VPLEX存儲虛擬化方案

醫療信息化需求概述

數字化醫院是我國現代醫療發展的趨勢。“數字化醫院”是指將先進的網絡及數字技術應用于醫院及相關醫療工作, 實現醫院內部醫療和管理信息的數字化采集、存儲、傳輸及后處理，以及各項業務流程數字化運作的醫院信息體系。“數字化醫院”是由數字化醫療設備、計算機網絡平臺和醫院業務軟件所組成的三位一體的綜合信息系統。數字化醫院工程體現了現代信息技術在醫療衛生領域的充分應用，有助于醫院實現資源整合、流程優化，降低運行成本，提高服務質量、工作效率和管理水平。
數字化將推動醫院集團化、區域化、并改變醫院原有的工作模式。建立區域性的影像中心(病理、CT、MRI等)實現醫學圖像網絡傳輸。建立區域性的中心實驗室實現檢查結果網上傳輸，節約資源。信息中心社會化，醫院不再建立網絡，服務器中心，將采用租用電信運營商網絡線路，建立區域性的數據中心、服務器中心和數據倉庫。實現醫學文獻資料的共享，解決各醫院網絡建設重復、利用率低、資源浪費的缺陷。區域性的各類醫學服務中心的建立，將使衛生資源獲得最大程度利用。
信息系統建設作為醫療行業信息化的核心內容，在近幾年的發展中經歷了不同的階段。隨著國家新醫改方案的實施，對國內傳統醫院信息系統發展帶來前所未有的機遇與挑戰，現有的信息系統已難以全面適應醫院的需求。因此，一個全新的數字化醫院解決方案是當前國內醫院信息化行業的迫切需求。
在醫院信息系統建設過程中，HIS系統、EMR系統和全院級PACS系統的醫院信息系統數字化應用整合是最大的重點。建立數字化醫院是醫院管理信息系統發展的必然, 也是醫院現代化管理和高效運行的需要。

二、方案介紹

2.1、現狀分析

醫院現有服務器3臺，主要運行HIS、PACS應用，有一臺EMC CX4-120集中存儲系統。根據醫院的IT現狀以及與IT管理人員的溝通，我們認為醫院的IT基礎架構存在以下問題：

系統資源利用率低：根據以往的項目經驗和行業普遍現狀，絕大多數的基于X86架構的PC服務器CPU利用率非常低，在5％左右，浪費了大量的計算資源，并且服務器不能進行集中管理；
傳統分散式布局的服務器和存儲架構維護不便，維護成本較高，不同的業務系統之間在資源利用上不能共享和平衡。
目前CX4-120如果出現宕機，數據會存在丟失和不可用的風險，應用會停機。現在單存儲架構根本無法滿足數據的丟失量（包括RPO=0），最快速度的恢復關鍵應用系統（RTO接近零）的需求。
同時，在新的基礎架構建設中，建議除解決上述問題外，還需要考慮以下問題：
1、如何做好服務器的系統和數據備份與容災，如何保障快速地恢復。業務系統如何遷移到新硬件上面，并保證業務系統的穩定、安全。
2、如何保證業務的連續運行及數據的安全遷移，未來越來越多的新業務系統，如何保證穩定運行與可擴展性，可遷移性。
3、業務連續性最大限度地減少宕機，部署災難恢復計劃，保護重要的患者數據，同時滿足管理法規要求。

2.2、方案介紹

目前設計方案通過虛擬化技術將極大的提供服務器整合的效率，大幅度簡化了服務器群管理的復雜性，提高了整體系統的可用性，同時還明顯的減少了投資成本，實現“綠色”IT，具有很好的技術領先性和性價比，虛擬技術由于采用了將傳統服務器應用程序環境封裝成可移動的檔案文件的技術，很容易實現業務的連續不間斷運行，針對應用和訪問量靈活部署，降低系統總成本。
根據醫院的實際情況，對服務器整合建議通過整合現有高性能服務器、和新采購主流光纖通道磁盤陣列和存儲虛擬化來進行。
醫院信息系統通常由兩大系統組成，即HIS系統和PACS系統，通過由8GB FC光纖交換機搭建高速的存儲專用SAN網絡，整個系統能夠提供最快的響應速度、最大的數據吞吐。
利用最新的存儲虛擬化概念，將原有老的存儲和新購存儲進行資源整合，最大限度地減少宕機，部署災難恢復計劃，保護重要的患者數據，同時滿足管理法規要求。關鍵服務不停頓、關鍵數據不丟失。
 
 
 

2.3、方案拓撲

整體系統拓撲圖：

在采用雙HBA卡、磁盤陣列雙主機通道的情況下，每臺SAN Switch將被虛擬化服務器占用3個端口，存儲虛擬化需要占用4個端口（圖中省略部分冗余鏈路連接線），存儲需要占用4個端口（圖中省略部分冗余鏈路連接線）。

