超融合架構(gòu)技術(shù)在智慧化醫(yī)院建設(shè)中的應(yīng)用實(shí)踐

林澍鍇

(寧德市康復(fù)醫(yī)院,福建 寧德 352000)

1 超融合架構(gòu)技術(shù)

超融合架構(gòu)技術(shù),可以看成是在同一單元設(shè)備中,不僅含有消除數(shù)據(jù)重復(fù)、在線壓縮數(shù)據(jù)、快照技術(shù)、高速緩存模塊及將關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠備份等一眾元素,而且具備了系統(tǒng)虛擬化、高可靠性的存儲(chǔ)介質(zhì)、云端大數(shù)據(jù)計(jì)算以及高效鏈路網(wǎng)絡(luò)等許多新技術(shù)及資源,眾多的節(jié)點(diǎn)靠網(wǎng)絡(luò)聚合得以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)模塊化無(wú)縫橫向擴(kuò)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(gòu)具有的特點(diǎn)

超融合的架構(gòu)是以x86服務(wù)器作為硬件基礎(chǔ),搭配虛擬化軟件作為中心進(jìn)行構(gòu)建,擴(kuò)展的依據(jù)是業(yè)務(wù)應(yīng)用在運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的實(shí)際需求科學(xué)分析的結(jié)果,將云端大數(shù)據(jù)計(jì)算、高可靠性的存儲(chǔ)介質(zhì)及高效鏈路網(wǎng)絡(luò)和最基礎(chǔ)的底層框架進(jìn)行分離,無(wú)須以目前主流的RAID為主的存儲(chǔ)介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(chǔ)(Network Attached Storage,NAS)進(jìn)行儲(chǔ)存,以集成技術(shù)為核心,通過(guò)集中管理軟件來(lái)對(duì)超融合架構(gòu)單一化系統(tǒng)進(jìn)行管理以及常規(guī)化運(yùn)維,從而實(shí)現(xiàn)高可靠性、高實(shí)用性及高可維護(hù)性[2]。

1.2 超融合架構(gòu)在實(shí)際運(yùn)用中具有的優(yōu)勢(shì)

超融合架構(gòu)優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)[3]:(1)靈活的可擴(kuò)展性。出現(xiàn)資源不夠的情況時(shí),傳統(tǒng)擴(kuò)展解決方案難度較大,而超融合技術(shù)可依靠添加硬件節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展,使其框架能夠同時(shí)具有線性性質(zhì)和彈性的屬性。框架所配置的資源池能根據(jù)對(duì)工作負(fù)載的分析得到動(dòng)態(tài)分配的最優(yōu)算法并執(zhí)行,使得應(yīng)用程序能在長(zhǎng)期的工作中緩解負(fù)載并維持一致性。在部署時(shí)間上,相比于傳統(tǒng)IT架構(gòu),超融合架構(gòu)縮短了75%。(2)簡(jiǎn)單性。在維護(hù)性和管理方面,超融合架構(gòu)的操作界面更加的簡(jiǎn)化并可以統(tǒng)一操作使其具有一致性,所有完全組裝集成和預(yù)先調(diào)試的組件可使整套系統(tǒng)都便于擴(kuò)展、設(shè)置和維護(hù)。(3)面向數(shù)據(jù)的服務(wù)。在數(shù)據(jù)服務(wù)方面,超融合框架為數(shù)據(jù)提供了一套類似于傳統(tǒng)RAID同等級(jí)別的服務(wù)。

2 超融合技術(shù)在智能化醫(yī)院數(shù)據(jù)中心應(yīng)用場(chǎng)景

寧德市康復(fù)醫(yī)院成立于2005年10月,是寧德市唯一集精神病防治、教學(xué)與科研為一體的?？漆t(yī)院,診療范圍主要包括精神科、心理科、老年護(hù)理科、中西醫(yī)內(nèi)科。信息中心機(jī)房建于2014年,建筑面積約30平方米,可容納6個(gè)機(jī)柜。

信息化建設(shè)歷經(jīng)了兩個(gè)發(fā)展階段[4]。(1)雙機(jī)熱備運(yùn)行階段。在信息化醫(yī)院建設(shè)初級(jí)階段應(yīng)用較少,僅有一套HIS系統(tǒng)在支撐全院的業(yè)務(wù),所用到的設(shè)備及架構(gòu)較為簡(jiǎn)單,對(duì)系統(tǒng)的壓力也小,安裝維護(hù)級(jí)別不高的同時(shí)經(jīng)濟(jì)成本低廉,足以滿足業(yè)務(wù)方面的需求。智慧醫(yī)院信息化建設(shè)不斷發(fā)展,對(duì)服務(wù)器資源的需求越來(lái)越龐大,對(duì)存儲(chǔ)的需求也不斷激增。根據(jù)傳統(tǒng)的IT系統(tǒng)部署方式,需要新增、更新約30臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)配置的服務(wù)器,以及相關(guān)配套的交換機(jī)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。因機(jī)房空間有限,沒(méi)有辦法容納更多的機(jī)柜,且現(xiàn)有的UPS資源無(wú)法為如此龐大的服務(wù)器需求提供應(yīng)對(duì)緊急情況的能耗,出于經(jīng)濟(jì)效益和管理安全性考慮,機(jī)房進(jìn)行了第二階段的建設(shè)。(2)服務(wù)器使用虛擬化平臺(tái)階段。機(jī)房?jī)?nèi)建設(shè)了一套以VMware虛擬化平臺(tái)為核心架構(gòu),采用物理服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行升級(jí),將LIS、EMR、OA、CA、審方等多套業(yè)務(wù)系統(tǒng)布置于虛擬化平臺(tái)上,提高了醫(yī)院整合醫(yī)療信息資源的能力。

