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Linux文件系统分析

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本书介绍Linux环境下的编程方法,内容包括Linux系统命令、 Shell脚本、编程语言(gawk、Perl)、系统内核、安全体系、X Window等,内容丰富、论述全面,涵盖了Linux系统的方方面面。 目 录 前言 第一篇 Linux系统介绍 第1章 Linux简介 …1 1.1 Linux 的起源 1 1.2 自由软件基金会的GNU计划 1 1.3 Linux 的发音 2 1.4 Linux 的特点 2 1.5 基本硬件要求 3 1.6 如何获得Linux 3 1.6.1 从网上下载Linux 3 1.6.2 从光盘获得Linux 3 1.7 涉及Linux 的Web 网址和新闻讨论组 6 1.8 Linux 的不足之处 7 第2章 外壳及常用命令 8 2.1 登录和退出 8 2.2 Linux 系统的外壳 8 2.3 外壳的常用命令 9 2.3.1 更改帐号密码 9 2.3.2 联机帮助 9 2.3.3 远程登录 9 2.3.4 文件或目录处理 9 2.3.5 改变工作目录 10 2.3.6 复制文件 10 2.3.7 移动或更改文件、目录名称 10 2.3.8 建立新目录 10 2.3.9 删除目录 11 2.3.10 删除文件 11 2.3.11 列出当前所在的目录位置 11 2.3.12 查看文件内容 11 2.3.13 分页查看文件内容 11 2.3.14 查看目录所占磁盘容量 11 2.3.15 文件传输 11 2.3.16 文件权限的设定 12 2.3.17 检查自己所属的工作组名称 13 2.3.18 改变文件或目录工作组所有权 13 2.3.19 改变文件或目录的最后修改时间 13 2.3.20 文件的链接 13 2.3.21 文件中字符串的查寻 14 2.3.22 查寻文件或命令的路径 14 2.3.23 比较文件或目录的内容 14 2.3.24 文件打印输出 14 2.3.25 一般文件的打印 14 2.3.26 troff 文件的打印 14 2.3.27 打印机控制命令 14 2.3.28 进程控制 15 2.3.29 外壳变量 16 2.3.30 环境变量 16 2.3.31 别名 16 2.3.32 历史命令 17 2.3.33 文件的压缩 17 2.3.34 管道命令的使用 17 2.3.35 输入/输出控制 18 2.3.36 查看系统中的用户 18 2.3.37 改变用户名 18 2.3.38 查看用户名 18 2.3.39 查看当前系统上所有工作站 的用户 19 2.3.40 与某工作站上的用户交谈 19 2.3.41 检查远程系统是否正常 19 2.3.42 电子邮件的使用简介 19 第3章 Linux系统的网络功能 21 3.1 Linux支持的网络协议 21 3.1.1 TCP/IP 21 3.1.2 TCP/IP 版本 6 21 3.1.3 IPX/SPX 21 3.1.4 AppleTalk 协议集 21 3.1.5 广域网 22 3.1.6 ISDN 22 3.1.7 PPP、SLIP及PLIP 22 3.1.8 业余无线电 22 3.1.9 ATM 22 3.2 Linux系统下的文件共享和打印共享 22 3.2.1 Machintosh 环境 22 3.2.2 Windows 环境 22 3.2.3 Novell 环境 23 3.2.4 UNIX 环境 23 3.3 Linux系统中的Internet/Intranet功能 23 3.3.1 邮件 23 3.3.2 Web 服务器 24 3.3.3 Web 浏览器 24 3.3.4 FTP 服务器和客户机 24 3.3.5 新闻服务 24 3.3.6 域名系统 24 3.3.7 DHCP和 bootp 24 3.3.8 NIS 24 3.4 Linux系统下应用程序的远程执行 24 3.4.1 Telnet 25 3.4.2 远程命令 25 3.4.3 X Window 25 3.5 Linux系统的网络互连功能 25 3.5.1 路由器 25 3.5.2 网桥 25 3.5.3 IP伪装 25 3.5.4 IP统计 26 3.5.5 IP 别名 26 3.5.6 流量限制器 26 3.5.7 防火墙 26 3.5.8 端口下传 26 3.5.9 负载平衡 26 3.5.10 EQL 27 3.5.11 代理服务器 27 3.5.12 按需拨号 27 3.5.13 管道、移动IP和虚拟个人网络 27 3.6 Linux系统中的网络管理 27 3.6.1 