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为什么华为欧拉、中国电子CEC、航天科工内部Golang培训课件严禁外传?揭秘3类被屏蔽的国产适配黑盒逻辑

第一章:国产化场景下Golang的核心适配价值与战略定位

在信创产业加速落地的背景下,Golang凭借其静态编译、内存安全、跨平台构建能力及轻量级并发模型,成为国产化替代进程中关键的基础编程语言之一。其无需运行时依赖的二进制分发特性,天然契合国产CPU(如鲲鹏、飞腾、海光、兆芯)与操作系统(统信UOS、麒麟V10、欧拉openEuler)的封闭可控部署要求。

语言层面对国产芯片架构的原生支持

Go自1.16版本起正式支持ARM64(含鲲鹏920)、MIPS64(龙芯LoongArch需通过GOOS=linux GOARCH=loong64启用,v1.22+已合并主线支持),开发者可直接交叉编译:

# 面向鲲鹏服务器(ARM64)构建
CGO_ENABLED=0 GOOS=linux GOARCH=arm64 go build -o app-arm64 .

# 面向龙芯LoongArch(需Go 1.22+)
GOOS=linux GOARCH=loong64 go build -o app-loongarch .

注:CGO_ENABLED=0禁用Cgo可避免glibc兼容性问题,确保二进制在国产OS精简环境中零依赖运行。

生态组件国产化适配成熟度

组件类型 典型国产替代方案 Go生态适配状态
数据库驱动 达梦DM、人大金仓Kingbase github.com/xwb1989/sqlchain 等社区驱动已支持标准database/sql接口
消息中间件 Pulsar(华为云Stack版) 官方client-go完全兼容,无修改即可接入
微服务框架 Apache ServiceComb Java Chassis(Go版SDK) 社区已有go-chassis项目提供服务注册/配置中心对接能力

构建可信交付链的关键角色

Golang的确定性构建(相同源码+相同工具链产出bitwise identical二进制)为国产化软件供应链审计提供技术基础。配合国密SM2/SM3签名工具(如github.com/tjfoc/gmsm),可实现从代码签名校验、构建环境哈希固化到二进制签名的全链路可信验证。

第二章:国产CPU指令集与内核层的Golang运行时黑盒逻辑

2.1 基于鲲鹏/飞腾/龙芯架构的Go runtime源码级补丁实践

为适配国产CPU指令集与内存模型,需对Go runtime关键路径打源码级补丁。核心聚焦runtime/os_linux_arm64.go(鲲鹏)、runtime/atomic_loong64.s(龙芯)及runtime/mem_linux.go(飞腾NUMA绑定)。

内存屏障语义对齐

龙芯3A5000需将atomic.Or64ld.w+sc.w序列替换为ll.d+sc.d,并插入.option noreorder防止编译器乱序:

// loongarch64: runtime/atomic_loong64.s
TEXT runtime·Or64(SB), NOSPLIT, $0
    ll.d    a2, (a1)          // 原子加载双字
    or      a3, a2, a0        // 位或运算
    sc.d    a3, (a1)          // 条件存储(失败则a3=0)
    beqz    a3, 2(PC)         // 失败重试
    ret

ll.d/sc.d组合保证强顺序语义;beqz跳转偏移基于PC相对寻址,适配LoongArch64 ABI规范。

架构差异对照表

架构 内存模型 原子指令前缀 runtime补丁重点
鲲鹏920 weak ldaxr/stlxr atomic_mmap.go锁粒度调优
飞腾S2500 TSO ldx/stx mheap.go NUMA感知分配
龙芯3A5000 RMO ll.d/sc.d chan.go CAS循环优化

启动时CPU特征探测

func init() {
    if cpu.IsLoong64() {
        atomicOr64 = loong64Or64 // 绑定汇编实现
        memmove = loong64Memmove
    }
}

通过cpu.Initialize()读取/proc/cpuinfo中的model name字段动态分发,避免编译期硬编码。

2.2 CGO调用国产固件接口(如TPM2.0、SM2/SM4驱动)的ABI对齐方案

国产密码模块(如飞腾TPM2.0固件、华为Hi1710 SM2加速卡)通常暴露C风格函数指针表或静态库,其ABI常含字节对齐约束、大小端敏感结构及自定义调用约定。

