第1章 需求分析

1.1 系統現狀

隨著醫院資訊化程序的快速推進，幾乎所有的醫院都在考慮優化和建設更專業的HIS、CIS、LIS、PACS等應用系統，並將其做為提高醫診效率、規範病歷管理、提高醫院核心競爭力的重要手段。在建設專業醫療應用系統的過程中，呈爆炸式增長的醫療資料的大容量承載和安全存放無疑是保障業務穩定執行的關鍵要素，如何保障醫療資料資訊的儲存安全、保證就診業務的持續不間斷執行已經成為各醫院資訊科主任關注的重中之重。

目前某市人民醫院的IT基礎架構經過多年不同時期的建設已經形成複雜的IT結構。各類應用以及相應的IT基礎資源分別於不同的時間建設，其具體的效能也不統一，雖然暫時可以滿足之前醫院業務的需要，但是隨著醫院業務的發展以及提高業務連續性和簡化管理的需要，現在面臨著IT系統的改造需求。
1.1.1網路拓撲

某市人民醫院IT系統現狀如下：

如上圖，某市人民醫院經過多年的資訊化發展，為了滿足不同時間的發展需求，建設了好多業務系統，包括HIS 、CIL、LIS、PACS等核心業務系統，業務系統前端的伺服器採用雙機模式，而後端的資料儲存平臺都是單臺裝置，而且裝置使用依舊，無法滿足醫院不斷髮展的需求，同時也無法保障資料的安全和可靠；

1.1.2儲存配置

當前某市人民醫院資料中心共配置2臺儲存陣列，詳細配置情況如下：

類別	配置
HIS、LIS、CIS儲存	HDS AMS2500磁碟陣列，配置16GB資料快取，2GB控制快取，4塊200GB SSD快閃記憶體盤，12塊600GB 15K SAS盤，4個8Gb FC主機埠
心電儲存	儲存HP MAS2000，配置(600G SAS 15K 12、63T SATA)，FC直連主機
儲存SAN交換機	兩臺24口SAN交換機，啟用16口，目前只剩一口可用

1.1.3資料特點

某市人民醫院核心應用系統（HIS、 CIS、 LIS）的資料主要分為基於資料庫儲存和管理，其資料有如下特點：

• 資料型別：系統多為結構化資料，少量非結構化資料

  • 資料庫： SQL Server

  • 業務特點：資料量比較小、但存在併發，需要高IOPS

  • 效能要求：同時訪問人數多，併發效能要求高

  • 可用性要求：不能停機

  • 資料量：幾十GB到幾百GB

1.2 面臨的挑戰

某市人民醫院儲存裝置HDSAMS2500、HP MSA2000儲存都已經使用多年，儲存裝置可靠性、效能、擴充套件性等多方面都已無法滿足業務發展需要，儲存做為最關鍵因素，做為底層資料承載裝置，它將擔負著配合計算平臺和各種應用系統並提供高可靠性和高效能的資料集中存放的服務和資料資源共享訪問和分配的服務。

在整體IT平臺中，資料儲存層需要解決一下面臨的問題：

1.2.1 核心應用在資料儲存中面臨的挑戰

當前儲存裝置已使用多年，無論是儲存裝置可靠性、儲存容量、效能以及

擴充套件性都已無法滿足當前以及未來業務需求，最直觀的體現為每天業務高峰期（早晨8:00-10:00）時，核心業務HIS系統會出現卡頓現象，影響正常的醫務活動，因此儲存升級勢在必行。

1.2.2 核心應用業務連續性面臨的挑戰

以HIS為代表的核心業務系統所採用的HDS AMS2500、HP MSA2000儲存裝置已使用多年，而且核心儲存裝置均為單臺，帶來了資料可靠性與安全性雙重壓力，儘管這些儲存本身內部通過RAID機制對儲存磁碟做了一定的安全保障，但是當生產盤陣出現故障時會導致醫院整個IT系統發生宕機甚至資料丟失，裝置和架構的可靠性面臨巨大的挑戰。因此，這些核心系統的業務連續性面臨很大的風險。