Linux系统下的网络管理应用程序 27 3.6.2 SNMP 28 3.7 企业级Linux网络 28 3.7.1 高可用性 28 3.7.2 RAID 28 3.7.3 冗余网络 28 第4章 Linux系统管理简介 29 4.1 root 帐号 29 4.2 启动和关闭系统 29 4.2.1 从软盘启动 29 4.2.2 使用LILO 启动 29 4.2.3 关闭Linux系统 30 4.3 挂接文件系统 30 4.3.1 挂接软盘 30 4.3.2 创建新的文件系统 30 4.3.3 卸载文件系统 31 4.4 检查文件系统 31 4.5 使用文件作为交换区 31 4.6 系统和文件的备份 32 4.7 设置系统 33 4.7.1 设置系统名 33 4.7.2 使用维护磁盘 33 4.7.3 重新设置root 帐号口令 33 4.7.4 设置登录信息 33 第二篇 Linux高级语言及管理编程 第5章 外壳编程 35 5.1 创建和运行外壳程序 35 5.1.1 创建外壳程序 35 5.1.2 运行外壳程序 35 5.2 使用外壳变量 36 5.2.1 给变量赋值 36 5.2.2 读取变量的值 37 5.2.3 位置变量和其他系统变量 37 5.2.4 引号的作用 37 5.3 数值运算命令 38 5.4 条件表达式 40 5.4.1 if 表达式 40 5.4.2 case 表达式 41 5.5 循环语句 42 5.5.1 for 语句 43 5.5.2 while 语句 43 5.5.3 until 语句 44 5.6 shift 命令 44 5.7 select 语句 45 5.8 repeat 语句 46 5.9 子函数 46 第6章 gawk语言编程 48 6.1 gawk的主要功能 48 6.2 如何执行gawk程序 48 6.3 文件、记录和字段 48 6.4 模式和动作 49 6.5 比较运算和数值运算 50 6.6 内部函数 50 6.6.1 随机数和数学函数 51 6.6.2 字符串的内部函数 51 6.6.3 输入输出的内部函数 52 6.7 字符串和数字 52 6.8 格式化输出 52 6.9 改变字段分隔符 54 6.10 元字符 54 6.11 调用gawk程序 55 6.12 BEGIN和END 55 6.13 变量 56 6.14 内置变量 56 6.15 控制结构 57 6.15.1 if 表达式 57 6.15.2 while 循环 57 6.15.3 for 循环 58 6.15.4 next 和 exit 58 6.16 数组 58 6.17 用户自定义函数 58 6.18 几个实例 59 第7章 Perl语言编程 60 7.1 什么是Perl 60 7.2 Perl的现状 60 7.3 初试Perl 60 7.4 Perl变量 60 7.4.1 标量 60 7.4.2 数组 63 7.4.3 相关数组 65 7.5 文件句柄和文件操作 65 7.6 循环结构 66 7.6.1 foreach循环 66 7.6.2 判断运算 66 7.6.3 for循环 67 7.6.4 while 和 until循环 67 7.7 条件结构 67 7.8 字符匹配 68 7.9 替换和翻译 69 7.9.1 替换 69 7.9.2 翻译 70 7.10 子过程 70 7.10.1 子过程的定义 70 7.10.2 参数 70 7.10.3 返回值 70 7.11 Perl程序的完整例子 71 第三篇 Linux系统内核分析 第8章 Linux内核简介 73 8.1 系统初始化 73 8.2 系统运行 73 8.3 内核提供的各种系统调用 74 8.3.1 进程的基本概念和系统 的基本数据结构 74 8.3.2 创建和撤消进程 74 8.3.3 执行程序 74 8.4 存取文件系统 75 第9章 系统进程 76 9.1 什么是进程 76 9.2 进程的结构 76 9.3 进程调度 78 9.4 进程使用的文件 79 9.5 进程使用的虚拟内存 80 9.6 创建进程 81 9.7 进程的时间和计时器 81 9.7.1 实时时钟 81 9.7.2 虚拟时钟 81 9.7.3 形象时钟 81 9.8 程序的执行 82 9.8.1 ELF文件 82 9.8.2 脚本文件 82 第10章 内存管理 83 10.1 内存管理的作用 83 10.2 虚拟内存的抽象模型 83 10.3 按需装入页面 84 10.4 交换 85 10.5 共享虚拟内存 85 10.6 存取控制 85 10.7 高速缓存 86 10.7.1 缓冲区高速缓存 86 10.7.2 页面高速缓存 86 10.7.3 交换高速缓存 86 10.7.4 硬件高速缓存 86 10.8 系统页面表 86 