1 設(shè)計概要

結(jié)合目前醫(yī)療行業(yè)數(shù)據(jù)中心的演進方法論及最佳實踐，建議采用分步分批的建設(shè)方式，使用擴展能力強，功能豐富的超融合基礎(chǔ)架構(gòu)方案，來滿足醫(yī)院業(yè)務(wù)系統(tǒng)高可靠性、高可用性、業(yè)務(wù)連續(xù)性、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)及應(yīng)用容災(zāi)的需求。

建議未開始基于超融合架構(gòu)建設(shè)數(shù)據(jù)中心的醫(yī)院，采用分期建設(shè)的方法和設(shè)計思路。

數(shù)據(jù)中心第一期建設(shè)，需要對現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行深入調(diào)研，分析各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的需求和特點，將適合部署到超融合的系統(tǒng)進行統(tǒng)一梳理資源需求，建設(shè)基于超融合架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心，然后對業(yè)務(wù)系統(tǒng)資源進行整合。整合后的資源要求能通過超融合系統(tǒng)自帶的管理軟件，結(jié)合醫(yī)院現(xiàn)有云管理平臺進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)在一個界面完成對全院所有資源的管理、分配和運維分析等操作。

數(shù)據(jù)中心第二期建設(shè)，在管理上，需要實現(xiàn)高度自動化的業(yè)務(wù)部署和運維。在建設(shè)上，可以開展網(wǎng)絡(luò)SDN和NFV等系統(tǒng)的建設(shè)，這些也都是超融合系統(tǒng)建設(shè)的一部分。即使用通用的硬件服務(wù)器+軟件就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心需要的大部分IT功能，不需要額外再采購專用設(shè)備。SDN可以讓網(wǎng)絡(luò)具有可編程能力，包括能力開放、控制面和數(shù)據(jù)面解耦，以及集中控制等。NFV就是網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化，利用通用的硬件平臺和虛擬化技術(shù)，取代現(xiàn)在的專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，例如負載和路由等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。SDN和NFV是兩個關(guān)系密切，但又相對獨立，都可以讓超融合系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)變得更加開放、敏捷和聰明。

通過超融合系統(tǒng)的建設(shè)，最終可以實現(xiàn)全軟件定義的數(shù)據(jù)中心。有效整合服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)等資源，最大效率的利用硬件設(shè)備，滿足新的醫(yī)療信息系統(tǒng)各項業(yè)務(wù)的性能需要。同時還可以對數(shù)據(jù)中心硬件設(shè)備進行有效管理和監(jiān)控，降低運維和管理成本。

2 設(shè)計原則

在方案設(shè)計中我們將遵循以下總體原則：

1、以醫(yī)院業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向

超融合架構(gòu)最終還是要為醫(yī)療業(yè)務(wù)服務(wù)的，因此在架構(gòu)設(shè)計上一定要以醫(yī)療業(yè)務(wù)的需求為導(dǎo)向，充分考慮非功能需求，例如系統(tǒng)的重要程度、安全要求、業(yè)務(wù)連續(xù)性等。

2、遵循醫(yī)療行業(yè)標準

醫(yī)院大部分業(yè)務(wù)系統(tǒng)都是面向社會和公眾的，在醫(yī)院基礎(chǔ)架構(gòu)建設(shè)時，應(yīng)符合國際、國家、醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)標準、規(guī)范和醫(yī)院自身的發(fā)展規(guī)劃。

3、提高資源利用率

現(xiàn)已經(jīng)部署了大量的服務(wù)器，資源使用率低是較突出的一個問題。要充分發(fā)揮超融合架構(gòu)的這一最大的特點，在保證性能的前提下進行合理設(shè)計。在同一設(shè)備中合理分配計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)等虛擬化資源，最大程度的提高服務(wù)器設(shè)備的利用率。

4、系統(tǒng)擴展性

在超融合架構(gòu)中，可以進行橫向靈活擴展，使醫(yī)院的IT基礎(chǔ)架構(gòu)成為一個動態(tài)、靈活、具有彈性的IT基礎(chǔ)架構(gòu)。要考慮在醫(yī)療業(yè)務(wù)系統(tǒng)實時運行過程中，計算資源和存儲資源的同時動態(tài)調(diào)整和擴展的問題，避免對現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

5、安全可用性

業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高可用性和安全性是醫(yī)院業(yè)務(wù)得以持續(xù)運行的保障。在超融合架構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)該以軟件定義技術(shù)為主，結(jié)構(gòu)超融合的分布式架構(gòu)的特點，解決系統(tǒng)單點故障問題和性能瓶頸等問題，在滿足業(yè)務(wù)系統(tǒng)可用性的同時保證醫(yī)院系統(tǒng)運行安全和數(shù)據(jù)安全。

3 超融合架構(gòu)總體設(shè)計

超融合架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心，以軟件定義為解決方案，使用通用的X86服務(wù)器+虛擬化軟件建設(shè)計算、分布式存儲和網(wǎng)絡(luò)等資源池，極大地簡化了數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)架構(gòu)。而且通過軟件定義資源池為分布式架構(gòu)，可以實現(xiàn)無單點故障、無單點瓶頸、橫向自動彈性擴展、性能線性增長等能力。

在物理層，可以選擇通用的X86服務(wù)器和交換機。在軟件定義層，可以根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心虛擬化的使用情況，結(jié)合未來數(shù)據(jù)中心的發(fā)展技術(shù)路線和方向，選擇合適的虛擬化軟件，例如VMware vSphere、KVM或Hyper-v等，盡量和生產(chǎn)中心保持一致，方便業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)換和遷移。如果選擇開源類產(chǎn)品路線，盡量選擇穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品，不要輕易嘗試新出的和不成熟的開源虛擬化產(chǎn)品。

在管理層，大多數(shù)商業(yè)的超融合產(chǎn)品都會提供一套通過簡單、方便的管理界面，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施資源的管理。但是數(shù)據(jù)中心如果已經(jīng)有一套云管理平臺，要考慮新采購的超融合系統(tǒng)和已有云管理平臺的對接問題。盡可能使用一套云管理平臺，必要時需要進行二次開發(fā)，避免出現(xiàn)多套管理系統(tǒng)，多個云管理平臺。使用一套云管界面對整個數(shù)據(jù)中心進行統(tǒng)一的監(jiān)控、管理和運維。

具體設(shè)計如下：

一、搭建超融合系統(tǒng)平臺。

在數(shù)據(jù)中心機房新建一套超融合系統(tǒng)集群，并對醫(yī)院現(xiàn)有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行評估，按照評估結(jié)果，將適合的業(yè)務(wù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)遷移至超融合平臺，打破原有豎井式的縱向擴展架構(gòu)。

HIS/PACS等核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不建議做遷移，由于其對物理機性能要求比較高，而且有數(shù)據(jù)一致性要求。而目前市場上各個廠商的超融合系統(tǒng)的分布式存儲對數(shù)據(jù)庫支持能力不同，為了保證HIS/PACS等核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的性能和數(shù)據(jù)的實時性，需要對選定的超融合系統(tǒng)做更詳細的POC測試，確定滿足條件后再進行遷移。

