Symantec Storage Foundation在医疗系统数据备份中的应用研究

陈海鸿，王豪雄，庄培峰，吴业毅

Symantec Storage Foundation在医疗系统数据备份中的应用研究

陈海鸿，王豪雄，庄培峰，吴业毅

阐述了Symantec Storage Foundation在医疗系统数据备份中的应用和优势，指出了其解决了医疗信息系统数据丢失和应用间断的问题，规避了原有医疗信息系统双机方案存在的风险，实现了其高效数据容灾的功能及对平台系统无影响的数据备份过程。

医疗信息化；存储管理；容灾备份；Storage Foundation

0 引言

进入21世纪，计算机的快速发展给医疗行业带来了新的生机，医疗行业开始利用软件技术进行信息化，每天产生的大量科研、临床、教学资料都可以通过计算机软件方便地进行采集、储存、传输，并基于此查找规律，寻求原因，从而促进医疗行业自身的发展。

互联网技术的进步，使得网络应用环境正发生着巨大的变化，不但网络的连接方式和技术体系变得多样复杂，网络中的信息数据也在大量而快速地集中。信息数据爆炸式的增长，使得人们对互联网进行数据处理、数据存储和数据交换性能的要求越来越高，同时也为医疗行业信息化提出了更高的要求。目前，医疗行业数据中心的存储量在不断增长，并且毫无趋缓的迹象。存储量越大，意味着资本支出就越高，进而运行费用也越高。随着存储成本占IT资本和运行支出的比例越来越大，该行业正寻求最大限度降低这一成本的方法。

赛门铁克公司（Symantec）提供完整的存储管理解决方案，存储虚拟化管理软件Storage Foundation可解决医疗行业当前遇到的存储管理难题，其兼有主机层虚拟化功能和存储层的高级管理功能，能够简化存储虚拟化的实现。

1 医疗行业信息化

1.1 发展现状

医疗行业作为一个传统行业，不仅本身产生的信息需要用多种形式体现，如：数字数据、文字数据、图像数据、声音数据、多媒体数据、动态影像数据等，而且从临床到科研的各个环节，人员手工模式参与的程度太大，要从手工模式转换到计算机自动处理模式下，信息化的难度非常高。

根据医疗系统的信息化水平划分，医院信息化发展要经历3个阶段：医院管理信息化（HIS）阶段、临床管理信息化（CIS）阶段、局域医疗卫生服务（GMIS）阶段[1]。目前许多一、二线城市医院信息化还停留在第一阶段，真正的医疗业务还很少参与到信息化的方式中去[2]。

1.2 医疗行业信息化的必要性

近年来，医疗手段不断丰富，各种精密医疗仪器得以充分应用，而这一切都要求与IT设备形成紧密结合，以实现各种电子化医疗数据的保存与分析应用。与此同时，医疗行业中对IT技术的性能、可靠性、可用性和整体拥有成本的要求也在逐步提高。

对于医疗行业而言，患者的各种数据是现在以及未来医疗行业充分服务于患者的基础之一，保护数据并加以合理地利用已成为未来医院发展的关键因素。对已有数据进行集中存储与分析，有助于对病因、病情进行分析，快速有效处理各类紧急情况，提高患者的满意度并占据更有利的竞争位置。因此，数据的集中管理与备份成为医疗信息管理的关键任务[3]。

2 信息数据安全及高可用性

2.1 行业现状

目前，各企业都在寻找最大限度降低数据存储成本的方法。最初想到的方法是在保证性能的前提下，尽量采购低价格的设备，其导致的结果是企业存储环境严重异构，就像服务器异构一样。当然，一些创新技术的使用也是采用异构环境的动因之一。

在异构存储环境下要保证应用的高可用性、高性能，保证存储服务质量，存储管理就变得异常重要。异构环境中，存储层（包括硬件、网络组件和软件）通常由不同供应商提供产品，主机层也不例外，每个厂家提供自己的逻辑卷和文件系统工具。据初步估算，一个大型企业的数据中心将有上百种软件用户存储管理。显然，供应商的分散与其所带来的工具的分散将意味着管理的复杂性、易出错性，导致业务停顿及管理的高成本。

2.2 云存储

个人计算机与网络的普及导致的存储数据量及传输数据量较之前有爆炸式的增长；用户基数的增长对计算能力、容量提出了越来越高的要求。特别是云架构的开放导致的安全方面的问题，也是云计算中不可忽略的问题。

