{"id":54586,"date":"2019-12-29T00:00:00","date_gmt":"2019-12-28T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/nuzhno-li-sozdavat-raid-massiv-iz-ssd-i-kakie-kontrollery-dlya-etogo-nuzhny"},"modified":"2020-02-18T14:02:37","modified_gmt":"2020-02-18T11:02:37","slug":"nuzhno-li-sozdavat-raid-massiv-iz-ssd-i-kakie-kontrollery-dlya-etogo-nuzhny","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/administrirovanie\/nuzhno-li-sozdavat-raid-massiv-iz-ssd-i-kakie-kontrollery-dlya-etogo-nuzhny","title":{"rendered":"Sollte man ein RAID-Array aus SSDs erstellen und welche Controller sind daf\u00fcr notwendig?","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

Hallo Habr! In diesem Artikel erkl\u00e4ren wir, ob es sinnvoll ist, RAID-Arrays mit SATA SSD- und NVMe SSD-basierten L\u00f6sungen zu organisieren und ob es dabei erhebliche Vorteile gibt. Wir haben uns entschieden, diese Frage zu kl\u00e4ren, indem wir die Arten und Typen von Controllern betrachten, die dies erm\u00f6glichen, sowie die Anwendungsbereiche solcher Konfigurationen.<\/p>\n

\"Sollte
\n<\/a><\/noindex>
\nJeder von uns hat sicherlich schon einmal Begriffe wie \"RAID\", \"RAID-Array\" und \"RAID-Controller\" geh\u00f6rt, aber wahrscheinlich nicht viel Bedeutung beigemessen, da dies f\u00fcr den durchschnittlichen PC-Nutzer nicht von gro\u00dfem Interesse ist. Doch hohe Geschwindigkeiten von internen Speichermedien und zuverl\u00e4ssiger Betrieb sind f\u00fcr jeden wichtig. Denn unabh\u00e4ngig davon, wie leistungsstark der Computer ist, wird die Geschwindigkeit des Speichers zum Engpass, wenn es um die Gesamtleistung von PCs und Servern geht. <\/p>\n

Das war genau bis zu dem Moment, als die modernen NVMe-SSDs mit vergleichbaren Kapazit\u00e4ten von 1 TB und mehr die traditionellen HDDs abl\u00f6sten. Fr\u00fcher waren in PCs h\u00e4ufig Kombinationen aus SATA-SSDs und einer handvoll gro\u00dfer HDDs zu finden, doch heute setzt sich eine andere L\u00f6sung durch \u2013 NVMe-SSDs kombiniert mit ein paar leistungsstarken SATA-SSDs. Im Bereich der Unternehmensserver und Cloud-Dienste haben viele bereits erfolgreich auf SATA-SSDs umgestellt, einfach weil diese schneller sind als herk\u00f6mmliche \u201eFestplatten\u201c und ein h\u00f6heres Volumen an Ein-\/Ausgaben gleichzeitig verarbeiten k\u00f6nnen.<\/p>\n

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\nDie Ausfallsicherheit des Systems bleibt dennoch auf einem relativ niedrigen Niveau: Wir k\u00f6nnen nicht wie in der \u201eBattle of the Psychics\u201c vorhersagen, mit welcher Genauigkeit sogar bis zu einer Woche, wann ein bestimmter Flash-Speicher den Geist aufgibt. W\u00e4hrend HDDs allm\u00e4hlich \u201esterben\u201c und dabei Symptome zeigen, die es erm\u00f6glichen, Gegenma\u00dfnahmen zu ergreifen, \u201esterben\u201c SSDs pl\u00f6tzlich und ohne Vorwarnung. Jetzt ist es an der Zeit, sich zu fragen, warum das Ganze \u00fcberhaupt notwendig ist. Sollten wir RAID-Arrays auf der Basis von SATA-SSDs und NVMe-SSDs einrichten, und wird sich das wirklich rentieren? <\/p>\n

