NVME软件定义存储超融合在医院信息系统中的应用

文/许建宝 郑宏晖

1 项目背景

近年来，医疗系统种类和数量越来越多，数据量持续快速增长，IT基础架构也日趋复杂。为了迎接这样的挑战，医疗信息化建设已经成为各机构的当务之急。在此背景下软件定义存储简称SDS，为医疗信息化基础架构建设提供了可行的思路。

2 软件定义存储的优点

（1）降低系统复杂度：通过软件交互可以降低复杂度；

（2）适应快速变化的市场环境：通过软件定义存储是IT适应市场需求的基础条件；

（3）NVME是未来存储接口发展趋势：未来NVME接口将取代SAS、SATA成为数据中心硬盘接口标准。存储硬盘接口发展预测如表1所示。

3 NVME技术优势

3.1 NVME的优势一：低延时

NVME标准是面向PCI-E SSD的，使用原生PCI-E通道与CPU直连可以免去SATA与SAS接口的外置控制器（PCH）与CPU通信所带来的延时。在软件层方面，NVME标准的延时只有AHCI的一半不到，执行命令时不需要读取寄存器。不同硬盘类型延时比较如表2所示。

表1：存储硬盘接口发展预测图

表2：不同硬盘类型延时比较

表3：IOPS 性能对比

表4：NVME功耗控制

表5：存储控制器节点参数

表6：存储节点参数

表7：数据库应用性能对比

3.2 NVME的优势二：IOPS大增

在配置10个NVME硬盘的测试中，NVME存储最大随机读性能可以达到700万IOPS。与同等10个SAS SSD设备相比，整体拥有12倍以上的性能提升，对比结果如表3所示。

图1

3.3 NVME的优势三：功耗更低

NVME加入了自动功耗状态切换和动态能耗管理功能，设备从Power State 0闲置50ms后可以切换到Power State 1，继续闲置的话，在500ms后又会进入功耗更低的Power State 2，切换时虽然会有短暂延迟。NVME功耗控制如表4所示。

4 基于NVME技术的全闪存架设计

前端和后端都是支持NVME/F的一款100%的NVME全闪存阵列架构(AFA)，把AFA分成两种类型的节点，存储控制器是给客户端提供服务，而存储节点负责存储数据。见图1。

支持连接方式：

（1）存储控制节点及介质节点采用NVME/F连接，通过25/50GbE 技术互联。

（2）前端支持NVME/F直接连接，为了保护现有基础环境投资，其前端NVME/F也支持NVME/F over FC。

（3）采用SDS的方式，采用的硬件都是基于通用X86平台，支持scale-out特性。见表5、表6。

5 数据库应用性能对比

通过将NVME存储连接到现有环境，并对数据库应用进行测试，与普通存储进行对比测试性能提升效果，见表7。

5.1 整体性能提升5倍

DBTIME普通存储每日最高单小时为531.15，NVME存储每日最高单个小时指标为110.68，性能效果提升4.7倍。

5.2 I/O响应提升7倍

普通存储平均单次I/O请求时间为10.09毫秒，NVME存储平均单次I/O的请求时间缩短为1.31毫秒，I/O效率提升7.7倍。

5.3 SQL性能提升5倍

报表SQL执行效率，普通存储SQL执行需120.1秒，NVME存储 SQL执行完成只需20.07秒，执行效率提升5.98倍。

6 小结

随着医院信息系统业务应用的日益增长，业务需求也变得越来越复杂，也增加了医院信息管理维护的难度。采用基于NVME软件定义存储超融合，实现中心机房所有应用服务器和存储的“超融合”，提升全院业务系统性能，保障了医院的业务连续性和稳定性。