二、對原有設(shè)備進行淘汰和利舊整合。

建議淘汰的設(shè)備：服役超過5年以上的服務(wù)器，不建議繼續(xù)使用，可以進行淘汰處理，避免潛在的安全隱患，同時還可以降低整體能耗成本。

利舊整合的設(shè)備：可以利舊整合的服務(wù)器主要有兩種解決方案。

首先，可以用于開發(fā)測試，但是需要注意的是，對于這部分資源最好單獨建設(shè)一個資源分區(qū)，不要和生產(chǎn)資源混合在一個資源池里，做好安全隔離，避免互相影響。其次，可以選擇部分性能比較好，未過保修期（通常服務(wù)器保修年限為三年）且具有整合價值的服務(wù)器，然后部署超融合系統(tǒng)，加入到超融合系統(tǒng)群集當中。但是仍然建議單獨設(shè)計一個資源池，不要與新采購的超融合系統(tǒng)混用一個資源池，同樣做好安全隔離。因為老舊的服務(wù)器，即使部署了相同超融合系統(tǒng)軟件，由于其CPU型號比較舊，而且型號不統(tǒng)一，很難和新采購的超融合系統(tǒng)設(shè)備相互兼容，不建議部署在一個資源池。

三、建立統(tǒng)一的云管理平臺。

云管理平臺主要負責對資源的管理、彈性調(diào)度以及操作維護等綜合管理功能，是云平臺管理的核心，在同一個web界面提供云資源管理、云運維管理和云服務(wù)管理的功能。在采購新的超融合系統(tǒng)以后，要求必須能夠和現(xiàn)有的云管理平臺兼容，能夠進行二次開發(fā)和對接?；蛘咧苯硬捎贸诤舷到y(tǒng)的云管理整合原有的虛擬化資源，但是絕不能同時出現(xiàn)多個云管理平臺，這樣非常不利于資源的統(tǒng)一管理和調(diào)配，給醫(yī)院的信息化管理帶來很大的困難。

云資源管理負責云平臺資源虛擬化和資源分配，將物理資源(計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等)轉(zhuǎn)換成可動態(tài)調(diào)整的虛擬資源，供虛擬機使用，提供高可用性的彈性虛擬機，保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)的連續(xù)性與虛擬機的安全隔離。

云運維管理可以實現(xiàn)物理設(shè)備、虛擬設(shè)備、應(yīng)用系統(tǒng)的集中監(jiān)控、管理維護自動化與動態(tài)化。

云服務(wù)管理對外的主要工作是實現(xiàn)用戶管理、集群管理、業(yè)務(wù)模板管理、虛擬機管理、虛擬機發(fā)放、統(tǒng)一硬件管理、告警、監(jiān)控等功能。

4 超融合架構(gòu)業(yè)務(wù)設(shè)計

醫(yī)院業(yè)務(wù)系統(tǒng)分析主要是對現(xiàn)有醫(yī)院業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行梳理，對醫(yī)院的業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行評估和分類，選擇適合部署在超融合系統(tǒng)之上的系統(tǒng)。主要包括以下幾個方面的工作：

1、對業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行分析，選擇適合遷移到超融合架構(gòu)的應(yīng)用。建議優(yōu)先從非核心的系統(tǒng)開始嘗試部署，然后逐漸擴展到其他核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

2、評估并計算系統(tǒng)資源的使用量，包括計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)和安全資源等。

3、根據(jù)分析出的需要遷移的業(yè)務(wù)系統(tǒng)資源量，評估現(xiàn)有機房的物理環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，是否能夠滿足遷移后的超融合系統(tǒng)部署需要。

4、針對超融合系統(tǒng)的性能需求和擴展能力的需求進行設(shè)計，為選擇適合的超融合架構(gòu)梳理依據(jù)。

4.1 業(yè)務(wù)遷移分析

醫(yī)院業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要分為四大類，分別是：

1、行政管理系統(tǒng)。包括人事管理系統(tǒng)，財務(wù)管理系統(tǒng)，后勤管理系統(tǒng)，藥庫管理系統(tǒng)，醫(yī)療設(shè)備管理系統(tǒng)，門診、手術(shù)及住院預(yù)約系統(tǒng)，病人住院管理系統(tǒng)等。

2、醫(yī)療管理系統(tǒng)。也是核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)，主要包括門診、急診管理系統(tǒng)（HIS），影像文件系統(tǒng)（PCAS）、病案管理系統(tǒng)，醫(yī)療統(tǒng)計系統(tǒng)，血庫管理系統(tǒng)等。

3、決策支持系統(tǒng)。包括醫(yī)療質(zhì)量評價系統(tǒng)，醫(yī)療質(zhì)量控制系統(tǒng)等。

4、各種輔助系統(tǒng)。如醫(yī)療情報檢索系統(tǒng)，醫(yī)療數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。

以上業(yè)務(wù)系統(tǒng)，除了核心HIS和PACS數(shù)據(jù)庫外，其實大部分系統(tǒng)都適合遷移至超融合系統(tǒng)，對于業(yè)務(wù)系統(tǒng)的最終選擇，還是需要分析其運行和使用的現(xiàn)狀，可以按照以下情況進行判斷。

1、原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行在物理機上，且物理機的資源利用率非常低。

建議盡快遷移到超融合架構(gòu)上，可以最大程度提高醫(yī)院信息系統(tǒng)的靈活性和設(shè)備使用率。遷移成功的前提是，原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)商需要能夠提供必要的支持，否則遷移部署和驗證可能會有些困難。

2、原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行在物理機上，且物理機的資源利用率非常高。

通常核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫屬于這一類的應(yīng)用，不建議遷移到超融合平臺之上，否則性能問題會是個極大的挑戰(zhàn)。

3、原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行在虛擬機上，且虛擬機軟件的類別、版本和預(yù)期采購超融合系統(tǒng)基本保持一致。

對于這類應(yīng)用，遷移是非常容易的，只需要將虛擬機直接遷移到超融合平臺上就好，不會存在太多的障礙，可以完全加入到遷移的名單中。

4、原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行在虛擬機上，且虛擬機軟件的類別、版本和預(yù)期采購超融合系統(tǒng)完全不一致。

對于這類應(yīng)用，遷移可能會有些麻煩，要看是否能夠找到合適的V2V遷移轉(zhuǎn)換工作。否則就需要在超融合系統(tǒng)上重新部署，然后再遷移數(shù)據(jù)。如果要將這類應(yīng)用加入到遷移名單中，需要提前做好POC測試工作。