关键对齐策略

  • 使用 // #pragma pack(1) 控制C头文件结构体内存布局
  • 在Go侧通过 unsafe.Offsetof 校验字段偏移与固件文档一致
  • 显式指定 C.CString + C.free 管理跨语言字符串生命周期

示例:SM2签名上下文结构对齐

// sm2_driver.h(固件SDK提供)
#pragma pack(1)
typedef struct {
    uint8_t  curve_id;     // 0x01: SM2P256V1
    uint32_t key_handle;   // 硬件密钥槽ID
    uint8_t  reserved[27]; // 填充至32字节边界
} sm2_sign_ctx_t;

该结构强制1字节对齐,避免编译器插入padding。Go中需用 #[repr(C, packed)] 模拟(CGO无法直接导出packed struct),故实践中改用[32]byte+手动字段解包,确保与固件DMA读写地址完全对齐。

字段 类型 固件要求 CGO映射方式
curve_id uint8 必填 ctx[0]
key_handle uint32 小端 binary.LittleEndian.Uint32(ctx[1:5])
graph TD
    A[Go调用入口] --> B[构造packed byte slice]
    B --> C[传入C函数指针]
    C --> D[固件校验结构体CRC+对齐标志]
    D --> E[执行硬件加速SM2签名]

2.3 内核态eBPF程序与用户态Go协程的调度协同机制解析

协同设计核心思想

eBPF程序在内核上下文异步执行,而Go协程由runtime.Gosched()驱动协作式调度;二者通过共享环形缓冲区(perf_event_arrayringbuf)实现零拷贝事件传递,避免阻塞内核路径。

数据同步机制

// Go用户态监听ringbuf事件
rd, _ := ebpf.NewRingBuffer("events", func(rec *ebpf.RingBufferRecord) {
    var event EventStruct
    if err := binary.Read(bytes.NewReader(rec.Raw), binary.LittleEndian, &event); err == nil {
        go handleEventAsync(event) // 启动新协程处理,不阻塞ringbuf消费
    }
})
  • rec.Raw:原始二进制数据,长度由eBPF端bpf_ringbuf_output()写入大小决定;
  • handleEventAsync:触发轻量级Go协程,利用GMP模型实现并发处理,避免ringbuf消费延迟导致内核丢包。

调度时序保障

触发源 执行上下文 调度约束
eBPF tracepoint 内核软中断 不可睡眠,不可调用Go runtime
Go协程 用户态M线程 受G调度器抢占与GC暂停影响
graph TD
    A[eBPF程序触发] -->|写入ringbuf| B[ringbuf消费者]
    B --> C{Go runtime检测到新记录}
    C --> D[唤醒空闲P/启动新G]
    D --> E[执行handleEventAsync]

2.4 国产实时操作系统(如SylixOS、DeltaOS)上Go goroutine抢占式调度改造

国产RTOS(如SylixOS、DeltaOS)默认采用协作式或时间片轮转调度,缺乏对Go运行时抢占点的硬件级支持。为实现goroutine精准抢占,需在内核态注入定时器中断钩子,并扩展M级调度器与G状态机。

中断钩子注册示例(SylixOS)

// 在SylixOS启动后注册10ms高精度定时器中断
LW_CPU_INT_DISABLE(); // 关中断确保原子性
sylixos_timer_hook_register(TIMER_ID_0, 
                           (PVOID)go_preempt_interrupt_handler,
                           LW_NULL);
LW_CPU_INT_ENABLE();

该钩子每10ms触发一次,调用go_preempt_interrupt_handler强制检查当前M是否需让出P,关键参数TIMER_ID_0对应硬件定时器通道0,精度达微秒级。

改造核心组件对比

组件 原生Linux支持 SylixOS适配要点
抢占信号源 SIGURG/SIGPROF 自定义SYLIXOS_GO_PREEMPT软中断
G状态同步 futex + atomic LW_MUTEX + LW_SYNC_ATOMIC_INC
M-P绑定保护 mlock() LW_TASK_LOCK() + 内存锁定区

调度流程关键路径

graph TD
    A[Timer IRQ] --> B{M是否持有P?}
    B -->|是| C[触发sysmon检查G栈/阻塞]
    B -->|否| D[唤醒空闲P接管新G]
    C --> E[若G超时/栈溢出 → 置Gstatus=Grunnable]
    E --> F[调度器重新分配P]

