超融合架构技术在智慧化医院建设中的应用实践

林澍锴

(宁德市康复医院,福建 宁德 352000)

1 超融合架构技术

超融合架构技术,可以看成是在同一单元设备中,不仅含有消除数据重复、在线压缩数据、快照技术、高速缓存模块及将关键数据进行可靠备份等一众元素,而且具备了系统虚拟化、高可靠性的存储介质、云端大数据计算以及高效链路网络等许多新技术及资源,众多的节点靠网络聚合得以实现平台模块化无缝横向扩展(scale-out),最后形成一套集中型的资源池框架[1]。

1.1 超融合架构具有的特点

超融合的架构是以x86服务器作为硬件基础,搭配虚拟化软件作为中心进行构建,扩展的依据是业务应用在运行时所产生的实际需求科学分析的结果,将云端大数据计算、高可靠性的存储介质及高效链路网络和最基础的底层框架进行分离,无须以目前主流的RAID为主的存储介质及网络附属存储(Network Attached Storage,NAS)进行储存,以集成技术为核心,通过集中管理软件来对超融合架构单一化系统进行管理以及常规化运维,从而实现高可靠性、高实用性及高可维护性[2]。

1.2 超融合架构在实际运用中具有的优势

超融合架构优点主要有以下几点[3]:(1)灵活的可扩展性。出现资源不够的情况时,传统扩展解决方案难度较大,而超融合技术可依靠添加硬件节点进行扩展,使其框架能够同时具有线性性质和弹性的属性。框架所配置的资源池能根据对工作负载的分析得到动态分配的最优算法并执行,使得应用程序能在长期的工作中缓解负载并维持一致性。在部署时间上,相比于传统IT架构,超融合架构缩短了75%。(2)简单性。在维护性和管理方面,超融合架构的操作界面更加的简化并可以统一操作使其具有一致性,所有完全组装集成和预先调试的组件可使整套系统都便于扩展、设置和维护。(3)面向数据的服务。在数据服务方面,超融合框架为数据提供了一套类似于传统RAID同等级别的服务。

2 超融合技术在智能化医院数据中心应用场景

宁德市康复医院成立于2005年10月,是宁德市唯一集精神病防治、教学与科研为一体的专科医院,诊疗范围主要包括精神科、心理科、老年护理科、中西医内科。信息中心机房建于2014年,建筑面积约30平方米,可容纳6个机柜。

信息化建设历经了两个发展阶段[4]。(1)双机热备运行阶段。在信息化医院建设初级阶段应用较少,仅有一套HIS系统在支撑全院的业务,所用到的设备及架构较为简单,对系统的压力也小,安装维护级别不高的同时经济成本低廉,足以满足业务方面的需求。智慧医院信息化建设不断发展,对服务器资源的需求越来越庞大,对存储的需求也不断激增。根据传统的IT系统部署方式,需要新增、更新约30台标准配置的服务器,以及相关配套的交换机与数据存储设备。因机房空间有限,没有办法容纳更多的机柜,且现有的UPS资源无法为如此庞大的服务器需求提供应对紧急情况的能耗,出于经济效益和管理安全性考虑,机房进行了第二阶段的建设。(2)服务器使用虚拟化平台阶段。机房内建设了一套以VMware虚拟化平台为核心架构,采用物理服务器对数据中心进行升级,将LIS、EMR、OA、CA、审方等多套业务系统布置于虚拟化平台上,提高了医院整合医疗信息资源的能力。

3 超融合架构在智能化医院数据中心应用实践

3.1 服务器硬件规划设计

目前的规划是使用VMware虚拟化,在现有的硬件基础上增加硬件配件对旧服务器进行改造来满足数据中心资源池可用内存资源为258 GB以上,有效存储容量为10 TB以上。

ESXI设计规划每节点内存容量为128 GB,CPU核心数量为16(两颗8核),本次项目共计3个节点,基于3台原有虚拟化平台服务器进行改造。改造服务器对象包含两台G9服务器与一台G10服务器。原有的3台服务器进行升级扩容改造,改造内容包含扩展64 GB内存容量,拓展磁盘空间至10.8 TB,增加一张双端万兆光纤网卡。原服务器配置如表1所示。

表1 原服务器配置

增配后3台超融合服务器可提供裸存储空间为32.4 TB,因为超融合及数据可靠性等要求损失部分空间,存储整体利用率为33%,可用空间为10.6 TB。3台节点总内存容量为384 GB,减去平台运行所消耗内存空间128 GB,剩余256 GB可用空间供院内业务使用。管理节点及配套服务所消耗CPU约为12颗物理核心。

3.2 Vsan集群规划设计

Vsan集群采用3节点设计,节点配置类型为混合存储型,每节点空闲存储空间百分比为25%,预留10%业务增长空间。最大容许故障点数为0,容错方式RAID-1。设每节点工作量为一般用途缓存层与容量层比例为3∶7,方案设计遵循Vsan设计指南进行设计。

3.3 超融合网络规划设计

超融合网络层采用10 GB网络设计,超融合主机间数据交换量大,需要高速稳定的网络作为数据交换通道。同时超融合存储网络支持多播、巨帧等功能。每台超融合主机采用双10 GB网卡设计,使超融合网路冗余可靠,避免单网卡故障造成节点丢失。

超融合架构整体建设成果情况如下:(1)3台惠普服务器组成超融合集群,可用存储空间为10.6 TB。双台万兆存储交换机提供高速存储交换网络。每台虚拟化服务器通过10 GB多模光纤分别与两台存储交换机互联消除单点故障,保证存储网络的高可用性。(2)增加备份软件,将院内HIS系统数据实时备份至超融合平台,持续性的数据保护与超融合平台的高稳定性为院内HIS数据安全提供了逻辑与硬件保障,在灾难发生时(勒索病毒攻击)可以恢复数据至加密前一毫秒,减少数据丢失量,超融合平台灵活的迁移性也为业务快速恢复提供了架构可能。(3)管理平台为双机设计,保证管理平台高可靠性。所有运行数据呈条带化存储于不同独立主机中,数据双份备份。保证超融合平台数据可靠性与稳定性达到99.999 9%。

4 结语

超融合架构技术满足了智慧化医院发展的趋势,在提升性能的同时还精简了物理层面的服务器需求,降低成本的同时提高了搭建的效率,还满足了数据存储备份的需求,对提高系统的安全性具有显著的效果,完美实现了高可用、高可靠、低成本等优点,此技术可作为智慧化医院数据中心建设的一种有效方案进行推广。