1.2.3 核心應用資料保護面臨的挑戰

現有核心業務系統針對核心生產資料的安全和保護措施不夠健全，目前只有簡單的資料備份，當備份的資料本身存在問題（邏輯錯誤、誤刪、病毒破壞等），不能及時的對其進行有效性和完整性的檢驗，而且備份方式比較落後：

首先，備份資料全部儲存在應用伺服器和生產陣列中，這樣會存在當備份資料儲存的伺服器或是生產陣列出現故障後，會導致IT系統發生宕機甚至資料丟失，備份功能失效，備份資料也不能有效利用；

其次，備份採用SQL SERVER資料庫自動的備份功能，沒有其他備份軟體或是專業的資料保護軟體配合使用，一旦備份的資料本身存在邏輯錯誤或資料損壞時，不能得到及時的校驗和測試，此時備份資料也就無任何意義。

1.2.4 原有投資的合理保護和利用

在系統升級，裝置更新換代，新裝置上線後，原有裝置的淘汰必然會造成較大浪費，無形中降低了系統的投資回報。能否在系統升級後，對原有裝置能否合理的利舊，提高投資回報也是所有醫院所面臨的重大挑戰。

需要構建一套統一的儲存平臺，可相容新儲存裝置以及利舊老的儲存裝置，在滿足資料管理需求的同時降低儲存的總體擁有成本；

第2章 方案設計

2.1 建設思路

2.1.1 新購儲存

通過新購儲存裝置來升級替換當前HDS AMS2500儲存平臺，同時考慮避免儲存孤島，實現儲存整合，將HPMSA2000一起替換升級，新購儲存採用高可靠的儲存控制器架構，配置更高效能磁碟，配置更大快取等等，滿足核心業務系統的效能需求；

2.1.2 “雙活”儲存平臺

構建本地雙活儲存平臺，以達到“故障自愈”，不需人為干預，當一臺儲存發生故障不可用時，應用自動轉移到可以正常執行的部分，保障核心應用不受影響。，達到RPO = 0和RTO = 0；

2.1.3 資料遷移

新購儲存替換現有HDS AMS2500和 HP MSA2000儲存裝置，儘可能保障資料遷移的安全可控，以及儘可能的減小資料遷移給業務系統帶來的影響；

2.1.4 異構虛擬化

新購儲存替換現有HDS AMS2500和 HP MSA2000儲存裝置，同時實現多業務系統資料的整合，同時保障原有儲存裝置的合理利舊。以對某市人民醫院的投資保護。

2.1.5 多維度資料保護

通過快照、近線備份、遠端複製等多種資料保護方式實現對某市人民醫院的關鍵核心生產資料實現多維度保護。

2.2 裝置選型

2.2.1 傳統的磁碟陣列造成I/O瓶頸

醫院的HIS 、LIS、 CIS等核心業務系統都屬於高負載的交易型資料庫應用，需要較高的IOPS響應，傳統儲存系統根本無法滿足這些應用的資料儲存速度需求，因此會給儲存控制器提出過多的CPU需求，從而影響使用者響應性和體驗感。現有硬碟儲存陣列之間的延遲將會帶來效能瓶頸，即使資料庫應用優化可以提高一些效能，但是也會因為硬碟儲存系統無法足夠快速地存取資料而帶來效能瓶頸。

機械硬碟的速度太慢了，基於硬碟的傳統系統會因為硬碟的快速存取時間而影響效能。存取時間是指從傳送資料請求直到該請求處理完畢之間的這段時間。速度最快的硬碟在效能高峰期的存取時間僅為5毫秒。

