医疗行业采用超融合架构的优势及应用场景分析

医疗行业信息化起始和快速发展阶段大部分在5年前左右，经过多年的发展，老旧设备已经开始出现性能下降及资源不足等情况，不能满足医院业务发展的需要，存在系统风险。而超融合技术是最近几年才刚刚兴起的技术，虽然超融合技术还没有在医院大规模进行使用，但是已经有部分医院在最近几年开始部署并尝试应用了超融合系统。

现在正是各大医院进行业务系统转型，建设数据集成平台和大数据医疗分析等业务系统的时期，如果采用超融合技术对医院数据中心进行彻底的改造，提供与新医疗业务需求相适应的IT基础设施环境和配套设施，可以极大的保障医院在新医疗环境下的业务发展需求。

社区最近组织交流活动，针对医疗行业基于超融合架构的方案进行了讨论，同时对超融合架构的需求、应用场景、技术架构和最佳实践等问题做了详细的解答，让参与活动者更清楚的了解到超融合架构的特点和在医疗行业的应用。篇幅所限，我们将分三篇发布本次活动的讨论精华内容。

全文包括：

一、医疗行业超融合架构方案的具体优势和实践场景问题总结

二、医疗行业超融合架构方案的具体设计和产品选型问题总结

三、医疗行业超融合架构方案的建设难点和安全问题总结

1、请问现有机房基于传统服务架构设计转至超融合服务架构设计进行数据迁移的最佳实践方案是什么？

问题描述：

我是妇幼保健院信息人员，对于超融合架构有以下几点疑问？

1、现有机房基于传统服务架构设计转至超融合服务架构设计进行数据迁移的最佳实践方案是什么？

2、基于超融合服务架构设计对比传统服务架构的优势有哪些？

嘉宾解答：

一、如果需要将传统的集中式存储数据迁移到超融合的分布式存储中，要考虑性能问题。提前做好I/O性能测试，避免性能不足。通常来讲，如果一台中高端存储设备，迁移到超融合系统中，要获取相同性能，至少要有10个以上的节点，而且要配置SSD闪存。在考虑数据迁移之前，传统存储的自动精简配置、快照、克隆、重复数据删除、数据加密和数据压缩等高级特性也需要考虑进去，这些通常是超融合架构的分布式存储所不具备的。

二、使用超融合架构优势：

1、超融合架构简单，可大大降低医院基础架构复杂性，同时降低运维和管理的成本。

2、整合医院数据中心资源，充分利用设备资源，实现统一管理。

3、超融合架构集成的虚拟化双机、热迁移功能，能够有效减少设备故障时间，确保核心业务的连续性，避免传统IT，单点故障导致的业务不可用。

4、便于医院业务的快速部署，缩短医院业务系统上线周期，高度灵活性与可扩展性、提高运维和管理效率。

5、超融合架构采用分布式的存储架构，采用多副本策略，可以最大化的保证业务系统数据的安全。同时分布式存储支持HDD和SSD等多种不同类型的存储资源，在满足虚拟机的双机、虚拟机热迁移技术可靠性要求的同时，还可以提高其性能。

厂商专家解答：

关于数据迁移，首先需要注意要安排停机时间，停机时间与实际数据量有关系。可以通过某些技术手段缩短停机时间，例如：原有生产环境已部署有 Oracle 环境，那么可以在超融合环境中部署 Oracle Data Guard，数据同步完成后再进行主备库切换即可。

迁移主要有以下三种情况：

1、全新部署业务系统：在超融合平台上重新部署业务系统，然后将数据导入。

2、原有物理机环境、虚拟化环境：通过 P2V 工具或 V2V 工具将整个业务系统迁移到超融合平台上。

3、原有 VMware 环境，且超融合也选用VMware虚拟化环境：如果用户原环境是 VMware 环境，超融合的虚拟化也使用 VMware，那可以直接将虚拟机迁移到超融合平台上运行即可。