Was ist der Zweck eines RAID-Arrays?<\/h2>\n

\nDas Wort \u201eArray\u201c impliziert bereits, dass f\u00fcr seine Erstellung mehrere Speichermedien (HDD und SSD) verwendet werden, die durch einen RAID-Controller verbunden sind und von dem Betriebssystem als ein einziges Datenspeicherger\u00e4t erkannt werden. Die Hauptaufgabe, die RAID-Arrays erm\u00f6glichen, besteht darin, die Zugriffszeit auf Daten zu minimieren, die Lese- und Schreibgeschwindigkeit zu erh\u00f6hen und die Zuverl\u00e4ssigkeit zu steigern, die durch die M\u00f6glichkeit einer schnellen Wiederherstellung im Falle eines Ausfalls erreicht wird. \u00dcbrigens ist es f\u00fcr pers\u00f6nliche Backups nicht unbedingt erforderlich, RAID zu verwenden. Wenn Sie jedoch einen eigenen Heimserver haben, der rund um die Uhr (24\/7) st\u00e4ndig erreichbar sein muss, sieht die Situation schon anders aus.<\/p>\n

Es gibt \u00fcber ein Dutzend RAID-Levels, die sich durch die Anzahl der eingesetzten Speichermedien unterscheiden und jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile haben: Zum Beispiel erm\u00f6glicht RAID 0 hohe Leistung ohne Ausfallsicherheit, RAID 1 erm\u00f6glicht automatisches Daten-Mirroring ohne Geschwindigkeitsgewinn, und RAID 10 vereint die M\u00f6glichkeiten der oben genannten. RAID 0 und 1 sind die einfachsten (da sie keine Softwareberechnungen erfordern) und daher am beliebtesten. Letztlich h\u00e4ngt die Wahl eines bestimmten RAID-Levels von den Anforderungen an das Speichersystem und den M\u00f6glichkeiten des RAID-Controllers ab.<\/p>\n

Heim- und Unternehmens-RAID: Wo liegen die Unterschiede?<\/h2>\n

\nDie Grundlage eines modernen Unternehmens sind gro\u00dfe Datenmengen, die zuverl\u00e4ssig auf den Servern der Firmen gespeichert werden m\u00fcssen. Dar\u00fcber hinaus muss, wie bereits erw\u00e4hnt, ein kontinuierlicher Zugriff 24\/7 gew\u00e4hrleistet sein. Es versteht sich von selbst, dass neben der Hardware auch die Software eine wichtige Rolle spielt, aber hier sprechen wir haupts\u00e4chlich von der Hardware, die eine zuverl\u00e4ssige Speicherung und Verarbeitung von Informationen sicherstellt. Keine Software kann ein Unternehmen vor dem Ruin bewahren, wenn die technische Ausstattung nicht den an sie gestellten Anforderungen entspricht.<\/p>\n

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\nF\u00fcr diese Aufgaben bietet jeder Hardwarehersteller sogenannte Unternehmensger\u00e4te an. Bei Kingston sind das leistungsstarke SSD-L\u00f6sungen in Form von SATA-Modellen. Kingston 450R (DC450R)<\/a><\/noindex> und der DC500-Serie<\/a><\/noindex>, sowie NVMe-Modelle wie DC1000M U.2 NVMe, DCU1000 U.2 NVMe und DCP-1000 PCI-e, die f\u00fcr den Einsatz in Rechenzentren und Supercomputern gedacht sind. Arrays aus solchen Speichermedien werden in der Regel in Verbindung mit Hardware-Controllern verwendet.<\/p>\n

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\nF\u00fcr den Endverbrauchermarkt (also f\u00fcr Heim-PCs und NAS-Server) sind solche Speichermedien wie Kingston KC2000<\/a><\/noindex> NVMe PCIe, aber in diesem Fall ist es nicht zwingend erforderlich, einen Hardware-Controller zu kaufen. Es gen\u00fcgt, den auf dem Motherboard des PCs oder NAS-Servers integrierten Controller zu nutzen, es sei denn, Sie planen, einen Heimserver f\u00fcr ungew\u00f6hnliche Aufgaben selbst zusammenzustellen (zum Beispiel um einen kleinen Heim-Hosting-Service f\u00fcr Freunde einzurichten). Au\u00dferdem sind private RAID-Systeme normalerweise nicht f\u00fcr Hunderte oder Tausende von Laufwerken ausgelegt, sondern beschr\u00e4nken sich auf zwei, vier oder acht Ger\u00e4te (h\u00e4ufiger SATA).<\/p>\n