4.2 業(yè)務(wù)資源分析

在超融合平臺實施前，必須根據(jù)現(xiàn)有需要遷移的業(yè)務(wù)進行資源分析，確定超融合系統(tǒng)設(shè)備的資源使用量。

主要分析的內(nèi)容是對現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的計算、存儲等性能進行分析。最終得出超融合系統(tǒng)的規(guī)劃配置內(nèi)容，包括超融合集群數(shù)量、容量規(guī)劃、性能、應(yīng)用需求等，可以指導(dǎo)超融合系統(tǒng)實施策略和實施路線規(guī)劃。

通過最終的超融合系統(tǒng)資源需求統(tǒng)計，可以得出超融合系統(tǒng)的CPU、內(nèi)存和存儲容量，然后選擇合適的超融合節(jié)點數(shù)量和群集規(guī)模。

CPU的數(shù)量通常決定了超融合系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)量和群集規(guī)模。超融合系統(tǒng)通常都是一臺2U高的X86服務(wù)器。高密度的X86服務(wù)器，每臺可以提供2-4個Node(節(jié)點)的資源。每個節(jié)點通常為1-2顆CPU+可選容量的內(nèi)存（CPU核心數(shù)量和內(nèi)存容量可以根據(jù)需求來進行選擇）。從技術(shù)上講，有些廠商的超融合系統(tǒng)是不限制單個群集的節(jié)點規(guī)模數(shù)量的，但是最佳實踐是一般單個群集不建議超過64個節(jié)點，比較方便管理，性能上也比較可靠。

存儲容量的配置需要根據(jù)原有業(yè)務(wù)的容量進行定量分析后得出。例如：原有存儲配置100TB SATA磁盤，那么超融合架構(gòu)也需要配置同樣的資源，避免浪費。為了保證數(shù)據(jù)的冗余性和可靠性，通常分布式存儲都是多副本的，而且以3副本最為常見，所以在配置物理容量時，需要將實際數(shù)據(jù)融量至少乘以3倍，而且大部分分布式存儲系統(tǒng)都是以SSD磁盤作為緩存使用，這部分SSD的存儲容量是不能計算在內(nèi)的。

現(xiàn)有虛擬化系統(tǒng)環(huán)境類型決定了超融合產(chǎn)品的實施策略和實施路線，因為不是所有的超融合產(chǎn)品都支持全部的虛擬化層軟件。例如VMware就不支持KVM，無法直接進行遷移。如果采用支持KVM的超融合系統(tǒng)，那么原有的VMware虛擬機就需要進行遷移轉(zhuǎn)換后，才可以在基于KVM的超融合系統(tǒng)上運行。

在物理網(wǎng)絡(luò)資源的定量分析上，也需要考慮新的超融合系統(tǒng)的網(wǎng)卡性能和數(shù)量，如果原有系統(tǒng)環(huán)境全部為雙鏈路萬兆網(wǎng)絡(luò)，那么新組建的超融合網(wǎng)絡(luò)也必須是雙鏈路萬兆網(wǎng)絡(luò)。而且網(wǎng)段數(shù)量至少要增加兩個，一個內(nèi)部通訊網(wǎng)絡(luò)和一個管理網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)卡同時也需要增加兩塊。

5 超融合架構(gòu)物理資源規(guī)劃

5.1 物理架構(gòu)圖

物理架構(gòu)圖描述：

基于超融合架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心，在網(wǎng)絡(luò)上采用扁平化二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（核心層、接入層），使用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，核心交換機承擔著核心層和匯聚層的雙重任務(wù)。

扁平化方式降低了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，簡化了網(wǎng)絡(luò)拓撲，提高了轉(zhuǎn)發(fā)效率。二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，采用虛擬集群和堆疊技術(shù)，解決鏈路環(huán)路問題，提高了網(wǎng)絡(luò)可靠性。核心交換機設(shè)置VLAN的IP地址，接入交換機劃分VLAN，做二層轉(zhuǎn)發(fā)。

在邏輯上，超融合架構(gòu)不改變原有醫(yī)院生產(chǎn)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。原有設(shè)備網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲和安全等設(shè)備可以繼續(xù)利舊使用。

針對新購買的超融合設(shè)備，需要單獨設(shè)立二個安全域，分別為超融合系統(tǒng)安全區(qū)和超融合系統(tǒng)利舊資源區(qū)，分別部署新采購的和利舊的超融合服務(wù)器設(shè)備。為了保證傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的可靠的運行，需要與傳統(tǒng)架構(gòu)區(qū)的設(shè)備進行安全隔離，但是都處于內(nèi)網(wǎng)，是可以互相訪問的，不影響系統(tǒng)的正常訪問和運行。為了保障內(nèi)網(wǎng)的數(shù)據(jù)安全和網(wǎng)絡(luò)安全，外網(wǎng)用戶訪問仍需要通過VPN授權(quán)才可以訪問內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過DMZ區(qū)訪問web服務(wù)。

超融合架構(gòu)物理機一般為機架服務(wù)器。同時融合計算和存儲資源，提供虛擬化資源。每臺服務(wù)器配置1塊2端口的10GE網(wǎng)卡。通過萬兆接入交換機和核心交換機進行連接。配置2個千兆網(wǎng)絡(luò)，一個連接生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，一個連接管理網(wǎng)絡(luò)。

超融合架構(gòu)物理機存儲系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，通常配置有SSD+HDD或者全閃存磁盤的模式?？梢愿鶕?jù)數(shù)據(jù)存儲需要進行配置。對于超融合系統(tǒng)的存儲，要求支持多副本存儲、數(shù)據(jù)本地化、熱點數(shù)據(jù)自動分層。另外，可以根據(jù)需求選擇在線重刪、壓縮、快照、克隆、同/異步備份和跨地域遠程數(shù)據(jù)容災(zāi)等高級功能。

5.2 計算資源規(guī)劃

計算資源是通過對x86服務(wù)器CPU虛擬化來實現(xiàn)的，根據(jù)現(xiàn)有虛擬化環(huán)境，可選擇VMware vSphere、MicroSoft Hyper-v或KVM等Hypervisor，通過虛擬化技術(shù)組建計算資源池，為業(yè)務(wù)系統(tǒng)的虛擬機提供不同的服務(wù)質(zhì)量和能力。以VMware為例，可提供HA高可用、FT容錯、vMotion在線遷移和DRS資源動態(tài)負載均衡等能力。

計算資源的規(guī)劃需要根據(jù)歷史業(yè)務(wù)對資源的需求推導(dǎo)出需要新采購的超融合服務(wù)器的數(shù)量。包括遷移場景需要的服務(wù)器數(shù)量和新建場景需要的服務(wù)器數(shù)量。如果沒有可供利舊的服務(wù)器，那么這兩個部分相加，就是全部的計算資源總量。

遷移場景和新建場景由于維度不一樣，統(tǒng)計出的服務(wù)器數(shù)量可能也會有所偏差，通常需要綜合進行考量評估，建議以服務(wù)器數(shù)量多的數(shù)值做為參考。

5.2.1 遷移場景服務(wù)器數(shù)量規(guī)劃

這里借鑒并提供華為的服務(wù)器數(shù)量估算方法論做為參考，為簡化計算過程，所有管理、計算和存儲虛擬化軟件節(jié)點的CPU資源開銷按照10%進行計算，內(nèi)存資源開銷按照每臺物理機100GB進行估算。

注：CPU和內(nèi)存的開銷需要按照預(yù)計采購的超融合系統(tǒng)進行修正。

5.2.1.1 從計算服務(wù)器CPU維度進行估算

使用SPECint2006 Rate進行折算。

單服務(wù)器需要計算能力=物理服務(wù)器的SPECCPU使用率/（1-CPU冗余度）

（1）現(xiàn)有舊物理服務(wù)器計算能力折算方法：

所有n臺原服務(wù)器CPU能力折算值x=服務(wù)器1的SPEC值CPU使用率1/(1-CPU冗余度)

+ 服務(wù)器2的SPEC值CPU使用率2/(1-CPU冗余度)

+ …..

