1、超融合架构的发展历程、技术原理、应用场景和规划建议 超融合架构分析及在医院信息化建设中的应用探索 CHIMA会议CHIMA 20191.超融合的技术背景 2.超融合的技术路线 3.超融合在医院的应用探索 CONTENTS CHIMA 2019超融合的技术背景 融合，超融合 CHIMA 2019超融合定义 超融合是超融合基础架构（HCI：Hyper-Converged Infrastructure）的简称 解放军总医院 4 Gartner：HCI是一种以软件为中心的体系结构，将计算、存储、网络和虚拟化资源（以及可能的其他技术）紧密集成在单一的供应商提供的一台硬件设备中。IDC：超融合系统是一种新

2、兴的集成系统，其本身将核心存储、计算和存储网络功能整合到单一的软件解决方案或设备中。NUTANIX：在同一套单元设备中不仅具备计算、网络、存储和服务器虚拟化等资源和技术，而且还包括缓存加速、重复数据删除、在线数据压缩、备份软件、快照技术等元素，而多节点可以通过网络聚合起来，实现模块化的无缝横向扩展，形成统一的资源池。CHIMA 2019发展历程 解放军总医院 5 超融合 2007年 2012年 CHIMA 2019产生背景 IT基础设施多是为专项业务准备，动态分配难 数量越来越多，非核心应用资源利用率不高 传统架构扩容成本高 基于互联网应用、大数据需求 系统上线周期长，部署慢 数据中心空间资源

3、有限 解放军总医院 6 服务器虚拟化 存储虚拟化 网络虚拟化 SSD、10Gb、40Gb以太网 云计算、分布式 用户痛点 技术发展 CHIMA 2019架构对比 解放军总医院 7 物理融合 VS 分离 管理融合 VS 分离 分布式存储 VS 集中式存储 通用硬件 VS 专用硬件 万兆以太网 VS 光纤交换机 超融合架构图 传统架构图 CHIMA 2019成本及性能对比 解放军总医院 8 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 硬件成本 时间和人力成本 运维成本 能耗 传统架构 超融合 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 传统中端存储

4、超融合单节点 超融合10节点 8K随机读写性能 IOPS-数据来源：超融合技术白皮书，中国超融合产业联盟，2018年7月 CHIMA 2019超融合的技术路线 软件定义计算、软件定义存储 CHIMA 2019技术要素 解放军总医院 10 软件定义计算：主要指服务器虚拟化技术，将分布式的主机组成计算资源池供虚拟机使用 软件定义网络：主要指SDN、NFV技术，利用软件模拟交换机或路由器，负责虚拟机之间或虚拟机与外部的网络通信 软件定义存储：利用分布式存储软件将主机上的硬盘组成共享存储池 CHIMA 2019技术架构 解放军总医院 11 CPU Memory SSD SAS SATA GPU 服务器

5、虚拟化 分布式存储 网络虚拟化 虚拟机 虚拟存储 虚拟网络设备 资源管理 监控告警 日志管理 异构管理 群集管理 资源分配 集中管理层 虚拟资源层 技术实现层 硬件资源层 CHIMA 2019软件定义计算 超融合架构计算资源是通过服务器虚拟化技术实现的，是超融合的核心组件 HYPERVISOR（eg：ESXi）CPU、Memory、NIC、Disk VM VM VM VM HYPERVISOR（eg：VMware workstation）CPU、Memory、NIC、Disk VM VM VM VM Host OS 解放军总医院 12 CHIMA 2019软件定义计算 目前，可选择VMware

6、 vSphere、MicroSoft Hyper-v或KVM等Hypervisor 解放军总医院 13 优点 缺点 适用场景 成熟，稳定，兼容性高 成本高 混合虚拟化环境 相对成熟，对Windows支持最好 Linux虚拟机效能偏低 Windows虚拟机为主 免费，Linux内核的一部分，对内核的利用更好 版本太多，自主开发，稳定性偏弱 Linux虚拟机为主，考虑成本 CHIMA 2019软件定义存储 超融合架构中，使用软件实现所有的存储功能，将一组群集内的节点组成一个统一的分布式存储平台，向上提供存储空间 解放军总医院 14 SSD HDD 虚拟存储管理 虚拟存储管理 虚拟存储管理 分布式存

7、储系统 node1 node2 node3 SSD HDD SSD HDD CHIMA 2019软件定义存储 分布式存储系统能够将数据分布到多个节点，并且在节点间实现负载均衡 哈希分布 顺序分布 分布式存储系统通过复制协议将数据同步到多个节点，并确保数据一致性 强同步复制 异步复制 Paxos 协议 分布式存储自动容错 租约协议 CAP理论 解放军总医院 15 CHIMA 2019数据分布 解放军总医院 16 数据 切片 切片 切片 切片 切片 HASH&CRUSH 映射关系 主存储区域 备存储区域 Duplicate CHIMA 2019I/O路径 解放军总医院 17 读请求 虚拟存储管理层