2.4、方案構成部分詳細說明

涉及到的軟件與專業服務的情況：
軟件系統：6個VMware 虛擬架構套件企業版使用授權；
          1個VMware vCenter Management Server使用授權；
硬件系統：光纖交換機 2臺
光纖存儲EMC VNX5400 1臺（包含25塊600G 10K SAS硬盤）
存儲虛擬化Vplex Local 1套(10TB基本容量許可)

2.4.1、虛擬架構主體{0><}100{>VMware ESX Server配置說明 <0}

本方案的主體部分既是7臺安裝了VMware ESXi Server的PC服務器。VMware ESXi Server是VMware虛擬架構套件vDatacenter的基礎組成部分，是動態、自我優化的 IT 基礎結構的基礎。VMware ESXi Server是一個強健、經過生產驗證的虛擬層，它直接安裝在物理服務器的裸機上，將物理服務器上的處理器、內存、存儲器和網絡資源抽象到多個虛擬機中。 通過跨大量虛擬機共享硬件資源提高了硬件利用率并大大降低了資金和運營成本。 通過高級資源管理、高可用性和安全功能提高了服務級別 -- 對于資源密集型的應用程序也不例外。

 單臺物理服務器配置多個虛擬服務器的性能依據。

根據統計，對于傳統的服務器應用方式，通常服務器的平均利用率在5-15%之間，而采用虛擬架構整合后，服務器的平均利用率可達到60%-80%。我們完全可以通過在3臺高配置服務器來完成傳統方式需要10-20臺服務器才能完成的工作。

2.4.2、集中存儲實現虛擬服務器

方案中，我們建議采用SAN集中存儲方式，這樣可以將每個虛擬機的文件系統創建在共享的SAN集中存儲陣列上，VMware VMFS 虛擬機文件系統，是一種高性能的群集文件系統，允許多個ESX Server 安裝同時訪問同一虛擬機存儲。支持通過VMware VirtualCenter、VMware VMotion™ 技術、VMware DRS 和 VMware HA 提供的基于虛擬化的分布式基礎結構服務<0}。由于VMware的虛擬架構系統中的虛擬機實際上是被封裝成了一個檔案文件和若干相關環境配置文件，通過將這些文件放在SAN存儲陣列上的VMFS文件系統中，可以讓不同服務器上的虛擬機都可以訪問到該文件，從而消除了單點故障。

推薦EMC VNX5400存儲 600G 10K SAS盤25塊，提供充足可用容量的同時，可實現高性能應用讀寫；
統一存儲架構
針對醫院信息化應用系統的存儲需求，建議采用FC SAN + NAS的統一存儲架構：
l  將HIS應用通過FC光纖通道鏈路進行連接，形成FC-SAN，實現高性能、高可用的存儲；
l  針對醫療PACS系統中大量存在的文件服務應用如醫學圖象等應用，采用NAS文件共享的方式提供服務，通過NFS、CIFS等文件傳輸協議。

2.4.3、存儲虛擬化設計

針對第一章節醫院需求分析，EMC推薦采用以下數字化醫院存儲高可用與存儲虛擬化數據中心解決方案，確保當單個存儲系統出現故障時，最大限度減少數據的丟失量（包括RPO=0），最快速度的恢復關鍵應用系統（RTO接近零），提高信息系統的整體服務級別。
EMC VPLEX存儲高可用解決方案用于在數據中心內、數據中心之間進行信息虛擬化、訪問、共享和遷移。
本次項目中EMC推薦VPLEX Local本地存儲虛擬化解決方案
本地存儲高可用：在數據中心內提供存儲間的高可用和透明協作，適用于聯合EMC和非EMC存儲的解決方案。
VPLEX Local用于管理單個 VPLEX 群集內各存儲陣列間的數據移動和訪問，配置定義為有一、二或四個 VPLEX 引擎，通過其充分冗余的引擎間結構互連集成到單個群集中。此群集互連功能支持在線添加 VPLEX 引擎，提供了優異的可擴展性，同時確保針對存儲單點故障的保護。

2.5、整體方案優勢

通過服務器整合，控制和減少物理服務器的數量，明顯提高每個物理服務器及其CPU的資源利用率， 從而降低硬件成本。降低運營和維護成本， 包括數據中心空間、機柜、網線，耗電量，冷氣空調和人力成本等。
加快新服務器和應用的部署，大大降低服務器重建和應用加載時間。
不需要象以前那樣，硬件維護需要數天/周的變更管理準備和1 - 3小時維護窗口，現在可以進行快速的硬件維護和升級。
幫助建立業務和IT資源之間的關系，使IT和業務優先級對應。將所有服務器作為大的資源統一進行管理，并按需進行資源調配。應用不中斷，數據的丟失量（包括RPO=0），最快速度的恢復關鍵應用系統（RTO接近零）

三、產品介紹

3.1、EMC VNX存儲產品介紹

EMC推出的 EMC VNX Family：針對虛擬應用程序進行優化的下一代統一存儲。使用 VNX 系列運行虛擬化的 Microsoft SQL Server 或 Oracle 速度要快三倍，使用 VNXe 系列，不到 10 分鐘就可對 1 TB VMware 數據存儲區進行資源調配。
Ø  使用閃存進行優化提高了系統性能
VNX 系列專門設計為利用閃存驅動器技術的最新創新成果，最大程度提高存儲系統的性能和效率，同時將每 GB 成本降至最低。即使只有數個閃存驅動器與EMC FAST 套件（一款無與倫比的強大軟件，可對各異構驅動器中的數據進行分層，并將活動最頻繁的數據放入緩存中）結合使用，客戶也可以體驗到 FLASH 1st 策略帶來的最佳優勢。

