我院电子信息存储系统配置实施分析

徐杭龙，马冠颖，戴明浪

台州市中心医院 采购中心，浙江 台州 318000

我院电子信息存储系统配置实施分析

徐杭龙，马冠颖，戴明浪

台州市中心医院 采购中心，浙江 台州 318000

0 前言

2000年以来，医院的信息化建设取得飞速发展，大医院基本都实施了医院信息管理系统（HIS），也有一些医院已经实施了医学影像存储和传输系统（PACS）、实验室信息系统（LIS）、办公自动化系统（OA）、电子病历系统、数据决策分析系统、数字图书馆等等，数字化医院建设已初具规模[1]。信息化技术的核心是信息，而信息的载体——存储系统是整个IT环境的基础架构，它是保证整个信息系统正常运转的关键。

1 存储技术的最新进展

最近几年信息存储技术的发展关键突破在于存储系统的拓朴连接技术的进展，如现在较多使用的iSCSI、FCIP、IFCP、SAN、NAS等等，而其中最为成熟且得到广泛认可的技术是SAN技术（Storage Area Network，存储区域网络）和NAS技术（Network Attached Storage，网络连接式存储）。SAN是传统的DAS技术（Direct Attached Storage，直接附加存储）的发展和延续[2]。适用于大量的数据块访问的网络存储技术：信息主要以块形式存储和管理，采用FC技术（Fibre Channel，光纤通道技术），独立于服务器外，在主机和存储介质之间增加专用的存储域的交换机，组成存储域网络，实现网络存储访问。

SAN技术将最新的通道技术和网络技术的优势组合在一起，提供了一种新型的网络存储解决方案，其主要特点有：高速、大数据容量传输、低延迟、高可靠性、广泛连接性、远距离支持、管理性强等，其技术的核心是SAN交换机。单独使用SAN技术的存储系统的最大缺点就是成本高。

NAS技术是传统网络文件服务器技术的发展，是专用于网络文件服务器的成熟技术。NAS使用传统的以太网协议，通过NFS和CIFS沟通UNIX和NT系统，主要是基于小文件级的共享存储。NAS主要优势在于成本低廉易于部署、功能单一架构简化、可跨平台进行文件共享、管理灵活、扩展性高等等，是替代传统文件服务器而发展的最新技术。使用NAS技术的存储系统主要缺点是：受限于TCP/ IP协议的网络数据传输会占用系统资源和带宽，同时传输速率受限于以太网的速率，后期扩容成本也较高等。

2 我院信息系统数据现况

我院信息系统包含HIS、PACS、LIS、OA、电子病历、数据决策中心、数字图书馆等，其数据特点是：① 数据量大，每天约有10 GB以上，再加上数据备份，需30 GB的存储容量，而且PACS中影像数据还在急剧增长； ② 数据类型较为复杂，包括数字、文字、图形及影像等信息；③ 不但需要有对可靠性、实时性、并发用户数要求很高的HIS数据，也有对数据存储量要求极大、可靠性要求高的影像数据，还有对可靠性、实时性要求不高的数字图书信息等；④ 目前所有的多台服务器均较老，存储系统都是采用DAS技术的分散的独立存储；⑤ 对数据安全性和数据整合要求极高。

3 存储方案选择原则

我院对存储系统方案选择遵循的原则[3]：① 标准性，要满足目前和可预见未来的软硬件的开发标准和环境要求；② 可扩展性，在充分利用现有资源的同时，需确保将来系统扩容时的存储容量，存储平台也需考虑到可扩展性；③可靠性高，确保数据传输和存储的安全，同时要兼顾容灾备份的及时性和可靠性，并使用符合存储发展趋势的技术和设备；④ 可管理性和可维护性，能够用简单的配置界面（如Web页面等）对存储设备进行配置管理，配置和维护工作应简单明了，同时需有远程报警功能；⑤ 高性能，存储系统提供的文件及数据库读写速率快，响应延迟时间要极短，而且应是整体上的性能提升而不是单一指标的提高；⑥ 成本低，包括存储设备、维护成本、升级成本、人员成本等。即在设备的整个使用生命周期内成本要低。

4 一体化存储解决方案及实施

基于以上存储系统技术的进展，我院最终采用了融合SAN和NAS技术于一身的一体化存储系统解决方案。

4.1 集中存储解决方案基本架构

（1）存储控制器。存储控制器提供FC（8个4 Gbps）和IP（4个 10/100/1000Base_Tx）的存储网络接口，同时支持FC SAN和IP SAN及NAS多种存储技术，保证现有的多台主机通过光纤通道连接到存储系统。

（2）构建IP以太存储私网。现有服务器分别通过独立的两个千兆以太网口直接连接到千兆以太网交换机，构建IP以太存储私网，数据通过服务器直接存储在IP SAN及NAS存储环境中的一体化存储系统中。

（3）RAID（独立冗余磁盘阵列）方式。先期配置48TB SATA裸容量，空间利用率≥70%，RAID方式采用RAID-DP组，确保任意两块磁盘同时失效而不会丢失数据。