10.9 页面的分配和释放 87 10.9.1 页面的分配 88 10.9.2 页面的释放 88 10.10 内存映射 88 10.11 请求调页 89 10.12 页面高速缓存 89 10.13 内核交换守护进程 90 第11章 进程间通信 91 11.1 信号机制 91 11.2 管道机制 92 11.3 System V IPC 机制 93 11.3.1 信息队列 93 11.3.2 信号量 94 11.3.3 共享内存 96 第12章 PCI 98 12.1 PCI 系统 98 12.2 PCI地址空间 98 12.3 PCI设置头 99 12.4 PCI I/O 和 PCI 内存地址 100 12.5 PCI-ISA桥 100 12.6 PCI-PCI 桥 100 12.7 PCI初始化 101 12.7.1 Linux系统内核有关PCI的 数据结构 101 12.7.2 PCI 设备驱动程序 102 12.7.3 PCI BIOS 函数 105 12.7.4 PCI Fixup 105 第13章 中断和中断处理 106 13.1 中断 106 13.2 可编程中断控制器 106 13.3 初始化中断处理的数据结构 107 13.4 中断处理 108 第14章 设备驱动程序 109 14.1 硬件设备的管理 109 14.2 轮询和中断 110 14.3 直接内存存取 110 14.4 内存 111 14.5 设备驱动程序和内核之间的接口 111 14.5.1 字符设备 112 14.5.2 块设备 113 14.6 硬盘 113 14.6.1 IDE 硬盘 115 14.6.2 初始化IDE 硬盘子系统 115 14.6.3 SCSI 硬盘 115 14.6.4 初始化 SCSI 磁盘子系统 116 14.6.5 传递块设备请求 118 14.7 网络设备 118 14.7.1 网络设备文件名 118 14.7.2 总线信息 118 14.7.3 网络接口标记 119 14.7.4 协议信息 119 14.7.5 初始化网络设备 119 第15章 文件系统 121 15.1 Linux文件系统概述 121 15.2 ext2文件系统 122 15.2.1 ext2的索引节点 122 15.2.2 ext2超级块 124 15.2.3 ext2 数据块组描述符 124 15.2.4 ext2 中的目录 125 15.2.5 在ext2 文件系统中查找文件 125 15.2.6 改变ext2 文件系统中文件 的大小 126 15.3 VFS 127 15.3.1 VFS 超级块 128 15.3.2 VFS 索引节点 129 15.3.3 登记文件系统 129 15.3.4 挂接文件系统 130 15.3.5 在VFS中查找文件 131 15.3.6 撤消文件系统 131 15.3.7 VFS 索引节点缓存 132 15.3.8 VFS目录缓存 132 15.4 缓冲区缓存 133 15.5 /proc 文件系统 135 第16章 网络系统 136 16.1 TCP/IP 网络简介 136 16.2 TCP/IP网络的分层 137 16.3 BSD 套接口 138 16.4 INET套接口层 140 16.4.1 创建BSD 套接口 141 16.4.2 给INET BSD 套接口指定地址 141 16.4.3 在INET BSD套接口上创建连接 142 16.4.4 监听INET BSD 套接口 142 16.4.5 接收连接请求 143 16.5 IP 层 143 16.5.1 套接口缓冲区 143 16.5.2 接收IP数据包 144 16.5.3 发送IP数据包 144 16.5.4 数据碎片 144 16.6 地址解析协议 145 第17章 系统内核机制 147 17.1 Bottom Half处理 147 17.2 任务队列 148 17.3 计时器 149 17.4 等待队列 149 17.5 信号量 150 第四篇 Linux系统高级编程 第18章 Linux内核模块编程 151 18.1 一个简单程序Hello World 151 18.2 设备文件 152 18.3 /proc文件系统 156 18.4 使用/proc输入 158 18.5 与设备文件通信 162 18.6 启动参数 169 18.7 系统调用 170 18.8 阻塞进程 172 18.9 替换printk 177 18.10 调度任务 178 第19章 有关进程通信的编程 181 19.1 进程间通信简介 181 19.2 半双工UNIX管道 181 19.2.1 基本概念 181 19.2.2 使用C语言创建管道 182 19.2.3 创建管道的简单方法 185 19.2.4 使用管道的自动操作 