2.2.2 全快閃記憶體陣列提供極致效能的同時支援異構虛擬化和雙活等高階特性

對於儲存系統，我們唯一能夠了解的只有資料處理等待時間。隨著處理器與硬碟儲存系統之間的效能差越來越大，固態儲存系統開始受到矚目。由於固態儲存系統是依賴記憶晶片來儲存資料，因此能夠提供前所未有的存取速度，從而縮小處理器與儲存器的速度差。處理器的處理能力在過去10年增長了100多倍，而旋轉磁碟的儲存響應速度基本保持未變，只是提高了儲存容量而已。固態儲存器的I/O效能在過去10年雖然穩步提高，但是，隨著更新的快閃記憶體系統變得越來越先進、效能越來越高並且成本越來越低，這無疑在告訴我們快閃記憶體陣列才是提高I/O效能的最佳工具

快閃記憶體是通過電子方式儲存資料的非易失性儲存介質，因此，它的速度及電源和空間效率都遠遠高於傳統的機械硬碟，包括響應速度及擴充套件速度。通過消除移動部件造成的延遲，可以實現不到100微秒的存取速度，比HDD高出20多倍。

本專案不僅需要滿足核心業務系統的效能、保障業務的連續性，同時還需要保護既有的投資，所以在裝置選型時，儲存裝置必須能提供高IOPS、支援雙活及異構虛擬化功能，這樣的儲存裝置有嗎？

首先是高IOPS，全快閃記憶體陣列有著天然的優勢，通過配置SSD硬碟，高效能的SSD相比傳統的機械硬碟，可以提供幾倍於HHD的效能，全快閃記憶體陣列結合了高效能、低延遲、可靠性以及有效性等特點，粗暴式的提供高IOPS和低延時，實現極佳的快速響應；

其次，全快閃記憶體陣列是否支援雙活和異構虛擬化功能嗎，目前業界大多數廠商推出的全快閃記憶體陣列主要還是以解決效能瓶頸為核心，功能相比傳統的儲存裝置較少，更不可能支援像雙活和異構虛擬化這樣的重量級的功能；

那麼如何才能既提供效能，又滿足業務連續性和保護既有投資呢？IBM推出了第二代IBM Storwize V5000系列產品，是一款中低端的全快閃記憶體陣列，IBM Storwize V5000 以 IBM Spectrum Virtualize™軟體為核心，是一款集全快閃記憶體SSD、異構虛擬化、雙活、線上壓縮、精簡配置、資料分層功能於一體的全新產品，可以提供更高效能、虛擬化功能和更高靈活性的儲存解決方案；

本次方案選用IBM的V5030F作為核心儲存平臺，為V5000的升級版，在原有混合儲存架構基礎上，支援全部插入SSD升級為全快閃記憶體陣列，作為入門級的全快閃記憶體陣列使用，IBM V5030F不僅可以提供極致的效能，同時還融合了快照、複製、虛擬化、雙活、資料分層、資料壓縮以及動態資料遷移等功能和高階特性，是一款高性價比的整合方案，非常適合中型工作負載和低成本快閃記憶體方案選擇；

通過配置SSD硬碟解決效能瓶頸的問題，通過虛擬化功能，滿足保護既有裝置的同時提高資源的利用率，通過雙活功能，提供儲存本地雙活，滿足核心業務連續性的需求。

2.3 總體架構

2.4 詳細設計

2.4.1 儲存升級提供極致的效能

2.4.1.1 全快閃記憶體陣列效能提升

新購2臺高效能虛擬化全快閃記憶體IBM V5030F（配置雙控制器、64GB快取記憶體、4個12Gbps SAS埠和8個16 Gbps FC主機埠、10塊1.6TB SSD盤，組成9塊資料盤+1塊熱備盤，同時配置外部虛擬化、精簡配置、克隆、資料分層、快照、雙活等功能軟體許可）作為核心儲存裝置；

