LATTUS DA QUANTUM:

PAPEL BRANCO
LATTUS DA QUANTUM:
Armazenamento de Objetos de Última Geração
para Arquivos de Big Data
ÍNDICE
Resumo Executivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
As Limitações das Soluções de Armazenamento Tradicionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Armazenamento de Objetos para Escalabilidade e Flexibilidade Aumentadas . . . . . . . . . . . . . . 5
Limitações do Armazenamento de Objetos Simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Lattus da Quantum: O Futuro do Armazenamento de Objetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Resumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
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RESUMO EXECUTIVO
O maior desafio de armazenamento que as organizações atualmente enfrentam é gerenciar
o equilíbrio entre o custo e a acessibilidade de repositórios de dados cada vez maiores.
A tecnologia está impulsionando a criação de ferramentas de captura de dados cada vez
mais sofisticadas, o que por sua vez está originando um aumento do apetite por origens de
dados ricas, de alta qualidade. Em simultâneo, o aumento das capacidades de computação
e das técnicas de análise estão extraindo valor adicional dos dados históricos. Em conjunto,
isso significa que as organizações que procuram adicionar mais valor aos seus dados
necessitam colecionar e armazenar mais dados por períodos mais longos. Como resultado,
muitas soluções de gerenciamento de dados tradicionais, incluindo a proteção de dados e as
plataformas de arquivo, necessitam ser reanalisadas para garantir a crescente acessibilidade
e as demandas de capacidade de crescimento de dados modernas. Algumas tecnologias novas
– incluindo tecnologias de armazenamento de objetos e na nuvem – podem fornecer soluções
de gerenciamento de dados escaláveis, excedendo os limites do armazenamento tradicional,
mas também podem introduzir novas limitações operacionais e funcionais.
Para responder a estes desafios, a Quantum introduziu o Lattus™ – uma nova geração de
armazenamento que incorpora as vantagens do armazenamento de objetos enquanto mantém
a flexibilidade operacional e funcional. Esta nova geração de armazenamento proporciona
às organizações a certeza de que seus dados estão seguros, ao mesmo tempo que garante
o futuro da infraestrutura para o crescimento de dados a longo prazo e a nova geração de
aplicações de Big Data.
AS LIMITAÇÕES DAS SOLUÇÕES DE ARMAZENAMENTO
TRADICIONAIS
Esforços para Dimensionar de Forma Eficiente
A base dos sistemas de armazenamento tradicionais é o RAID. O RAID fornece desempenho e
capacidade aumentados distribuindo os dados pelos vários discos, aumentando o tamanho dos
volumes, e assim conjuntos de dados com discos adicionais. O RAID também pode fornecer
proteção de dados aumentada, espelhando dados ou adicionando somas de verificação de
dados. O desenvolvimento de disk drives com capacidade de armazenamento de centenas de
gigabytes ou terabytes permitiu efetivamente o gerenciamento de conjuntos de dados em uma
unidade lógica única, consistente, dimensionada para 30 terabytes.
O crescimento de dados, no entanto, ultrapassou a tecnologia de disk drives. O RAID tem
demonstrado eficácia no gerenciamento da integridade de dados em um único grupo RAID
de 4 a 12 discos, mas conjuntos de dados de dimensões de petabytes necessitam do uso de
grupos de discos maiores do que 12 discos ou necessitam dividir os dados por vários grupos
RAID. A opção anterior aumenta significativamente o risco de dados por meio de falha de
hardware e a última aumenta o custo e a complexidade de gerenciamento de consistência
e integridade de dados pelas várias unidades.
Tamanhos maiores de discos também alongam o tempo de reconstrução quando as falhas
ocorrem. A falha de um disk drive de 3 TB ou maior pode resultar em risco aumentado e
desempenho degradado por 24 horas ou mais durante a reconstrução em um disk drive de
substituição. Embora a introdução de um RAID de paridade dupla ou tripla possa mitigar o risco
de corrupção de dados, a adição de mais verificações de paridade não é uma solução escalável,
na medida em que prejudica o custo e os benefícios de desempenho do RAID.