 
FLASH 1st 只能通過 EMC 獲取，保證客戶絕不會因成本和性能而發愁。活動高度頻繁的數據由高達 2 TB 的閃存驅動器提供服務，該驅動器帶有 FAST Cache，可以動態吸收系統工作負載中的意外“高峰”。隨著數據過期并且活動隨時間變得不再頻繁，FAST VP（針對虛擬池的全自動存儲分層）會以 1 GB 為增量，將數據從高性能層分到高容量驅動器層中，這樣整體成本較低，而且不用考慮應用程序類型或數據過期問題。而最令人稱道的是，這一切都是基于客戶定義的策略自動發生的，通過智能地執行與任務資源調配前后關聯的工作，大大節省了應用程序和存儲管理員的時間與費用。
Ø  適合虛擬環境的最佳存儲
VNX 系列是適合虛擬化應用程序環境的理想中端系統。無論客戶環境是基于VMware、Microsoft Hyper-V 還是基于 Xen，VNX 都可通過所有支持協議的完全認證，確保在實施的所有階段都能夠成功地部署虛擬化基礎架構。
這樣存儲和服務器管理員就不會再盲目地執行操作。通過 VAAI（用于陣列集成的 vStorage APIs）將 Unisphere 與 VMware vCenter ™ 緊密集成，管理員可洞悉整個環境的情況（端到端）。每個人都可以使用其熟悉的管理界面查看虛擬資源和物理資源，透明地對存儲進行資源調配、集成復制、訪問所有存儲功能并將其卸載到陣列上。
Ø  只要單擊兩下，便可通過 VMware vCenter 對存儲進行資源調配。
Ø  針對VMware的EMC VNX插件利用最佳做法可確保存儲與VMware之間獲得最佳利用率和恢復能力。
Ø  可加速硬件的 Fast 克隆能夠在數秒內快速對新虛擬機進行資源調配。
Ø  針對 NFS 數據存儲區的按需 VMDK 壓縮功能可將存儲消耗量減少高達 50%。
Ø  與 VMware 聯合開發的 EMC Proven™ 解決方案和參考體系結構可加快關鍵應用程序虛擬化的速度。

3.2、EMC Vplex存儲虛擬化產品介紹

EMC VPLEX 可提供本地聯合和分布式聯合，這一能力允許單個站點內或跨兩個不同地理位置的物理數據元素的透明協作，并允許 IT 管理員打破物理壁壘，擴展基于 VMware 的云解決方案。圖示如下:

我們推薦基于EMV VPLEX的數據保護方案，EMC VPLEX 引入了一種新的體系結構，它吸收了 EMC 在 20 年設計、實施和完善企業級智能緩存和分布式數據保護解決方案的實踐中取得的經驗和教訓。以可擴展、高可用的處理器引擎為基礎，EMC VPLEX 系列設計為可從小型配置無縫擴展到中型和大型配置。VPLEX 駐留在服務器和異構存儲資產之間，使用獨特的群集體系結構，該體系結構允許多個數據中心的服務器具有對共享塊存儲設備的讀/寫訪問權限。
Ø   新體系結構的獨特特征包括：
Ø   橫向擴展群集硬件，允許您從小配置開始并以可預知的服務級別逐步擴展
Ø   高級數據緩存，它利用大規模 SDRAM 緩存提高性能并減少 I/O 延遲和陣列爭用
Ø   分布式緩存吻合性，可跨整個群集自動執行 I/O 的共享、平衡和故障切換
Ø   一個統一視圖顯示跨 VPLEX 群集的一個或多個 LUN（這些群集可以是在同一數據中心內相距幾英尺，也可以是跨同步距離），從而實現新的高可用性和工作負載移置模式。

EMC AccessAnywhere™ 隨 VPLEX 一起提供，是 EMC 的一種突破性技術，支持跨遠距離共享、
訪問和移置單個數據拷貝。EMC GeoSynchrony™ 是 VPLEX 操作系統。
VPLEX Local 可跨異構陣列提供簡化的本地數據保護管理和無中斷數據移動。

憑借獨特的縱向擴展和橫向擴展體系結構，VPLEX 的高級數據緩存和分布式緩存吻合性提供了工作負載彈性、存儲域的自動共享、平衡和故障切換，并幫助實現了有可預知服務級別的本地和遠程數據訪問。VPLEX Local 支持本地聯合。虛擬化數據中心與 EMC VPLEX結合起來，為客戶提供解決 IT 問題和引入新計算模型的全新方法。具體來說，客戶可以：
跨數據中心移動虛擬化的應用程序
實現跨站點的工作負載平衡和移置
聚合數據中心并提供全天候 IT 服務