在公共云中，数据存储在第三方服务器中，由第三方负责数据的安全与维护。在私有云中，数据存储在内部服务器中，但用户仍享有上述的益处。

对于一家企业而言，私有存储云具有以下特点：（1）私有云允许企业使用现有的基础设施，如服务器，换句话说，采用私有云不需要丢掉你现有的相关设备。（2）云计算还处于起步阶段，还明显缺乏一套统一的标准，可能会导致有些供应商被锁定。如果一家企业选定了一家特定的云计算供应商，那么他们不可能在第二年又斥巨资转移到另一家供应商从头开始。（3）涉及到数据安全的相关问题。最近，公共云领域的一些中断和安全事故也使得企业较之以前更加警惕第三方机密数据的托管。

2.3 私有云存储发展优势

私有云存储具有以下四大优势：

（1）统一管理。当数据量巨大或者涉及的管理面过多时，管理分散，不能保证数据的一致性，也很难对信息进行有效的控制，且可能会导致所有人都做重复性工作，这样就会使得工作效率低下，造成人力资源的浪费；更严重的是会导致数据的不安全及泄露。而统一管理同时解决了以上问题，数据在同一个管理界面下进行维护，用户无需再处理数据管理的繁琐工作，一方面降低了成本，同时安全性问题也可以得到有效地解决。

（2）易于实现集中备份及容灾。存储设备的本身硬件也存在稳定风险。硬件坏了可以维修和重新购买，但是存放于存储设备上的核心数据丢失，是任何一个单位都无法承受的经济损失。因此就需要对核心数据进行备份冗余保护，并且在适当的时候以可接受的成本来实现业务级的容灾，保证关键性应用与业务的可用性。与分散的存储相比，集中式地管理及处理核心数据备份与应用，比业务容灾更加易于实现与管理，并且更加高效[4]。

（3）易于扩展、升级方便。由于用户只知道存储的接口、硬盘转速及容量，并不知道存储如何实现，这就相当于给私有存储云与用户之间加入了一个中间层。在计算机领域有一个定理，就是加上一个中间层，计算机领域中大部分的问题就都能够得到解决。此时如果对私有存储云的后端进行变动，则不会将影响传递给前端，不会影响用户的使用。这就使得给私有存储云空间进行扩展、维护、升级带来了灵活性，使得后端的变动的影响最小化。

（4）节约成本，绿色节能。由于是集中存储，并且易于扩展与升级，因此可以结合现有的存储做存储虚拟化，对存储容量进行灵活配置，充分利用存储空间，提高数据访问服务的效率。同时可利用虚拟机技术对硬件设备进行虚拟化，提高硬件的效益。相比分散存储，这间接地减少了设备的投资，又降低了硬件设备的能耗，达到了绿色节能。

2.4 容灾等级

容灾备份方式是通过在异地建立和维护一个备份存储系统，利用地理上的分离来保证系统和数据对灾难性事件的抵御能力。

根据容灾系统对灾难的抵抗程度，可分为数据容灾和应用容灾。数据容灾是指建立一个异地的数据系统，该系统是对本地系统关键应用数据的实时复制，当出现灾难时，可由异地系统迅速接替本地系统而保证业务的连续性。应用容灾比数据容灾层次更高，即在异地建立一套完整的、与本地数据系统相当的备份应用系统（可以同本地应用系统互为备份，也可与本地应用系统共同工作），在灾难出现后，远程应用系统迅速接管或承担本地应用系统的业务运行[5-8]。