187 19.2.5 使用半双工管道时的注意事项 188 19.3 命名管道 188 19.3.1 基本概念 188 19.3.2 创建FIFO 188 19.3.3 FIFO操作 189 19.3.4 FIFO的阻塞 190 19.3.5 SIGPIPE信号 190 19.4 System V IPC 190 19.4.1 基本概念 190 19.4.2 消息队列基本概念 191 19.4.3 系统调用msgget() 194 19.4.4 系统调用msgsnd() 195 19.4.5 系统调用msgctl() 197 19.4.6 一个msgtool的实例 199 19.5 使用信号量编程 201 19.5.1 基本概念 201 19.5.2 系统调用semget() 202 19.5.3 系统调用semop() 203 19.5.4 系统调用semctl() 204 19.5.5 使用信号量集的实例:semtool 205 19.6 共享内存 209 19.6.1 基本概念 209 19.6.2 系统内部用户数据结构 shmid_ds 209 19.6.3 系统调用shmget() 210 19.6.4 系统调用shmat() 211 19.6.5 系统调用shmctl() 211 19.6.6 系统调用shmdt() 212 19.6.7 使用共享内存的实例:shmtool 212 第20章 高级线程编程 215 20.1 线程的概念和用途 215 20.2 一个简单的例子 215 20.3 线程同步 217 20.4 使用信号量协调程序 218 20.5 信号量的实现 220 20.5.1 Semaphore.h 220 20.5.2 Semaphore.c 221 第21章 Linux系统网络编程 225 21.1 什么是套接口 225 21.2 两种类型的Internet套接口 225 21.3 网络协议分层 225 21.4 数据结构 225 21.5 IP地址和如何使用IP地址 226 21.5.1 socket() 226 21.5.2 bind() 226 21.5.3 connect() 227 21.5.4 listen() 228 21.5.5 accept() 228 21.5.6 send() 和 recv() 229 21.5.7 sendto() 和 recvfrom() 230 21.5.8 close() 和 shutdown() 230 21.5.9 getpeername() 231 21.5.10 gethostname() 231 21.6 DNS 231 21.7 客户机/服务器模式 232 21.8 简单的数据流服务器程序 232 21.9 简单的数据流客户机程序 234 21.10 数据报套接口 235 21.11 阻塞 237 第22章 Linux I/O端口编程 240 22.1 如何在 C 语言下使用I/O端口 240 22.1.1 一般的方法 240 22.1.2 另一个替代方法: /dev/port 241 22.2 硬件中断 与 DMA 存取 241 22.3 高精确的时间 241 22.3.1 延迟时间 241 22.3.2 时间的量测 243 22.4 使用其他程序语言 243 22.5 一些有用的 I/O 端口 243 22.5.1 并行端口 243 22.5.2 游戏端口 244 22.5.3 串行端口 245 第五篇 Linux系统安全分析 第23章 系统管理员安全 247 23.1 安全管理 247 23.2 超级用户 247 23.3 文件系统安全 247 23.3.1 Linux文件系统概述 247 23.3.2 设备文件 248 23.3.3 /etc/mknod命令 249 23.3.4 安全考虑 249 23.3.5 find命令 250 23.3.6 secure程序 250 23.3.7 ncheck命令 250 23.3.8 安装和拆卸文件系统 250 23.3.9 系统目录和文件 251 23.4 作为root运行的程序 251 23.4.1 启动系统 251 23.4.2 init进程 251 23.4.3 进入多用户 252 23.4.4 shutdown命令 252 23.4.5 系统V的cron程序 252 23.4.6 系统V版本2之后的cron程序 252 23.4.7 /etc/profile 253 23.5 /etc/passwd文件 253 23.5.1 口令时效 253 23.5.2 UID和GID 254 23.6 /etc/group文件 254 23.7 增加、删除和移走用户 254 23.7.1 增加用户 254 23.7.2 删除用户 255 23.7.3 