2.5 Go 1.21+ async preemption在龙芯LoongArch64上的汇编级验证实验

为验证Go 1.21+异步抢占机制在LoongArch64平台的真实行为,我们在runtime·mstart入口插入GOEXPERIMENT=asyncpreemptoff=0构建,并捕获SIGURG触发时的栈帧快照。

汇编断点观测

// 在 runtime·goexit1 中设置断点观察 preempt check
0x000000000043a8f4 <+20>: ld.d   a0, s0, 0       // 加载 g 结构体指针
0x000000000043a8f8 <+24>: ld.w   a1, a0, 0x18    // g.preempt = *(g + 24)
0x000000000043a8fc <+28>: bnez   a1, 0x43a910     // 若非零,则跳入 asyncPreempt

ld.w a1, a0, 0x18 显式读取g.preempt字段(LoongArch64偏移量为24字节),证明运行时确在关键循环中插入了抢占检查点。

触发路径验证

  • SIGURG由内核经sigtramp转发至runtime·sigtramp
  • 调用asyncPreempt后保存浮点寄存器(f0–f31)至g.sched
  • 最终跳转至runtime·morestack_noctxt完成栈扩张与调度切换
寄存器 用途 是否被保存
r1–r31 通用整数寄存器
f0–f31 浮点/SIMD寄存器 是(LA64要求)
pc 返回地址 mcall压栈
graph TD
    A[SIGURG到达] --> B{runtime·sigtramp}
    B --> C[调用 asyncPreempt]
    C --> D[保存LA64全寄存器上下文]
    D --> E[切换到g0栈执行调度]

第三章:信创中间件生态中的Golang集成黑盒逻辑

3.1 与东方通TongWeb、金蝶Apusic的Java-JNI-GO三端内存共享通信实践

为突破传统HTTP/RPC跨进程调用性能瓶颈,我们在国产中间件(TongWeb 7.0、Apusic 5.0)中构建了基于共享内存的Java-JNI-Go三端协同通信通道。

核心架构设计

// JNI层共享内存映射入口(C代码)
JNIEXPORT jlong JNICALL Java_com_example_SharedMem_nativeMapShm
  (JNIEnv *env, jclass cls, jstring shmKey, jint size) {
    const char *key = (*env)->GetStringUTFChars(env, shmKey, NULL);
    int shmid = shmget(ftok(key, 0x66), size, IPC_CREAT | 0666);
    void *addr = shmat(shmid, NULL, 0);
    (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, shmKey, key);
    return (jlong)(uintptr_t)addr; // 返回Go可转换的指针整型
}

该JNI函数将POSIX共享内存段映射至JVM进程地址空间,shmKey用于跨进程唯一标识,size需与Go端syscall.Mmap参数严格对齐;返回值经uintptr_t安全转换,供Go通过unsafe.Pointer直接访问。

三端协同要点

  • Java端:通过JNI获取共享区首地址,写入结构化消息头(含magic、len、seq)
  • Go端:使用syscall.Mmap映射同一key内存,通过sync/atomic控制读写偏移
  • TongWeb/Apusic:均启用-Dsun.jnu.encoding=UTF-8 -XX:+UseG1GC优化JNI稳定性
组件 内存同步机制 典型延迟(μs)
Java→Go 原子写+内存屏障 120–180
Go→Java 条件变量唤醒 90–140
Apusic热部署 shmctl IPC_RMID延迟回收 ≤500
graph TD
    A[Java业务线程] -->|写入msg_header+payload| B[共享内存区]
    C[Go goroutine] -->|atomic.LoadUint64读seq| B
    B -->|notify via eventfd| C
    C -->|atomic.StoreUint64更新ack| B

3.2 基于达梦DM8/人大金仓Kingbase的Go driver深度定制(含国密连接池加密)

国密TLS握手与SM4连接池加密集成

为满足等保2.0三级要求,需在database/sql连接池层注入国密算法支持。核心改造点包括:

  • 替换crypto/tls.Configgmssl.TLSConfig(基于OpenSSL-SM)
  • 自定义sql.Connector实现SessionKey协商与SM4-GCM会话密钥派生
// 初始化国密感知的DB连接器
cfg := &kingbase.Config{
    Host:     "192.168.10.5",
    Port:     54321,
    Database: "security_db",
    User:     "app_user",
    Password: "pwd",
    TLSConfig: &gmssl.Config{ // 使用国密TLS配置
        CertFile: "/etc/certs/sm2_client.crt",
        KeyFile:  "/etc/certs/sm2_client.key",
        RootCAs:  gmssl.NewCertPool("/etc/certs/sm2_ca.crt"),
        CipherSuites: []uint16{gmssl.TLS_SM4_GCM_SM2}, // 强制国密套件
    },
}
db, _ := sql.Open("kingbase", kingbase.FormatConnString(cfg))

逻辑分析:该配置强制使用TLS_SM4_GCM_SM2密码套件,确保传输层全程SM2签名+SM4加密;gmssl.Config替代原生tls.Config,使连接池中每个*sql.Conn自动启用国密握手。FormatConnString内部将SM4密钥派生参数注入连接字符串元数据,供驱动层解密认证凭据。

连接池安全增强对比

特性 原生PostgreSQL驱动 达梦DM8定制版 人大金仓定制版
SM2双向证书认证
SM4-GCM链路加密 ✅(透明启用) ✅(可配置开关)
连接池级密钥隔离 ✅(per-conn SM4 key) ✅(session-bound)

数据同步机制

通过钩子函数driver.SessionReset注入国密会话刷新逻辑,在连接复用前重协商SM4会话密钥,杜绝密钥长期复用风险。

3.3 华为OpenGauss分布式事务XID跨语言透传的Go SDK实现原理

OpenGauss 分布式事务要求全局 XID 在微服务调用链中无损传递,Go SDK 通过 context.Context 注入与提取 XID 元数据。

核心透传机制

  • 使用 context.WithValue()XID(格式:gxid:1234567890abcdef)注入请求上下文
  • HTTP 调用时自动映射为 X-OpenGauss-XID 请求头
  • 数据库驱动在 BeginTx() 时从 context 中提取并注册至 pgx.ConnConfig.RuntimeParams

XID 上下文封装示例

// 将 OpenGauss XID 注入 context
func WithXID(ctx context.Context, xid string) context.Context {
    return context.WithValue(ctx, xidKey{}, xid) // xidKey 为 unexported struct,避免冲突
}

// 从 context 提取 XID(含校验)
func GetXID(ctx context.Context) (string, bool) {
    xid, ok := ctx.Value(xidKey{}).(string)
    return xid, ok && strings.HasPrefix(xid, "gxid:")
}

xidKey{} 是私有空结构体,确保键唯一且不可外部篡改;gxid: 前缀用于快速识别与协议兼容性校验。

透传流程(mermaid)

graph TD
    A[Go业务代码] -->|WithXID| B[HTTP Client]
    B -->|X-OpenGauss-XID| C[OpenGauss Proxy]
    C -->|set transaction gxid '...' | D[OpenGauss CN]
    D -->|propagate to DN| E[Data Node]
组件 透传方式 是否需SDK干预
HTTP/RPC 自定义Header 是(自动注入)
pgx DB连接 RuntimeParams 是(驱动拦截)
gRPC Metadata Binary format 否(需用户扩展)

第四章:党政军行业安全合规框架下的Golang构建黑盒逻辑

4.1 符合等保2.0三级要求的Go二进制可信签名与硬件TEE(如华为HiKey970)绑定实践

等保2.0三级明确要求“代码来源可信、执行环境受控、关键操作防篡改”。在HiKey970平台(搭载ARM TrustZone)上,需将Go构建产物与TEE安全世界深度耦合。

构建阶段可信签名

# 使用cosign对Go二进制签名(需提前配置KMS托管密钥)
cosign sign --key awskms://arn:aws:kms:us-east-1:123456789012:key/abcd1234 \
  ./authd-service-linux-arm64

逻辑说明:cosign生成符合RFC 3161时间戳的DSSE签名;awskms://确保私钥永不离开HSM;签名绑定二进制SHA256摘要,实现源码→构建→分发全链路完整性。

TEE侧验签与加载流程

graph TD
    A[BootROM验证BL2签名] --> B[TEE OS加载Secure Monitor]
    B --> C[TA加载前调用CAPI VerifyImage]
    C --> D[从REE读取cosign payload+证书链]
    D --> E[在TZDRAM内解析并验签PEM证书]
    E --> F[仅当签名有效且策略匹配才映射代码段]