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O Problema dos Erros de Bits
À medida que os tamanhos dos dados aumentam, eles também tornam as taxas de erros
de bits dos disk drives típicos uma preocupação real. Os disk drives normais têm uma taxa
prevista de erros de bits de aproximadamente 1 em 100 trilhões. Embora isso torne um erro
de bits aleatório altamente improvável para arquivos de dados de megabytes ou gigabytes,
para conjuntos de dados maiores é uma preocupação bastante real. Por exemplo, ao ler dados
a partir de uma matriz de 10 discos RAID, com um total de 3 TB, existe uma probabilidade
aproximada de uma em três, de resultar em corrupção de dados não detectável causada por
erros de bits aleatórios. O RAID não tem um mecanismo para detectar proativamente erros de
bits, e erros de bits ocorrendo durante uma reconstrução RAID levarão à perda de dados.
A Complexidade das Atualizações RAID
Finalmente, o RAID se baseia em discos em um grupo que tem um tamanho e layout
consistentes. As atualizações de armazenamento em discos mais densos, normalmente
requerem a construção de uma nova matriz RAID e a deslocação dos dados dos grupos antigos
para os novos grupos RAID. Estas atualizações podem necessitar de coordenação e períodos
de inatividade significativos. O RAID também necessita que todos os discos sejam locais –
normalmente no mesmo controlador conectado. Isto significa que o RAID oferece proteção
limitada contra falhas ao nível dos nós, e nenhuma proteção contra desastres ao nível do local.
Proteção Aumentada mas Eficiência Diminuída com a Replicação
A replicação é implementada para resolver alguns destes problemas das soluções RAID.
A replicação pode permitir uma melhor integridade de dados, capacidade de recuperação
e acessibilidade, mas reduz a taxa de espaço de armazenamento utilizável e introduz novas
complexidades que limitam a economia de custos gerais de um ambiente de armazenamento.
As arquiteturas de replicação típicas copiam dados de um local para outro. Os arquivos podem
ser recuperados a partir da localização secundária no caso de uma falha na localização
primária. Dependendo da integridade de uma solução de replicação, as organizações poderão
ser capazes de fazer uma recuperação completa do negócio a partir de uma réplica na
localização secundária.
Infelizmente, manter réplicas pode ser extremamente complexo e dispendioso. As réplicas
necessitam ser mantidas suficientemente distantes dos dados primários de modo a que
possam proporcionar a proteção adequada no caso de um desastre regional, mas próximas
o suficiente para manter a sincronização dos arquivos necessários para objetivos do ponto
de recuperação. Isto requer uma rede dispendiosa de elevada largura de banda dedicada à
replicação de armazenamento, para além do investimento dos sistemas de armazenamento
em disco no local da replicação. Além disso, os arquivos replicados necessitam ser
sincronizados em um estado que garanta a integridade dos dados. Isto requer transferência
e pausa nas escritas de dados no armazenamento primário durante a sincronização. Estas
operações são complexas de coordenar, administrar e manter.
No geral, a replicação pode fornecer recuperação adicional e proteção de integridade, mas
pode mais do que duplicar o custo da infraestrutura de armazenamento.
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ARMAZENAMENTO DE OBJETOS PARA ESCALABILIDADE E
FLEXIBILIDADE AUMENTADAS
Os sistemas de armazenamento tradicionais armazenam dados em um diretório hierárquico
de pastas e arquivos mapeados para blocos no disco. Muitas vezes, este mapeamento vem
com limitações no número de arquivos ou no tamanho dos arquivos que podem residir em um
diretório específico. Também pode levar a "pontos problemáticos" de dados onde grupos de
arquivos muito usados mapeiam para discos específicos ou volumes RAID. Esses conjuntos
RAID de grande uso têm um risco aumentado de falha e erros da taxa de bits, mas o uso
elevado também torna difícil manter a integridade por meio de replicação ou backup.