将用户移到另一个系统 255 23.8 安全检查 255 23.8.1 记帐 255 23.8.2 其他检查命令 256 23.8.3 安全检查程序的问题 256 23.8.4 系统泄密后怎么办 257 23.9 加限制的环境 258 23.9.1 加限制的外壳 258 23.9.2 用chroot()限制用户 258 23.10 小系统安全 259 23.11 物理安全 259 23.12 用户意识 260 23.13 系统管理员意识 261 23.13.1 保持系统管理员个人的 登录安全 261 23.13.2 保持系统安全 261 第24章 系统程序员安全 263 24.1 系统子程序 263 24.1.1 I/O子程序 263 24.1.2 进程控制 263 24.1.3 文件属性 264 24.1.4 UID和GID的处理 265 24.2 标准C程序库 265 24.2.1 标准I/O 265 24.2.2 /etc/passwd的处理 266 24.2.3 /etc/group的处理 267 24.2.4 加密子程序 268 24.2.5 运行外壳 268 24.3 编写安全的C程序 268 24.3.1 需要考虑的安全问题 268 24.3.2 SUID/SGID程序指导准则 269 24.3.3 编译、安装SUID/SGID程序 的方法 269 24.4 root用户程序的设计 270 第25章 Linux系统的网络安全 272 25.1 UUCP系统概述 272 25.1.1 UUCP命令 272 25.1.2 uux命令 272 25.1.3 uucico程序 273 25.1.4 uuxqt程序 273 25.2 UUCP的安全问题 273 25.2.1 USERFILE文件 273 25.2.2 L.cmds文件 274 25.2.3 uucp登录 274 25.2.4 uucp使用的文件和目录 274 25.3 HONEYDANBER UUCP 275 25.3.1 HONEYDANBER UUCP与 老UUCP的差别 275 25.3.2 登录名规则 276 25.3.3 MACHINE规则 277 25.3.4 组合MACHINE和LOGNAME 规则 278 25.3.5 uucheck命令 278 25.3.6 网关 278 25.3.7 登录文件检查 279 25.4 其他网络 279 25.4.1 远程作业登录 279 25.4.2 NSC网络系统 280 25.5 通信安全 280 25.5.1 物理安全 280 25.5.2 加密 281 25.5.3 用户身份鉴别 282 25.6 SUN OS系统的网络安全 283 25.6.1 确保NFS的安全 283 25.6.2 NFS安全性方面的缺陷 284 25.6.3 远程过程调用鉴别 284 25.6.4 Linux鉴别机制 284 25.6.5 DES鉴别系统 285 25.6.6 公共关键字的编码 286 25.6.7 网络实体的命名 286 25.6.8 DES鉴别系统的应用 287 25.6.9 遗留的安全问题 287 25.6.10 性能 288 25.6.11 启动和setuid程序引起的问题 288 25.6.12 小结 289 第26章 Linux系统的用户安全性 290 26.1 口令安全 290 26.2 文件许可权 290 26.3 目录许可 291 26.4 umask命令 291 26.5 设置用户ID和同组用户ID许可 291 26.6 cp mv ln和cpio命令 291 26.7 su和newgrp命令 292 26.7.1 su命令 292 26.7.2 newgrp命令 292 26.8 文件加密 292 26.9 其他安全问题 293 26.9.1 用户的.profile文件 293 26.9.2 ls -a 293 26.9.3 .exrc文件 293 26.9.4 暂存文件和目录 293 26.9.5 UUCP和其他网络 293 26.9.6 特洛伊木马 294 26.9.7 诱骗 294 26.9.8 计算机病毒 294 26.9.9 要离开自己已登录的终端 294 26.9.10 智能终端 294 26.9.11 断开与系统的连接 294 26.9.12 cu命令 295 26.10 保持帐户安全的要点 295 第六篇 X window系统的内部结构和使用 第27章 X Window系统的基本知识 297 27.1 X Window系统介绍 297 27.1.1 X的特点 297 27.1.2 什么是窗口系统 298 27.1.3 X发展的历史 299 27.1.4 X的产品 299 27.1.5 MIT发行的X 299 27.2 X的基本结构 302 