徐杭龍，馬冠穎，戴明浪

臺(tái)州市中心醫(yī)院 采購(gòu)中心，浙江 臺(tái)州 318000

我院電子信息存儲(chǔ)系統(tǒng)配置實(shí)施分析

徐杭龍，馬冠穎，戴明浪

臺(tái)州市中心醫(yī)院 采購(gòu)中心，浙江 臺(tái)州 318000

0 前言

2000年以來(lái)，醫(yī)院的信息化建設(shè)取得飛速發(fā)展，大醫(yī)院基本都實(shí)施了醫(yī)院信息管理系統(tǒng)（HIS），也有一些醫(yī)院已經(jīng)實(shí)施了醫(yī)學(xué)影像存儲(chǔ)和傳輸系統(tǒng)（PACS）、實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)（LIS）、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（OA）、電子病歷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)決策分析系統(tǒng)、數(shù)字圖書(shū)館等等，數(shù)字化醫(yī)院建設(shè)已初具規(guī)模[1]。信息化技術(shù)的核心是信息，而信息的載體——存儲(chǔ)系統(tǒng)是整個(gè)IT環(huán)境的基礎(chǔ)架構(gòu)，它是保證整個(gè)信息系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。

1 存儲(chǔ)技術(shù)的最新進(jìn)展

最近幾年信息存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵突破在于存儲(chǔ)系統(tǒng)的拓樸連接技術(shù)的進(jìn)展，如現(xiàn)在較多使用的iSCSI、FCIP、IFCP、SAN、NAS等等，而其中最為成熟且得到廣泛認(rèn)可的技術(shù)是SAN技術(shù)（Storage Area Network，存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）和NAS技術(shù)（Network Attached Storage，網(wǎng)絡(luò)連接式存儲(chǔ)）。SAN是傳統(tǒng)的DAS技術(shù)（Direct Attached Storage，直接附加存儲(chǔ)）的發(fā)展和延續(xù)[2]。適用于大量的數(shù)據(jù)塊訪問(wèn)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)：信息主要以塊形式存儲(chǔ)和管理，采用FC技術(shù)（Fibre Channel，光纖通道技術(shù)），獨(dú)立于服務(wù)器外，在主機(jī)和存儲(chǔ)介質(zhì)之間增加專(zhuān)用的存儲(chǔ)域的交換機(jī)，組成存儲(chǔ)域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)訪問(wèn)。

SAN技術(shù)將最新的通道技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)組合在一起，提供了一種新型的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)解決方案，其主要特點(diǎn)有：高速、大數(shù)據(jù)容量傳輸、低延遲、高可靠性、廣泛連接性、遠(yuǎn)距離支持、管理性強(qiáng)等，其技術(shù)的核心是SAN交換機(jī)。單獨(dú)使用SAN技術(shù)的存儲(chǔ)系統(tǒng)的最大缺點(diǎn)就是成本高。

NAS技術(shù)是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)文件服務(wù)器技術(shù)的發(fā)展，是專(zhuān)用于網(wǎng)絡(luò)文件服務(wù)器的成熟技術(shù)。NAS使用傳統(tǒng)的以太網(wǎng)協(xié)議，通過(guò)NFS和CIFS溝通UNIX和NT系統(tǒng)，主要是基于小文件級(jí)的共享存儲(chǔ)。NAS主要優(yōu)勢(shì)在于成本低廉易于部署、功能單一架構(gòu)簡(jiǎn)化、可跨平臺(tái)進(jìn)行文件共享、管理靈活、擴(kuò)展性高等等，是替代傳統(tǒng)文件服務(wù)器而發(fā)展的最新技術(shù)。使用NAS技術(shù)的存儲(chǔ)系統(tǒng)主要缺點(diǎn)是：受限于TCP/ IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸會(huì)占用系統(tǒng)資源和帶寬，同時(shí)傳輸速率受限于以太網(wǎng)的速率，后期擴(kuò)容成本也較高等。

