NVME軟件定義存儲超融合在醫院信息系統中的應用

文/許建寶 鄭宏暉

1 項目背景

近年來，醫療系統種類和數量越來越多，數據量持續快速增長，IT基礎架構也日趨復雜。為了迎接這樣的挑戰，醫療信息化建設已經成為各機構的當務之急。在此背景下軟件定義存儲簡稱SDS，為醫療信息化基礎架構建設提供了可行的思路。

2 軟件定義存儲的優點

（1）降低系統復雜度：通過軟件交互可以降低復雜度；

（2）適應快速變化的市場環境：通過軟件定義存儲是IT適應市場需求的基礎條件；

（3）NVME是未來存儲接口發展趨勢：未來NVME接口將取代SAS、SATA成為數據中心硬盤接口標準。存儲硬盤接口發展預測如表1所示。

3 NVME技術優勢

3.1 NVME的優勢一：低延時

NVME標準是面向PCI-E SSD的，使用原生PCI-E通道與CPU直連可以免去SATA與SAS接口的外置控制器（PCH）與CPU通信所帶來的延時。在軟件層方面，NVME標準的延時只有AHCI的一半不到，執行命令時不需要讀取寄存器。不同硬盤類型延時比較如表2所示。

表1：存儲硬盤接口發展預測圖

表2：不同硬盤類型延時比較

表3：IOPS 性能對比

表4：NVME功耗控制

表5：存儲控制器節點參數

表6：存儲節點參數

表7：數據庫應用性能對比

3.2 NVME的優勢二：IOPS大增

在配置10個NVME硬盤的測試中，NVME存儲最大隨機讀性能可以達到700萬IOPS。與同等10個SAS SSD設備相比，整體擁有12倍以上的性能提升，對比結果如表3所示。

圖1

3.3 NVME的優勢三：功耗更低

NVME加入了自動功耗狀態切換和動態能耗管理功能，設備從Power State 0閑置50ms后可以切換到Power State 1，繼續閑置的話，在500ms后又會進入功耗更低的Power State 2，切換時雖然會有短暫延遲。NVME功耗控制如表4所示。

4 基于NVME技術的全閃存架設計

前端和后端都是支持NVME/F的一款100%的NVME全閃存陣列架構(AFA)，把AFA分成兩種類型的節點，存儲控制器是給客戶端提供服務，而存儲節點負責存儲數據。見圖1。

支持連接方式：

（1）存儲控制節點及介質節點采用NVME/F連接，通過25/50GbE 技術互聯。

（2）前端支持NVME/F直接連接，為了保護現有基礎環境投資，其前端NVME/F也支持NVME/F over FC。

（3）采用SDS的方式，采用的硬件都是基于通用X86平臺，支持scale-out特性。見表5、表6。

5 數據庫應用性能對比

通過將NVME存儲連接到現有環境，并對數據庫應用進行測試，與普通存儲進行對比測試性能提升效果，見表7。

5.1 整體性能提升5倍

DBTIME普通存儲每日最高單小時為531.15，NVME存儲每日最高單個小時指標為110.68，性能效果提升4.7倍。

5.2 I/O響應提升7倍

普通存儲平均單次I/O請求時間為10.09毫秒，NVME存儲平均單次I/O的請求時間縮短為1.31毫秒，I/O效率提升7.7倍。

5.3 SQL性能提升5倍

報表SQL執行效率，普通存儲SQL執行需120.1秒，NVME存儲 SQL執行完成只需20.07秒，執行效率提升5.98倍。

6 小結

隨著醫院信息系統業務應用的日益增長，業務需求也變得越來越復雜，也增加了醫院信息管理維護的難度。采用基于NVME軟件定義存儲超融合，實現中心機房所有應用服務器和存儲的“超融合”，提升全院業務系統性能，保障了醫院的業務連續性和穩定性。