其他专家解答：

超融合的架构相比传统的架构，简化了原本独立的网络，存储，系统以及虚拟化的部分。将所有的一切整合在超融合服务器中，以节点为单位。多个节点网络相连就可以达到原本需要复杂的双交换机连接多台服务器。多台服务器在连接双san交换机，在连接存储的复杂架构。比较适合中小企业，信息话运维力量不足的企业使用。

至于传统架构设计转职超融合架构，进行数据迁移，应该具体要看实际现有的环境，对超融合投入的资金。以及新架构的设计吧。

没有接触过太多的超融合产品。不过传统架构到超融合架构我觉得基本的步骤应该是，整理现有信息化状况，理清所有的业务，进行业务系统虚拟化，迁移至超融合架构。

2、医院采用基于超融合架构建设数据中心有哪些优势？为什么要部署超融合架构？

嘉宾解答：

1、整个数据中心采用标准的服务器设备+网络设备即可。不再需要专门的SAN集中存储，而且超融合软件与硬件紧密结合。可以让数据中心的架构由三层转变为二层，降低复杂度，降低采购和运维成本。

2、超融合架构可以实现完全的资源整合、统一管理、调配和统一存储功能。在扩展性上可以做好按需线性的横向扩展，采用的是分布式的自治系统。由于计算与存储资源的深度融合，在对系统进行扩容时，只需要扩展超融合服务器的节点即可，不需要提前对设备进行选型、设计、系统集成和长时间的系统调试，通常一个三节点的扩容，一小时之内就可以完成，深度软硬件集成的超融合系统甚至可以做到开箱即用。

3、软件定义的基础架构，可以满足未来医疗行业对业务系统的扩展需求。通过软件定义，能够让医疗数据中心在一个简单的基础架构下升级成为一个智能化、自动化、高效化的数据中心。

厂商专家解答：

了解超融合优势前，首先看一下基于集中式存储的 IT 架构，在医疗信息化过程中存在哪些问题。

近年来，由于医院信息化建设的快速推进对 IT 基础架构提出越来越高的要求，不仅服务器和存储数量需要不断增加以支持更多的业务上线，同时大量的业务都会对故障恢复时间和数据恢复目标提出严格要求。但目前常用的集中式 SAN 存储架构，往往具有以下问题：

1、需要运维专门的存储硬件、存储网络，对运维能力要求高；

2、不易扩容，经常造成新的业务系统需要购置新的独立的存储，进一步增加了整体维护的工作量；

3、如果上双活容灾系统，又要添加双活网关等，会让 IT 系统愈加复杂。

以上问题，都需要人数有限的运维部门面对，不仅工作繁琐，更可能因为系统的复杂性而造成故障。

而超融合架构，是通过全新的架构为基础架构带来全面特性提升。以下是超融合架构和目前主流基于FC SAN的虚拟架构的区别。

相比传统 FC SAN 架构，超融合架构有了如下显著的变化：

1、在每个商用 X86 服务器上部署分布式块存储软件，不再使用专有的存储硬件，每个服务器就是一个存储控制器；

2、每个商用 X86 服务器配置 SSD 盘作为缓存，缓存容量远大于传统存储的易失性内存，且多节点并发带来很强的聚合性能；

3、不用 FC 交换机，而是采用万兆以太网交换机联接 X86 服务器节点；

4、计算虚拟化和存储部署于同一服务器节点；

5、逻辑上看，存储不再是由 RAID 构成的不同存储空间，而是一个统一可弹性扩展的存储池，并且具备很强的扩展能力。

以上架构上的变革为 IT 基础架构带来了如下全面改善：

1、维护简单——只需维护 X86 服务器及其上的超融合软件，而专业的超融合软件稳定易用，从而对维护的专业度要求远低于中、高端存储。同时，系统的复杂度也不会随系统规模变大而带来显著提升。

2、运维效率提高——故障自愈、扩容节点数据自动均衡，甚至容量预测等智能运维手段使运维人员从复杂及高要求的存储运维中释放出来。

3、敏捷部署、弹性扩展——不断增加的医疗信息化业务，需要缩短传统基础架构的采购周期、部署时间，要求基础架构也能随之弹性扩展，减少扩容带来的业务中断。超融合架构能够最大化的满足需求。