+ 服務(wù)器n的SPEC值CPU使用率n/(1-CPU冗余度)

（2）部署虛擬化平臺的物理服務(wù)器的CPU能力計算方法：

假設(shè)部署虛擬化平臺的單個物理服務(wù)器的SPEC值為y，單物理服務(wù)器的總邏輯核數(shù)為z。

虛擬化服務(wù)器的數(shù)量 N = x/(y90%),結(jié)果向上取其整數(shù)即可。如果數(shù)量≤3，那么至少配置3臺。

舉例：

比如40臺型號為：Dell Inc. PowerEdge 2950 x64-based PC Intel(R) Xeon(R) CPU E5420 @2.50GHz, 2493 Mhz, 4 Core(s), 4 Logical Processor(s) 8.00GB的服務(wù)器的實際平均CPU使用率為30%。

獲取其SPEC值為118。假定虛擬化后的目標CPU能力冗余度30%。

x = 40（11830%/（1-30%））=2022.857

若最終選擇Intel Xeon E5-4610 ，得到其SPEC值為883。服務(wù)器共48邏輯核，部署所有管理、計算和存儲虛擬化軟件節(jié)點的CPU資源開銷為10%。

虛擬化服務(wù)器的數(shù)量N=2022.857/(88390%)=2.545，虛擬化服務(wù)器的數(shù)量為3臺。

5.2.1.2 從計算服務(wù)器內(nèi)存維度進行估算

直接使用內(nèi)存使用量進行計算。

單計算服務(wù)器實際需要的內(nèi)存（虛擬化后）=現(xiàn)有物理服務(wù)器的內(nèi)存內(nèi)存使用率/（1-內(nèi)存冗余度）

（1）現(xiàn)有物理服務(wù)器內(nèi)存折算方法：

所有n臺原服務(wù)器內(nèi)存折算值 x = 現(xiàn)有服務(wù)器1的內(nèi)存值內(nèi)存使用率1/(1-內(nèi)存冗余度)

+現(xiàn)有服務(wù)器2的內(nèi)存值內(nèi)存使用率2/(1-內(nèi)存冗余度)

+ …..

+現(xiàn)有服務(wù)器n的內(nèi)存值內(nèi)存使用率n/(1-內(nèi)存冗余度)

（2）所需虛擬化服務(wù)器的內(nèi)存計算方法：

假設(shè)虛擬化后的單個服務(wù)器的內(nèi)存值為 z。部署所有管理、計算和存儲虛擬化軟件節(jié)點的內(nèi)存資源開銷為100GB。虛擬化后的服務(wù)器實際能給虛擬機用的內(nèi)存y=z-100GB，每臺至少配置100GB以上，建議配置256GB。

虛擬化服務(wù)器的數(shù)量 N = x/y，結(jié)果向上取其整數(shù)即可。如果數(shù)量≤3，那么至少配置3臺。如果數(shù)量太多，請增加單臺服務(wù)器的內(nèi)存容量。

舉例：

假定原服務(wù)器的內(nèi)存大小為8G，內(nèi)存使用率為20%，共40臺。虛擬化后的目標內(nèi)存冗余度為40%

x =40（ 820%/（1-40%））=106.7GB

假定Intel Xeon E5-4610配置256GB內(nèi)存（要求必須大于100GB），則實際可用的內(nèi)存為：

y=z-100GB

=256GB-100GB

=156GB

從內(nèi)存容量上看，需要純計算節(jié)點的個數(shù)：

虛擬化服務(wù)器的數(shù)量 N = x/y=106.7GB/156GB=0.684，虛擬化服務(wù)器的數(shù)量為3臺。

5.2.2 新建場景服務(wù)器數(shù)量規(guī)劃

這里借鑒并提供華為的服務(wù)器數(shù)量估算方法論做為參考，為簡化計算過程，所有管理、計算和存儲虛擬化軟件節(jié)點的CPU資源開銷按照10%進行計算，內(nèi)存資源開銷按照每臺物理機100GB進行估算。

注：CPU和內(nèi)存的開銷需要按照預(yù)計采購的超融合系統(tǒng)進行修正。

5.2.2.1 根據(jù)CPU資源需求維度估算

適用于對虛擬化后使用虛擬機規(guī)格（CPU、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)卡）、虛擬機的數(shù)量都有清晰認識的場景，能夠規(guī)劃出各類虛擬機的規(guī)格和所需的數(shù)量：

總vCPU數(shù)=預(yù)計部署的每臺VM虛擬機的vCPU數(shù)量的總和

注：vCPU是衡量一臺虛擬機計算能力的主要指標，類似物理服務(wù)器的CPU。vCPU核數(shù)類似服務(wù)器CPU的核數(shù)（core）。一個利用率100％的vCPU的處理能力等于物理CPU一個超線程的處理能力。

1、根據(jù)計算能力總需求估算

CPU總物理核數(shù)=roundup（總vCPU數(shù)/單核超線程數(shù)/CPU利用率）

2、估算所需的服務(wù)器數(shù)量

物理服務(wù)器數(shù)量=roundup{[(CPU總物理核數(shù)/(服務(wù)器CPU個數(shù)CPU物理核數(shù)）90%]（1+服務(wù)器冗余率）}

結(jié)果向上取其整數(shù)即可。如果數(shù)量≤3，那么至少配置3臺。

舉例：

假定總vCPU的數(shù)量為100，服務(wù)器冗余率設(shè)定為30%，CPU利用率不超過70%，部署所有管理、計算和存儲虛擬化軟件節(jié)點的CPU資源開銷為10%，擬定選擇的超融合服務(wù)器為2顆12核心處理器2線程處理器。那么：

