医学信息学论文：浅谈数字化医院存储系统的技术趋势

1、浅谈数字化医院存储系统的技术趋势福山人民医院杨芬刘晓数字化医院的数据屮心是整个医院信息化的枢纽和信息化系统的规划者，数 据中心的it系统建设不仅要考虑满足信息中心自己的业务需求，更要为整个医 院的信息系统规划服务。医院数据中心的存储系统建设不仅要满足自身的数据集中、备份容灾等需 求，也耍为医院各部门的数据集中和统一的备份容灾提供一个可行的技术平台。一、医院存储系统常见问题1、木部门的核心数据分散的放在服务器木地的硬盘屮，对比较重要的数据通 过服务器内部raid卡实现raid5保护，可靠性不高。2、服务器系统的数据缺乏保护措施，一旦系统发生错误或者崩溃，恢复系统 的时间要经历较长时间3、重要数据

2、缺乏可靠的备份、容灾和恢复措施。不能应对自然灾难、基础设 施灾难（机房电力故障、火灾、磁盘阵列硬件故障等）和软灾难（人为操 作失误、系统软件bug、病毒、黑客等）的屮的任何一种。4、遇到灾难不能保证明确的恢复时间目标（rto： recovery time object,恢 复时间目标，是指信息系统从灾难状态恢复到可运行状态所需的时间，用 来衡量容灾系统的业务恢复能力）。5、遇到灾难不能保证明确的恢复点口标（rpo： recovery point time,恢复 点目标。是指业务系统所允许的在灾难过程中的最大数据丢失量,用來 衡量容灾系统的数据兀余备份能力），恢复时间比较长。6、如果采用传统的磁

3、带备份方式，系统备份和恢复的时间很长，没有办法做 到对数据进行高频率的备份，而且备份过程屮会严重影响生产系统的运 行，更重要的是没有办法验证口常的备份工作在出现灾难的时候能否恢复 成功。磁带备份失效是在日常工组中经常发生的“灾难”。另外在磁带运 输到界地保存的过程中经常会出现因磁粉脱落而失效，或者因为管理不善 丢失磁带而导致其他磁带恢复不成功等。7、如果考虑建设远程复制系统，从广域ip网进行数据恢复时间较长，不能 保证用户的应用能够快速恢复。二、存储技术信息或数据在it系统中，总是必然处于“计算”、“存储”、“传输”三个状 态之一。这三个方面也正好对应于整个it技术的三个基础架构单元计算、 存

4、储和网络。传统上，主机系统既负责数据的计算，也在通过文件系统、数据库系统等手 段对数据进行逻辑和物理层面的管理，而存储设备，则是以直连存储（das）方 式连接在主机系统中。然而，由于历史发展的原因，齐种标准和齐种版木的操作 系统、文件系统拥挤在用户的系统环境中，使数据被分割成杂乱分散的“数据孤 岛”（data island）,无法在系统间自由流动，自然也就谈不上设备的充分利用和 资源共享。鉴于此，人们开始寻找存储网络化和智能化的方法，希望通过提高存储自身 的数据管理能力，独立于主机系统之外，以网络方式连接主机和存储系统，以设 备资源透明的方式为计算提供数据服务。从而将数据管理的职能，从标准混乱

5、、 应用负荷沉重的主机中分离岀来。在网络存储的发展过程中，san （存储区威网络）和nas （网络附加存储） 得到了迅速的发展。nas是一种直接利用局域网，基于文件的存储架构，存储数据的传输也是 基于局域网。nas的最大优点是可以很容易实现异构平台的文件共享，nas的 另一个优点在于其扩展性，因为存储单元可以比较容易地加入到网络中。然而， nas存储在数据备份或存储过程中会占用网络的带宽，可扩展性有限，并且访 问需要经过文件系统格式转换，所以是以文件一级來访问，不适合block级的应 用，尤其是要求使用裸设备的数据库系统。而san存储架构的出现弥补了 nas的不足，为存储系统的发展产生了巨大