4、高并发性能——越来越多的医疗业务上线，对性能提出更高要求，超融合的多节点并发，SSD缓存和IO本地化（不是所有超融合产品都具备）可以达到传统中高端磁盘存储一至三倍性能。

5、直接采购成本降低——在满足上述条件的基础上，服务器 + 超融合软件（或超融合一体机），相比服务器加传统中高端存储的成本，有较大幅度的降低。

6、总拥有成本降低——除了直接采购成本降低、机柜占用空间节省、运维人员的要求降低、都会带来总拥有成本的大幅降低（业内平均降幅在 30% 以上）。

可以看到，超融合通过创新的架构，让数据中心更简单、更敏捷、能力更强，而这些特性又可以为医院客户进行智慧医疗业务转型打好基础。

3、超融合在多节点并发和性能扩展的优势？

问题描述：超融合的一个比较大的问题在于计算资源的消耗，那么多节点并发和性能扩展的优势在哪儿？

嘉宾解答：

超融合架构相比传统IT架构有着绝对的优势，在扩展优势方面：

1、超融合架构通过在集群中添加新的节点，即可实现动态扩展。计算资源是分布式在每一个节点上的，所以即使计算资源有消耗，也是以每个节点为单位，大约占10%的计算资源，不会占用太多。

2、超融合多节点并发的性能提升是线性的。传统架构的设备扩展都是纵向的。以存储系统为例，硬盘数量的增加只会增加容量，性能还是受限于控制器，即使多个硬盘同时并发读写，性能提升也是非线性的，在达到一定的硬盘数量后，由于控制器带不动，性能反而会出现下降。在超融合架构中，超融合的节点的硬盘数量会影响整个分布式存储系统的性能。如果超融合系统只有最少的3个节点，那么分布式存储系统的性能上基本上是无法超越传统集中式架构存储的，如果配置的节点数量和硬盘数量足够多，那么可能达到甚至超越传统集中式存储的性能。而且由于分布式架构的特性，不存在独立的控制器，性能是线性增加的，在多节点同时工作状态下，性能优势非常明显。而且还可以无限扩张存储节点的容量，非常方便。

厂商专家解答：

1、首先相对于节省的成本，这个资源消耗不能算大的问题，而且不同厂商由于实现方式不同，资源占比也不同，类似 SmartX，Nutanix 计算资源消耗较低，但基于 Ceph 架构包装的超融合产品的资源消耗会较高。

2、传统存储中，存储控制器能控制的 CPU、内存和存储插槽有限，所以对应性能的扩展性也大大受限；而超融合架构使用的分布式存储通过软件实现存储控制器，扩展节点即意味着扩展存储控制器，有效避免了存储控制器的性能瓶颈，再通过一定的数据分配策略，即可使集群性能随着节点数的增加而线性增长。

3、以上架构给用户带来的最大的价值不仅包括可以在一个存储池内轻松获得高性能，还可以让用户可以根据业务的增长情况按需扩展，而使用传统存储面临的问题是，用户只能选择开始就投入较多采购一个更高端的存储，或者在开始的时候采用较低的配置，但在业务增长到一定程度时，购买一套新的存储，造成资源的孤岛。

4、超融合的扩展性问题？

问题描述：超融合的是“软件定义一切”，类似SDN这种的产品，目前知道的都是产品排他性，那超融合是否一样存在类似的问题？

嘉宾解答：

超融合是软件定义一切没错，SDN也是软件定义网络。软件定义技术本身并没有问题，排他性也只是不同的技术路线而产生的问题，超融合也是一样，如果你选择了一种超融合产品，那么扩展必须是同类的超融合产品采可以扩容。为了解决排他性问题，通常有以下几种解决方案：

1、组建多种不同的资源池，但是使用统一的管理平台。当然，在超融合扩容时，尽量选择相同超融合产品，如果因为招标的不可控等问题，无法统一的话，那么就需要组建多种不同的资源池来解决这个问题。然后使用统一的云管理平台将多种不同类型的资源池统一管理起来，也可以解决超融合架构的扩展性问题。

