医疗行业解决方案之超融合架构可行性分析

2021-07-16 11:41:09

超融合架构概述

超融合基础架构（Hyper-Converged Infrastructure，简称“HCI”）是指在同一套单元设备中不仅仅具备计算、网络、存储和服务器虚拟化等资源和技术，而且还包括备份软件、快照技术等元素，而多套单元设备可以通过网络聚合起来，实现模块化的无缝横向扩展（scale-out），形成统一的资源池。HCI 是实现“软件定义数据中心”的终极技术途径。HCI 类似 Google、Facebook 等互联网数据中心的大规模基础架构模式，可以为医疗行业的数据中心带来最优的效率、灵活性、规模成本比和数据安全性。使用计算存储超融合的一体化平台，替代了传统的服务器虚拟化+集中存储的架构，使得整个架构更清晰简单。

超融合架构在数据中心中承担着计算资源池和分布式存储资源池的作用，极大地简化了数据中心的基础架构，而且通过软件定义的计算资源虚拟化和分布式存储架构，赋予基础架构平台无单点故障、无单点瓶颈、弹性扩展、性能线性增长等能力；在虚拟化层，KVM已经是非常成熟的虚拟化技术，KVM带来的低成本、易维护等特性，使其得到越来越多行业用户的青睐。
与此同时，用户可通过简单、方便的管理界面，实现对数据中心基础架构层的计算、存储、虚拟化等资源进行统一的监控、管理和运维。超融合基础设施形成的计算资源池和存储资源池具有丰富的第三方开发接口，可以方便地被云平台进行调用，如安恒AStack云平台等。

先进性分析

目前大部分医院数据中心还属于传统的集中式架构，即 X86 物理服务器+集中式存储+网络设备模式，这种竖井式的架构往往需要针对不同的医疗应用系统部署多套专业设备，使用、维护和管理的成本很高。
相比于传统集中式架构，超融合基础架构是建立在标准的通用硬件平台之上，利用高速以太网络支撑系统间的数据交换，并且业务均部署在虚拟机上，实现计算、存储和网络资源的统一管理。
同时，超融合架构还具有强大的横向扩展能力，可以为医院的数据中心提供最优的性能、灵活性、规模、成本和数据保护，极大简化医院 IT 系统的设计。
超融合架构和传统架构的主要区别和先进性如下：

可靠性分析

可靠性对于医院的业务系统而言最重要的。医院业务系统的连续运行和数据安全不丢失主要依赖数据中心基础架构的可靠性水平。超融合基础架构集成的虚拟化技术打破了软硬件的紧耦合关系，软件系统不再依靠某单一硬件环境运行，硬件系统的故障也不直接影响软件系统运行，业务系统的连续性有了极大的提高。超融合基础架构集成了分布式存储系统，采用多副本的数据安全保护机制，同时支持数据备份。不但可以避免因硬件故障导致的数据丢失风险，还可以防止因病毒或人为误操作造成的核心业务数据丢失。

扩展性分析

在医院传统的数据中心架构中，如果对存储系统进行升级，需要购买物理硬盘或者扩展柜，还要进行更新微码、停机、加盘和连接扩展柜等等一系列操作；如果对计算资源进行升级，需要购买物理服务器，提前规划好操作系统、分区、存储空间占用等，还要进行上架安装和安装应用软件等一系列操作；如果对单台服务器进行硬件升级，需要购买升级所需的内存、硬盘、甚至CPU，还要进行关停业务、预约硬件厂商工程师、拆机、加装等操作。
对集中存储和服务器数量的扩充，只能满足一定数量级的数据需求，并不能提高系统性能，当维护人员配置不当时，会造成系统性能明显下降。升级单台服务器硬件，工作量大，操作繁琐，风险性高。为减少数据风险，一般需要把整个系统全部停机后操作,在某此情况下会影响生产系统的业务连续性及工作效率。
超融合架构无须停机便可无缝地扩容计算节点，从而线性地提高系统性能；而且对于超融合分布式存储来说，在容量线性增长的同时，存储性能也呈线性增长。超融合集群可动态扩容的特性，使得计算和存储能够每次扩展一个或多个节点，因此在建设初期无需一次性投入大量计算资源，后期可以随着业务发展对超融合集群进行灵活扩容。
另外，得益于虚拟化技术和分布式存储技术的加持，超融合平台还支持业务虚拟机弹性伸缩、虚拟CPU内存等开机热添加等特性。综上所述，超融合基础架构的拓展性是传统物理架构，和虚拟化+集中存储架构无法比拟的。

超融合架构优势

超融合基础架构为整个医疗行业带来的优势如下：

架构简化

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，可以让数据中心的由传统的网络+计算+存储三层架构转变为通用交换机+标准x86服务器的二层架构，降低复杂度，降低采购和运维成本。

扩容灵活

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，打破传统的“垒烟囱（Scale-up）”扩容模式，可以做到按需线性的横向扩展（Scale-out）。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。扩容三个计算节点的操作，通常一小时之内就可以完成。

IT智能化

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。

资源整合

超融合架构支持软件交付，软硬件解耦合，并且超融合软件可适配市面绝大多数服务器，不存在品牌锁定。软件交付可以整合利旧医院数据中心原有的零散计算资源，在减少建设投资的同时，也实现了对基础架构的统一管理。

高可用性

在物理服务器组成的传统数据中心中，服务器故障往往意味着其所承载业务的不可用。相较之下，超融合架构集成的虚拟化双机、热迁移功能，能够在集群产生硬件单点故障时，有效减少业务故障时间，甚至达到业务零中断，确保核心业务的连续性。

敏捷部署

传统数据中心上线业务的流程，通常包括资源需求规划、服务器选型采购、网络规划、操作系统和业务系统安装调试、测试和投产，业务上线周期长。超融合架构下，针对单一业务部署，上线流程简化为：资源需求规划、新建虚拟机并桥接业务网络、业务系统部署和投产，业务上线周期大幅缩短；针对需要大规模重复部署的业务，可以采用实例克隆的方法来快速部署，最快支持2分钟克隆500台虚拟机，部署周期几何级缩短。针对组套业务，超融合平台提供模板化部署模式，可根据预制业务模板一键部署虚拟机、网络、存储等资源，极致简化运维。

存储优化

超融合架构采用分布式存储架构，支持多副本策略和EC纠删码技术，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、SSD、RAM cache三级存储缓存机制，配合强一致性底层存储调度算法，在满足虚拟机的双机、热迁移技术可靠性要求的同时，还可以提高其性能。众所周知，SSD硬盘容量小、价格较高，但性能出色；HDD硬盘容量大、价格较低，但性能比较差。得益于缓存机制+分布式技术，超融合架构采用的分布式存储
可满足如下等式：
少量SSD +足量HDD = 媲美SSD的存储性能 + HDD提供的海量存储 + 数据高可靠保护

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