Citrix Personal vDisk (PvD)技术解读

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一、PvD个性化技术概述1.1、什么是Citrix PersonalvDisk?
PersonalvDisk 功能是在XenDesktop5.5发布的是否集成到XenDesktop的一个增加用户个性化体验的一个功能，该技术收购至RingCube公司的RingCube 5.5。现在最新的版本随着XenDesktop的版本进行持续开发和升级。
PersonalvDisk 功能可以将对用户的 VM所做的所有更改重定向到连接至用户 VM 的独立磁盘（即个人虚拟磁盘），从而将每位用户的个性化设置分隔开来。个人虚拟磁盘中的内容在运行时与主映像中的内容混合在一起，以提供一致的体验。通过这种方式，用户仍然能够访问主映像中由管理员置备的应用程序。
总的来说，在池模式下保持用户个性内容的一种技术。（即更新基础VM不会影响个性内容）

·        保护个性化配置文件和应用程序

·        包括用户自行安装的应用程序

·        兼容PCCLM和各种应用虚拟化解决方案

·        例如SCCM,App-V以及XenApp

·        基于VDI池的存储和管理，保证100%数据持久性

·        几乎零维护和管理开销

总结：在保留特定用户的用户应用程序数据的前提下，更新基础镜像VM不会影响 用户个性化的内容。
1.2、用户需要保留数据的应用程序安装在哪里？
个人虚拟磁盘分为两个部分，这两个部分使用不同的驱动器盘符，且默认具有相同的大小：

·        用户配置文件- 包含用户数据、文档和用户配置文件。默认情况下，这部分使用驱动器 P:，但可以在创建包含使用个人虚拟磁盘的计算机的目录时选择其他驱动器盘符。使用的驱动器还取决于 EnableUserProfileRedirection 设置。

·        虚拟硬盘(.vhd) 文件 - 包含所有其他项目，如安装在 C:\Program Files 中的应用程序。这部分不在 Windows 资源管理器中显示，是隐藏了的，在最初是的版本中，这部分是V盘相对形式显示，但是在之后的版本中将其进行了隐藏，因为版本 5.6.7 不需要驱动器盘符。

PersonalvDisk 功能可确保所做的所有更改以及安装的所有应用程序都存储在虚拟磁盘中。 如果个人虚拟磁盘上的应用程序与主映像上的应用程序完全一致，则将丢弃个人虚拟磁盘上的备份以节省空间，但用户仍然能够访问对应的应用程序。
下图为P盘的截图，我们可以看到，下面是基于Citrix MCS置备技术置备的虚拟机，该虚拟机除了拥有MCS的Diff和IdentityDisk外，还拥有一个pvDisk磁盘，该pvDisk磁盘就是在PcD技术中俗称的个人虚拟磁盘。

我们可以在虚拟机管理程序上存储个人虚拟磁盘（以物理方式），但它们不必与连接到虚拟桌面的其他磁盘位于相同的位置。 这样可以降低个人虚拟磁盘存储的成本。
站点创建期间，创建连接时，应为虚拟机使用的磁盘定义存储位置。 可以将个人虚拟磁盘与用于操作系统的磁盘分隔开来。 每台 VM 都必须对这两种磁盘的存储位置具有访问权限。 如果我们为这两种磁盘使用本地存储，则本地存储必须可从同一虚拟机管理程序进行访问。 为确保满足此要求，Studio 仅提供兼容的存储位置。 稍后，还可以从 Studio 中的“配置”>“托管”将个人虚拟磁盘以及它们的存储添加到现有主机（而不是计算机目录）。
可使用任何偏好的方法定期备份个人虚拟磁盘。 虚拟磁盘是虚拟机管理程序的存储层中的标准卷，因此，我们可以像备份任何其他卷一样备份它们。
1.3、Personal vDisk (PvD)磁盘空间分配
在下图中我们可以看到，P盘的空间在没有使用的时候，就显示已经占用了一半，这是为什么呢？