CPU總物理核數(shù)=roundup（總vCPU數(shù)/單核超線程數(shù)/CPU利用率）

= roundup（100/2/0.7）

=72

物理服務(wù)器數(shù)量為=roundup{[(72/(212）90%]（1+30%）}

= roundup{4.3}

物理服務(wù)器數(shù)量：需要5臺。

5.2.2.2 根據(jù)內(nèi)存資源需求維度估算

1、內(nèi)存總需求

總內(nèi)存=預(yù)計部署的每臺VM虛擬機的內(nèi)存數(shù)量的總和

注：內(nèi)存大小是指虛擬機內(nèi)存的最大規(guī)格值。

2、根據(jù)內(nèi)存總需求估算

根據(jù)內(nèi)存資源需求估算的服務(wù)器數(shù)量= roundup[(總內(nèi)存/（單服務(wù)器內(nèi)存容量-100GB）（1+服務(wù)器冗余率）]

結(jié)果向上取其整數(shù)即可。如果數(shù)量≤3，那么至少配置3臺。如果數(shù)量太多，請增加單臺服務(wù)器的內(nèi)存容量。

舉例：

假定總內(nèi)存的數(shù)量為360GB，服務(wù)器冗余率設(shè)定為30%，部署所有管理、計算和存儲虛擬化軟件節(jié)點的內(nèi)存資源開銷為100GB，擬定選擇的超融合服務(wù)器為256GB內(nèi)存（至少100GB以上）。

物理服務(wù)器數(shù)量=roundup[(總內(nèi)存/（單服務(wù)器內(nèi)存容量-100GB）（1+服務(wù)器冗余率）]

=roundup[(360GB/（256GB-100GB）*（1+30%）]

=roundup[3]

物理服務(wù)器數(shù)量：需要3臺

5.3 存儲資源規(guī)劃

超融合系統(tǒng)架構(gòu)提供的存儲資源，都是基于分布式的文件系統(tǒng)，可以將一組集群內(nèi)的節(jié)點組成一個統(tǒng)一的分布式存儲平臺。對于業(yè)務(wù)系統(tǒng)來說，就是一個集中的共享式存儲，與任何其他集中式存儲陣列一樣工作，由超融合存儲系統(tǒng)管理模塊對分布式存儲進行管理。

超融合分布式存儲系統(tǒng)的配置規(guī)劃，需要根據(jù)歷史業(yè)務(wù)對資源的需求推導(dǎo)出需要新采購的超融合服務(wù)器的硬盤數(shù)量。包括遷移場景需要的硬盤數(shù)量和新建場景需要的硬盤數(shù)量。如果沒有可供利舊的服務(wù)器，那么這兩個部分相加，就是全部的計算資源總量。為了減小不必要要的服務(wù)器數(shù)量，單盤盡量選擇1.2TB或1.8TB產(chǎn)品。當然，為了使用更多的硬盤提升分布式存儲性能，還需要綜合考量。

以上除了需要提前確認好數(shù)據(jù)容量以外，還需要注意以下幾點：

1、分布式存儲架構(gòu)以可以提供傳統(tǒng)集中式存儲的能力，包括塊存儲、文件存儲和對象存儲等。但并不是所有的超融合系統(tǒng)都能提供以上的存儲能力。由于分布式存儲的數(shù)據(jù)一致性不是很好，所以有些超融合系統(tǒng)提供的塊存儲服務(wù)是不能夠安裝ORACLE這類數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的，即使能安裝，效果也不會很好，性能會比較低。需要官方給出可安裝的測試報告或者兼容性測試報告。

2、是否需要超融合存儲系統(tǒng)提供快照、克隆、壓縮和重復(fù)數(shù)據(jù)刪除等傳統(tǒng)集中式存儲的特性。由于超融合系統(tǒng)也是近幾年剛剛興起，對于這類高級特性不如傳統(tǒng)集中式存儲支持的好，如果需要某種高級特性，需要提前對超融合廠商的相關(guān)存儲產(chǎn)品進行調(diào)研，做好POC測試。

3、分布式存儲資源池的組成通常為SSD+HDD的架構(gòu)，SSD作為緩存盤，提升整個系統(tǒng)的性能。而且有的廠商要求嚴格的資源配比，以VSAN為例，需要1塊SSD+最多6塊HDD為一個邏輯磁盤組（VMware計劃增加到最多7塊）。而且1臺物理主機最多只能有5個磁盤組。所以物理磁盤不能隨意配置，需要根據(jù)超融合廠商的技術(shù)要求進行合理配置，避免資源浪費。當然也有的超融合廠商支持全閃存的架構(gòu)，甚至可以使用PCI-E的SSD緩存卡進行加速，只是在成本上比較貴。

4、超融合的節(jié)點的硬盤數(shù)量會影響整個分布式存儲系統(tǒng)的性能。如果超融合系統(tǒng)只有最少的3個節(jié)點，那么分布式存儲系統(tǒng)的性能上基本上是無法超越傳統(tǒng)集中式架構(gòu)存儲的，只有盡可能多的配置節(jié)點數(shù)量和硬盤數(shù)量，才有可能達到甚至超越傳統(tǒng)集中式存儲的性能。

5.3.1 遷移場景存儲容量規(guī)劃

這里借鑒并提供華為的存儲容量估算方法論做為參考。由于IOPS不太容易評估，為簡化計算過程，只考慮容量的計算。對于分布式存儲的性能規(guī)劃，建議通過POC測試進行，理論和實際往往差距較大。

容量計算：

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：總的有效容量=x，磁盤標稱容量=z，磁盤空間利用率=q，副本數(shù)=k
總的硬盤數(shù)量=roundup[總的有效容量/(zq)k]（向上取整）

舉例：

假定現(xiàn)有需要遷移的數(shù)據(jù)，總計20000GB，預(yù)計購買的超融合服務(wù)器每臺的磁盤標稱容量z=1200GB，磁盤空間利用率q=0.95，副本數(shù)k=3.

按容量計算，硬盤數(shù)量為：

則利用上述公式：

總的硬盤數(shù)量= roundup[20000/(1200GB0.95)3]

總的硬盤數(shù)量= roundup[20000/(1140)*3] 

總的硬盤數(shù)量= roundup[52.633] 

總的硬盤數(shù)量為53塊硬盤，每塊盤容量至少為1200GB。

如果要加入SSD固態(tài)硬盤做熱點遷移和自動分層，需要按照超融合系統(tǒng)要求的比例，購買SSD固態(tài)硬盤。

5.3.2 新建場景存儲容量規(guī)劃

這里借鑒并提供華為的存儲容量估算方法論做為參考。由于IOPS不太容易評估，為簡化計算過程，只考慮容量的計算。對于分布式存儲的性能規(guī)劃，建議通過POC測試進行，理論和實際往往差距較大。

1、存儲總?cè)萘啃枨?

類型i系統(tǒng)盤容量=系統(tǒng)盤空間×VM數(shù)量；

系統(tǒng)盤總?cè)萘?∑類型i系統(tǒng)盤容量

類型i數(shù)據(jù)盤容量=數(shù)據(jù)盤空間×VM數(shù)量；

數(shù)據(jù)盤總?cè)萘?∑類型i數(shù)據(jù)盤容量

2、根據(jù)存儲總需求估算

根據(jù)存儲空間計算所需的硬盤數(shù)量：

總的硬盤數(shù)量=roundup[(系統(tǒng)盤總?cè)萘?數(shù)據(jù)盤總?cè)萘浚└北緮?shù)k/單盤容量z/磁盤容量利用率q]

舉例：

假定現(xiàn)有虛擬機VM數(shù)量為100個，每個操作系統(tǒng)占用30GB空間，每個虛擬機數(shù)據(jù)盤空間需求為50GB。預(yù)計購買的超融合服務(wù)器每臺的磁盤標稱容量z=1200GB，磁盤空間利用率q=0.95，副本數(shù)k=3.