Arten und Typen von RAID-Controllern<\/h2>\n

\nEs gibt drei Arten von RAID-Controllern, die auf den Prinzipien der Umsetzung von RAID-Arrays basieren: <\/p>\n

1. Software-RAID-Controller, bei denen die Verwaltung des Arrays auf der CPU und dem DRAM liegt (d.h. die Ausf\u00fchrung des Software-Codes erfolgt auf dem Prozessor).<\/p>\n

2. Integrierte RAID-Controller, die in die Motherboards von PCs oder NAS-Servern eingebaut sind.<\/p>\n

3. Hardware-RAID-Controller (modular), die diskrete Erweiterungskarten f\u00fcr PCI\/PCIe-Slots von Motherboards darstellen. <\/p>\n

Was ist der grundlegende Unterschied zwischen ihnen? Software-RAID-Controller sind hinsichtlich Leistung und Ausfallsicherheit den integrierten und hardwarebasierten Varianten unterlegen, ben\u00f6tigen jedoch keine spezielle Hardware f\u00fcr den Betrieb. Wichtig ist jedoch, sicherzustellen, dass der Prozessor des Host-Systems leistungsf\u00e4hig genug ist, um die RAID-Software auszuf\u00fchren, ohne die Leistung anderer Anwendungen auf dem Host negativ zu beeintr\u00e4chtigen. Integrierte Controller verf\u00fcgen in der Regel \u00fcber eigenen Cache-Speicher und verwenden einen gewissen Anteil an CPU-Ressourcen. <\/p>\n

Hardware-RAID-Controller hingegen besitzen sowohl einen eigenen Cache-Speicher als auch einen integrierten Prozessor zur Ausf\u00fchrung der Software-Algorithmen. Sie erm\u00f6glichen \u00fcblicherweise die Implementierung aller Arten von RAID-Leveln und unterst\u00fctzen gleichzeitig verschiedene Speichertypen. Zum Beispiel k\u00f6nnen an moderne Hardware-Controller von Broadcom SATA-, SAS- und NVMe-Ger\u00e4te gleichzeitig angeschlossen werden, was einen Wechsel des Controllers beim Upgrade von Servern \u00fcberfl\u00fcssig macht: Insbesondere beim Umstieg von SATA-SSD auf NVMe-SSD ist ein Austausch der Controller nicht notwendig.<\/p>\n

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\nDamit sind wir auch schon bei der Typologisierung der Controller angekommen. Wenn es Drei-Modus-Controller gibt, m\u00fcssen auch andere vorhanden sein. Die Antwort auf diese Frage lautet ja. Je nach Funktionen und M\u00f6glichkeiten lassen sich RAID-Controller in mehrere Typen unterteilen:<\/p>\n

1. Standard-Controller mit RAID-Funktion<\/b>
\nIn der gesamten Hierarchie ist dies der einfachste Controller, der es erm\u00f6glicht, HDDs und SSDs in RAID-Arrays der Ebenen \u201e0\u201c, \u201e1\u201c oder \u201e0+1\u201c zu kombinieren. Dies wird softwareseitig auf Firmware-Ebene realisiert. Solche Ger\u00e4te sind jedoch kaum f\u00fcr den Unternehmenseinsatz zu empfehlen, da sie keinen Cache haben und Arrays der Ebenen \u201e5\u201c, \u201e3\u201c usw. nicht unterst\u00fctzen. F\u00fcr einen Einstiegs-Home-Server sind sie jedoch durchaus geeignet.<\/p>\n