8、 分布式存储服务 SSD HDD 虚拟存储管理层 写请求 分布式存储服务 HDD SSD 分布式存储服务 HDD SSD Server Server 读I/O流程 写I/O流程 CHIMA 2019Cache机制 超融合架构中采用多级Cache机制提升存储资源I/O性能 Memory SSD HDD 解放军总医院 18 介质类型 4k随机写IOPS 4k随机读IOPS 1M写带宽 1M读带宽 平均时延 SAS 180 200 150MB 150MB 3-5ms NL-SAS 100 100 100MB 100MB 7-8ms SATA 100 100 80MB 80MB 8-10ms SSD盘

9、 70K 40K 500MB 500MB 1ms SSD卡 600K 800K 2GB 3GB 1ms CHIMA 2019软件定义网络 网络虚拟化的一种实现方式，核心是通过将网络设备的控制面与数据面分离，实现网络的统一控制 解放军总医院 19 DP DP 控制平面（Control Plane）数据平面（Data Plane）CP DP DP DP DP DP DP CHIMA 2019分布式虚拟路由 解放军总医院 20 超融合平台 Switch VM node2 VM VM vswitch VM node3 VM VM vswitch VM node1 VM VM vswitch CHIMA

10、 2019组网 解放军总医院 21 VM 千兆管理网络 万兆存储网络 千兆业务网 SSD HDD HYPERVISOR NIC CPU Memory SSD HDD HYPERVISOR NIC CPU Memory SSD HDD HYPERVISOR NIC CPU Memory CHIMA 2019计算与存储资源整合（一）22 Hypervisor SSD SCSI Controller SSD HDD HDD 分布式存储服务 VM Hypervisor SSD SCSI Controller SSD HDD HDD 存储服务运行于 Hypervisor 上独立的虚拟机里 分布式存储服务

11、 VM 解放军总医院 CHIMA 2019计算与存储资源整合（二）解放军总医院 23 Hypervisor 分布式存储服务 VM SSD SCSI Controller SSD HDD HDD VM VM VM Hypervisor 分布式存储服务 VM SSD SCSI Controller SSD HDD HDD VM VM VM 存储服务作为内核模块运行在 Hypervisor 内部 CHIMA 2019超融合在医院的应用探索 业务场景，综合成本、性能、稳定性等 CHIMA 2019现状 信息系统多 HIS、LIS、PACS、EMR等 HRP、BI、OA等 数据类型多、数据量大 结构化数

12、据、影像数据、文本、图片、音视频等 每年上百TB级增量 服务器虚拟化技术已经应用 物理机+集中存储架构迁移到虚拟化主机+集中存储架构 数据中心建设 解放军总医院 25 CHIMA 2019业务场景 OLTP实时交易型数据库业务 专有硬件的RAS特性，专有操作系统相比PC服务器指令集精简专业 超融合架构计算和存储占用CPU/内存/网络等物理资源 数据一致性管理 对物理硬件有特殊访问需求的应用 如需要USB加密狗的设备、特殊的串行或并行加密设备 解放军总医院 26 CHIMA 2019业务场景 新建虚拟化环境，支持按节点随时扩容 现网虚拟化平台改造 医院现有虚拟化应用，后端使用传统的集中共享存储，

13、可使用超融合架构 私有云场景 超融合基础架构全面集成虚拟化软件，可以支持多种虚拟化平台 备份恢复 分布式存储的在线备份技术，与传统的备份策略互补 开发测试环境部署 解放军总医院 27 CHIMA 2019需要考虑的问题 结合医院业务规模现状 业务场景分析 超融合技术路线选型 选择纯软件还是一体机 选择企业级产品还是开源应用产品 可靠性，POC性能测试，Linux（FIO），Windows（IOMeter）备份与容灾，支持业务连续性 系统开放性及可扩展性 系统运维管理便利 成本预算 解放军总医院 28 CHIMA 2019超融合的未来 超融合架构在IaaS层和PaaS层技术的融合 由边缘业务逐渐向关键业务渗透 增强开放性和通用性 超融合架构中最重要的Hypervisor和SDS，Hypervisor支持不同的SDS，而SDS也可以支持不同的Hypervisor 结合云计算场景，在数据分析和数据挖掘领域布局 解放军总医院 29 CHIMA 2019谢谢 THANKS！CHIMA 2019