O armazenamento de objetos oferece uma abordagem fundamentalmente diferente do
armazenamento de dados. O armazenamento de objetos apresenta um namespace de pares
chave e valor simples. Potenciando as capacidades escaláveis de redes IP, esta abordagem
permite aos administradores de dados escalar conjuntos de dados digitais para um tamanho
praticamente ilimitado. Ao usar um namespace simples e abstraindo-se do problema da
abordagem do problema de armazenamento físico, os sistemas de armazenamento de objetos
também dispõem de muita flexibilidade no modo em como e onde os dados são armazenados e
preservados.
Equilíbrio de Carga e Distribuição
Nos sistemas de armazenamento de objetos, as aplicações leem e escrevem dados usando
protocolos simples baseados na rede. O mais comum é o HTTP, que permite aos clientes
lidar com os seus dados por meio de uma chave usando simplesmente comandos PUT e
GET. Isto significa que grande parte do endereçamento e roteamento de solicitações podem
ser descarregados para comutadores e routers de rede de alto desempenho, tornando mais
fácil distribuir dados por vários nós de armazenamento virtualmente sem sobrecarga. Alguns
mecanismos de armazenamento de objetos adicionam recursos de distribuição de dados como
o equilíbrio da carga de dados e o reequilíbrio de nós, para minimizar o risco e aumentar
o desempenho. Outros sistemas mais sofisticados permitem discos e nós heterogêneos. A
capacidade do sistema de armazenamento de objetos pode ser alargada normalmente sem
períodos de inatividade, degradação do desempenho, migrações de dados ou reconstruções.
Outro benefício dos protocolos de redes amigáveis, e o endereçamento simples e a lógica
de distribuição dos sistemas de objetos é que os dados podem ser facilmente distribuídos
pelos vários centros de dados ou localizações no mundo. Embora o acesso a dados a uma
grande distância apresente sempre latência, os protocolos de rede usados pelos sistemas de
armazenamento de objetos podem ser concebidos para minimizar o impacto da latência.
Proteção de Dados de Armazenamento de Objetos Simples
A maioria dos algoritmos do armazenamento de objetos de primeira geração também fornece
uma forma simples de proteção de dados, em que os dados são copiados para três ou mais
nós, em simultâneo. A recuperação pode ser feita a partir de qualquer uma das três cópias. Isto
resulta em menos espaço efetivo utilizável quando comparado com o RAID5, mas é comparável
ao espaço utilizável disponível para um RAID5 com um espelho remoto RAID5. Por fim,
enquanto os sistemas de armazenamento RAID replicados só estão disponíveis como espelhos
somente leitura e necessitam ser gerenciados para manter a sincronização das réplicas, os nós
de armazenamento de objetos distribuídos pelas várias localizações podem estar todos ativos e
manter a sincronização com muito pouca complexidade. Como consequência, muitos sistemas
de armazenamento de objetos têm acesso próprio em várias localizações e capacidades de
recuperação integradas com poucos desafios administrativos.
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Proteção de Dados Erasure Code
As recentes implementações de armazenamento de objetos são concebidas com
distribuição de dados e algoritmos de proteção mais sofisticados. Estes algoritmos
– conhecidos como erasure codes – permitem níveis maiores de proteção de
dados com maior eficiência. Os erasure codes foram usados durante décadas
em comunicações espaciais para preservar a integridade de transmissão de
comunicação de dados de transmissão em sequência. O RAID funciona dividindo os
dados para um número fixo de blocos de dados e somas de verificação, e escrevendo
cada parte ou soma de verificação em um disco independente em um conjunto
definido. Os algoritmos do erasure code transformam os objetos de dados em uma
série de códigos. Estes códigos são muito parecidos com blocos de paridade, só
não existe correspondência de blocos de dados. Estes códigos são posteriormente
dispersos por um pool grande de dispositivos de armazenamento, que podem ser
discos independentes, nós de armazenamento independentes conectados à rede,
ou qualquer outro meio de armazenamento. A natureza única dos algoritmos de
codificação erasure é que embora cada um dos códigos seja único, um subconjunto
aleatório dos códigos pode ser usado para recuperar os dados. O uso de erasure
codes libera o armazenamento de dados das limitações dos grupos RAID de
tamanho fixo.
