解决方案

VPLEX存储虚拟化方案

VPLEX存储虚拟化方案

医疗信息化需求概述

数字化医院是我国医疗发展的趋势。“数字化医院”是指将先进的网络及数字技术应用于医院及相关医疗工作, 实现医院内部医疗和管理信息的数字化采集、存储、传输及后处理,以及各项业务流程数字化运作的医院信息体系。“数字化医院”是由数字化医疗设备、计算机网络平台和医院业务软件所组成的三位一体的综合信息系统。数字化医院工程体现了现代信息技术在医疗卫生领域的充分应用,有助于医院实现资源整合、流程优化,降低运行成本,提高服务质量、工作效率和管理水平。
数字化将推动医院集团化、区域化、并改变医院原有的工作模式。建立区域性的影像中心(病理、CT、MRI等)实现医学图像网络传输。建立区域性的中心实验室实现检查结果网上传输,节约资源。信息中心社会化,医院不再建立网络,服务器中心,将采用租用电信运营商网络线路,建立区域性的数据中心、服务器中心和数据仓库。实现医学文献资料的共享,解决各医院网络建设重复、利用率低、资源浪费的缺陷。区域性的各类医学服务中心的建立,将使卫生资源获得最大程度利用。
信息系统建设作为医疗行业信息化的核心内容,在近几年的发展中经历了不同的阶段。随着国家新医改方案的实施,对国内传统医院信息系统发展带来前所未有的机遇与挑战,现有的信息系统已难以全面适应医院的需求。因此,一个全新的数字化医院解决方案是当前国内医院信息化行业的迫切需求。
在医院信息系统建设过程中,HIS系统、EMR系统和全院级PACS系统的医院信息系统数字化应用整合是最大的重点。建立数字化医院是医院管理信息系统发展的必然, 也是医院现代化管理和高效运行的需要。

二、方案介绍

2.1、现状分析

医院现有服务器3台,主要运行HIS、PACS应用,有一台EMC CX4-120集中存储系统。根据医院的IT现状以及与IT管理人员的沟通,我们认为医院的IT基础架构存在以下问题:

系统资源利用率低:根据以往的项目经验和行业普遍现状,绝大多数的基于X86架构的PC服务器CPU利用率非常低,在5%左右,浪费了大量的计算资源,并且服务器不能进行集中管理;
传统分散式布局的服务器和存储架构维护不便,维护成本较高,不同的业务系统之间在资源利用上不能共享和平衡。
目前CX4-120如果出现宕机,数据会存在丢失和不可用的风险,应用会停机。现在单存储架构根本无法满足数据的丢失量(包括RPO=0),最快速度的恢复关键应用系统(RTO接近零)的需求。
同时,在新的基础架构建设中,建议除解决上述问题外,还需要考虑以下问题:
1、如何做好服务器的系统和数据备份与容灾,如何保障快速地恢复。业务系统如何迁移到新硬件上面,并保证业务系统的稳定、安全。
2、如何保证业务的连续运行及数据的安全迁移,未来越来越多的新业务系统,如何保证稳定运行与可扩展性,可迁移性。
3、业务连续性最大限度地减少宕机,部署灾难恢复计划,保护重要的患者数据,同时满足管理法规要求。

2.2、方案介绍

目前设计方案通过虚拟化技术将极大的提供服务器整合的效率,大幅度简化了服务器群管理的复杂性,提高了整体系统的可用性,同时还明显的减少了投资成本,实现“绿色”IT,具有很好的技术领先性和性价比,虚拟技术由于采用了将传统服务器应用程序环境封装成可移动的档案文件的技术,很容易实现业务的连续不间断运行,针对应用和访问量灵活部署,降低系统总成本。
根据医院的实际情况,对服务器整合建议通过整合现有高性能服务器、和新采购主流光纤通道磁盘阵列和存储虚拟化来进行。
医院信息系统通常由两大系统组成,即HIS系统和PACS系统,通过由8GB FC光纤交换机搭建高速的存储专用SAN网络,整个系统能够提供最快的响应速度、最大的数据吞吐。
利用最新的存储虚拟化概念,将原有老的存储和新购存储进行资源整合,最大限度地减少宕机,部署灾难恢复计划,保护重要的患者数据,同时满足管理法规要求。关键服务不停顿、关键数据不丢失。
 
 
 

2.3、方案拓扑

整体系统拓扑图:

在采用双HBA卡、磁盘阵列双主机通道的情况下,每台SAN Switch将被虚拟化服务器占用3个端口,存储虚拟化需要占用4个端口(图中省略部分冗余链路连接线),存储需要占用4个端口(图中省略部分冗余链路连接线)。

2.4、方案构成部分详细说明

涉及到的软件与专业服务的情况:
软件系统:6个VMware 虚拟架构套件企业版使用授权;
          1个VMware vCenter Management Server使用授权;
硬件系统:光纤交换机 2台
光纤存储EMC VNX5400 1台(包含25块600G 10K SAS硬盘)
存储虚拟化Vplex Local 1套(10TB基本容量许可)