2. Controller, die in Kombination mit anderen RAID-Controllern arbeiten<\/b>
\nDieser Typ von Controllern kann zusammen mit integrierten Controllern von Motherboards arbeiten. Dies funktioniert nach dem folgenden Prinzip: Der dedizierte RAID-Controller \u00fcbernimmt die L\u00f6sung \u201elogischer\u201c Aufgaben, w\u00e4hrend der integrierte Controller f\u00fcr den Datenaustausch zwischen den Speichermedien zust\u00e4ndig ist. Es gibt jedoch einen wichtigen Punkt: Die gleichzeitige Nutzung solcher Controller ist nur auf kompatiblen Mainboards m\u00f6glich, was den Anwendungsbereich erheblich einschr\u00e4nkt.<\/p>\n

3. Eigenst\u00e4ndige RAID-Controller<\/b>
\nDiese diskreten L\u00f6sungen verf\u00fcgen \u00fcber alle notwendigen Chips, um mit Unternehmensservern zu arbeiten, und besitzen ein eigenes BIOS, Cache-Speicher und einen Prozessor f\u00fcr schnelle Fehlerkorrekturen und die Berechnung von Pr\u00fcfziffern. Dar\u00fcber hinaus entsprechen sie hohen Zuverl\u00e4ssigkeitsstandards in der Fertigung und sind mit hochwertigen Speichermodulen ausgestattet.<\/p>\n

4. Externe RAID-Controller<\/b>
\nEs ist nicht schwer zu erraten, dass alle oben genannten Controller interne sind und \u00fcber den PCIe-Stecker des Motherboards mit Strom versorgt werden. Was bedeutet das? Nun, dass ein Ausfall des Motherboards zu Fehlern im RAID-Verbund und zum Datenverlust f\u00fchren kann. Externe Controller hingegen sind von diesem Missverst\u00e4ndnis befreit, da sie in einem separaten Geh\u00e4use mit einem unabh\u00e4ngigen Netzteil untergebracht sind. In Bezug auf Zuverl\u00e4ssigkeit bieten solche Controller das h\u00f6chste Niveau der Datenspeicherung.<\/p>\n

Broadcom<\/a><\/noindex>, Microsemi Adaptec, Intel, IBM, Dell und Cisco sind nur einige der Unternehmen, die derzeit Hardware-RAID-Controller anbieten.<\/p>\n

Betriebsmodi von RAID-Controllern SAS\/SATA\/NVMe<\/h2>\n

\nDie Hauptaufgabe der Tri-Mode HBA- und RAID-Controller (oder Controller mit Tri-Mode-Funktion) besteht darin, ein Hardware-RAID auf Basis von NVMe zu erstellen. Bei Broadcom k\u00f6nnen dies die Controller der Serie 9400: zum Beispiel, MegaRAID 9460-16i<\/a><\/noindex>. Es handelt sich um einen eigenst\u00e4ndigen RAID-Controller, der mit vier SFF-8643-Anschl\u00fcssen ausgestattet ist und dank der Unterst\u00fctzung von Tri-Mode sowohl SATA\/SAS- als auch NVMe-Speicher gleichzeitig anschlie\u00dfen kann. Au\u00dferdem ist er einer der energieeffizientesten Controller auf dem Markt (verbraucht nur 17 Watt, das sind weniger als 1,1 Watt pro 16 Port).<\/p>\n

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\nAls Schnittstelle dient PCI Express x8 der Version 3.1, was eine Bandbreite von 64 Gbit\/s erm\u00f6glicht (2020 wird die Einf\u00fchrung von Controllern f\u00fcr PCI Express 4.0 erwartet). Der 16-Port-Controller basiert auf einem Dual-Core-Chip. SAS3516<\/a><\/noindex> und 72-Bit DDR4-2133 SDRAM (4 GB), zudem ist es m\u00f6glich, bis zu 240 SATA\/SAS-Speicher oder bis zu 24 NVMe-Ger\u00e4te anzuschlie\u00dfen. Bei der Organisation von RAID-Arrays werden die Ebenen \u201e0\u201c, \u201e1\u201c, \u201e5\u201c und \u201e6\u201c sowie \u201e10\u201c, \u201e50\u201c und \u201e60\u201c unterst\u00fctzt. \u00dcbrigens ist der Cache-Speicher MegaRAID 9460-16i<\/a><\/noindex> und die anderen Controller der Serie 9400 durch das zus\u00e4tzlich angebotene CacheVault CVPM05-Modul vor Spannungsschwankungen gesch\u00fctzt.<\/p>\n