A natureza dos algoritmos de codificação também permite uma gama mais vasta
de políticas de proteção. A proteção de dados usando erasure codes é expressa
como a taxa de dois números. O primeiro é o número mínimo de códigos pelos
quais os dados são dispersos. O segundo representa o número máximo de códigos
que pode ser perdido sem perder a integridade dos dados. Esta taxa é referida
como política de durabilidade. Como exemplo, com uma política de durabilidade
de 20/4, o sistema de armazenamento de objetos irá codificar cada objeto de
dados em 20 códigos únicos, e depois irá distribuir esses códigos por 20 nós de
armazenamento separados, muitas vezes a partir de um pool de centenas ou mais
de nós independentes. Ao recuperar os dados, o sistema de armazenamento de
objetos irá ler os códigos a partir dos nós de armazenamento e descodificá-los para
recuperar o objeto original. Uma vez que o sistema só necessita de 16 códigos para
descodificar o objeto original, os dados ainda estão acessíveis mesmo no caso da
perda de 4 dos 20 nós independentes.
Estes algoritmos oferecem muito mais flexibilidade de proteção em comparação
com o RAID tradicional. Eles permitem uma variedade muito maior de políticas
que podem proteger a partir do disco, nó, ou mesmo de falhas na localização,
tudo no mesmo sistema escalável – com muito menos desperdício perdido para
a redundância do que soluções RAID e de replicação. Os algoritmos aplicam
integridade de dados por meio de códigos individuais e não por meio de conjuntos
inteiros de discos, permitindo níveis de proteção de dados no mesmo sistema de
armazenamento de objetos. As organizações podem personalizar suas políticas de
durabilidade em diferentes necessidades de proteção de dados sem alterações de
hardware e sem copiarem dados fora do sistema.
O armazenamento de objetos usando codificação erasure também pode gerenciar
proativamente erros de bits. Os nós podem testar automaticamente a integridade
de dados dos códigos individuais e podem gerar automaticamente a substituição de
códigos para aqueles que têm erros. Os sistemas de erasure code também usam
monitoramento de hardware de nível baixo – como o sistema SMART integrado em
cada disk drive moderno – para detectar pedidos de discos e falhas de nós, e irão
gerar proativamente códigos de substituição nos diferentes discos ou nós.
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LIMITAÇÕES DO ARMAZENAMENTO DE OBJETOS SIMPLES
Restrições de Endereçamento
O armazenamento de objetos baseia-se em IDs únicos para lidar com dados. Isto significa
que, de modo a recuperar os dados, o cliente já necessita saber como endereçar os dados.
Sem essa chave, o cliente não tem contexto para recuperá-los. Uma boa metáfora é que o
armazenamento de objetos é como um sistema de estacionamento com manobrista. Você
pode arrumar o seu carro convenientemente com o manobrista, e o manobrista pode arrumar
de forma eficiente inúmeros carros para alcançar o uso máximo da área de estacionamento.
Se você perder seu tíquete, poderá ser muito difícil recuperar seu carro sem algum contexto
adicional.
O armazenamento de objetos baseia-se muito nas aplicações para manter seu próprio
mapeamento de ID do objeto, o que significa que qualquer endereçamento alternativo – nomes
comuns, caminhos, índice pesquisável – necessita ser armazenado e gerenciado fora do
armazenamento de objetos por uma aplicação. Isto torna muito difícil compartilhar dados pelas
aplicações, salvo se estes tiverem sido escritos especificamente para compartilhar o mesmo
mapeamento do ID do objeto. O mecanismo chave também torna muito difícil o uso aleatório
dos dados pelos usuários. Os usuários não podem acessar os dados diretamente, navegando
por uma estrutura de arquivos familiares e de pastas. Só podem acessar os dados por meio de
aplicações que conheçam e consigam ler o índice de objetos. Mais importante, isto significa que
o armazenamento de objetos não é ideal para lidar com o maior segmento crescente de dados
das organizações: dados não estruturados.