在上文中我们说了个人虚拟磁盘是有两部分组成，一部分是配置文件，一部分是按照的个性化应用程序VHD文件存储空间。在Personal vDisk (PvD)中，这两部分空间默认情况下是按照50%的比率进行分配的。而且应用程序空间部分默认是隐藏不显示的，所以在我们看来，P盘的空间默认情况下就是占用了一般，即有一半空间P盘是使用不了的。
那一般来说，我们的配置文件都不会占用太大的存储空间，反而我们安装的应用程序空间VHD文件所占用的空间会根据我们安装应用程序的大小而决定。因此我们这部分的空间显然是越大越好。这个越大越是相对于配置文件不会来说，即比如我们给PvD分配一个10GB的空间，在默认情况下配置文件和VHD文件的空间都是5GB，我们希望配置文件2Gb，VHD文件空间8GB，这样是不是更加合理些呢？

可以通过设置VHD 的初始大小手动调整用于决定相对于驱动器 P: 的 VHD 大小的自动调整大小算法。 例如，如果我们知晓用户将安装大量应用程序，但这些应用程序过大，无法安装在 VHD 上，即使通过算法调整大小之后也是如此，则此操作将非常有用。 在此情况下，可以增加应用程序空间的初始大小，以容纳用户安装的应用程序。
更可取的做法是调整主映像上的 VHD 的初始大小。 或者，当用户没有足够的空间来安装应用程序时，也可以调整虚拟桌面上 VHD 的大小。 但是，必须在每个受影响的虚拟桌面上分别重复此操作；无法调整已创建目录中的 VHD 初始大小。
查找并设置HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Citrix\personal vDisk\Config 中的注册表项。 （请勿修改此注册表项中的其他设置。）
PercentOfPvDForApps
设置虚拟磁盘的应用程序部分 (C:) 与配置文件部分之间的拆分。 如果将 EnableDynamicResizeOfAppContainer 设置为 0，则创建新 VM 时以及执行映像更新期间会使用此值。
仅当将EnableDynamicResizeOfAppContainer 设置为 0 时，更改PercentOfPvDForApps 设置才会产生差别。 默认情况下，将 EnableDynamicResizeOfAppContainer 设置为 1（启用），这意味着仅当 AppContainer（您看到的是 C 驱动器）接近满载时，也就是可用空间低于 10% 时，才得以扩展（即动态扩展）。
增大PercentOfPvDForApps 时仅增大允许Apps 部分扩展到的最大空间。 该操作不会立即置备空间。 您还必须在主映像中配置拆分分配，所配置的设置将在下次映像更新时应用。
如果已在将EnableDynamicResizeOfAppContainer 设置为 1 的情况下生成计算机目录，请在主映像中将此设置更改为 0，以便下次更新时应用，并配置一个恰当的分配拆分。 只要请求的拆分大小大于当前为 C 驱动器分配的大小，则始终应用该大小。
如果您希望保持对空间拆分的完整控制，应将此值设置为 0。 这允许您完整控制 C 驱动器的大小，而不依赖占用的空间低于阈值的用户扩展该驱动器。
默认值：50%（为两部分分配相等的空间）

1.4、Personal vDisk(PvD)与UPM的区别
我们知道Citrix的User Profile Management（UPM）是一个配置文件管理解决方案，在池模式下我们往往使用UPM来保证用户的个性化体验。而PVD不仅仅是一个配置文件管理解决方案，它是一个保存机器状态的管理解决方案，相较于UPM来说，它更加像是UPM+ PLUS Machine state。
Windows漫游配置文件，UPM等诸多第三方技术可以被认为是配置文件虚拟化技术，而PvD可以认为是工作空间虚拟化，工作空间虚拟化是指从底层架构层隔离用户的工作区的技术（特别是OS）。什么是真正的用户的工作空间？操作系统“上面”的应用程序，设置和数据即属于用户的工作空间。如果给工作空间虚拟化下个定义，即整机状态从底层的OS /磁盘分离并在重新启动后保持原来的工作区状态。
二、PvD架构从架构的层面来说，Citrix的PvD的架构主要分为两大部分：一部分是挂载的磁盘，另一部分是安装在镜像模板里面的PvD组件。
2.1、PvD个人虚拟磁盘

如上图，在挂载的磁盘部分，主要是
1、创建pvdisk并连接到虚拟机
2、pvdisk盘将保存在重新启动前机器的状态

挂载的磁盘主要用来保存重启之前的虚拟机的状态，该状态包括安装的应用程序文件，设置信息以及用户的配置文件信息等等。如上图所示，我们在PvD模式下安装的和对虚拟机的一些操作配置信息都保存到了一个用户的工作空间中，该工作空间的这些数据会别保存到我们挂载的pvDisk磁盘中保存起来，当我们重启完虚拟机之后，pvDisk会从新将重启之前的虚拟机的状态完整的重新链接回去。