27.2.1 X 的基本元素 303 27.2.2 服务程序和客户程序如何 交互通信 304 27.2.3 X 的网络概况 306 27.3 从用户界面的角度概观X 307 27.3.1 管理界面:窗口管理器 307 27.3.2 应用程序界面和工具箱 309 27.3.3 其他系统角度 309 27.4 术语和符号 310 27.4.1 术语 310 27.4.2 符号 311 27.5 启动和关闭X 312 27.5.1 启动X 312 27.5.2 执行X程序的方式 313 27.5.3 关闭X 314 27.6 窗口管理器基础—uwm 315 27.6.1 什么是窗口管理器 315 27.6.2 启动uwm 315 27.6.3 基本窗口操作 —uwm 的菜单 315 27.6.4 移动窗口 316 27.6.5 重定窗口大小 316 27.6.6 建立新窗口 316 27.6.7 管理屏幕空间 318 27.6.8 中止应用程序窗口 320 27.6.9 激活uwm菜单的其他方式 320 27.7 使用 x的网络设备 320 27.7.1 指定远程终端机—display 选项 321 27.7.2 实际使用远程的显示器 322 27.7.3 控制存取显示器—xhost 322 27.8 终端机模拟器—详细介绍xterm 323 27.8.1 选择xterm功能—菜单与 命令行选项 323 27.8.2 滚动xterm屏幕 324 27.8.3 记录与终端机的交互过程—写 记录 325 27.8.4 剪贴文本 325 27.8.5 使用Tektronix模拟功能 326 27.8.6 使用不同的字体 327 27.8.7 使用颜色 327 27.8.8 其他xterm选项 327 27.8.9 设定终端机键盘 328 第28章 实用程序和工具 329 28.1 实用程序 329 28.2 保存、显示和打印屏幕图像 330 28.3 使用X的应用程序 332 28.3.1 文字编辑器—Xedit 333 28.3.2 邮件/信息处理系统—xmh 336 28.4 示例和游戏程序 336 28.4.1 找出通过随机迷宫的 路径—maze 336 28.4.2 担任鼠标指针的大眼睛— xeyes 336 28.4.3 智慧盘游戏—puzzle 337 28.4.4 打印一个大X标志—xlogo 337 28.4.5 跳动的多面体—ico 337 28.4.6 动态几何图案—muncher与 plaid 337 28.7 显示信息和状态的程序 337 28.7.1 列出X服务程序的特征— xdpyinfo 338 28.7.2 获取有关窗口的信息 338 28.7.3 观察X的事件—xev 340 第29章 定制X Window系统 341 29.1 使用X的字体和颜色 341 29.1.1 字体初步 341 29.1.2 字体命名 342 29.1.3 观察特定字体的内容—xfd 343 29.1.4 保存字体和位置 343 29.1.5 例子:在你的服务程序中 增加新字体 345 29.1.6 使用X的颜色 346 29.2 定义和使用图形 347 29.2.1 系统图形程序库 347 29.2.2 交互编辑图形—bitmap 347 29.2.3 编辑图形的其他方法 349 29.2.4 定制根窗口—xsetroot 349 29.3 定义应用程序的缺省选项— Resources 350 29.3.1 什么是资源 350 29.3.2 XToolkit 351 29.3.3 管理资源—资源管理器 353 29.3.4 资源的类型—如何指定值 358 29.4 实际使用资源 359 29.4.1 在何处保存资源的缺省值 359 29.4.2 在服务程序上保存缺省值— xrdb 363 29.4.3 常见的错误和修正 366 29.5 定制键盘和鼠标 367 29.5.1 实际使用转换 368 29.5.2 转换—格式和规则 374 29.5.3 转换规范中常见的问题 377 29.6 键盘和鼠标—对应和参数 379 29.6.1 键盘和鼠标映射—xmodmap 379 29.6.2 键盘和鼠标参数设定—xset 382 29.7 进一步介绍和定制uwm 384 29.7.1 uwm的新特征 384 29.7.2 定制uwm 386 29.8 显示器管理器—xdm 390 29.8.1 需要做些什么 390 29.8.2 xdm 391 29.8.3 xdm的更多信息 392 29.8.4 uwm配置 395 附录A Gcc使用介绍 396 附录B 安装X Window窗口系统 410

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