系統(tǒng)盤總?cè)萘?30GB100=30000GB

數(shù)據(jù)盤總?cè)萘?50GB100=50000GB

按容量計算，硬盤數(shù)量為：

總的硬盤數(shù)量=roundup[(30TB+50TB）3/1.2TB/0.95]

= roundup[80tb*3/1.2TB/0.95]

= roundup[210.53]

總的硬盤數(shù)量為211塊硬盤，每塊盤容量至少為1200GB。

如果要加入SSD固態(tài)硬盤做熱點遷移和自動分層，需要按照超融合系統(tǒng)要求的比例，購買SSD固態(tài)硬盤。

5.4 網(wǎng)絡(luò)資源規(guī)劃

5.4.1 組網(wǎng)策略

在超融合的架構(gòu)中，多臺虛擬機之間是共享網(wǎng)絡(luò)的，為了方便管理，一般采用虛擬交換機來配置和管理網(wǎng)絡(luò)，虛擬交換機可在數(shù)據(jù)中心級別提供集中和聚合的虛擬網(wǎng)絡(luò)，從而簡化并增強虛擬機網(wǎng)絡(luò)。在虛擬交換機的網(wǎng)絡(luò)劃分上，仍然可以采用VLAN的方式劃分不同的子網(wǎng)，實現(xiàn)不同子網(wǎng)段的安全和隔離。

除了虛擬交換機，還可以通過Overlay的方式來構(gòu)建大二層和實現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的租戶隔離，通過NFV實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的所需各類網(wǎng)絡(luò)功能資源（包括基礎(chǔ)的路由交換、安全以及應(yīng)用交付等）按需分配和靈活調(diào)度，從而實現(xiàn)超融合架構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)虛擬化。這類功能同時需要客戶的物理交換機支持SDN的管理方式，如果是一些老舊設(shè)備，可能無法實現(xiàn)，需要購置新的交換機設(shè)置。

5.4.2 網(wǎng)絡(luò)拓撲

在每個單節(jié)點的物理機上，需要提供以下網(wǎng)絡(luò)端口：

萬兆光口：至少1個

千兆電口：至少2個

在每個超融合物理節(jié)點上有多種網(wǎng)絡(luò)需求，包括生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)等，因此每個物理節(jié)點建議配置多塊網(wǎng)卡，并保證每個節(jié)點通過兩條萬兆或千兆鏈路分別連接兩臺交換機，保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和鏈路的冗余度。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)計建議如下：

1、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)（原有生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，同時也是客戶機和虛擬化服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)通訊）

可采用雙鏈路千兆以太網(wǎng)絡(luò)，如果原有雙鏈路萬兆網(wǎng)絡(luò)，那么可以繼續(xù)延用。當用戶的客戶機訪問虛擬服務(wù)器時，通過生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)可分流后端存儲流量并且進行隔離。

2、數(shù)據(jù)交換網(wǎng)（X86物理服務(wù)器之間的內(nèi)部通訊網(wǎng)絡(luò)）

至少采用雙鏈路萬兆光纖網(wǎng)絡(luò)，由于分布式存儲數(shù)據(jù)交換和虛擬機之間的通訊都需要占用大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬，當發(fā)生密集的寫IO時，萬兆網(wǎng)絡(luò)能保證提供足夠帶寬滿足節(jié)點之間的IO同步流量。建議單獨配置1塊萬兆網(wǎng)卡。

3、管理網(wǎng)絡(luò)（管理X86物理服務(wù)器節(jié)點）

可采用雙鏈路千兆以太網(wǎng)絡(luò)，主要用于節(jié)點管理。建議單獨配置1塊千兆網(wǎng)卡，實現(xiàn)管理網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)、存儲網(wǎng)絡(luò)分離?？梢宰畲笙薅缺ＷC管理的靈活性和安全性。

5.5 安全和備份規(guī)劃

超融合系統(tǒng)的設(shè)計還需要考慮安全設(shè)計。

首先，在物理安全上，建議將超融合節(jié)點分別部署到3個不同的機柜中，每個機柜部署1個節(jié)點，最大化做到故障域的隔離。每個機柜雙路供電，實現(xiàn)真正的供電冗余。

其次，要考慮滿足國家等保的要求還有醫(yī)療客戶自身的安全需求。在安全產(chǎn)品的部署上，可以延用原有的安全設(shè)備，也可以選擇支持安全虛擬化的超融合產(chǎn)品。例如深信服超融合產(chǎn)品，可以集成集成分布式防火墻、4-7層虛擬防火墻、虛擬數(shù)據(jù)庫審計等虛擬安全組件，并結(jié)合深信服安全產(chǎn)品，幫助客戶構(gòu)建從邊界安全、平臺安全、數(shù)據(jù)安全到應(yīng)用安全的全方位安全防護體系，并利用安全可視化，對安全事件全過程進行安全保障：事前漏洞評估，事中全方位防護，事后持續(xù)威脅檢測。

超融合架構(gòu)可以提供跨數(shù)據(jù)中心的容災(zāi)及應(yīng)用級高可用解決方案。超融合架構(gòu)具備面向數(shù)據(jù)的備份及恢復(fù)機制，以更經(jīng)濟的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全存儲和管理，并結(jié)合負載均衡、虛擬化軟件層高可用機制，提供了應(yīng)用層面的跨數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)連續(xù)性訪問能力。

大部分超融合系統(tǒng)都可以提供基于虛擬機快照的方式將更新數(shù)據(jù)異步復(fù)制到遠端的超融合系統(tǒng)集群中。如果有容災(zāi)建設(shè)的需求，需要提前規(guī)劃好容災(zāi)復(fù)制模式，選擇合適的雙向復(fù)制、一對多復(fù)制或者多對一的數(shù)據(jù)復(fù)制模式。

傳統(tǒng)的備份方式通過網(wǎng)絡(luò)傳輸備份數(shù)據(jù)，需要特定的備份窗口以免影響業(yè)務(wù)正常運行。超融合產(chǎn)品備份可以與傳統(tǒng)的備份策略互補，既能保證對于重要的虛擬機進行高頻次備份又不會占用額外的網(wǎng)絡(luò)帶寬。