2.2、操作系统中PvD组件
PvD组件主要由三部分组成：
日志文件
服务
驱动程序

如上图所示，在PvD的目录下，我们可以看见存在着这样的文件目录，其中就包括Logs和服务以及驱动程序。
在PVD组件内部，PVD服务维护者一个资源目录，类似于数据库的东西，这里面存放这资源的链接信息。并且随着时间的推移进行更新，以反映环境的变化。同时PVD的服务还负责将机器的状态在重启之后重新写入到系统的注册表和其他系统文件中。
PVD驱动文件负责截获IO请求。PVD通过截获应用程序I/O请求（文件，注册表项/值），并重定向这些请求到真正的存储地址上。
PVD驱动程序主要由下面直接组成：
四个内核模式驱动程序（KMDs）
IVM
IVMBOOT
IVMPnP
IVMVHD
两个用户模式组件
CtxPvD.exe
CtxPvDSvc.exe
实用程序VHDTool.exe
注：Phase 0驱动程序里面没有PVD支持。

当我们将PVD自己安装在基础的VM镜像上时，PVD组件会安装四个驱动程序和用户模式组件。默认会运行ctxpvdsvc，并启动ctxpvd服务，当基础虚拟机关机时，ctxpvd.exe通知ctxpvdsvc停工，通知更新/创建机器状态。并将机器状态计算好之后放置在预大小的VHD文件的上。
使用“fltmc”命令查看当前加载的驱动程序

2.3、组件详解
Ivm.sys – 是微软File System Minifilter Drivers架构下的一个minifilter driver实现应用软件的I/O操作如Create, Read, Write, Close等，会被操作系统转化成IRP(I/O Request Packet)，发给I/O管理器处理，I/O管理器会将IRP发给Filter管理器进行过滤，过滤完后再发给文件系统驱动、设备驱动最后到达真正的设备。

如上图，在PVD组件中，IVM主要负责维护注册表目录和重定向IO，可谓是PVD技术的核心。
IVMBOOT.sys此驱动程序只工作初始启动过程中。最重要的是要阻止应用程序的启动顺序。
ivmpnp是过去的网络初始化块。这个驱动程序现在已经丢弃掉了！
IVMVHD.sys是Citrix的版本的MS VHD，标准的MS VHD规格，与用户模式应用程序一起工作，支持Windows XP，可以通过命令行工具vhdtool.exe控制。
ctxpvd.exe服务：提供了一种方法来控制PVD服务（ctxpvdsvc .exe），功能包括镜像的更新和基于VMS关机请求拦截。
ctxpvdsvc.exe服务：管理镜像更新，格式化PVD磁盘并第一时间分配PVD启动驱动器。
vhdtool.exe工具：用于安装/格式化/卸载PVD VHD文件。
pvdwmi.dll：提供用户使用的PVD数据检索，一种查询统计（PVD可用的配置文件空间的空间）用于重置PVDVHD。