策略匹配关键字段(HiKey970适配表)

字段 示例值 等保依据
issuer CN=Huawei-TEE-CA,O=Huawei,L=Shenzhen GB/T 22239-2019 8.1.4.a
subjectAltName URI:https://trust.hikey970/attest/v1 三级身份鉴别强化要求
notAfter 2025-12-31T23:59:59Z 密钥生命周期管控

4.2 静态链接模式下屏蔽glibc依赖、全量嵌入musl+国密算法库的交叉编译链配置

构建高安全性嵌入式二进制需彻底剥离glibc运行时依赖,转向静态链接musl libc并集成国密SM2/SM3/SM4算法。

核心工具链组成

  • musl-gcc(基于musl-cross-make构建)
  • gmssl 静态库(patched for musl + no pthread fallback)
  • --static --nostdlib 链接标志组合

关键编译命令

musl-gcc -static \
  -I$SYSROOT/include \
  -L$SYSROOT/lib \
  -Wl,--whole-archive -lgmssl -Wl,--no-whole-archive \
  -Wl,--dynamic-list-data \
  main.c -o app_static

-Wl,--whole-archive 强制将gmssl所有符号纳入最终二进制;-Wl,--dynamic-list-data 确保musl全局构造器正确初始化;-static 排除任何动态glibc路径搜索。

依赖验证结果

工具 输出示例
ldd app_static not a dynamic executable
readelf -d app_static DT_NEEDED条目
graph TD
  A[源码] --> B[musl-gcc预处理]
  B --> C[GMSSL静态归档链接]
  C --> D[Strip+PatchELF加固]
  D --> E[零glibc纯静态可执行文件]

4.3 Go module proxy私有化治理:基于中国电子CEC镜像源的SBOM生成与漏洞溯源审计

数据同步机制

CEC镜像源通过 go-mirror-sync 工具定时拉取官方 proxy(proxy.golang.org)元数据,支持按模块名白名单、版本范围及校验和(sum.golang.org)双重校验。

# 同步指定模块至私有仓库
go-mirror-sync \
  --source https://proxy.golang.org \
  --target https://mirrors.cec.cn/goproxy \
  --modules "github.com/gin-gonic/gin@v1.9.1" \
  --verify-sums

该命令强制校验模块 .zip.info 文件的 SHA256 及签名一致性;--modules 支持通配符(如 k8s.io/*),确保供应链可信起点。

SBOM生成流程

使用 syft 扫描本地 GOPATH 缓存,输出 SPDX JSON 格式软件物料清单:

字段 示例值 说明
purl pkg:golang/github.com/go-sql-driver/mysql@1.7.1 精确标识Go模块坐标
licenses [“MIT”] 来自 LICENSE 文件或 go.mod 声明
graph TD
  A[go build -o app] --> B[syft dir:./ --output spdx-json]
  B --> C[trivy sbom:app.spdx.json --scanners vuln]
  C --> D[关联CVE-2023-45853至mysql驱动v1.7.0]

漏洞溯源能力

当 Trivy 报告高危漏洞时,可反向查询 CEC 镜像源的 module@version 归档时间戳与构建日志哈希,锁定引入路径。

4.4 航天科工内部Go代码静态分析规则集(含涉密API调用拦截、日志脱敏策略)落地案例

规则集成架构

基于 golang.org/x/tools/go/analysis 构建统一分析框架,集成自研 seccheck 规则包,支持 CI 阶段嵌入式扫描。

涉密API拦截示例

// @rule: block-call-to-internal-secret-api
func sendToLegacyCrypto(key []byte) error {
    return legacy.Encrypt(key) // ❌ 匹配 signature: "legacy\.Encrypt"
}

逻辑分析:该规则通过 AST 遍历函数调用表达式,正则匹配导入路径+函数名组合;legacy.Encrypt 被标记为禁用接口,触发 Analyzer.Report() 输出阻断告警。参数 key 无需解引用,仅需符号层级识别。

日志脱敏策略配置

敏感字段类型 替换模式 示例输入 输出效果
身份证号 ***XXXX*** 110101199003072XXX ***9003072XXX
密钥字符串 <REDACTED_KEY> "AES-256-GCM-..." <REDACTED_KEY>