2 我院信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)現(xiàn)況

我院信息系統(tǒng)包含HIS、PACS、LIS、OA、電子病歷、數(shù)據(jù)決策中心、數(shù)字圖書(shū)館等，其數(shù)據(jù)特點(diǎn)是：① 數(shù)據(jù)量大，每天約有10 GB以上，再加上數(shù)據(jù)備份，需30 GB的存儲(chǔ)容量，而且PACS中影像數(shù)據(jù)還在急劇增長(zhǎng)； ② 數(shù)據(jù)類(lèi)型較為復(fù)雜，包括數(shù)字、文字、圖形及影像等信息；③ 不但需要有對(duì)可靠性、實(shí)時(shí)性、并發(fā)用戶數(shù)要求很高的HIS數(shù)據(jù)，也有對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量要求極大、可靠性要求高的影像數(shù)據(jù)，還有對(duì)可靠性、實(shí)時(shí)性要求不高的數(shù)字圖書(shū)信息等；④ 目前所有的多臺(tái)服務(wù)器均較老，存儲(chǔ)系統(tǒng)都是采用DAS技術(shù)的分散的獨(dú)立存儲(chǔ)；⑤ 對(duì)數(shù)據(jù)安全性和數(shù)據(jù)整合要求極高。

3 存儲(chǔ)方案選擇原則

我院對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)方案選擇遵循的原則[3]：① 標(biāo)準(zhǔn)性，要滿足目前和可預(yù)見(jiàn)未來(lái)的軟硬件的開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境要求；② 可擴(kuò)展性，在充分利用現(xiàn)有資源的同時(shí)，需確保將來(lái)系統(tǒng)擴(kuò)容時(shí)的存儲(chǔ)容量，存儲(chǔ)平臺(tái)也需考慮到可擴(kuò)展性；③可靠性高，確保數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)的安全，同時(shí)要兼顧容災(zāi)備份的及時(shí)性和可靠性，并使用符合存儲(chǔ)發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)和設(shè)備；④ 可管理性和可維護(hù)性，能夠用簡(jiǎn)單的配置界面（如Web頁(yè)面等）對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行配置管理，配置和維護(hù)工作應(yīng)簡(jiǎn)單明了，同時(shí)需有遠(yuǎn)程報(bào)警功能；⑤ 高性能，存儲(chǔ)系統(tǒng)提供的文件及數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫(xiě)速率快，響應(yīng)延遲時(shí)間要極短，而且應(yīng)是整體上的性能提升而不是單一指標(biāo)的提高；⑥ 成本低，包括存儲(chǔ)設(shè)備、維護(hù)成本、升級(jí)成本、人員成本等。即在設(shè)備的整個(gè)使用生命周期內(nèi)成本要低。

4 一體化存儲(chǔ)解決方案及實(shí)施

基于以上存儲(chǔ)系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)展，我院最終采用了融合SAN和NAS技術(shù)于一身的一體化存儲(chǔ)系統(tǒng)解決方案。

4.1 集中存儲(chǔ)解決方案基本架構(gòu)

（1）存儲(chǔ)控制器。存儲(chǔ)控制器提供FC（8個(gè)4 Gbps）和IP（4個(gè) 10/100/1000Base_Tx）的存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)接口，同時(shí)支持FC SAN和IP SAN及NAS多種存儲(chǔ)技術(shù)，保證現(xiàn)有的多臺(tái)主機(jī)通過(guò)光纖通道連接到存儲(chǔ)系統(tǒng)。

（2）構(gòu)建IP以太存儲(chǔ)私網(wǎng)?，F(xiàn)有服務(wù)器分別通過(guò)獨(dú)立的兩個(gè)千兆以太網(wǎng)口直接連接到千兆以太網(wǎng)交換機(jī)，構(gòu)建IP以太存儲(chǔ)私網(wǎng)，數(shù)據(jù)通過(guò)服務(wù)器直接存儲(chǔ)在IP SAN及NAS存儲(chǔ)環(huán)境中的一體化存儲(chǔ)系統(tǒng)中。

（3）RAID（獨(dú)立冗余磁盤(pán)陣列）方式。先期配置48TB SATA裸容量，空間利用率≥70%，RAID方式采用RAID-DP組，確保任意兩塊磁盤(pán)同時(shí)失效而不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。