pvdactivation.log.txt包含的信息与初始PVD等配置：
-记录任何明确禁止的特征，如uservpn
- vdisk调整细节
-创建目录
- %USERPROFILE%连接点创建
日志部分可以帮助我们进行PvD的排错。
2.4、PvD CPU特性
PVD带来的额外消耗主要是CPU消耗。因为PVD是靠拦截操作系统底层指令来重定向资源获取方式的。损耗在26%左右 （PvD 5.6.7之前）。
建议把不同类型的桌面部署在单台hypervisor上（分摊CPU压力），这样就可以得到总体上的最佳的虚拟桌面密度。
应用安装的方式对用PVD时的承载能力有很大的影响，当PVD上的应用程序安装的越多的时候，性能损耗就越大。应用程序越大，注册表操作频繁，资源损耗就越大。 这种情况下，强烈建议使用XA。
使用PVD后启动时间会增长，像ddc注册也需要更长时间。虚拟桌面的响应时间也会受应用（装在PvD上的）对注册表操作的频繁程度不同的影响，频繁程度高时会对响应时间有显著的影响，相对注册表读操作，注册表的写操作产生的影响更加明显。当应用对注册表操作不多时，影响非常少。
2.5、PvD 存储和I/O特性
1、支持各种存储类型(连接到Hypervisor的存储)
2、支持磁盘精简模式，如果Hypervisor层支持的话
3、支持分层存储，即可以与VM放在一起或分开
4、在Desktop Studio创建VM组时中定义PvD的大小和存储位置(如果使用PVS ，在PVS XenDesktop setup wizard中)
5、PvD最小3G最大可达存储上限。
6、PvD对磁盘的IOPS的影响非常小，可以按照和专有模式一样考虑。
2.6、应用程序支持
PVD的驱动在Windows启动时 “Phase1”加载 (加载的非常早)，如果应用程序安装在phase 0 (加载的非常非常早) 将不能工作。所以类似于杀毒软件, 硬件驱动程序等等，这些不建议安装在PvD层。因为这些都比PVD加载得早。
PvD层建议是指安装部分个性化的应用程序，不要安装过多的应用。如果某些应用不能很好的工作在PvD层，建议安装在Base VM中。操作系统级的软件建议安装在base 中，比如Windowsservice packs 和补丁等等。所以在PVD中，确保在主映像中将Windows 更新设置为从不检查更新，将 Windows Update 服务设置为已禁用。 如果需要在 PvD 上运行 Windows Update 服务，将其设置为从不检查更新有助于阻止在关联的计算机上安装更新。
常规操作期间，PvD 捕获大多数用户写入（更改）并将其重定向到个人虚拟磁盘。 如果我们在PVS环境下使用PVD，那么我们可以降低 ProvisioningServices 写入缓存磁盘的大小。但是，当 PvD 不活动时（例如执行映像更新操作期间），小型 Provisioning Services 写入缓存磁盘可能会填满数据，导致计算机崩溃。
Citrix 建议根据 ProvisioningServices 最佳实践来确定 Provisioning Services 写入缓存磁盘的大小，并且添加大小等于主映像上的模板VHD 大小两倍的额外空间（以适应合并要求）。合并操作需要所有这些空间的可能性非常低，但仍存在这种可能性。

2.7、专有桌面和PvD桌面对比
通过MCS模式发布的任何新建虚拟机镜像由三部分组成主镜像（ base image ）、差异镜像（ diff image 即原快照镜像）、 身份识别镜像（ IdentityDisk image）。
专有桌面，即静态永久性桌面，也称为使用个人虚拟磁盘的 VDI。与其他 VDI 桌面类型不同，用户完全可以对这些桌面进行个性化设置。用户首次登录以使用其中一个桌面时，将向此用户分配基于单个主映像的桌面池中的桌面。第一次使用后，用户每次登录以使用其中的桌面时，将连接到此用户第一次使用时向其分配的桌面。计算机重新启动时，会保留对桌面所做的更改，因为这些更改存储在个人虚拟磁盘中。
而PvD桌面会多一个pvDisk的镜像，即P盘。
下面是专有桌面和PvD桌面的对比

三、PvD模式下的空间计算3.1、影响主系统C盘的大小的因素
根据以下因素确定 C盘部署的大小：
用户将在其 C盘上安装的应用程序的大小
用户配置文件的大小
Windows休眠功能和虚拟内存所占用的开销
Windows操作系统本身的开销
Windows操作系统补丁的开销
Windows操作系统应用程序运行空间缓存的开销
PvD的VHD文件的开销
PvD后置备文件的开销
非预期增长（非预期的应用程序安装等）的开销