例如：對于普通虛擬機可以使用傳統(tǒng)的備份方式每周進行全備，將備份數(shù)據(jù)備份到外部存儲中，同時使用超融合自帶的備份管理系統(tǒng)進行每天甚至每12小時的備份，數(shù)據(jù)直接保留在存儲上以便快速恢復(fù)。對于比較重要的虛擬機可以使用傳統(tǒng)備份每周全備、每天增量的方式，將備份數(shù)據(jù)備份到外部存儲中，同時使用超融合自帶的備份管理系統(tǒng)進行每2小時甚至每小時的備份，數(shù)據(jù)直接保留在存儲上以便快速恢復(fù)。

6 云管理平臺設(shè)計

基于超融合架構(gòu)的云計算并不簡單等同于傳統(tǒng)架構(gòu)的虛擬化，而是綜合運用虛擬化、標準化和自動化等一系列技術(shù)對醫(yī)院的信息化進行全面優(yōu)化。因此搭建面統(tǒng)一的云管理平臺還是非常有必要的。

在一些最佳實踐中，醫(yī)院信息中心已經(jīng)從一個成本中心變成一個可以交付有形價值和差異化能力的核心部門。在這場IT價值的變革中，云計算的作用至關(guān)重要，可以讓醫(yī)院降低對IT的一次性投入的同時，還可以根據(jù)業(yè)務(wù)變化動態(tài)調(diào)整資源，以快速響應(yīng)業(yè)務(wù)需求。

如果已經(jīng)有了云管理平臺，那么需要考入如何將超融合系統(tǒng)整合到云平臺中，可以利用超融合廠商的工具與現(xiàn)有云管進行集成或者邀請原有云管廠商進行二次開發(fā)集成。這些是需要在選擇超融合架構(gòu)之前必須要考慮的一個問題，否則后期管理起來非常困難，還會增加很多的管理成本。

6.1 主要功能

云管理平臺是面向云計算領(lǐng)域的通用云管理環(huán)境，在動態(tài)數(shù)據(jù)中心構(gòu)建及運維過程中提供全方位、多層次的管理及監(jiān)控能力，基于云環(huán)境實現(xiàn)應(yīng)用的快速部署及資源的彈性供應(yīng)，通過簡化管理極大地降低成本、提高效益。通過集中式的資源管理模式整合虛擬化數(shù)據(jù)中心的計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源，并通過自助式門戶以隨需即取的方式提供用戶申請、配置和使用。

云計算管理平臺可以根據(jù)超融合系統(tǒng)資源構(gòu)建統(tǒng)一的資源池，并能實現(xiàn)對資源池的創(chuàng)建、修改、刪除等管理功能。

云管理平臺要求能夠屏蔽虛擬化平臺異構(gòu)性。因為原有數(shù)據(jù)中心的虛擬化系統(tǒng)很有可能是異構(gòu)的，或者新采購的超融合系統(tǒng)虛擬化也有可能與原有虛擬化系統(tǒng)不同，所以要求云管理平臺能夠支持主流的虛擬化平臺包括VMware、Xen、KVM、XenServer、RHEV，PowerVM等，簡化管控復(fù)雜度，提供集中式監(jiān)管多虛擬化平臺資源，對資源進行精細化管理、自動化運維，提供集中、統(tǒng)一監(jiān)控運維管理平臺，降低數(shù)據(jù)中心運維成本。

云計算管理平臺主要功能如下：

門戶管理、資源管理、資源申請審批管理、資源調(diào)度和分配管理、運維與監(jiān)控管理、故障告警管理、權(quán)限管理、用戶管理、計費管理、安全管理、能耗管理、接口管理、統(tǒng)計報表和系統(tǒng)管理。

6.2 資源使用與管理

超融合系統(tǒng)在建設(shè)完成后，其資源主要由云管理平臺進行統(tǒng)一管理。

建議采用以下兩種模式，進行資源的使用與管理。

模式一：部門具備一定的信息化能力（如：醫(yī)院信息中心及分院信息管理部門等）。一次性申請批量資源，由云管理平臺管理部門經(jīng)過審批分析后，批準并分配資源，之后，使用者在部門內(nèi)部進行個人資源申請、審批，具備了“自治管理”能力；而通過流程控制和資源監(jiān)控，達到“集中管控”的效果。

模式二：部門不具備信息化能力（如：醫(yī)院骨科、眼科等業(yè)務(wù)科室），如果有資源需求，就會向云管理平臺管理部門提交申請，經(jīng)過審批分析后，批準或駁回申請，動態(tài)分配及收回資源。

7 超融合架構(gòu)建設(shè)難點分析

7.1 信息孤島治理

7.1.1 產(chǎn)生背景和原因

在醫(yī)療行業(yè)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，每個業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)都是一套硬件設(shè)備對應(yīng)一套應(yīng)用的建設(shè)模式，因此產(chǎn)生了越來越多的“信息孤島”。隨著系統(tǒng)逐步增加，這種煙囪式IT架構(gòu)的問題逐漸暴露出來，如分散式管理復(fù)雜、機房設(shè)備多、利用率低等。

超融合平臺項目建設(shè)的初衷是把這些系統(tǒng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)打通，在底層形成計算和存儲的資源池，針對不同的業(yè)務(wù)動態(tài)提供按需劃分的能力。但是，實際上的情況是，醫(yī)療用戶在部署了超融合系統(tǒng)以后，會出現(xiàn)更多的“信息孤島”。

在數(shù)據(jù)中心層面：所有的超融合方案都是分布式存儲，也必須是分布式存儲，不會支持數(shù)據(jù)中心中原有傳統(tǒng)的集中式存儲，而且大多數(shù)醫(yī)療用戶也不可能在短期內(nèi)更換原有的服務(wù)器和存儲等設(shè)備，最終的結(jié)果就是，數(shù)據(jù)中心被分裂成兩個彼此獨立分散的“信息孤島”。

在業(yè)務(wù)應(yīng)用層面：目前超融合系統(tǒng)通常僅支持一種或多種虛擬化環(huán)境，例如VMware超融合架構(gòu)僅支持VMware vSphere，不支持KVM。而華為和H3C等超融合方案基本都不支持Hyper-V虛擬化。每種虛擬化環(huán)境都有各自的優(yōu)勢，很多情況下用戶可能要部署多套超融合環(huán)境。還有一點就是不同超融合平臺之間無法整合和互操作，舉個例子：如果一個醫(yī)院買了DELLEMC的VxRail超融合平臺，那么以后擴容不能再買其他超融合產(chǎn)品進行擴容，只能繼續(xù)選擇VxRail超融合產(chǎn)品，如果選擇其他超融合產(chǎn)品進行擴容，結(jié)果就是又多了幾個新的“信息孤島”。