Die Grundlage der Tri-Mode-Technologie bildet die SerDes-Datenumwandlungsfunktion: die Umwandlung von sequenziellen Datenrepr\u00e4sentationen in SAS\/SATA-Schnittstellen in ein paralleles Format in PCIe NVMe und umgekehrt. Das bedeutet, dass der Controller Geschwindigkeiten und Protokolle anpasst, um nahtlos mit jedem der drei Speichermedientypen zu arbeiten. Dies gew\u00e4hrleistet ein kontinuierliches Skalieren der Rechenzentrumsinfrastruktur: Nutzer k\u00f6nnen NVMe nutzen, ohne wesentliche \u00c4nderungen an anderen Konfigurationen des Systems vorzunehmen. <\/p>\n

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\nBei der Planung von Konfigurationen mit NVMe-Speichern ist jedoch zu beachten, dass NVMe-L\u00f6sungen 4 PCIe-Linien f\u00fcr die Verbindung nutzen, was bedeutet, dass jeder Speicher alle Linien der SFF-8643-Ports beansprucht. Somit k\u00f6nnen direkt an den MegaRAID 9460-16i-Controller nur vier NVMe-Speicher angeschlossen werden. Alternativ kann man sich auf zwei NVMe-L\u00f6sungen beschr\u00e4nken, w\u00e4hrend gleichzeitig acht SAS-Speicher angeschlossen werden (siehe Anschlussschema unten).<\/p>\n

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\nDas Bild zeigt die Verwendung des Anschlusses \u201e0\u201c (C0 \/ Connector 0) und des Anschlusses \u201e1\u201c f\u00fcr NVMe-Verbindungen sowie der Anschl\u00fcsse \u201e2\u201c und \u201e3\u201c f\u00fcr SAS-Verbindungen. Diese Anordnung kann umgekehrt werden, aber jeder x4 NVMe-Speicher muss mit benachbarten Leitungen verbunden werden. Die Betriebsmodi des Controllers werden \u00fcber die Konfigurationsnutzeroberfl\u00e4chen StorCLI oder Human Interface Infrastructure (HII) festgelegt, die in einer UEFI-Umgebung arbeiten. <\/p>\n

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\nDer Standardmodus ist das Profil \u201ePD64\u201c (nur SAS \/ SATA-Unterst\u00fctzung). Wie bereits erw\u00e4hnt, gibt es insgesamt drei Profile: den Modus \u201eSAS\/SATA only mode\u201c (PD240 \/ PD64 \/ PD 16), den Modus \u201eNVMe only mode\u201c (PCIe4) und den Mischmodus, in dem alle Speichertypen betrieben werden k\u00f6nnen: \u201ePD64-PCIe4\u201c (Unterst\u00fctzung von 64 physischen und virtuellen Festplatten mit 4 NVMe-Laufwerken). Im Mischmodus sollte der festgelegte Profilwert so sein \u2013 \u201eProfileID=13\u201c. \u00dcbrigens, das gew\u00e4hlte Profil bleibt als Hauptprofil gespeichert und wird selbst bei einem Zur\u00fccksetzen auf die Werkseinstellungen \u00fcber den Befehl Set Factory Defaults nicht gel\u00f6scht. Es kann nur manuell ge\u00e4ndert werden.<\/p>\n

Sollte man ein RAID-Array auf SSDs erstellen?<\/h2>\n

\nWir haben bereits erkannt, dass RAID-Arrays die Grundlage f\u00fcr hohe Leistungsf\u00e4higkeit sind. Aber ist es sinnvoll, RAID aus SSDs f\u00fcr den privaten und gesch\u00e4ftlichen Gebrauch zu erstellen? Viele Skeptiker behaupten, dass der Geschwindigkeitszuwachs nicht signifikant genug ist, um in NVMe-Laufwerke zu investieren. Doch ist das wirklich der Fall? Wohl kaum. Das gr\u00f6\u00dfte Hindernis f\u00fcr die Nutzung von SSDs in RAID (sowohl im privaten als auch im Unternehmensbereich) ist in der Regel der Preis. Letztlich ist der Preis pro Gigabyte bei HDDs deutlich g\u00fcnstiger. <\/p>\n