Gerenciamento do Ciclo de Vida e Segurança dos Dados
O armazenamento de objetos apresenta desafios significativos para o gerenciamento do ciclo
de vida da informação. Se uma aplicação perde ou apaga IDs de objetos sem notificar o sistema
de armazenamento de objetos que o espaço de armazenamento usado pelos objetos deve ser
liberado, o sistema de armazenamento de objetos irá efetivamente perder a capacidade de
dados inacessíveis. A natureza distribuída do layout de dados torna difícil monitorar os tempos
e padrões de acesso, o que também tem muita influência nas decisões de gerenciamento do
ciclo de vida dos dados. Os sistemas de armazenamento de objetos baseiam-se inteiramente
nas aplicações para gerenciar o ciclo de vida dos objetos no sistema.
Além disso, os sistemas de armazenamento de objetos que funcionam à margem de um
sistema de chave simples, permitem que qualquer pessoa com a chave recupere os dados,
tornando muito difícil gerenciar acessos de segurança. Alguns sistemas de armazenamento de
objetos implementaram controles de autenticação ou de acesso à rede para limitar o acesso a
usuários nomeados ou hosts especificados, mas esses mecanismos estão um passo atrás dos
controles de acesso bem desenvolvidos baseados em diretórios e dos sistemas de controle de
acesso obrigatórios de menor vulnerabilidade usados com sistemas de arquivo.
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LATTUS DA QUANTUM: O FUTURO DO
ARMAZENAMENTO DE OBJETOS
Construção de um NAS Melhor
A chave para o uso bem-sucedido do armazenamento de objetos de uma
organização é a capacidade para gerenciar dados não estruturados no
armazenamento de objetos. O modo mais comum das organizações gerenciarem
dados não estruturados é por meio dos sistemas de armazenamento conectados
em rede (NAS). Os sistemas NAS simplificaram e centralizaram arquivos não
estruturados para a maioria das organizações, tornando os sistemas de arquivo
compartilhados disponíveis para uma vasta gama de clientes da rede usando
protocolos CIFS e NFS. O alargamento dos benefícios do armazenamento tradicional
NAS ao armazenamento de objetos tem inúmeras vantagens cruciais.
Primeiro, fornecendo um namespace do sistema de arquivo tradicional, as
organizações podem começar a migração do seu maior segmento crescente de
dados – arquivos não estruturados – para armazenamento de objetos, onde podem
alcançar maior durabilidade a custos mais baixos. Segundo, o fornecimento de
acesso CIFS e NFS ao armazenamento de objetos garante uma compatibilidade
mais alargada com os sistemas operacionais. Permitindo o acesso do sistema de
arquivo ao armazenamento de objetos também permite às organizações exporem os
seus dados ao uso direto e ad-hoc por parte dos usuários finais. Assim, eles podem
maximizar o retorno dos seus ativos de dados críticos, permitindo o uso da gama
mais vasta de usuários e aplicações. Por fim, o mapeamento do armazenamento de
objetos a um sistema de arquivo também permite aos administradores potenciarem
muitas das tradicionais práticas operacionais recomendadas para gerenciamento e
segurança de dados, e isso fornece um framework para transitar para estratégias
mais sofisticadas.
Gerenciamento da Política de Armazenamento Aumentado
Outro recurso fundamental para as organizações com conjuntos de dados de
crescimento rápido é a capacidade de gerenciar ativamente o ciclo de vida dos
dados por meio do uso de políticas de gerenciamento de armazenamento bem
desenvolvidas. Embora o armazenamento de objetos possa aumentar a eficiência e
o gerenciamento do armazenamento em geral, as organizações deviam considerar
adotar ferramentas de gerenciamento do ciclo de vida dos dados que ajudem a
gerenciar políticas de durabilidade. Um dos recursos chave do armazenamento
de objetos baseado em erasure code é que as políticas de durabilidade podem ser
diferentes para objetos de dados diferentes no mesmo ambiente de armazenamento
de objetos. Isto permite migrar de uma política de durabilidade para outra sem
ser necessário transferir objetos. As organizações podem definir políticas de
durabilidade para objetivos organizacionais e deixar o sistema de armazenamento
de objetos tratar dos detalhes. Por exemplo, as organizações podem definir
potencialmente políticas para migrar dados para políticas de durabilidade mais
econômicas mas com menor proteção à medida que os dados se tornam mais
antigos, mas definir regras para manter alta durabilidade para dados críticos
regulamentados. Uma vez que as diferentes políticas de durabilidade podem ser
gerenciadas no mesmo sistema de armazenamento de objetos, estas alterações de
durabilidade podem acontecer com transparência total para os usuários finais.