2、使用开源，开放的产品。开源产品技术路线基本是统一的，不会存在太多的排他性问题。但是对于用户来讲，需要自身的信息中心技术能力比较高，而且要去具备一定的运维能力。因为开源产品缺少厂商的支持，只能寻求做技术服务的企业提供支持服务，弥补自身技术能力的不足。

厂商专家解答：

“软件定义” 从理念上和架构上都具有更高的灵活性和更好的开放性，但会依赖于不通厂商的具体实现和产品交付的形态，类似 SmartX、VMware、Nutanix 超融合有软件方案并且提供硬件兼容性列表。如果要使用不同的硬件，则可以按照多集群形式部署。

其他专家解答：

观点一:

超融合通过软件定义来看，它会具有较高的灵活性和开发性，虽然各个厂家的超融合都是独立的，要做到统一去管理这个很难，但是就目前发展的趋势来看，两部分，1.存储侧,有厂家能做到外加SAN，那传统的san存储能接到超融合里面来。2.上层的虚拟化，有的可以做到vmware资源纳管，裸金属管理等特性。

换个层面，超融合是可以软硬件解耦的，如果觉得以前的超融合不好可以换其他的超融合，硬件控制在5年之内应该还是可以正常使用的。超过5年可能会有硬件迭代。

观点二:

超融合的架构是扩展能力是比较强的，像Nutanix这种主流超融合扩容简单快速，系统复杂度不会随扩容增加而增加，具体而言：

（1）扩展模式：超融合是可扩展的硬盘和节点，在同一存储下扩展，而传统架构是需要增加RAID扩展柜，从而形成新的存储池。

（2）容量和性能扩展：超融合皆可在线线性扩展，而传统架构则性能扩展能力有限。

（3）数据自动负载均衡：超融合可支持数据自动负载均衡，传统架构是不可以的。

5、在运维管理上，超融合架构的优势是什么？如何与原有的运维管理系统结合起来？

嘉宾解答：

一、超融合架构运维管理优势：

系统运维工作和传统运维模式相比，复杂度要降低许多。通常可以通过单点登录方式，使用一个统一的管理界面，对服务器和交换机等硬件设备的日常维护。对数据中心内服务器、虚拟机、网络、存储和业务等资源进行一体化管理，健康检查与巡检。还可以自动生成报表，使运维可视化、自动化、智能化，无需跳转不同的管理界面就可实现对数据中心统一管理。

二、与原有系统的结合：

要求将超融合加入到原有运维管理系统进行统一管理。或者将原有运维系统，通过二次开发整合到超融合运维管理平台。总之就是要保证只有一套运维管理系统，避免二次运维，使用统一的一个管理界面。

主要运维工作：

1、配置信息运维

通过查看设备信息，了解系统计算和存储资源的总体拥有情况和剩余资源情况。同时对各个物理机部署的虚拟化平台类型、版本和虚拟机数量进行配置信息管理。

2、健康状态监控

通过运维管理界面，对系统的CPU、内存使用率和IO性能故障和潜在风险实时监控，保持IT资源和系统健康运行状态。

3、风险管理控制

需要提前和用户沟通，给出合理化建议，设定资源告警的临界值（通常建议不超过70%~80%），超融合系统在设定阈值后可以自动报告警，还可以通过邮件的方式及时收到维护通知。

4、系统日志监控

定期检查超融合系统运行，及时处理潜在的风险和故障。根据日志信息，及时进行系统性优化，提高超融合平台运行效率；

另外，在重要节日期间或是重大任务保障期间，需要对整个数据中心进行系统性的运维检查，涉及到超融和平台的运维，建议邀请原厂商进行现场支持，做好必要的技术支持和保障工作。