应用程序
安装在Base VM中的常规应用程序。
配置文件
用户的配置文件大小。
Windows休眠功能和虚拟内存所占用的开销

Hiberfil.sys 是 Windows 休眠功能（Windows Hibernation）将内存数据与会话保存至硬盘、以便计算机断电重新启动后可以快速恢复会话所需的内存镜像文件。在早期版本的 Windows 中，Hiberfil.sys 文件的大小等同于物理内存大小；而在Windows 7 中，Hiberfil.sys 可以在物理内存大小的 50%－100% 的范围自行调整。因此， Windows 7 的 Hiberfil.sys 大小不一定等同于物理内存大小。
有超大内存，那么Hiberfil.sys 会占用很大的磁盘空间。
无法将 Hiberfil.sys 由系统分区根目录转移至其它位置，这是由于 Windows 要想在硬盘的其它位置读取启动文件，必须首先加载文件系统驱动程序。但是已经转入休眠状态的Windows，其文件系统驱动程序在 Hiberfil.sys 里。不加载文件系统驱动，Windows 就无法读取 Hiberfil.sys；不读取 Hiberfil.sys，Windows 就无法加载文件系统驱动。
无法修改 Hiberfil.sys 的所在位置是 Windows 7 减小 Hiberfil.sys 的原因之一；提高 Hiberfil.sys 的文件利用率是减小 Hiberfil.sys 的另一个原因。随着计算机物理内存容量越来越大，多数计算机都有相当一部分物理内存处于空闲状态，并非每次休眠都有完全等同于物理内存容量的内存数据需要保存为 Hiberfil.sys。在早期版本的 Windows 中，尽管 Hiberfil.sys 的大小始终等同于物理内存大小，但 Windows 每次休眠时也并没有从头到脚地更新 Hiberfil.sys 的所有内容。换言之，早期版本的 Windows 的 Hiberfil.sys 存在着没有充分利用的浪费的空间。
pagefile.sys是虚拟内存文件，目地是使用一部分硬盘空间来充当内存使用。当一个程序请求的内存空间大于物理内存时，就需要pagefile.sys文件来提供较大的虚拟内存，从而满足程序对大内存的需求。一般来说，pagefile.sys是不可以删除的。
“hiberfil.sys”是系统休眠文件，其大小和物理内存一样大，它可以删除（但不能手动删除），只要在“控制面板”中打开“电源选项”，之后在电源管理对话框的“休眠”标签下，去掉“启用休眠”前的勾，休眠文件就会自动删除。
“pagefile.sys”是页面交换文件（即虚拟内存），这个文件不能删除，不过可以改变其大小和存放位置：右击“我的电脑/属性”，然后在对话框的“高级”标签下单击“性能”下的“设置”按钮，在”性能选项”对话框中切换到“高级”标签下，再单击“虚拟内存”下的“更改”按钮，即可根据需要更改页面文件的大小----先选中C盘，然后选“无分页文件”，再点“设置”按钮；之后选中要生成该文件的盘符，在下面点选“自定义大小”并输入合适的数值，此数值通常为物理内存的1.5倍，再单击“设置”，最后单击“确定”，重新启动电脑，该文件就在其他分区上了。但是虚拟桌面本身由于只有一个C盘，无法将虚拟内存交换到其他分区，因此会占用C盘一部分空间。
操作系统
Windows Xp或着Windows 7等客户端操作系统本身的空间占用。操作系统需要占用存储空间这是不争的事实，自Windows操作系统诞生以来，微软不断为系统更新升级，从架构的16位、32位再到64位，甚至128位。系统版本也从Windows 1.0到大家熟知的Windows 95、Windows 98、Windows ME、Windows 2000、Windows 2003、Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows 8，Windows 8.1和 Windows Server服务器企业级操作系统，不断持续更新完善的过程中，系统功能的添加，系统界面的优化等都加大了操作系统的占用。
系统补丁
当发布系统后，发现有些程序中有漏洞，能被黑客利用而攻击用户，所以发布相应的措施来对付这些黑客，用一些应用程序来修复这些漏洞，称为‘补丁程序’，安装这些补丁程序后，黑客就不会利用这些漏洞来攻击用户。而黑客又会从其它位置来想方设法攻击系统，所以，常有发布一些补丁程序来对付黑客。这些系统补丁也一定程度上占用了存储空间。
缓存和垃圾
随着系统的运行，电脑上也会产生很多缓存和垃圾文件，这些缓存和垃圾文件也都通常位于系统盘符，如果不及时清理，占用也会越来越大，尤其是视频文件的缓存。
PvD占用的空间
在PvD模式下，我们的C盘有部分空间是会被PvD说占用的。占用的空间= UserData.vhd (V:) + thick provisionfile。实质上这部分空间是存放在我们的pvdisk里面的，在真实的C盘中并不会存在。但是在真实的C盘磁盘索引表中，这部分空间是存在的。因此这部分空间是虚拟的。