2臺新儲存用於進行生產中心儲存裝置升級，用於替換原有HDS AMS2500和HP MSA2000儲存裝置，2臺V5030F建立叢集同時對外提供服務（全快閃記憶體儲存池可以提供極高的IO效能）；

從效能的量化指標上看，IBM V5030F儲存效能相比現有HDSAMS2500和HP MSA2000）等儲存將有超過數10倍的效能提升，說明如下：

1）IOPS即每秒處理IO數量是衡量儲存效能的重要指標，本次推薦的IBM V5030F儲存系統IOPS能力超過30萬，而現有儲存基本為幾萬IOPS，儲存IOPS能力對比原有儲存系統超過10倍提升；

2）儲存快取配置為整體效能的關鍵因素之一。本次方案IBM V5030F的快取配置為64GB，叢集模式下達到128GB，而現有儲存快取配置為幾十GB，快取效能對比原有儲存系統超過數倍提升。

2.4.1.2 Easy tier為整個儲存層加速

1）分層原理：

將儲存資源池分為高效能、效能以及容量三種資源池，通過Easy tier儲存自動分層技術，實時對應用系統的I/0進行監控和分析，針對突發性I/O壓力高峰，快速將“熱”資料遷移至快閃記憶體介質（SSD，訪問頻率低的“冷”資料將被分配到低速儲存介質中，以提高對瞬間I/O高峰的讀寫響應速度，整個過程對於應用程式透明和動態遷移的，可最大化的利用儲存池中有限的快閃記憶體資源，為整個儲存層加速。可有效解決‘效能孤島’現象；

2）分層規劃：

為了更好的服務HIS\LIS\CIS核心業務系統，新增儲存裝置配置高效能的SSD和SAS硬碟，針對HIS醫院資訊管理系統的特點，醫院早晨開門（8-10點）和下午（15-16點）門診掛號、收費、檢驗等應用高峰期，根據對HIS、LIS、CIS應用系統資料的訪問頻度，自動地將這些高 IOPS 的資料遷移到新增儲存的SSD硬碟上，等到以提高對應用系統I/O高峰的讀寫響應速度。

2.4.2 構建“雙活”儲存平臺，保障業務連續性

2臺IBMV5030F儲存裝置通過IBM的HyperSwap雙活儲存技術對醫院核心關鍵業務構建本地雙活儲存平臺，未來擴充套件到全院級業務系統；

HyperSwap的關鍵技術是Active-Active雙活技術，該技術是通過RC（remote copy）技術和FC(flash copy)技術來實現，可以提供HA（high-available）的虛擬磁碟給主機使用，並提高整個儲存系統的DR（disaster-recovery）。

HyperSwap雙活技術讓前端主機同時對一個hyperswap volume讀寫操作，而且一旦一個站點發生災難了，另一個站點不需要任何配置會自動持續提供穩定的資料讀寫訪問，自動failover/failback，如果volume間的連結斷了，會自動tie-break。，也不需要特別的主機軟體，使用常規的多路徑軟體即可。

兩臺儲存是Active/Active模式，承載的業務資料是實時同步，這就好像給前端的應用安裝了2個健壯的心臟，對上層的應用業務平臺是透明的，滿足“當一個儲存發生故障時，另外一個儲存可實時接管所有業務”，以實現業務的 “零”中斷、資料的“零”丟失。

讀IO流程示意圖

寫IO流程示意圖

2.4.3 資料線上遷移，業務無中斷

利用IBM V5030F提供Dynamic migration資料遷移功能，實現業務實時線上的動態資料遷移，完成對原有AMS2500和HP MSA2000儲存資料底層卷遷移至新購IBM V5030F中，資料遷移僅需要將IBM V5030F接入現有SAN環境中，整個資料遷移過程是透明的，可在業務執行狀態下線上遷移。