4.2 容量分配調(diào)整和虛擬化管理

（1）容量調(diào)整。同一臺(tái)設(shè)備上的NAS和SAN的容量分配比例可隨意調(diào)整。

（2）存儲(chǔ)虛擬化[4]。① 傳統(tǒng)存儲(chǔ)空間分配是采用預(yù)分配的管理方法，由管理人員按應(yīng)用系統(tǒng)要求分配一個(gè)固定空間，該空間是否使用都占用存儲(chǔ)物理空間，而擴(kuò)容并不能解決浪費(fèi)的問(wèn)題，越擴(kuò)容浪費(fèi)越大，故傳統(tǒng)方法導(dǎo)致存儲(chǔ)空間利用率較低和管理的復(fù)雜；② 新的存儲(chǔ)虛擬化管理定義所有的卷都被視為邏輯的數(shù)據(jù)容器，可以在不破壞底層物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的前提下被獨(dú)立的設(shè)置、調(diào)整大小、移動(dòng)和管理；③ 卷的最小顆粒度達(dá)4 KB，可以隨意組合而適合各種大小的存儲(chǔ)應(yīng)用的需求，同時(shí)允許文件系統(tǒng)在線且安全的進(jìn)行尺寸改變（擴(kuò)展和收縮），故已分配給應(yīng)用系統(tǒng)的未使用空間可以簡(jiǎn)單和安全的移出并重新分配；④ 瘦容量提供技術(shù)使應(yīng)用系統(tǒng)僅占用已經(jīng)被寫(xiě)入實(shí)際數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)空間，其他已定義未使用的容量并不占用實(shí)際的物理磁盤(pán)空間。

4.3 數(shù)據(jù)保護(hù)

按照不同的數(shù)據(jù)保護(hù)級(jí)別提供多樣化的數(shù)據(jù)保護(hù)方案，包括：增強(qiáng)型RAID-4、RAID-DP、SnapShot、SAN中的快照、基于主機(jī)備份的數(shù)據(jù)保護(hù)等。其中增強(qiáng)型RAID-4是在RAID-4的基礎(chǔ)上提供特殊的批次條帶化讀寫(xiě)算法，消除熱點(diǎn)盤(pán)，既有靈活擴(kuò)充的特點(diǎn)又達(dá)到了最優(yōu)的設(shè)計(jì)平衡。RAID-DP（Dual Parity雙校驗(yàn)盤(pán)）技術(shù)是在增強(qiáng)型RAID-4的基礎(chǔ)上增加了2個(gè)校驗(yàn)盤(pán)（1個(gè)普通校驗(yàn)盤(pán)、1個(gè)DP校驗(yàn)盤(pán)），在一個(gè)組內(nèi)的任意1個(gè)或2個(gè)數(shù)據(jù)磁盤(pán)失效的情況下，系統(tǒng)使用普通校驗(yàn)盤(pán)和DP校驗(yàn)盤(pán)協(xié)同計(jì)算，將丟失的數(shù)據(jù)恢復(fù)到在線熱備盤(pán)上。

4.4 數(shù)據(jù)卷優(yōu)先級(jí)管理和重復(fù)數(shù)據(jù)刪除管理

（1）優(yōu)先級(jí)管理。存儲(chǔ)管理員對(duì)邏輯卷進(jìn)行優(yōu)先級(jí)的設(shè)定，當(dāng)存儲(chǔ)系統(tǒng)完全滿載并需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)評(píng)定時(shí)，可啟用按邏輯卷分配優(yōu)先級(jí)，在滿足關(guān)鍵系統(tǒng)工作負(fù)荷（如備份等）分配的前提下，可動(dòng)態(tài)調(diào)整存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)不同應(yīng)用訪問(wèn)I/O的優(yōu)先級(jí)，同時(shí)不犧牲系統(tǒng)性能和客戶端服務(wù)并從存儲(chǔ)整合中獲得最大收益。

（2）重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)[5]。在創(chuàng)建、分配、備份和歸檔數(shù)據(jù)時(shí)，能以單個(gè)共享數(shù)據(jù)塊為參考搜尋相同的數(shù)據(jù)塊并將其替換，從而提高數(shù)據(jù)效率，控制數(shù)據(jù)增長(zhǎng)，節(jié)約存儲(chǔ)空間。該功能可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行規(guī)劃策略和啟動(dòng)，支持緩存功能，提高內(nèi)存利用率及訪問(wèn)響應(yīng)，且無(wú)容量License限制。