2.4.1、虚拟架构主体{0><}100{>VMware ESX Server配置说明 <0}

本方案的主体部分既是7台安装了VMware ESXi Server的PC服务器。VMware ESXi Server是VMware虚拟架构套件vDatacenter的基础组成部分,是动态、自我优化的 IT 基础结构的基础。VMware ESXi Server是一个强健、经过生产验证的虚拟层,它直接安装在物理服务器的裸机上,将物理服务器上的处理器、内存、存储器和网络资源抽象到多个虚拟机中。 通过跨大量虚拟机共享硬件资源提高了硬件利用率并大大降低了资金和运营成本。 通过高级资源管理、高可用性和安全功能提高了服务级别 -- 对于资源密集型的应用程序也不例外。

 单台物理服务器配置多个虚拟服务器的性能依据。

根据统计,对于传统的服务器应用方式,通常服务器的平均利用率在5-15%之间,而采用虚拟架构整合后,服务器的平均利用率可达到60%-80%。我们完全可以通过在3台高配置服务器来完成传统方式需要10-20台服务器才能完成的工作。

2.4.2、集中存储实现虚拟服务器

方案中,我们建议采用SAN集中存储方式,这样可以将每个虚拟机的文件系统创建在共享的SAN集中存储阵列上,VMware VMFS 虚拟机文件系统,是一种高性能的群集文件系统,允许多个ESX Server 安装同时访问同一虚拟机存储。支持通过VMware VirtualCenter、VMware VMotion™ 技术、VMware DRS 和 VMware HA 提供的基于虚拟化的分布式基础结构服务<0}。由于VMware的虚拟架构系统中的虚拟机实际上是被封装成了一个档案文件和若干相关环境配置文件,通过将这些文件放在SAN存储阵列上的VMFS文件系统中,可以让不同服务器上的虚拟机都可以访问到该文件,从而消除了单点故障。

推荐EMC VNX5400存储 600G 10K SAS盘25块,提供充足可用容量的同时,可实现高性能应用读写;
统一存储架构
针对医院信息化应用系统的存储需求,建议采用FC SAN + NAS的统一存储架构:
l  将HIS应用通过FC光纤通道链路进行连接,形成FC-SAN,实现高性能、高可用的存储;
l  针对医疗PACS系统中大量存在的文件服务应用如医学图象等应用,采用NAS文件共享的方式提供服务,通过NFS、CIFS等文件传输协议。

2.4.3、存储虚拟化设计

针对第一章节医院需求分析,EMC推荐采用以下数字化医院存储高可用与存储虚拟化数据中心解决方案,确保当单个存储系统出现故障时,最大限度减少数据的丢失量(包括RPO=0),最快速度的恢复关键应用系统(RTO接近零),提高信息系统的整体服务级别。
EMC VPLEX存储高可用解决方案用于在数据中心内、数据中心之间进行信息虚拟化、访问、共享和迁移。
本次项目中EMC推荐VPLEX Local本地存储虚拟化解决方案
本地存储高可用:在数据中心内提供存储间的高可用和透明协作,适用于联合EMC和非EMC存储的解决方案。
VPLEX Local用于管理单个 VPLEX 群集内各存储阵列间的数据移动和访问,配置定义为有一、二或四个 VPLEX 引擎,通过其充分冗余的引擎间结构互连集成到单个群集中。此群集互连功能支持在线添加 VPLEX 引擎,提供了优异的可扩展性,同时确保针对存储单点故障的保护。

2.5、整体方案优势

通过服务器整合,控制和减少物理服务器的数量,明显提高每个物理服务器及其CPU的资源利用率, 从而降低硬件成本。降低运营和维护成本, 包括数据中心空间、机柜、网线,耗电量,冷气空调和人力成本等。
加快新服务器和应用的部署,大大降低服务器重建和应用加载时间。
不需要象以前那样,硬件维护需要数天/周的变更管理准备和1 - 3小时维护窗口,现在可以进行快速的硬件维护和升级。
帮助建立业务和IT资源之间的关系,使IT和业务优先级对应。将所有服务器作为大的资源统一进行管理,并按需进行资源调配。应用不中断,数据的丢失量(包括RPO=0),最快速度的恢复关键应用系统(RTO接近零)

三、产品介绍

3.1、EMC VNX存储产品介绍

EMC推出的 EMC VNX Family:针对虚拟应用程序进行优化的下一代统一存储。使用 VNX 系列运行虚拟化的 Microsoft SQL Server 或 Oracle 速度要快三倍,使用 VNXe 系列,不到 10 分钟就可对 1 TB VMware 数据存储区进行资源调配。
Ø  使用闪存进行优化提高了系统性能
VNX 系列专门设计为利用闪存驱动器技术的最新创新成果,最大程度提高存储系统的性能和效率,同时将每 GB 成本降至最低。即使只有数个闪存驱动器与EMC FAST 套件(一款无与伦比的强大软件,可对各异构驱动器中的数据进行分层,并将活动最频繁的数据放入缓存中)结合使用,客户也可以体验到 FLASH 1st 策略带来的最佳优势。

