超融合架構(gòu)在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用研究

◆鐘科冕

超融合架構(gòu)在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用研究

◆鐘科冕

（湖南省郴州市第一人民醫(yī)院 湖南 423000）

隨著科技的發(fā)展和社會(huì)對(duì)信息技術(shù)的依賴程度不斷提高，傳統(tǒng)的信息化構(gòu)架也不斷地進(jìn)化出新的形態(tài)來(lái)滿足時(shí)代的需求。醫(yī)院和醫(yī)療機(jī)構(gòu)作為技術(shù)密集領(lǐng)域，對(duì)信息技術(shù)的需求尤為突出。超融合架構(gòu)在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)的應(yīng)用研究不斷增多。郴州市第一人民醫(yī)院通過對(duì)超融合基礎(chǔ)架構(gòu)HCI與傳統(tǒng)架構(gòu)的性能測(cè)試對(duì)比，實(shí)證了超融合技術(shù)在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用可行性和技術(shù)優(yōu)勢(shì)

超融合；醫(yī)院；數(shù)據(jù)中心

郴州市第一人民醫(yī)院作為一家多院區(qū)大型三甲醫(yī)院，隨著醫(yī)院信息系統(tǒng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，也經(jīng)歷著和其他醫(yī)院一樣的發(fā)展過程。點(diǎn)滴積累和建設(shè)后醫(yī)院信息系統(tǒng)逐步形成規(guī)模，構(gòu)架也慢慢改變。中心醫(yī)院數(shù)據(jù)中心承擔(dān)著包括中心醫(yī)院在內(nèi)五個(gè)院區(qū)的信息技術(shù)支持。分別為醫(yī)院的HIS、EMR、LIS、PACS、心電，B超等多個(gè)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及運(yùn)算。從最初的多臺(tái)物理服務(wù)器分別為不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供存儲(chǔ)和運(yùn)算，到SAN構(gòu)架下的虛擬化平臺(tái)，中心機(jī)房的資源利用率大幅提高。在虛擬機(jī)逐步取代實(shí)體機(jī)，服務(wù)器數(shù)量也因業(yè)務(wù)的需求成倍增長(zhǎng)的同時(shí)，傳統(tǒng)SAN構(gòu)架下的虛擬化平臺(tái)暴露的問題也日漸突出，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

（1）傳統(tǒng)構(gòu)架的虛擬化平臺(tái)依托于服務(wù)器集群、光纖交換機(jī)、存儲(chǔ)的經(jīng)典組合。三者各司其職缺一不可。一旦某臺(tái)實(shí)體服務(wù)器發(fā)生故障，引發(fā)虛擬服務(wù)器飄移就無(wú)法避免導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致服務(wù)器崩潰。如果FC鏈路下的存儲(chǔ)發(fā)生故障，對(duì)整個(gè)平臺(tái)將是毀滅性打擊。

（2）在擴(kuò)容或更換存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)時(shí)，因新老存儲(chǔ)相對(duì)獨(dú)立，大量的虛擬機(jī)需要遷移耗時(shí)耗力。同時(shí)新存儲(chǔ)又會(huì)成為單點(diǎn)故障加入平臺(tái)中來(lái)，其可靠性只能通過時(shí)間去檢驗(yàn)。

為了解決和預(yù)防以上問題，我們選用Nutanix-HX構(gòu)架為例來(lái)探索HCI構(gòu)架在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心應(yīng)用可行性。

1 HCI的理解與分析

首先HCI構(gòu)架和傳統(tǒng)構(gòu)架最明顯的區(qū)別就是HCI去掉了獨(dú)立存儲(chǔ)，將數(shù)據(jù)采取分布的方式以兩副本或者三副本存放在服務(wù)器的硬盤中。服務(wù)器的硬盤（SSD和HHD）在集群里作為存儲(chǔ)池進(jìn)行統(tǒng)一管理，SSD成為池中的高性能層做熱點(diǎn)數(shù)據(jù)Cache，HDD定義池的大小，因此只需對(duì)集群節(jié)點(diǎn)擴(kuò)充就可完成對(duì)存儲(chǔ)池的擴(kuò)充以及存儲(chǔ)性能的提升。

