超融合架構技術在智慧化醫院建設中的應用實踐

林澍鍇

(寧德市康復醫院,福建 寧德 352000)

1 超融合架構技術

超融合架構技術,可以看成是在同一單元設備中,不僅含有消除數據重復、在線壓縮數據、快照技術、高速緩存模塊及將關鍵數據進行可靠備份等一眾元素,而且具備了系統虛擬化、高可靠性的存儲介質、云端大數據計算以及高效鏈路網絡等許多新技術及資源,眾多的節點靠網絡聚合得以實現平臺模塊化無縫橫向擴展(scale-out),最后形成一套集中型的資源池框架[1]。

1.1 超融合架構具有的特點

超融合的架構是以x86服務器作為硬件基礎,搭配虛擬化軟件作為中心進行構建,擴展的依據是業務應用在運行時所產生的實際需求科學分析的結果,將云端大數據計算、高可靠性的存儲介質及高效鏈路網絡和最基礎的底層框架進行分離,無須以目前主流的RAID為主的存儲介質及網絡附屬存儲(Network Attached Storage,NAS)進行儲存,以集成技術為核心,通過集中管理軟件來對超融合架構單一化系統進行管理以及常規化運維,從而實現高可靠性、高實用性及高可維護性[2]。

1.2 超融合架構在實際運用中具有的優勢

超融合架構優點主要有以下幾點[3]:(1)靈活的可擴展性。出現資源不夠的情況時,傳統擴展解決方案難度較大,而超融合技術可依靠添加硬件節點進行擴展,使其框架能夠同時具有線性性質和彈性的屬性。框架所配置的資源池能根據對工作負載的分析得到動態分配的最優算法并執行,使得應用程序能在長期的工作中緩解負載并維持一致性。在部署時間上,相比于傳統IT架構,超融合架構縮短了75%。(2)簡單性。在維護性和管理方面,超融合架構的操作界面更加的簡化并可以統一操作使其具有一致性,所有完全組裝集成和預先調試的組件可使整套系統都便于擴展、設置和維護。(3)面向數據的服務。在數據服務方面,超融合框架為數據提供了一套類似于傳統RAID同等級別的服務。

2 超融合技術在智能化醫院數據中心應用場景

寧德市康復醫院成立于2005年10月,是寧德市唯一集精神病防治、教學與科研為一體的專科醫院,診療范圍主要包括精神科、心理科、老年護理科、中西醫內科。信息中心機房建于2014年,建筑面積約30平方米,可容納6個機柜。

信息化建設歷經了兩個發展階段[4]。(1)雙機熱備運行階段。在信息化醫院建設初級階段應用較少,僅有一套HIS系統在支撐全院的業務,所用到的設備及架構較為簡單,對系統的壓力也小,安裝維護級別不高的同時經濟成本低廉,足以滿足業務方面的需求。智慧醫院信息化建設不斷發展,對服務器資源的需求越來越龐大,對存儲的需求也不斷激增。根據傳統的IT系統部署方式,需要新增、更新約30臺標準配置的服務器,以及相關配套的交換機與數據存儲設備。因機房空間有限,沒有辦法容納更多的機柜,且現有的UPS資源無法為如此龐大的服務器需求提供應對緊急情況的能耗,出于經濟效益和管理安全性考慮,機房進行了第二階段的建設。(2)服務器使用虛擬化平臺階段。機房內建設了一套以VMware虛擬化平臺為核心架構,采用物理服務器對數據中心進行升級,將LIS、EMR、OA、CA、審方等多套業務系統布置于虛擬化平臺上,提高了醫院整合醫療信息資源的能力。

3 超融合架構在智能化醫院數據中心應用實踐

3.1 服務器硬件規劃設計

目前的規劃是使用VMware虛擬化,在現有的硬件基礎上增加硬件配件對舊服務器進行改造來滿足數據中心資源池可用內存資源為258 GB以上,有效存儲容量為10 TB以上。

ESXI設計規劃每節點內存容量為128 GB,CPU核心數量為16(兩顆8核),本次項目共計3個節點,基于3臺原有虛擬化平臺服務器進行改造。改造服務器對象包含兩臺G9服務器與一臺G10服務器。原有的3臺服務器進行升級擴容改造,改造內容包含擴展64 GB內存容量,拓展磁盤空間至10.8 TB,增加一張雙端萬兆光纖網卡。原服務器配置如表1所示。

表1 原服務器配置

增配后3臺超融合服務器可提供裸存儲空間為32.4 TB,因為超融合及數據可靠性等要求損失部分空間,存儲整體利用率為33%,可用空間為10.6 TB。3臺節點總內存容量為384 GB,減去平臺運行所消耗內存空間128 GB,剩余256 GB可用空間供院內業務使用。管理節點及配套服務所消耗CPU約為12顆物理核心。

3.2 Vsan集群規劃設計

Vsan集群采用3節點設計,節點配置類型為混合存儲型,每節點空閑存儲空間百分比為25%,預留10%業務增長空間。最大容許故障點數為0,容錯方式RAID-1。設每節點工作量為一般用途緩存層與容量層比例為3∶7,方案設計遵循Vsan設計指南進行設計。

3.3 超融合網絡規劃設計

超融合網絡層采用10 GB網絡設計,超融合主機間數據交換量大,需要高速穩定的網絡作為數據交換通道。同時超融合存儲網絡支持多播、巨幀等功能。每臺超融合主機采用雙10 GB網卡設計,使超融合網路冗余可靠,避免單網卡故障造成節點丟失。

超融合架構整體建設成果情況如下:(1)3臺惠普服務器組成超融合集群,可用存儲空間為10.6 TB。雙臺萬兆存儲交換機提供高速存儲交換網絡。每臺虛擬化服務器通過10 GB多模光纖分別與兩臺存儲交換機互聯消除單點故障,保證存儲網絡的高可用性。(2)增加備份軟件,將院內HIS系統數據實時備份至超融合平臺,持續性的數據保護與超融合平臺的高穩定性為院內HIS數據安全提供了邏輯與硬件保障,在災難發生時(勒索病毒攻擊)可以恢復數據至加密前一毫秒,減少數據丟失量,超融合平臺靈活的遷移性也為業務快速恢復提供了架構可能。(3)管理平臺為雙機設計,保證管理平臺高可靠性。所有運行數據呈條帶化存儲于不同獨立主機中,數據雙份備份。保證超融合平臺數據可靠性與穩定性達到99.999 9%。

4 結語

超融合架構技術滿足了智慧化醫院發展的趨勢,在提升性能的同時還精簡了物理層面的服務器需求,降低成本的同時提高了搭建的效率,還滿足了數據存儲備份的需求,對提高系統的安全性具有顯著的效果,完美實現了高可用、高可靠、低成本等優點,此技術可作為智慧化醫院數據中心建設的一種有效方案進行推廣。