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Armazenamento de Objetos como Arquivo Ativo
O armazenamento de objetos também pode servir como um arquivo atrativo a longo prazo.
O armazenamento de objetos pode oferecer níveis de proteção de dados equivalentes ou
superiores à fita, mas com latências muito mais baixas. Isso torna-o uma opção atrativa como
um arquivo online.
As organizações que usam armazenamento de objetos, ou que planejam usar
o armazenamento de objetos como parte de um ambiente de gerenciamento de
armazenamento integrado, também conseguirão interagir com fornecedores de
armazenamento de objetos na nuvem. Isto pode abrir uma vasta gama de opções de
durabilidade externas com menor latência em comparação com arquivos de fita vaulted.
Recuperação em Várias Localizações
As arquiteturas de armazenamento de objetos podem ser concebidas para fornecer, de forma
inerente, recuperação em várias localizações. Uma vez que os dados são difundidos pelos nós
via redes padrão, os nós podem ser uma combinação de localizações locais e remotas, e em
duas ou mais localizações. As políticas de durabilidade de dados podem ser configuradas para
garantir que os dados podem ser recuperados em uma localização remota mesmo no caso de
uma falha em todo o centro de dados. Isto fornece proteção automática em várias localizações
sem a necessidade de instalar, configurar e coordenar capacidade de replicação dedicada.
Objeto de Aplicação Compartilhada e Acesso a Arquivo
O Lattus da Quantum permite o compartilhamento do armazenamento de objetos entre
clientes baseados em sistema de arquivo e aplicações que são concebidas especificamente
para usar armazenamento de objetos. Isto não só permite o compartilhamento do pool de
armazenamento de objetos pelas várias arquiteturas, como permite que aplicações limitadas
ao acesso do sistema de arquivo SO tradicional compartilhem dados com aplicações que estão
escritas especificamente para acesso a armazenamento de objetos baseado em HTTP. Isto
garante a acessibilidade de dados mais ampla em uma organização.
RESUMO
O armazenamento de objetos resolve muitos dos problemas da escalabilidade e confiabilidade
que são introduzidos com o gerenciamento de dados moderno, incluindo a escalabilidade
ilimitada de namespaces. A codificação erasure fornece um novo mecanismo para alcançar
integridade e durabilidade de dados muito mais elevadas com eficiência muito mais significativa
do que as soluções de armazenamento tradicionais.
O Lattus da Quantum alarga as capacidades do armazenamento de objetos, combinando
o gerenciamento e a acessibilidade dos sistemas de arquivo tradicionais com a escalabilidade
e durabilidade do armazenamento de objetos. Com o melhor dos dois mundos,
o armazenamento Lattus da Quantum abre novos casos de uso para organizações, permitindo
um uso mais amplo de Big Data, enquanto mantém a certeza da integridade e longevidade dos
dados, apesar dos problemas prementes que os Big Data introduzem.
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SOBRE A QUANTUM
A Quantum é especialista global comprovada em gerenciamento de Big Data e Proteção de Dados, fornecendo soluções
de armazenamento especializadas para ambientes físicos, virtuais e na nuvem. Desde pequenas a grandes empresas,
mais de 100 000 clientes confiaram na Quantum para ajudar a maximizar o valor de seus dados, protegendo-os e
preservando-os ao longo de todo seu ciclo de vida. Com a Quantum, os clientes podem estar certos de que têm
capacidade para se adaptarem a um mundo em constante mudança – mantendo mais dados por mais tempo, ligando o
presente ao futuro, e reduzindo nos custos. Veja como em www.quantum.com.
www.quantum.com • [email protected]
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