池中的數(shù)據(jù)被分割為1MB或4MB的數(shù)據(jù)塊，按照多副本的方式分布在不同節(jié)點(diǎn)中，集群中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)或者某個(gè)節(jié)點(diǎn)的某塊硬盤（SSD或HDD）故障不影響數(shù)據(jù)的完整性和可用性，因此集群中的節(jié)點(diǎn)故障對(duì)平臺(tái)上的虛擬服務(wù)器來(lái)說(shuō)是無(wú)感的。分布式數(shù)據(jù)由軟件自動(dòng)管理，節(jié)點(diǎn)間通過萬(wàn)兆交換機(jī)同步數(shù)據(jù)并分發(fā)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)給各節(jié)點(diǎn)的SSD。因此節(jié)點(diǎn)數(shù)越多，高性能層提供的IO吞吐量就會(huì)越大，整個(gè)存儲(chǔ)池和集群性能就會(huì)越高。

2 HCI與傳統(tǒng)架構(gòu)對(duì)比實(shí)測(cè)

醫(yī)院數(shù)據(jù)中心整體性能主要體現(xiàn)為服務(wù)器運(yùn)算性能，網(wǎng)絡(luò)性能，存儲(chǔ)性能，其中存儲(chǔ)性能作為水桶理論的最短板，往往限制了數(shù)據(jù)中心性能的整體表現(xiàn)。而數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)設(shè)備中IO性能又是最為影響存儲(chǔ)性能的指標(biāo)，對(duì)于存儲(chǔ)的IO以及帶寬等指標(biāo)將是測(cè)試核心。

2.1 測(cè)試環(huán)境、工具

我們用IOMeter1.1來(lái)對(duì)6個(gè)HX節(jié)點(diǎn)在Windows環(huán)境下的性能進(jìn)行一組對(duì)比測(cè)試。為保證結(jié)果客觀真實(shí)，對(duì)比對(duì)象采用郴州市第一人民醫(yī)院現(xiàn)役核心系統(tǒng)服務(wù)器，操作系統(tǒng)均為Windows 2012 R2 64位標(biāo)準(zhǔn)版（表1）。

表1 測(cè)試環(huán)境

2.2 測(cè)試環(huán)境參數(shù)和目的

（1）不測(cè)極值，確保低IO響應(yīng)，盡量接近真實(shí)使用效果（表2）。

表2 測(cè)試環(huán)境參數(shù)和目的

2.3 測(cè)試指標(biāo)及結(jié)果

（1）4K文件以100%隨機(jī)讀取為測(cè)試對(duì)象，評(píng)估系統(tǒng)開機(jī)和操作過程的響應(yīng)（表3）。

表3 評(píng)估系統(tǒng)開機(jī)和操作過程的響應(yīng)

（2）4K 100%隨機(jī)讀取測(cè)試結(jié)果（表4）。.

表4 4K 100%隨機(jī)讀取測(cè)試結(jié)果

（3）2K文件 33%寫操作和67%讀操作用于模擬數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器工作（表5）。

表5 2K文件 33%寫操作和67%讀操作

（4）2K文件 33%寫操作和67%讀操作測(cè)試結(jié)果（表6）：

表6 2K文件 33%寫操作和67%讀操作測(cè)試結(jié)果

2.4 測(cè)試結(jié)論

經(jīng)過橫向比較可以看出超融合構(gòu)架下的虛擬服務(wù)器在4K隨機(jī)讀取測(cè)試中優(yōu)勢(shì)明顯，可為醫(yī)療信息系統(tǒng)中的應(yīng)用服務(wù)器、查詢服務(wù)器提供優(yōu)秀性能。作為需要頻繁讀寫的核心數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用中，測(cè)試成績(jī)低于高端存儲(chǔ)IBM V7000，高于目前中端存儲(chǔ)，性能位于中上游水平。

3 HCI構(gòu)架在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心應(yīng)用價(jià)值

業(yè)務(wù)系統(tǒng)越來(lái)越多，構(gòu)架越來(lái)越復(fù)雜。管理和維護(hù)工作經(jīng)常遇到棘手問題，HCI構(gòu)架很大程度上解決了這類問題。

把醫(yī)院機(jī)房看做一個(gè)池，服務(wù)器作為池中的節(jié)點(diǎn)，相互共享彼此的存儲(chǔ)、運(yùn)算、網(wǎng)絡(luò)，但又各自獨(dú)立運(yùn)行，發(fā)生故障不會(huì)互相影響。只需通過更換或增加節(jié)點(diǎn)的動(dòng)作即可完成日常維護(hù)的大部分工作。合理的在超融合構(gòu)架中部署虛擬服務(wù)器能為醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供比傳統(tǒng)構(gòu)架更加高效和安全可靠的應(yīng)用環(huán)境。