朱沥沥 郑昊 祁星 孙琳

南京大学医学院附属口腔医院 江苏 南京 210000

1 背景

近年来，随着信息技术的不断发展，各类信息系统在医院运营、管理中发挥的作用越来越重要。各类信息系统例如HIS、EMR、PACS、移动护理等系统的数量与日俱增，系统功能日渐丰富，医院的各项工作顺利地展开，无论是从门诊还是到病房都依赖于信息系统的稳定运行[1]。系统的稳定运行需要IT基础设施提供稳定、可靠的网络、计算、存储资源的支撑，大数据、高并发等一系列问题对医院数据中心的建设提出了新的挑战。

面对新挑战传统数据中心的搭建方式存在瓶颈，可扩展性不高，不易于计算资源、存储资源的及时扩展，难以满足信息系统数量的急剧扩张以及相关数据的不断增加，医院信息部门需要运用新技术保障数据中心的可靠、高效及安全。

2 技术概述

超融合技术是一种底层基础架构，利用虚拟化及分布式存储软件技术，基于x86服务器将计算、网络、存储资源进行整合，对外统一提供资源[2]。利用超融合技术，底层基础设施的搭建得以更好地为上层系统提供稳定、高效、安全的服务，业务量的扩展，与其带来的基础设施的扩展也变得更加简单、易操作。

分布式存储软件技术作为超融合技术的核心，打破了传统存储的瓶颈，传统存储方式主要包括DAS、NAS、SAN存储，DAS、NAS存储无法适用于大容量、高读写的使用场景，而SAN存储虽然能够满足大容量、高读写的使用场景，但SAN存储的搭建较为复杂，需要通过专业光纤交换机将存储设备与计算资源连接，后期维护也较为复杂，价格高昂，无法使用跨平台的数据共享。而分布式存储软件技术，通过分布式操作系统实现了平行化，数据量越大，其性能优势越加明显[3]。分布式存储软件技术成本低于SAN存储，同时在性能上又能满足大数据、高读写的要求，扩容易操作，满足快速扩张的存储需求，为数据中心高效、稳定地运转打下了基础。

3 实际应用

3.1 现状描述

以某三甲口腔专科医院例，数据中心包括两个主备机房，每个机房分别有两个机柜，现有服务器153台，存储数据量达到245T，每年的数据量仍在不断增加中，已经运行在医院数据中心的各类系统共有二十多个，例如：HIS、EMR、PACS、LIS、手术麻醉系统、移动护理系统等等。随着信息化建设的不断深入，新系统不断增加，原有系统改造升级，对于数据的处理要求也不断提高，例如：医院将全面落实预约制度，这对医院数据读写的并发要求是一项挑战。该医院原有的搭建方式基于服务器、存储网络、存储阵列的传统架构，存储通过光纤交换机与服务器进行数据交互，如图1所示。为方便业务部署，该院已使用VMware的虚拟化产品对底层资源进行整合，通过VMware的管理中心进行资源的调度，实现资源的分配、扩容、收回。采用虚拟化技术可以从物理服务器中提取计算资源（CPU 与内存）虚拟机监控程序位于一个或多个服务器主机中，并对资源进行虚拟化，从而应用需求创建单个计算资源共享池。该共享池可以动态地增长和缩减。

图1 传统搭建方式

3.2 存在问题

基于服务器、存储网络、存储阵列的传统架构搭建的数据中心，面对快速增长的业务量，从采购、部署、运维等各个阶段都面临着各类问题。

数据中心对于设备的采购，往往需要根据运行情况进行估计，预测未来几个月甚至几年的所需资源。如果预测误差较大，造成资源配置不合理，只能通过更换设备的方式解决问题，设备的更换对业务的影响较大，且操作复杂。

部署周期长，设计复杂、范围大。传统架构中，服务器、存储网络设备、存储需要对来自不同供应商的设备进行整合，部署时要考虑设备的兼容性，不同的光纤交换机、存储设备配置的方式也不是完全相同的，配置方式复杂。搭建一套可用的架构，需要各类设备，占据机架的空间很大，不断扩容时，机房的扩建速度无法满足底层架构的扩张速度，难以实现弹性扩展。

由于该院采用虚拟化技术对资源进行管理，带了便利的同时，也带来新的问题，虚拟化使虚拟机迁移等功能产生了共享存储资源的需求。传统存储连接方式是纵向扩展的，多个物理服务器通过一条光纤通道或iSCSI存储网络连接至一个存储阵列。该存储阵列有一对连接磁盘附件的控制器。它们负责所有数据I/O以及重复数据删除、压缩、快照、克隆等服务。导致I/O在存储控制器上存在瓶颈。

在后期的运维过程中，如果出现问题，需要对分别不同类型的设备分别排障，排除问题的时间很长。运维管理中需要通过三个或四个不同的控制台来管理资源。配置和管理需要大量人工操作，进一步增加了成本。存储是以LUN或卷的单位进行管理的，而服务器的管理粒度则为单个虚拟机。这种不匹配使得资源分配和数据保护更具挑战性。

3.3 解决方案

面对以上问题，该院引入超融合技术进行解决，具体采用Nutanix的软硬一体机的解决方案。超融合技术运用软件算法将SAN化为隐形，为虚拟化环境融合计算与存储，提供更加简单管理方式，实现资源的弹性扩展。

超融合技术采用分布式存储技术，抛弃SAN/NAS的架构和阵列，消除了存储网络中的复杂性与瓶颈，并且为虚拟环境带来了新的融合解决方案可以基于需求横向扩展。智能分层，以虚拟机为中心化的管理机制。

计算资源与存储资源的为运维管理也带来了新的解决方案，不需要登录多个控制台对资源情况进行监控，只需要两个管理平台就能实现资源的全管控，一个是底层的资源管理平台，一个是上层的运营管理平台。

3.4 性能提升

超融合技术的使用，数据中心的各项性能得到了显著提高。在典型虚拟化混合读写场景下，超融合架构的优势明显，性能约为传统集中式存储的5倍，3节点集群可提供78936/54078的读/写IOPS，提供2749 MBps/1164 MBps的读/写带宽。

基于超融合架构的数据中心的搭建也十分便捷，一套设备的部署往往只需要一小时即可完成。面对业务数量的增多，数据的增长，该架构下的数据中心可实现弹性扩容，横向扩展，线性扩容，能够进行一键式在线升级，确保业务完全不受影响。

超融合架构中所有硬件均不存在单点故障，CVM、节点、磁盘、电源、链路等故障均对业务没有影响可以轻松构建多地多活数据中心容灾。

与传统结构的服务器、存储网络、集中式存储所占的空间相比，一台超融合一体机即可满足要求，一台设备只占2U 的空间，节省宝贵的机柜空间，节能减排。

统一的管理界面允许用户在单个界面中管理所有基础架构硬件和虚拟机，提高了运维管理的工作效率。

4 结束语

超融合技术提升了医院数据中心的性能，方便了管理，为医院的信息化建设提供了稳定的基础保障。医院信息化建设的发展过程中，一定会面临各种挑战，面对问题，作为医院信息化建设者，要能够不断学习新技术，并勇于将可靠成熟的新技术运用到信息化建设的实践中，为医院创建更好的信息化环境。