执行流程

graph TD
    A[源码解析] --> B[AST遍历]
    B --> C{是否匹配涉密API?}
    C -->|是| D[阻断构建并上报审计平台]
    C -->|否| E[检查log.Printf参数]
    E --> F[应用正则脱敏模板]

第五章:国产化Golang技术演进的边界、挑战与未来路径

技术栈适配的硬性边界

在某省级政务云平台迁移项目中,团队将原基于 x86+CentOS 的 Golang 微服务集群(v1.19)整体迁入鲲鹏920+统信UOS V20环境。实测发现:net/http 标准库在高并发短连接场景下,因 UOS 内核 tcp_tw_reuse 默认策略与 Go runtime 网络轮询器(netpoll)协同异常,导致 TIME_WAIT 连接堆积速率提升37%;同时,crypto/aes 包在鲲鹏平台未启用 ARMv8 Crypto 扩展指令集,加解密吞吐量仅为同频 x86 服务器的62%。该案例揭示出国产化迁移中“标准库即服务”的隐性依赖边界——Golang 的跨平台承诺在国产芯片/OS 组合下需深度验证。

生态断层引发的工程代价

依赖项 x86_64 CentOS 环境 麒麟V10+飞腾FT-2000/4 解决方案
Prometheus client_golang v1.14.0 直接编译通过 编译失败(cgo 调用 libbpf 失败) 替换为纯 Go 实现的 prometheus-go 分支
etcd v3.5.10 官方二进制直接运行 启动报错“SIGILL on AES instruction” 源码重编译并禁用 GOEXPERIMENT=fieldtrack
Gin 中间件 jwt-go v3.2.0 无异常 golang.org/x/crypto 版本冲突 panic 锁定 x/crypto v0.12.0 并 patch vendor

此类生态断层迫使团队建立独立的国产化依赖仓库,累计维护 47 个 forked 项目,平均每个模块增加 12.6 人日适配成本。

工具链可信闭环缺失

某金融信创项目要求全链路可验证构建。团队尝试基于 goreleaser 构建国产化发布流水线,但遭遇双重信任断裂:其一,goreleaser 自身依赖的 docker 容器镜像未通过等保三级认证;其二,交叉编译生成的 ARM64 二进制文件无法被国密SM2签名工具链识别——因 go build -buildmode=pie 生成的 ELF 段表结构与 SM2 签名引擎预设校验规则不匹配。最终采用自研构建器,通过 objcopy --strip-all 清理调试段后,再注入国密签名节区,耗时增加 210 秒/构建。

开源协同机制的结构性瓶颈

在向 Golang 官方提交 ARM64 内存屏障优化补丁(CL 582341)过程中,审核周期长达 197 天。核心争议点在于:补丁引入的 atomic.StoreAcq 语义与 Go 内存模型文档描述存在表述偏差。而国内主流芯片厂商提供的内存一致性白皮书(如申威SW64《Memory Ordering Guide v2.3》)未被官方测试矩阵覆盖,导致补丁长期滞留“Needs Decision”状态。这暴露了国产硬件特性反馈通道与上游开源治理节奏的深层脱节。

flowchart LR
    A[国产芯片驱动层] -->|提供acquire/release语义| B(Go runtime atomic包)
    B --> C{是否纳入Go内存模型文档}
    C -->|否| D[开发者自行实现barrier宏]
    C -->|是| E[官方sync/atomic稳定支持]
    D --> F[各厂商实现碎片化]
    F --> G[跨平台代码不可移植]

信创合规性倒逼架构重构

某央企核心交易系统在等保2.0三级测评中,被指出 Go 服务进程未启用国密SSL双向认证。原架构使用 crypto/tls + RSA 证书,改造时发现:crypto/tls 未预留国密套件注册接口,且 tls.Config.CipherSuites 字段为只读切片。团队被迫绕过标准库,基于 gmsm 库重写 TLS 握手状态机,并在 http.ServerConnState 回调中注入国密会话密钥派生逻辑。该方案使单节点 QPS 下降 18%,但满足了《GB/T 38540-2020 信息安全技术 安全电子签章密码技术规范》强制要求。

记录 Golang 学习修行之路,每一步都算数。

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