 
FLASH 1st 只能通过 EMC 获取,保证客户绝不会因成本和性能而发愁。活动高度频繁的数据由高达 2 TB 的闪存驱动器提供服务,该驱动器带有 FAST Cache,可以动态吸收系统工作负载中的意外“高峰”。随着数据过期并且活动随时间变得不再频繁,FAST VP(针对虚拟池的全自动存储分层)会以 1 GB 为增量,将数据从高性能层分到高容量驱动器层中,这样整体成本较低,而且不用考虑应用程序类型或数据过期问题。而最令人称道的是,这一切都是基于客户定义的策略自动发生的,通过智能地执行与任务资源调配前后关联的工作,大大节省了应用程序和存储管理员的时间与费用。
Ø  适合虚拟环境的最佳存储
VNX 系列是适合虚拟化应用程序环境的理想中端系统。无论客户环境是基于VMware、Microsoft Hyper-V 还是基于 Xen,VNX 都可通过所有支持协议的完全认证,确保在实施的所有阶段都能够成功地部署虚拟化基础架构。
这样存储和服务器管理员就不会再盲目地执行操作。通过 VAAI(用于阵列集成的 vStorage APIs)将 Unisphere 与 VMware vCenter ™ 紧密集成,管理员可洞悉整个环境的情况(端到端)。每个人都可以使用其熟悉的管理界面查看虚拟资源和物理资源,透明地对存储进行资源调配、集成复制、访问所有存储功能并将其卸载到阵列上。
Ø  只要单击两下,便可通过 VMware vCenter 对存储进行资源调配。
Ø  针对VMware的EMC VNX插件利用最佳做法可确保存储与VMware之间获得最佳利用率和恢复能力。
Ø  可加速硬件的 Fast 克隆能够在数秒内快速对新虚拟机进行资源调配。
Ø  针对 NFS 数据存储区的按需 VMDK 压缩功能可将存储消耗量减少高达 50%。
Ø  与 VMware 联合开发的 EMC Proven™ 解决方案和参考体系结构可加快关键应用程序虚拟化的速度。

3.2、EMC Vplex存储虚拟化产品介绍

EMC VPLEX 可提供本地联合和分布式联合,这一能力允许单个站点内或跨两个不同地理位置的物理数据元素的透明协作,并允许 IT 管理员打破物理壁垒,扩展基于 VMware 的云解决方案。图示如下:

我们推荐基于EMV VPLEX的数据保护方案,EMC VPLEX 引入了一种新的体系结构,它吸收了 EMC 在 20 年设计、实施和完善企业级智能缓存和分布式数据保护解决方案的实践中取得的经验和教训。以可扩展、高可用的处理器引擎为基础,EMC VPLEX 系列设计为可从小型配置无缝扩展到中型和大型配置。VPLEX 驻留在服务器和异构存储资产之间,使用独特的群集体系结构,该体系结构允许多个数据中心的服务器具有对共享块存储设备的读/写访问权限。
Ø   新体系结构的独特特征包括:
Ø   横向扩展群集硬件,允许您从小配置开始并以可预知的服务级别逐步扩展
Ø   高级数据缓存,它利用大规模 SDRAM 缓存提高性能并减少 I/O 延迟和阵列争用
Ø   分布式缓存吻合性,可跨整个群集自动执行 I/O 的共享、平衡和故障切换
Ø   一个统一视图显示跨 VPLEX 群集的一个或多个 LUN(这些群集可以是在同一数据中心内相距几英尺,也可以是跨同步距离),从而实现新的高可用性和工作负载移置模式。

EMC AccessAnywhere™ 随 VPLEX 一起提供,是 EMC 的一种突破性技术,支持跨远距离共享、
访问和移置单个数据拷贝。EMC GeoSynchrony™ 是 VPLEX 操作系统。
VPLEX Local 可跨异构阵列提供简化的本地数据保护管理和无中断数据移动。

凭借独特的纵向扩展和横向扩展体系结构,VPLEX 的高级数据缓存和分布式缓存吻合性提供了工作负载弹性、存储域的自动共享、平衡和故障切换,并帮助实现了有可预知服务级别的本地和远程数据访问。VPLEX Local 支持本地联合。虚拟化数据中心与 EMC VPLEX结合起来,为客户提供解决 IT 问题和引入新计算模型的全新方法。具体来说,客户可以:
跨数据中心移动虚拟化的应用程序
实现跨站点的工作负载平衡和移置
聚合数据中心并提供全天候 IT 服务