非预期增长的开销
预估C盘的大小时，请考虑在总大小的基础上额外留出一定的空间（固定量或虚拟磁盘大小的百分比），用于用户在部署期间执行的任何非预期应用程序安装。

3.2、影响主 PvD 卷的大小的因素
根据以下因素确定 Personal vDisk (PvD) 部署的大小：
用户将在其 PvD 上安装的应用程序的大小
用户配置文件的大小（如果未使用独立的配置文件管理解决方案）
包含 PvD 清单的模板 VHD 占用的开销
PvD 映像更新操作的开销
非预期增长（非预期的应用程序安装等）的开销

应用程序
PvD 磁盘（默认情况下为驱动器 P:）可以同时包含配置文件数据和用户安装的应用程序。应用程序所需的空间取决于实现，但我们可以基于任何现有物理 PC 或专用 VM 通过检查具有代表性的用户的“添加/删除程序”向导 (appwiz.cpl) 为指定用户组预估所需的空间。 添加向导中列出的已安装应用程序的大小。 如有疑问，请在计算用户安装的应用程序所需的空间时慷慨预估其大小。
配置文件
除应用程序所需的空间外，还应确保 PvD 上有足够的可用空间来存储用户的配置文件。务必同时将任何非重定向的特殊文件夹（例如“我的文档”、“我的音乐”等）包含在空间计算中。可以从“控制面板”(sysdm.cpl) 获取现有配置文件的大小。
某些配置文件重定向解决方案存储存根文件（sentry 文件）而非真实的配置文件数据。 这些配置文件解决方案可能显示为最初未存储任何数据，但实际上每个存根文件占用文件系统中的一个文件目录条目（通常情况下，此数量大约为每个文件 4 KB）。 如果我们采用此类解决方案，则必须根据真实的配置文件数据（而非存根文件）来预估大小。
企业文件共享应用程序（ShareFile、Dropbox 等）可能会将数据同步或下载到 PvD 上的用户配置文件区域。 如果我们采用此类解决方案，则预估大小时必须包括足够的空间来存储此数据。
模板 VHD（清单）
模板 VHD 中包含 PvD 清单数据（与基础 VM 映像内容对应的 sentinel 文件），并且是 PvD应用程序数据的起始点。 由于每个 sentinel 文件或文件夹由文件系统中的文件目录条目组成，因此，模板 VHD 内容将占用 PvD 应用程序空间，即使在最终用户安装任何应用程序之前也是如此。 可以通过在创建清单后浏览基础 VM 映像来确定模板 VHD 的大小。 或者，要大概计算其大小，请使用以下等式：
模板 VHD 大小 = (基础映像上的文件数) x 4 KB
可以通过在基础 VM 映像中的驱动器 C: 上单击鼠标右键并选择 Properties（属性）来确定文件和文件夹的数量。 例如，包含 25 万个文件的映像的模板 VHD 大小约为1,024,000,000 字节（接近 1 GB）。 此空间不可用于 PvD 应用程序区域中的应用程序安装。
PvD 映像更新操作的开销
执行 PvD 映像更新操作期间，PvD 的根目录处（默认为 P:）必须有足够的可用空间，以便合并来自两个基础映像版本的变更以及用户对其 PvD 所做的更改。 通常情况下，PvD 会预留几百 MB 空间用于此目的，但写入到 P: 驱动器的额外数据可能会占用这些预留的空间，致使没有足够的空间来成功完成映像更新。 PvD 池统计数据脚本（位于 Support/Tools/Scripts 文件夹下的 XenDesktop ISO 映像中）可以帮助识别目录中正在更新的以及接近满载的任何 PvD磁盘。
非预期增长的开销
预估 PvD 的大小时，请考虑在总大小的基础上额外留出一定的空间（固定量或虚拟磁盘大小的百分比），用于用户在部署期间执行的任何非预期应用程序安装。
3.3、PvD空间优化
最后，我们可以使用排除PvD虚拟磁盘中的文件和文件夹，来减少PvD磁盘的增大，比如一些缓存文件、日志文件等等。
使用规则文件从虚拟磁盘排除文件和文件夹。 可以在部署个人虚拟磁盘期间执行此项操作。 规则文件按 custom_*_rules.template.txt 格式命名并存储在 \config 文件夹中。 各个文件中的注释提供了其他文档。

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