3 超融合架構(gòu)在智能化醫(yī)院數(shù)據(jù)中心應(yīng)用實(shí)踐

3.1 服務(wù)器硬件規(guī)劃設(shè)計(jì)

目前的規(guī)劃是使用VMware虛擬化,在現(xiàn)有的硬件基礎(chǔ)上增加硬件配件對(duì)舊服務(wù)器進(jìn)行改造來(lái)滿足數(shù)據(jù)中心資源池可用內(nèi)存資源為258 GB以上,有效存儲(chǔ)容量為10 TB以上。

ESXI設(shè)計(jì)規(guī)劃每節(jié)點(diǎn)內(nèi)存容量為128 GB,CPU核心數(shù)量為16(兩顆8核),本次項(xiàng)目共計(jì)3個(gè)節(jié)點(diǎn),基于3臺(tái)原有虛擬化平臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行改造。改造服務(wù)器對(duì)象包含兩臺(tái)G9服務(wù)器與一臺(tái)G10服務(wù)器。原有的3臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行升級(jí)擴(kuò)容改造,改造內(nèi)容包含擴(kuò)展64 GB內(nèi)存容量,拓展磁盤(pán)空間至10.8 TB,增加一張雙端萬(wàn)兆光纖網(wǎng)卡。原服務(wù)器配置如表1所示。

表1 原服務(wù)器配置

增配后3臺(tái)超融合服務(wù)器可提供裸存儲(chǔ)空間為32.4 TB,因?yàn)槌诤霞皵?shù)據(jù)可靠性等要求損失部分空間,存儲(chǔ)整體利用率為33%,可用空間為10.6 TB。3臺(tái)節(jié)點(diǎn)總內(nèi)存容量為384 GB,減去平臺(tái)運(yùn)行所消耗內(nèi)存空間128 GB,剩余256 GB可用空間供院內(nèi)業(yè)務(wù)使用。管理節(jié)點(diǎn)及配套服務(wù)所消耗CPU約為12顆物理核心。

3.2 Vsan集群規(guī)劃設(shè)計(jì)

Vsan集群采用3節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),節(jié)點(diǎn)配置類型為混合存儲(chǔ)型,每節(jié)點(diǎn)空閑存儲(chǔ)空間百分比為25%,預(yù)留10%業(yè)務(wù)增長(zhǎng)空間。最大容許故障點(diǎn)數(shù)為0,容錯(cuò)方式RAID-1。設(shè)每節(jié)點(diǎn)工作量為一般用途緩存層與容量層比例為3∶7,方案設(shè)計(jì)遵循Vsan設(shè)計(jì)指南進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.3 超融合網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)

超融合網(wǎng)絡(luò)層采用10 GB網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),超融合主機(jī)間數(shù)據(jù)交換量大,需要高速穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)交換通道。同時(shí)超融合存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)支持多播、巨幀等功能。每臺(tái)超融合主機(jī)采用雙10 GB網(wǎng)卡設(shè)計(jì),使超融合網(wǎng)路冗余可靠,避免單網(wǎng)卡故障造成節(jié)點(diǎn)丟失。

超融合架構(gòu)整體建設(shè)成果情況如下:(1)3臺(tái)惠普服務(wù)器組成超融合集群,可用存儲(chǔ)空間為10.6 TB。雙臺(tái)萬(wàn)兆存儲(chǔ)交換機(jī)提供高速存儲(chǔ)交換網(wǎng)絡(luò)。每臺(tái)虛擬化服務(wù)器通過(guò)10 GB多模光纖分別與兩臺(tái)存儲(chǔ)交換機(jī)互聯(lián)消除單點(diǎn)故障,保證存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的高可用性。(2)增加備份軟件,將院內(nèi)HIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)備份至超融合平臺(tái),持續(xù)性的數(shù)據(jù)保護(hù)與超融合平臺(tái)的高穩(wěn)定性為院內(nèi)HIS數(shù)據(jù)安全提供了邏輯與硬件保障,在災(zāi)難發(fā)生時(shí)(勒索病毒攻擊)可以恢復(fù)數(shù)據(jù)至加密前一毫秒,減少數(shù)據(jù)丟失量,超融合平臺(tái)靈活的遷移性也為業(yè)務(wù)快速恢復(fù)提供了架構(gòu)可能。(3)管理平臺(tái)為雙機(jī)設(shè)計(jì),保證管理平臺(tái)高可靠性。所有運(yùn)行數(shù)據(jù)呈條帶化存儲(chǔ)于不同獨(dú)立主機(jī)中,數(shù)據(jù)雙份備份。保證超融合平臺(tái)數(shù)據(jù)可靠性與穩(wěn)定性達(dá)到99.999 9%。

4 結(jié)語(yǔ)

超融合架構(gòu)技術(shù)滿足了智慧化醫(yī)院發(fā)展的趨勢(shì),在提升性能的同時(shí)還精簡(jiǎn)了物理層面的服務(wù)器需求,降低成本的同時(shí)提高了搭建的效率,還滿足了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份的需求,對(duì)提高系統(tǒng)的安全性具有顯著的效果,完美實(shí)現(xiàn)了高可用、高可靠、低成本等優(yōu)點(diǎn),此技術(shù)可作為智慧化醫(yī)院數(shù)據(jù)中心建設(shè)的一種有效方案進(jìn)行推廣。