4.2 容量分配调整和虚拟化管理

（1）容量调整。同一台设备上的NAS和SAN的容量分配比例可随意调整。

（2）存储虚拟化[4]。① 传统存储空间分配是采用预分配的管理方法，由管理人员按应用系统要求分配一个固定空间，该空间是否使用都占用存储物理空间，而扩容并不能解决浪费的问题，越扩容浪费越大，故传统方法导致存储空间利用率较低和管理的复杂；② 新的存储虚拟化管理定义所有的卷都被视为逻辑的数据容器，可以在不破坏底层物理存储结构的前提下被独立的设置、调整大小、移动和管理；③ 卷的最小颗粒度达4 KB，可以随意组合而适合各种大小的存储应用的需求，同时允许文件系统在线且安全的进行尺寸改变（扩展和收缩），故已分配给应用系统的未使用空间可以简单和安全的移出并重新分配；④ 瘦容量提供技术使应用系统仅占用已经被写入实际数据的物理存储空间，其他已定义未使用的容量并不占用实际的物理磁盘空间。

4.3 数据保护

按照不同的数据保护级别提供多样化的数据保护方案，包括：增强型RAID-4、RAID-DP、SnapShot、SAN中的快照、基于主机备份的数据保护等。其中增强型RAID-4是在RAID-4的基础上提供特殊的批次条带化读写算法，消除热点盘，既有灵活扩充的特点又达到了最优的设计平衡。RAID-DP（Dual Parity双校验盘）技术是在增强型RAID-4的基础上增加了2个校验盘（1个普通校验盘、1个DP校验盘），在一个组内的任意1个或2个数据磁盘失效的情况下，系统使用普通校验盘和DP校验盘协同计算，将丢失的数据恢复到在线热备盘上。

4.4 数据卷优先级管理和重复数据删除管理

（1）优先级管理。存储管理员对逻辑卷进行优先级的设定，当存储系统完全满载并需要对数据进行优先级评定时，可启用按逻辑卷分配优先级，在满足关键系统工作负荷（如备份等）分配的前提下，可动态调整存储系统对不同应用访问I/O的优先级，同时不牺牲系统性能和客户端服务并从存储整合中获得最大收益。

（2）重复数据删除技术[5]。在创建、分配、备份和归档数据时，能以单个共享数据块为参考搜寻相同的数据块并将其替换，从而提高数据效率，控制数据增长，节约存储空间。该功能可以根据实际需求进行规划策略和启动，支持缓存功能，提高内存利用率及访问响应，且无容量License限制。

4.5 系统管理维护和扩展能力

（1）系统管理软件。基于Web的系统管理软件，可从任何地方、任意信息平台进行远程设置并控制存储设备，在不中断用户访问文件系统的同时扩展卷；图形化管理页面，可以配置和监视任何存储资源或服务。

（2）扩展能力。磁盘架可以用于更为高端的存储设备中，目前存储设备支持磁盘裸容量420 TB以上，最大磁盘数在140个以上；系统增加磁盘，可在线进行，RAID重构时间[6-8]在分钟级以下（增加4块磁盘，重构时间为1s），对系统性能影响可以忽略不计。

5 结语

我院在此次存储设备系统选择和实施的过程中，在系统管理维护方便、成本低廉的基础上，采用SAN+NAS于一体的存储架构保证了系统的标准性、可扩展性、可靠性、高性能等。其中存储虚拟化技术和数据卷优先级、重复数据删除技术等的应用确保了存储系统的高性能和高可靠性，多样化的数据保护功能保证了系统的安全。

在信息技术高速发展的今天，面对存储要求的多样化和复杂性，利用存储技术发展趋势的SAN+NAS技术来架构存储环境，不失为一种好的选择。

[1] 贺建军,陈衍,韩晟,等．医院信息化建设中的几个问题[J]．中国医疗设备,2012,27(5):76-78．

[2] 汪海涛．NAS、SAN和iSCSI网络存储结构分析评价[J]．微型机与应用,2012,31(7):52-54．

[3] 可向民,王玲,徐正雄,等．医院信息网络系统改建规划及实践[J]．医疗卫生装备,2006,27(3):46．

[4] 马锡坤,于京杰,杨国斌．存储虚拟化技术在医院信息系统平台中的作用[J]．医院数字化,2011,26(10):39-40．

[5] 张硕波,刘正伟,文中领,等．一种高效存储解决方案的分析与研究[J]．计算机研究与发展,2012,49(S1):180-184．

[6] 罗梅,程波．磁盘陈列多级恢复系统的设计与实现[J]．计算机工程,2011,37(10):246-248．

[7] 范中磊．网络存储技术漫谈之二存储虚拟化[J]．记录媒体技术, 2010,(2):51-54．

[8] 王聪,王翠荣,王兴伟,等．面向云计算的数据中心网络体系结构设计[J]．计算机研究与发展,2012,(2):286-293．

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 提高信息存储系统的容量，以更快的速度和更高的可靠性服务于医院电子信息网络系统。方法 在综合分析各存储系统解决方案的基础上，采用最新的SAN+NAS一体化存储架构提升医院信息存储系统的性能。结果 SAN+NAS一体化存储架构保证了系统的标准性、可扩展性、可靠性，提升了系统的存储性能。结论 采用SAN+NAS一体化存储架构可优化信息存储系统。

存储技术；SAN；NAS；医院信息系统

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

作者邮箱：tzzxyy0017@163．com