厂商专家解答：

1、超融合省却了原来集中式存储的硬件管理以及 raid、mapping 等复杂的管理操作。

2、超融合硬件故障运维更加简单，硬盘故障无需热备盘情况下，也可以自动恢复，而且恢复速度远高于传统存储。

3、虚拟化和存储以及硬件管理都集中在统一界面上，管理员可以很轻松地发现各个组件的运行状态。

4、在线扩展，自动负载均衡功能，比起传统架构扩容，减少了大量数据迁移甚至是避免了停机时间。

5、可以设置邮件报警或者通过 SNMP 还有 restful api 与原有的监控中心进行对接，实现智能监控管理。

6、超融合架构在医疗行业的应用场景有哪些？医疗行业上超融合的普及么？

问题描述：现在超融合架构这块应用医疗主要是应用在哪些场景？超融合架构在医疗行业应用的多么？如果有有超融合架构的同行，欢迎谈谈你们的经验。

嘉宾解答：

超融合架构基础平台具有强大的分布式横向扩展能力，非常适合不断增长的医疗业务，可平滑升级以适应医疗用户对扩展升级要求。同时超融合架构提供海量级数据存储能力和数据保护能力，保证系统长时间安全稳定的运行。超融合架构系统采用软件定义技术，已经被广泛应用在了各种各样的医疗场景之中，包括医院私有云、桌面虚拟化、备份和恢复、生产开发和测试等场景。

1、私有云场景

由于超融合基础架构已经全面集成了虚拟化软件，可以支持多种虚拟化平台，可将现有物理机架构转向全虚拟化平台。

超融合架构除了支持计算虚拟化，还能够在同一种架构中同时支持存储虚拟化和网络虚拟化等特性，能够最大限度的发挥硬件设备工作效率，降低运维和管理成本，分布式的部署方案还可以提供安全性和高可用性。非常适合医院构建私有云数据中心吗，支撑医院业务的数字化转型，建设智慧医院。

2、VDI（虚拟桌面）

在虚拟桌面（VDI）应用方面，由于各种应用部署在单一的共享资源池里，而且还可以配置全闪存的存储资源，完全不需要担心存储系统I/O影响虚拟机性能。此外，超融合架构的大容量分布式存储环境为系统灵活掌控随机和顺序负载提供可能。而且采用SSD 加速的分布式存储集群可以保障足够的IOPS应对VDI启动和登入风暴等严峻的负载挑战。

由于超融合的分布式架构，VDI的初期投入成本是非常低的，通常3个节点就可以组成一个医院VDI服务器群集，可以同时提供计算和存储服务。

3、备份恢复

多数超融合系统都支持对虚拟机镜像的数据保护和自动数据备份技术，可以对医院比较重要的EMR和LIS等医疗信息系统的数据进行备份保护。同时超融合架构还支持多副本策略，保证数据安全。如果一个医疗机构同时存在多个站点，还可以选择多站点数据备份恢复功能，可以实现多站点的数据备份和容灾。

4、开发测试

超融合架构集成虚拟化环境，可以提供虚拟机资源的自助申请和配置，快速部署开发测试环境。同时大多数超融合架构提供虚拟机模板的克隆或快照功能，能够迅速创建大规模的开发测试环境，提升工作效率。

厂商专家解答：

先简单回答以上问题：

超融合架构是原有基于 SAN 的虚拟化架构的一个架构的升级，用分布式存储替换传统阵列，并且将存储、虚拟化和网络整合在一个节点内，所以理论上虚拟化可以运行的应用都可以运行，加上目前比较领先的超融合厂商已经提供类似双活等高级功能，即使关键应用的容灾也可以满足了。