4.5 系統(tǒng)管理維護(hù)和擴(kuò)展能力

（1）系統(tǒng)管理軟件?；赪eb的系統(tǒng)管理軟件，可從任何地方、任意信息平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置并控制存儲(chǔ)設(shè)備，在不中斷用戶訪問(wèn)文件系統(tǒng)的同時(shí)擴(kuò)展卷；圖形化管理頁(yè)面，可以配置和監(jiān)視任何存儲(chǔ)資源或服務(wù)。

（2）擴(kuò)展能力。磁盤(pán)架可以用于更為高端的存儲(chǔ)設(shè)備中，目前存儲(chǔ)設(shè)備支持磁盤(pán)裸容量420 TB以上，最大磁盤(pán)數(shù)在140個(gè)以上；系統(tǒng)增加磁盤(pán)，可在線進(jìn)行，RAID重構(gòu)時(shí)間[6-8]在分鐘級(jí)以下（增加4塊磁盤(pán)，重構(gòu)時(shí)間為1s），對(duì)系統(tǒng)性能影響可以忽略不計(jì)。

5 結(jié)語(yǔ)

我院在此次存儲(chǔ)設(shè)備系統(tǒng)選擇和實(shí)施的過(guò)程中，在系統(tǒng)管理維護(hù)方便、成本低廉的基礎(chǔ)上，采用SAN+NAS于一體的存儲(chǔ)架構(gòu)保證了系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)性、可擴(kuò)展性、可靠性、高性能等。其中存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)和數(shù)據(jù)卷優(yōu)先級(jí)、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)等的應(yīng)用確保了存儲(chǔ)系統(tǒng)的高性能和高可靠性，多樣化的數(shù)據(jù)保護(hù)功能保證了系統(tǒng)的安全。

在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，面對(duì)存儲(chǔ)要求的多樣化和復(fù)雜性，利用存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的SAN+NAS技術(shù)來(lái)架構(gòu)存儲(chǔ)環(huán)境，不失為一種好的選擇。

[1] 賀建軍,陳衍,韓晟,等．醫(yī)院信息化建設(shè)中的幾個(gè)問(wèn)題[J]．中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2012,27(5):76-78．

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Analysis on the Implementation of Electronic Information Storage System

XU Hang-long, MA Guan-ying, DAI Ming-lang

Procurement Center, Taizhou Central Hospital, Taizhou Zhejiang 318000, China

目的 提高信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量，以更快的速度和更高的可靠性服務(wù)于醫(yī)院電子信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。方法 在綜合分析各存儲(chǔ)系統(tǒng)解決方案的基礎(chǔ)上，采用最新的SAN+NAS一體化存儲(chǔ)架構(gòu)提升醫(yī)院信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能。結(jié)果 SAN+NAS一體化存儲(chǔ)架構(gòu)保證了系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)性、可擴(kuò)展性、可靠性，提升了系統(tǒng)的存儲(chǔ)性能。結(jié)論 采用SAN+NAS一體化存儲(chǔ)架構(gòu)可優(yōu)化信息存儲(chǔ)系統(tǒng)。

存儲(chǔ)技術(shù)；SAN；NAS；醫(yī)院信息系統(tǒng)

Objective To make the electronic information network system be capable of running with the information storage system which has greater capacity, faster speed and higher reliability. Methods Based on the analysis of various solutions of storage systems, an advanced and integrated storage architecture called (SAN+NAS) was adopted to improve the performance of the original information storage system in the hospital. Results The performance of the information storage system has been improved with the application of (SAN+NAS) storage architecture which has ensured the standard, scalability and reliability of the information storage system. Conclusion The information storage system can be optimized with the application of (SAN+NAS) storage architecture.

storage technology; SAN; NAS; hospital information system

TP333

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.06.016

1674-1633(2014)06-0047-03

2014-01-13

作者郵箱：tzzxyy0017@163．com