2.4.4 虛擬化整合、儲存利舊

2.4.4.1 異構虛擬化，資源整合

利用IBM V5030F自身的External storagevirtualization異構虛擬化功能，整合現網中HDS AMS2500和HP MSA2000的異構儲存，構建統一（Storage Pool）儲存資源池。進行統一管理，合理利用，被V5030F虛擬化後，可直接繼承5030F的各種特性。

V5030F加入SAN環境後，使用者的SAN就轉移到虛擬儲存網路中了。所有的磁碟儲存裝置從各自為政變成由V5030F統一分配和管理，V5030F可以看成是SAN的一部分。在裝置管理上，通過V5030F的虛擬卷管理功能，首先將所有的磁碟卷交給V5030F管理。管理員根據裝置的特性，可以定義高效能組裝置和低成本裝置，並根據伺服器的需要建立和分配儲存。例如當某個伺服器對儲存空間的需求發生變化時，V5030F可以動態的在多個儲存裝置直接調配儲存空間。如果某臺伺服器的I/O要求突然提高了，可以動態更換虛擬盤所對應的物理裝置。例如，某伺服器上的虛擬卷原來使用的是“低成本組”的磁碟裝置，如果發現效能不夠時，可以在不停應用的情況下，透明的將資料轉移到“高效能組”。所有的遷移過程對伺服器透明，因此不需要中止應用。

異構虛擬化示意圖

2.4.4.2 保護既有投資，提高資源的利用率

1） 近線儲存：利用儲存複製技術進行生產資料拷貝到原有HDS AMS2500儲存的近線備份。二級近線儲存AMS2500上的克隆卷同時可作為單獨的資料卷由查詢伺服器直接掛起使用，提供給報表查詢及開發測試等業務使用；

2） 快照資料空間：在雙活模式下，資料寫入儲存裝置的同時建立快照，可以將快照資料存放原有的HDS AMS2500儲存上，建立近乎即時的活動資料副本，該副本既可用於備份，也可用於並行處理活動；支援恢復損壞的資料；

3） 伺服器虛擬機器備份空間：前端的業務伺服器均採用物理機，未來採用伺服器虛擬化後，虛擬機器檔案需要定時的備份和保護，現有的儲存裝置可以作為伺服器虛擬化後虛擬機器檔案的備份空間；

2.4.5 多維度資料保護

儘管核心應用後端的儲存裝置採用雙活模式，意味著後端實時存放著兩套一樣資料，如果業務系統上出現邏輯錯誤、病毒感染以及人為誤刪除或其它原因造成資料丟失時，雙活架構是解決不了這些問題的，需要通過如、快照、克隆、近線儲存、容災、雙活等方式，保障核心業務資料的安全和可靠；

2.4.5.1 快照避免邏輯錯誤

需要通過快照功能，在資料同步的同時建立本地快照，快照資料可以存放在原有的HDS儲存裝置上，滿足當生產資料出現邏輯措施是，通過快照資料可以快速恢復

2.4.5.2 本地近線備份

儲存系統本身能提供RAID保護機制，可以100％的保證資料不丟失，但是這是在物理層面上，如果業務系統上出現邏輯錯誤或其它原因造成資料丟失，則RAID保護機制就沒有辦法恢復這些資料。因此在另一個物理儲存裝置上實現備份是非常必要的。根據對近線容災備份方式的規劃，設計二級的容災備份儲存，通過與生產儲存的虛擬化融合，實現生產儲存到備份儲存的資料備份複製。

規劃利舊原有AMS2500中端儲存配置大容量磁碟作為二級備份儲存，核心儲存IBM V5030F通過虛擬化的方法與近線備份儲存AMS2500連線並形成分級管理，這樣就在統一的虛擬化儲存池中通過卷拷貝將生產資料備份到備份儲存上。當生產資料出現嚴重故障時，備份儲存的備份資料可以透明的被生產伺服器直接訪問，實現了快速系統恢復；

