.h,bpr);
- if(info.format==PIXEL_FORMAT_RGBX_8888){
- bitmap.setIsOpaque(true);
- }
- if(info.w>0&&info.h>0){
- bitmap.setPixels(info.bits);
- }else{
- //besafewithanemptybitmap.
- bitmap.setPixels(NULL);
- }
- nativeCanvas->setBitmapDevice(bitmap);
- SkRegionclipReg;
- if(dirtyRegion.isRect()){//verycommoncase
- constRectb(dirtyRegion.getBounds());
- clipReg.setRect(b.left,b.top,b.right,b.bottom);
- }else{
- size_tcount;
- Rectconst*r=dirtyRegion.getArray(&count);
- while(count){
- clipReg.op(r->left,r->top,r->right,r->bottom,SkRegion::kUnion_Op);
- r++,count--;
- }
- }
- nativeCanvas->clipRegion(clipReg);
- intsaveCount=nativeCanvas->save();
- env->SetIntField(clazz,so.saveCount,saveCount);
- if(dirtyRect){
- constRect&bounds(dirtyRegion.getBounds());
- env->SetIntField(dirtyRect,ro.l,bounds.left);
- env->SetIntField(dirtyRect,ro.t,bounds.top);
- env->SetIntField(dirtyRect,ro.r,bounds.right);
- env->SetIntField(dirtyRect,ro.b,bounds.bottom);
- }
- returncanvas;
- }
上面的代码,我们可以看出,Canvas的Bitmap设备设置了Client Surface的显示Buffer为其Bitmap pixel存储空间。
- bitmap.setPixels(info.bits);
这样Canvas的绘制空间就有了。下一步就该绘制窗口了。
draw()@ViewRootImpl.java
[cpp] view plain copy- try{
- canvas.translate(0,-yoff);
- if(mTranslator!=null){
- mTranslator.translateCanvas(canvas);
- }
- canvas.setScreenDensity(scalingRequired
- ?DisplayMetrics.DENSITY_DEVICE:0);
- mAttachInfo.mSetIgnoreDirtyState=false;
- mView.draw(canvas);
- }
其中ViewRootImpl中的mView为整个窗口的View。它将Render自己和所有它的子View。
2.2Client Surface的初始化(SurfaceControl中的Surface)
Client Surface的创建是从ViewRootImpl首次Lock canvas时进行的,这么做的目的可能也是为了节约空间,减少不必要的开支。
Client Surface的初始化和显示Buffer的管理过程比较复杂,下图给出了这一部分的一个静态结构图,有些东西从图上表现不出来,下面我简单的介绍一下。
framework是如何与surfaceflinger进行业务交互的。
1)如何创建surface
2)如何显示窗口等等
所有的这一切都是通过系统服务WindowManagerService与surfaceflinger来进行的。
Android中的Surface机制这一块代码写的比较难理解,光叫Surface的类就有3个,因此本篇文章从两部分来分析。
首先,想要理解Surface机制,还是需要首先理清各个类之间的关系。
其次,在理解了整个Surface机制的类关系之后,到时我们再结合前一篇文章中对显示系统的介绍,研究一下一个Surface是如何和显示系统建立起联系来的,这个联系主要是指Surface的显示buffer的存储管理。
在下篇文章中,再分析SurfaceFlinger是如何将已经存储了窗口图形数据的Surface Buffer显示到显示系统中。
待续。。。。。
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