2.4.1 国家信息办划分的容灾等级

国家信息办划分的容灾等级，见表1。

2.4.2 医院应用级灾备方案

（1）实时复制模式，见表2[9-10]。

（2）零丢失模式，见表3[10]。

（3）双活中心模式，见表4。

表1 国家信息办划分的容灾等级

表2 实时复制模式

表3 零丢失模式

表4 双活中心模式

3 Symantec医疗行业数据保护、高可用性及容灾解决方案

Storage Foundation是赛门铁克公司（Symantec）提供的数据存储管理和虚拟化的解决方案，可以为公共和私人部门的组织机构在面对复杂的数据中心存储环境时，提供新的透明度和控制能力[11]。其主要优点包括：实现异构存储环境的可视化管理，提高存储系统的可靠性和高可用性；实现存储在线管理，减少对业务系统的影响。Storage Foundation所有的逻辑卷和文件系统操作都可以在应用不停机的状态下完成，真正实现存储供应对应用的透明，并且由同一个工具实现所有主机平台上的存储管理，降低管理成本。Storage Foundation支持所有UNIX、Linux和Windows平台，多路径功能支持异构存储，可降低采购成本，提高灵活性。目前的问题是任何一台主机只能以多路径的方式存取一种品牌的阵列，限制了灵活性，Storage Foundation解决了这个问题，它可以将快照、复制映射到不同品牌的阵列上，Storage Foundation支持不同品牌阵列之间的快照和数据复制，与备份软件集成，实现数据备份对业务主机的零影响，缩短恢复时间。Storage Foundation的快照可以和Symantec的备份软件紧密集成，实现脱机备份，降低对生产主机的影响，同时从磁盘快照恢复时间更短。

Storage Foundation包括Volume Manager和File System 2个功能模块。Volume Manager为企业计算与SAN环境提供易于使用的在线磁盘与存储管理工具，可在系统处于联机状态时提供磁盘使用情况分析、RAID技术和磁盘存储区的动态配置。这些工具可确保提供持续的数据可用性、易用性与数据保护。此外，借助这些工具，服务器在备份和维护时无需脱机。

作为一种功能强大、可快速恢复的日志式文件系统，File System提供了关键任务应用所需的高性能和可管理性。File System具有稳定的可用性、更高的I/O和最高的结构完整性，在各方面均优于UNIX文件管理工具。该产品具有可扩展的性能与特性，足以满足客户机/服务器环境中不断增强的用户需求。工作于操作系统层的Volume Manager与File System为其他增值技术的开发奠定了基础，这些技术包括集群与故障排除、备份与分层存储管理（hierarchical storage management，HSM）以及基于浏览器的远程管理。

3.1 Storage Foundation如何实现医疗行业信息高可用性

快照技术无论是用于脱机备份或快速恢复，还是用于其他处理，例如分析、统计，都会占据大量的存储空间。现实中无论是应用开发阶段、测试阶段或是生产环境，都存在着大量的数据快照。

VxVM同时支持完整副本和节约空间的写入时分配快照。完整副本快照的优势在于可以将它们占用的存储设备移到其他主机上，因此处理它们时不会影响生产应用程序的可用资源。它们的缺点在于初次创建时需要很长时间，这是因为必须将其创建快照的数据集中每个位复制到快照卷中。

节省空间的快照是卷的虚拟快照。从物理角度看，节省空间的快照仅包括快照创建后已修改的数据之前的映像。当应用程序更新之前的映像之后，会为它们分配存储容量。节省空间快照作为完整数据集提供，但是它们通过引用原始映像满足获得未修改数据的读请求。因此，不能将它们移到主机以外的其他计算机上以进行辅助处理。

节省空间的快照使用的存储容量非常有限，不经常更改的大型数据集更是如此，因为它们使用的存储容量与其生命期内修改的数据量成比例，而不是与数据集大小成比例。因此，可以经常创建节省空间的快照，从而在数据集被损坏之后迅速将它们恢复到先前的状态（恢复点）。

所以，举例来说，可以将完整副本的快照移到主机外以进行备份，然后在备份结束后将其移回主机，将已更改的数据复制到其原始卷中以更新原始卷的当前状态，然后再次将其移到主机外，进入下一个备份循环。VxVM快照可以显著延长信息服务的正常运行时间，使其能够捕获生产应用程序继续处理活动数据时，对其进行备份或分析的大型数据集的瞬间状态。使用快照将数据恢复到损坏发生之前某个点的状态，从而恢复损坏的生产数据。

3.2 Storage Foundation实施过程

Storage Foundation医疗行业常用的部署架构：

（1）SFHA高可用性，如图1所示。

图1 Storage Foundation医疗行业常用的部署架构（SFHA高可用性）

（2）SFHA同城容灾，如图2所示。

图2 StorageFoundation医疗行业常用的部署架构（SFHA同城容灾）

（3）Storage Foundation的实施过程包括：

①对于一个全新的系统需在操作系统安装完成后进行。根据需要安装操作系统补丁程序、Storage Foundation，在安装的过程中完成Storage Foundation的基本配置，根据实际用户环境安装阵列支持包（ASL），根据用户需求进行存储空间的划分，如创建磁盘组、卷、文件系统等等。