7.1.2 解決方案

在醫(yī)療行業(yè)客戶考慮轉(zhuǎn)向超融合架構(gòu)之前，必須充分的認識到新架構(gòu)的變化帶來的諸多問題。由于超融合架構(gòu)是一種全新的架構(gòu)，短期內(nèi)不可能完全替代傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，所以信息孤島問題是必然存在的，需要在管理上提升認識，充分考慮現(xiàn)有業(yè)務(wù)的需求，進行平衡考量，對現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的老舊設(shè)備和新的超融合設(shè)備進行統(tǒng)一管理，綜合運維。在超融合產(chǎn)品的選擇上，要結(jié)合現(xiàn)有的業(yè)務(wù)部署環(huán)境、虛擬化環(huán)境并結(jié)合數(shù)據(jù)中心的未來發(fā)展進行認真考量，不能有以往采購硬件設(shè)備時那種以價格優(yōu)先的選擇方法。必須充分對現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行調(diào)研，需要哪種虛擬化平臺，盡量選擇支持異構(gòu)虛擬化的超融合產(chǎn)品，而且超融合產(chǎn)品的選型決定了未來數(shù)據(jù)中心的發(fā)展方向，是走商業(yè)化產(chǎn)品路線還是開源產(chǎn)品路線，都需要考慮清楚。如果僅以價格便宜作為優(yōu)先考慮方案，那么可能會導(dǎo)致適用性差，擴展受限等問題，而且日后可能還會產(chǎn)生更多的信息孤島。

7.2 超融合系統(tǒng)性能優(yōu)化和節(jié)點管理

7.2.1 產(chǎn)生背景和原因

超融合架構(gòu)的優(yōu)點是易于擴展和部署，按需擴容。通常采用X86硬件平臺+軟件定義技術(shù)實現(xiàn)計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等功能的統(tǒng)一。軟件定義屏蔽了以往異構(gòu)設(shè)備的復(fù)雜性，實現(xiàn)完全分布式，去中心化，系統(tǒng)不存在任意單點故障。超融合通常3節(jié)點起配，并且可以擴容到數(shù)十節(jié)點。超融合節(jié)點中的計算能力、存儲性能和容量是同步擴容的，但是卻無法滿足現(xiàn)實中單項能力的擴展。

在計算性能方面，大部分超融合產(chǎn)品都是基于2U的X86服務(wù)器，CPU數(shù)量通常為1-2顆，單個虛擬機的性能最大只能達到單個節(jié)點的70%（超融合系統(tǒng)本身和分布式存儲要占用30%的計算性能），而且不能像超算那樣，利用所有節(jié)點進行統(tǒng)一計算。在這條件下，高性能應(yīng)用可能不太適合部署，而且性能會受限于單臺節(jié)點的性能。

在存儲性能方面，在傳統(tǒng)存儲集中式系統(tǒng)中，由于其物理I/O路徑較短，通常為機頭控制器后端再掛載磁盤組。而且采用Raid等數(shù)據(jù)保護算法比基于分布式存儲的副本數(shù)據(jù)保護模式，在計算開銷上小很多。在分布式存儲中，至少由3臺服務(wù)器組成，通常使用3副本模式。一個I/O通過網(wǎng)絡(luò)，需要在多個副本服務(wù)器上進行處理，而且每個副本都有數(shù)據(jù)一致性檢查算法，這些操作都將增加I/O的時延。分布式存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致性會引發(fā)另外一個性能問題。數(shù)據(jù)一致性可以理解為應(yīng)用程序運行的數(shù)據(jù)狀態(tài)與最終寫入到磁盤中的數(shù)據(jù)狀態(tài)是否一致。在數(shù)據(jù)庫等OLTP高并發(fā)業(yè)務(wù)場景下，數(shù)據(jù)一致性的保障可大大提高系統(tǒng)的可靠性和容錯性，避免數(shù)據(jù)出錯。傳統(tǒng)存儲是集中式緩存管理，集群中所有節(jié)點均不維護本地緩存，而是所有節(jié)點共享訪問一個集中存放的緩存，數(shù)據(jù)在緩存中只有一份副本，不會出現(xiàn)多份副本，具有天然的緩存一致性。分布式存儲因為每個節(jié)點都有自己獨享的緩存，存在多個副本，需要一個特殊過程來維護緩存一致性。通常需要采用低時延的高速網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)緩存協(xié)議流量，最終實現(xiàn)任意關(guān)聯(lián)分布式緩存一致性。帶來的問題是副本之間的強一致特性導(dǎo)致只要有一個副本響應(yīng)稍慢，整個I/O的時延將增加，導(dǎo)致性能下降。

為了提升超融合平臺的性能，需要不斷的增加節(jié)點數(shù)量。但是節(jié)點數(shù)量的增加又會導(dǎo)致管理上的問題。集群達到一定規(guī)模后，其復(fù)雜性就會非線性增加，在管理上變的更加困難，硬件故障率也會大幅度增加，所以并不是超融合系統(tǒng)的群集越大越好。如果為了性能而不斷增加群集規(guī)模，還會產(chǎn)生均衡問題。因為超融合架構(gòu)所有的計算和存儲資源都是均衡分布的，在擴容或者是節(jié)點設(shè)備故障時，都會發(fā)生計算和存儲資源的均衡遷移，雖然這個過程可以設(shè)定為非繁忙時段靜默完成，但是如果變動很大，那么均衡的過程會非常漫長，在沒有足夠調(diào)整資源的情況下，會觸發(fā)強制均衡，對正常的業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響。

7.2.2 解決方案

在計算性能方面，在進行超融合產(chǎn)品部署前，需要根據(jù)醫(yī)院自身業(yè)務(wù)的性能需求，選擇合適的部署方案。例如：對于性能要求較高的大型OLTP數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，可以考慮單獨部署在4路或8路的物理服務(wù)器上，不要部署在超融合系統(tǒng)中。超融合系統(tǒng)僅適合部署小型的或者對性能要求不高的數(shù)據(jù)庫。

在存儲性能方面，如果需要將傳統(tǒng)的集中式存儲數(shù)據(jù)遷移到超融合的分布式存儲中，要考慮性能問題。提前做好I/O性能測試，避免性能不足。通常來講，如果一臺中高端存儲設(shè)備，遷移到超融合系統(tǒng)中，要獲取相同性能，至少要有10個以上的節(jié)點，而且要配置SSD閃存。在考慮數(shù)據(jù)遷移之前，傳統(tǒng)存儲的自動精簡配置、快照、克隆、重復(fù)數(shù)據(jù)刪除、數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)壓縮等高級特性也需要考慮進去，這些通常是超融合架構(gòu)的分布式存儲所不具備的。

在管理方面，超融合雖然架構(gòu)簡化了IT架構(gòu)，但是如果不考慮實際需求，盲目擴展，反而會增加數(shù)據(jù)中心的復(fù)雜性。從超融合產(chǎn)品的角度講，其內(nèi)部技術(shù)和鏈接配置更加復(fù)雜，為了性能不斷的增加節(jié)點數(shù)量，如果出現(xiàn)故障，問題的跟蹤調(diào)試和分析診斷也變得更加困難。建議在進行超融合架構(gòu)規(guī)劃時，不要只設(shè)定一個超融合群集，而是要根據(jù)業(yè)務(wù)類型或者性能分別創(chuàng)建不同的超融合群集，而且盡可能的控制單個群集的規(guī)模數(shù)量。