第3章 方案可行性、經濟性和安全性

本次方案選用IBM的V5030F作為核心儲存平臺，為V5000的升級版，在原有混合儲存架構基礎上，支援全部插入SSD升級為全快閃記憶體陣列，作為入門級的全快閃記憶體陣列使用，IBM V5030F不僅可以提供極致的效能，同時還融合了快照、複製、虛擬化、雙活、資料分層、資料壓縮以及動態資料遷移等功能和高階特性，是一款高性價比的整合方案，非常適合中型工作負載和低成本快閃記憶體方案選擇；

通過本次方案不僅解決了原有系統存在的效能、安全、可靠性等問題，同時還對原有儲存系統進行了合理的利舊，保護了既有的投資、簡化了運維、提升了管理效率；

本次解決方案採用的核心儲存相比較其他友商的全快閃記憶體陣列和高階儲存，只需要中端混合儲存的價格，即可享用全快閃記憶體陣列和高階儲存的配置和高階功能及特性；

第4章 方案要點及收益

4.1 更高的價效比整合方案

IBM V5030F作為IBM入門級中低端的快閃記憶體陣列，提供高效能的基礎上，同時兼顧效能、虛擬化、雙活等高階特性，提供了極具價效比快閃記憶體整合方案。

某市人民醫院全新系統建設中包括了大量業務資料需要統一承載，因此係統建設的關鍵是如何保證儲存平臺能夠提供充分的資料吞吐、資料安全可靠、資源合理利用等綜合因素，本次方案推薦採用兩套IBM V5030F儲存構建雙活儲存平臺，通過虛擬化遷移將原有HDS AMS2500和HP MSA2000儲存資料底層遷移至新的IBM V5030F雙活儲存平臺，對現有儲存進行替換升級。

實現零恢復點（RPO=0）和零恢復時間目標（RTO=0）是一個全新的雲端計算應用需求，消除維護視窗可以最大限度提高某市人民醫院生產力。

通過IBM V5030F具有的儲存虛擬化功能，儲存真正成為了一個虛擬裝置，不再依賴於具體的物理裝置，類似於伺服器的虛擬化一樣，成為了一個儲存資源池；在儲存物理裝置更新換代的過程中，虛擬的儲存裝置永遠線上，業務永遠線上。

同時利用IBM V5030F內建的外部儲存虛擬化技術，將HDSAMS2500和HP MSA2000等原有儲存進行虛擬化整合構建統一儲存資源池，並利用儲存卷遷移技術將生產資料克隆備份至原有HDS AMS2500儲存中，構建近線備份平臺，構建長久備份平臺，更好的達到了儲存利舊，最大化提高投資回報率；

1)、IOPS即每秒處理IO數量是衡量儲存效能的重要指標，本次推薦的VSP G600儲存系統IOPS能力超過60萬，而現有儲存基本為幾萬IOPS，儲存IOPS能力對比原有儲存系統超過10倍提升；

2)、儲存快取配置為整體效能的關鍵因素之一。本次方案建議VSP G600的快取配置為128GB，而現有儲存快取配置為幾十GB，快取效能對比原有儲存系統超過數倍提升。

4.2 儲存虛擬化簡化管理，提高投資回報

IBM V5030F 外部連線的儲存系統進行虛擬化的獨特功能，可為異構儲存建立單一的異構儲存池。這可以簡化儲存管理、提高利用率和效率，改善服務水平、簡化資料遷移，並可幫助企業滿足監管達標要求

IBM V5030F通過異構儲存虛擬化的技術，可以使用統一的管理平臺實現對IBM V5030F內部和外部儲存資源的統一管理，統一分配，可以按照應用系統的效能要求分配相應的儲存資源。從主機的角度看，IBM V5030F內部儲存資源和外部儲存資源功能完全相同，而內部和外部儲存資源之間的資料交換可以通過儲存系統IBM V5030F本身的資料複製和資料遷移軟體來完成。

4.3 核心應用生產資料本地近線備份

相關推薦