②对于一个已经投入生产的系统则根据需要安装操作系统补丁程序，有可能需要停机安装Storage Foundation，在安装过程中完成Storage Foundation的基本配置并迁移现有生产数据，根据具体情况可采用多种迁移方法。该过程需要一定的停机时间，并需将应用切换到新的数据卷或文件系统上运行。

3.3 Storage Foundation风险控制

对于新上线系统，Storage Foundation的实施是没有风险的。但是对于已经投入生产的系统，存在如下风险：

（1）操作系统需要升级，但升级有可能引起应用不兼容或相应的硬件驱动需要升级，导致停机时间过长。

（2）如果有新的存储空间，数据迁移简单，并且计划停机时间不长。但是如果没有额外存储，需要转换现有逻辑卷和文件系统格式，有可能造成某些转换过程失败，需要多次停机。

规避风险的方法是在工程实施之前收集每个主机上运行的应用、系统和阵列驱动的详细信息。对于已投入生产的系统，仔细分析每个数据卷，制定周密的、合适的数据转换方案，并且有回退计划。所有的停机操作，都需要和客户确认计划内停机时间、复杂的系统升级或数据迁移方案，并经过严格的测试。

3.4 医疗行业使用Storage Foundation的优势

（1）集中式存储管理。Storage Foundation Manager通过一个中央界面管理多个主机，从而提高整个异构基础架构的操作效率，进行集中式存储管理。

（2）多供应商硬件基础架构。广泛支持异构操作系统和存储硬件，减少了供应商限制和资金投入。

（3）在线存储管理。动态执行存储管理任务，不会影响应用程序的可用性，提高存储利用率并最大限度地减少应用程序停机时间。

（4）动态多路径。通过动态多路径可以跨越多条路径有效传播I/O，从而提供路径故障防护和快速故障切换功能。

（5）动态存储分层（DST）。利用基于策略的分配方式，可以在不同的存储层之间动态移动文件，将过期文件或不重要的文件，移动到成本较低的存储硬件上。

（6）可移动数据封装（portable data containers）。通过跨越不同的操作系统进行简单的服务器迁移，使数据不会受到技术变化的影响。在不同的操作系统平台之间进行服务器迁移，无需移动数据。

（7）时间点复制和数据复制。可以选择采用Flash Snap进行时间点复制或采用VVR进行数据复制，在本地和远程位置保护本地数据和远程数据。

4 结语

Symantec Storage Foundation在医院的应用有效地解决了异构存储环境下的数据安全容灾问题。系统应用至今，未出现兼容性和数据丢失的问题，提高了重要数据的安全性。Storage Foundation系统中的实时复制模式、零丢失保障和双活中心的设置，在大批量多终端模式的医疗信息数据收集平台应用中，出色地实现了其高效数据容灾的功能，通过实时在线的数据备份功能，实现了及时、迅速对平台系统无影响的数据备份过程。由于医院的医疗平台系统在Storage Foundation应用部署以来，尚未进行过系统升级，因此，对系统升级过程和升级之后的Storage Foundation应用是否出现问题本文未做讨论和研究。就当前Storage Foundation应用的运行情况而言，相信其在今后的系统升级和平台扩展上，也能够出色地发挥其优秀的容灾作用。通过本文的分析和探索，希望能够给企业选择应用级容灾方案提供一定的借鉴，更好地在大数据时代实现重要信息的数据安全。

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（收稿：2014-03-21 修回：2014-07-07）

（栏目责任编校：傅 雳）

Application of Symantec Storage Foundation to data backup in medical systems

CHEN Hai-hong,WANG Hao-xiong,ZHUANG Pei-feng,WU Ye-yi
（Department of Information,the 174th Hospital of the PLA，Xiamen 361001,Fujian Province,China）

The application and advantages of Symantec Storage Foundation are described for data backup in medical systems,which solves the problems of data loss and interrupted operation.The risks due to the dual-computer scheme of the existing medical information system are eliminated,and the functions are realized for data disaster tolerance and data backup.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（12）：108-112]

medical informatization;storage management;disaster recovery;Storage Foundation

R318；TP311.56

A

1003-8868（2014）12-0108-05

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.12.108

陈海鸿（1983—），男，工程师，主要从事医疗信息方面的研究工作，E-mail：honey_hc@163.com。

361001福建厦门，解放军174医院信息科（陈海鸿，王豪雄，庄培峰，吴业毅）

王豪雄，E-mail：55828633@qq.com