NVME軟件定義存儲(chǔ)超融合在醫(yī)院信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

文/許建寶 鄭宏暉

1 項(xiàng)目背景

近年來(lái)，醫(yī)療系統(tǒng)種類和數(shù)量越來(lái)越多，數(shù)據(jù)量持續(xù)快速增長(zhǎng)，IT基礎(chǔ)架構(gòu)也日趨復(fù)雜。為了迎接這樣的挑戰(zhàn)，醫(yī)療信息化建設(shè)已經(jīng)成為各機(jī)構(gòu)的當(dāng)務(wù)之急。在此背景下軟件定義存儲(chǔ)簡(jiǎn)稱SDS，為醫(yī)療信息化基礎(chǔ)架構(gòu)建設(shè)提供了可行的思路。

2 軟件定義存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)

（1）降低系統(tǒng)復(fù)雜度：通過(guò)軟件交互可以降低復(fù)雜度；

（2）適應(yīng)快速變化的市場(chǎng)環(huán)境：通過(guò)軟件定義存儲(chǔ)是IT適應(yīng)市場(chǎng)需求的基礎(chǔ)條件；

（3）NVME是未來(lái)存儲(chǔ)接口發(fā)展趨勢(shì)：未來(lái)NVME接口將取代SAS、SATA成為數(shù)據(jù)中心硬盤(pán)接口標(biāo)準(zhǔn)。存儲(chǔ)硬盤(pán)接口發(fā)展預(yù)測(cè)如表1所示。

3 NVME技術(shù)優(yōu)勢(shì)

3.1 NVME的優(yōu)勢(shì)一：低延時(shí)

NVME標(biāo)準(zhǔn)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(lái)的延時(shí)。在軟件層方面，NVME標(biāo)準(zhǔn)的延時(shí)只有AHCI的一半不到，執(zhí)行命令時(shí)不需要讀取寄存器。不同硬盤(pán)類型延時(shí)比較如表2所示。

表1：存儲(chǔ)硬盤(pán)接口發(fā)展預(yù)測(cè)圖

表2：不同硬盤(pán)類型延時(shí)比較

表3：IOPS 性能對(duì)比

表4：NVME功耗控制

表5：存儲(chǔ)控制器節(jié)點(diǎn)參數(shù)

表6：存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)參數(shù)

表7：數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用性能對(duì)比

3.2 NVME的優(yōu)勢(shì)二：IOPS大增

在配置10個(gè)NVME硬盤(pán)的測(cè)試中，NVME存儲(chǔ)最大隨機(jī)讀性能可以達(dá)到700萬(wàn)IOPS。與同等10個(gè)SAS SSD設(shè)備相比，整體擁有12倍以上的性能提升，對(duì)比結(jié)果如表3所示。

圖1

3.3 NVME的優(yōu)勢(shì)三：功耗更低

NVME加入了自動(dòng)功耗狀態(tài)切換和動(dòng)態(tài)能耗管理功能，設(shè)備從Power State 0閑置50ms后可以切換到Power State 1，繼續(xù)閑置的話，在500ms后又會(huì)進(jìn)入功耗更低的Power State 2，切換時(shí)雖然會(huì)有短暫延遲。NVME功耗控制如表4所示。

4 基于NVME技術(shù)的全閃存架設(shè)計(jì)

前端和后端都是支持NVME/F的一款100%的NVME全閃存陣列架構(gòu)(AFA)，把AFA分成兩種類型的節(jié)點(diǎn)，存儲(chǔ)控制器是給客戶端提供服務(wù)，而存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。見(jiàn)圖1。

支持連接方式：

（1）存儲(chǔ)控制節(jié)點(diǎn)及介質(zhì)節(jié)點(diǎn)采用NVME/F連接，通過(guò)25/50GbE 技術(shù)互聯(lián)。

（2）前端支持NVME/F直接連接，為了保護(hù)現(xiàn)有基礎(chǔ)環(huán)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(tái)，支持scale-out特性。見(jiàn)表5、表6。

5 數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用性能對(duì)比

通過(guò)將NVME存儲(chǔ)連接到現(xiàn)有環(huán)境，并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用進(jìn)行測(cè)試，與普通存儲(chǔ)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試性能提升效果，見(jiàn)表7。

5.1 整體性能提升5倍

DBTIME普通存儲(chǔ)每日最高單小時(shí)為531.15，NVME存儲(chǔ)每日最高單個(gè)小時(shí)指標(biāo)為110.68，性能效果提升4.7倍。

5.2 I/O響應(yīng)提升7倍

普通存儲(chǔ)平均單次I/O請(qǐng)求時(shí)間為10.09毫秒，NVME存儲(chǔ)平均單次I/O的請(qǐng)求時(shí)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(bào)表SQL執(zhí)行效率，普通存儲(chǔ)SQL執(zhí)行需120.1秒，NVME存儲(chǔ) SQL執(zhí)行完成只需20.07秒，執(zhí)行效率提升5.98倍。

6 小結(jié)

隨著醫(yī)院信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的日益增長(zhǎng)，業(yè)務(wù)需求也變得越來(lái)越復(fù)雜，也增加了醫(yī)院信息管理維護(hù)的難度。采用基于NVME軟件定義存儲(chǔ)超融合，實(shí)現(xiàn)中心機(jī)房所有應(yīng)用服務(wù)器和存儲(chǔ)的“超融合”，提升全院業(yè)務(wù)系統(tǒng)性能，保障了醫(yī)院的業(yè)務(wù)連續(xù)性和穩(wěn)定性。