目前一些大型医院的 HIS 等还是希望运行在小机上，这些应用无法使用超融合系统。另外，PACS 等海量文件数据，比较适合独立的外置文件存储。

无论是从权威的市场报告，还是我们接触到的用户情况，超融合在医院的应用虽然起步时间不长，但已经进入了快速增长的阶段。

以下详细介绍几个场景：

1、现网虚拟化平台改造

现在医院的基础架构建设基本上都已经采用了虚拟化，不管外网还是内网或者 DMZ 区的业务系统基本上都运行在虚拟化平台（当然医院的核心业务系统 HIS、EMR 等有些可能还运行在物理机上），后端使用的传统共享存储，存储可能是两套做主备或者双活。随着时间的推移，业务系统的增多，设备的老化，会出现计算和存储资源的不足、性能的下降以及硬件故障率的升高，给运维人员带来很大的麻烦。如果这时需要扩容资源，就可以考虑采用超融合基础构架。因为 SmartX、Nutanix 等超融合产品可以支持多种虚拟化平台，可以选用与原来一致的虚拟化平台，通过 v2v 的方式可以快速迁移至新的超融合平台，逐步的替代掉旧的设备。

2、桌面虚拟化支持

桌面虚拟化现在也比较普及了，很多医院也都使用了桌面虚拟化技术来为医院各部门提供标准的桌面，提高办公效率和安全。超融合基础架构也非常适合桌面虚拟化，性能高，数据可靠性高，也比较灵活，可以小规模起步，也可以应对大规模桌面的启动风暴，而且在同一个资源池中可以支撑不同负载的桌面。

3、容灾站点

现在一些领先的超融合厂商基本上都可以提供备份和双活的功能，但是前提需要受保护站点和目标站点都必须是同一个厂商的集群。当然如果是新建的数据中心，采用了超融合基础架构，未来做备份或者双活就可以直接使用超融合自带的功能，而无需再额外购买其他软件支持。

当然现在也可以直接使用超融合做为一个虚拟化资源池的备份站点来使用，不但可以提供足够的存储空间，还可以提供计算资源，即使受保护站点故障或者资源不足，也可以在超融合备份站点上直接启用业务系统虚拟机，节省恢复时间。

4、私有云

随着医疗信息化的快速发展，很多医院的信息化设备、业务系统也变得越来越多，不论是从管理上、灵活性、安全控制以及未来扩展性方面考虑，很多医院正在建设私有云平台，来为医院提供更好的信息化服务。云平台底层基础架构选用超融合来架构是一个不错的选择，一方面可以满足医院业务系统的高性能、高可用、数据高可靠要求，另一方面也可以满足我们基础架构资源池的灵活、易扩展、统一管理等要求。

7、医疗行业的非结构化数据如何使用超融合架构进行支持？

嘉宾解答：

非结构化数据，如果数据量特别大的话，其实是非常适合部署在超融合架构上的。但是并不一定完全使用计算资源，使用超融合架构的分布式存储系统，单独部署一个分布式存储资源池，其实是非常合适的，特别是针对医院的PACS系统。
因为医院PACS系统包括影像等大量非结构化数据，每月以TB基本增加，需要大容量，可扩展的存储设备。

优势如下：

1、在分布式存储达到一定规模，性能会超过传统的SAN、NAS。大量的磁盘和节点，结合适当的数据分布策略，可以达到非常高的聚合带宽。传统的SAN、NAS都会有性能瓶颈，一旦达到最大扩展能力，性能不会改变甚至降低。

2、传统的SAN、NAS，价格比较高。特别是SAN网络设备，光纤网络成本比较高。而且，以后扩展还需要增加扩展柜。成本太高。分布式存储只需要IP网络，几台X86服务器加内置硬盘就可以组建起来，初期成本比较低。扩展也非常方便，加服务器就行。

3、传统的SAN、NAS扩展能力受限，一个机头最多可以带几百个磁盘。如果想要个PB以上的共享存储，分布式存储只最好的选择。不用担心扩展能力问题。

厂商专家解答：

需要看具体数据量，小医院如果数据量不大的话可以直接存在超融合上，否则建议使用更大容量的文件存储产品。

其他专家解答：

非结构化数据不建议上超融合，传统意义上的超融合是适合于各种虚拟化的场景，对于裸金属服务器就不适合了。所以有一些重负载的应用，在虚拟化都不用的情况下，自然不会考虑超融合。另外，超融合的架构模式决定了计算和存储资源应该均衡增长，否则就不是非常适合，比如海量的非结构化数据。

医疗行业超融合架构解决方案实践分享（50页PDF汇总）

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