Die Anbindung mehrerer SSDs an einen RAID-Controller zur Erstellung eines SSD-Arrays kann in bestimmten Konfigurationen einen enormen Einfluss auf die Leistung haben. Es sollte jedoch nicht vergessen werden, dass die maximale Leistung durch die Bandbreite des RAID-Controllers selbst begrenzt ist. Das RAID-Level, das die beste Geschwindigkeit bietet, ist RAID 0.<\/p>\n

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\nDie Einrichtung eines herk\u00f6mmlichen RAID 0 mit zwei SSDs, bei dem die Daten in feste Bl\u00f6cke aufgeteilt und zwischen den Flash-Speichern alterniert werden, f\u00fchrt zu einer Verdopplung der Leistung (im Vergleich zu den Geschwindigkeiten, die eine einzelne SSD erreicht). Ein RAID 0-Array mit vier SSDs hingegen wird bereits viermal schneller sein als die langsamste SSD im Array (abh\u00e4ngig von der Bandbreitenbegrenzung des RAID-Controllers). <\/p>\n

Wenn man von einfacher Mathematik ausgeht, ist ein SATA-SSD etwa dreimal schneller als ein traditionelles SATA-HDD. NVMe-L\u00f6sungen sind noch effektiver \u2013 sie sind zehnmal schneller oder mehr. Vorausgesetzt, zwei Festplatten im RAID 0 zeigen eine verdoppelte Leistung, was zu einer Steigerung um 50 % f\u00fchrt, w\u00e4ren zwei SATA-SSDs sechsmal schneller, w\u00e4hrend zwei NVMe-SSDs zwanzigmal schneller sind. Insbesondere kann ein Kingston KC2000 NVMe PCIe-Laufwerk Geschwindigkeiten von bis zu 3200 MB\/s beim sequenziellen Lesen und Schreiben erreichen, was im RAID 0 beeindruckende 6 GB\/s ergibt. Die Geschwindigkeit f\u00fcr das Lesen und Schreiben von zuf\u00e4lligen 4-KB-Bl\u00f6cken steigt von 350.000 IOPS auf 700.000 IOPS. Aber\u2026 gleichzeitig bietet RAID 0 keine Redundanz.<\/p>\n

In der Regel ist eine Speichervirtualisierung im Heimgebrauch nicht unbedingt erforderlich, weshalb RAID 0 die geeignetste Konfiguration f\u00fcr SSDs darstellt. Es ist eine zuverl\u00e4ssige M\u00f6glichkeit, erhebliche Leistungssteigerungen zu erzielen, anstatt auf Technologien wie Intel Optane SSDs zur\u00fcckzugreifen. Wie sich SSD-L\u00f6sungen in den g\u00e4ngigsten RAID-Typen (\u201e1\u201c, \u201e5\u201c, \u201e10\u201c, \u201e50\u201c) verhalten, werden wir in unserem n\u00e4chsten Artikel besprechen.<\/p>\n

Dieser Artikel wurde mit Unterst\u00fctzung unserer Kollegen von Broadcom erstellt, die ihre Controller den Ingenieuren von Kingston zur Verf\u00fcgung stellen, um sie mit SATA\/SAS\/NVMe Unternehmensspeicher zu testen. Dank dieser freundlichen Zusammenarbeit m\u00fcssen die Kunden nicht an der Zuverl\u00e4ssigkeit und Stabilit\u00e4t von Kingston-Speichermedien in Verbindung mit HBA- und RAID-Controllern zweifeln. Broadcom<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

Weitere Informationen zu den Produkten von Kingston finden Sie von der offiziellen Webseite<\/a><\/noindex> das Unternehmen.
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Quelle: habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

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