6、的推动力。san （storage area network）存储区域网络，是一种通过网络方式连 接存储设备和应用服务器的存储架构，这个网络专用于主机和存储设备之间的访 问。当冇数据的存取需求时，数据可以通过存储区域网络在服务器和后台存储设 备z间高速传输。fc光纤通道技术使得存储系统的可升级性、稳定性、可用性和性能都大大 加强。不过，它最大的优势是集中的管理，这就降低了总拥有成木。光纤通道主 要应用在某些重要业务和高性能应用，如数据中心坏境。在存储以san的名义独立走上it舞台的同时,ip和以太网技术在网络领域 突飞猛进,在同样1997-2005的8年中,主流商用协议标准从10m发展到了 1

7、0g, 整整提升了 1000倍，行业的发展动力和技术标准的成熟性已无可争辩。ip技术 己经成为整个it行业中最成熟、最开放、发展最迅速、成本最低、管理最方便 的数据通讯方式。在经历了 fcsan发展的过渡性尝试后，整个行业开始考虑将 fc传输技术替代为更加成熟可靠、成本更低的ip技术，以适应广域网数据应用、 大规模服务器数据集屮、海量数据存储等应用对新一代存储系统的耍求，同时为“随需应变”的it新时代到来，奠定坚实的开放化标准基础。2003年，以ibm 等公司共同发起的iscsi (internet scsi)协议，通过ietf组织的审议，公布为 rfc标准。iscsi协议实际就是将标准的sc

8、si存储访问指令，打包到tcp/ip中 进行传输。iscsi标准一经公布，就以其低成木、高可管理性、天然的跨广域数据传输 和管理能力、海量组网能力得到了业界的青睐。基于iscsi协议构建的ip san 存储，已崭露头角，成为新一代存储系统的标准，成为it新时代围绕ip技术进 行的网络与存储融合的标志性技术。由于iscsi协议将scsi数据传输的基础从封闭昂贵的fc协议转移到ip之上, 使存储系统突破了长期困扰着存储系统的兼容性、成本和管理性桎梏，使存储网 格、广域数据传输、大规模服务器数据集小、远程容灾、高性能交换式存储架构 等存储技术脱卜昂贵的外衣，成为广大行业客户均能轻松获得的最新存储技术

9、。随着iscsi技术的完善，数据块级的存储应用将变得更为普遍，存储资源的 通用性、数据共享能力都将大大增强，并11更加易于管理。随着t兆以太网的普 及以及万兆以太网络的成熟，ip存储必然会以其性价比、通用性、无地理限制 等优势飞速发展，iscsi技术将联合scsi. tcp/ip,共同开创网络存储的新局面。三、医院存储系统的设计原则与目标(-)设计原则存储系统是it系统的基石，它的高效稳定运行为医院信息系统良性运转提 供最底层的保障，考虑到存储技术发展趋势，我们认为存储系统的原则应遵循以 下儿方面：1、业务自适应随不同的业务要求，动态扩展、部署、调整存储和带宽资源2、架构自适应能够从最低端一宜

10、无缝扩展到最高端的存储产品。自动适应用户现有网络坏境，向后兼容万兆网络3、管理自适应像管理用户现自网络一样管理存储，无须学习和具备特殊知识能力。可视化、向导式管理界面，简便易用。（二）设计目标1、高可靠，实现对三大类灾难的全面的数据容灾。具有多层次、可应对不同 类型灾难的快速、可靠的恢复手段。2、采用开放的、标准化的技术体系，兼容前期投资的异构主机平台及存储平 台。最人程度的保护用户的投资，消除专有技术的品牌锁定，降低用户的 初始投资和后期运营成木。3、明确的rpo （数据恢复点目标）和rto （数据恢复时间目标），rto以及 rpo最少可以达到零损失。4、整个系统设计支持系统性能、容量、距离

11、和功能川个纬度的可扩展。5、基于现有的网络基础实现数据级别的片地容灾，未來可平滑过渡到应用级 容灾。6、使用和管理简单，容灾及备份一体化实施、一体化管理。7、为信息屮心成为医疗系统的idc和统一备份、容灾平台做好准备。u!ip san技术优势目前业界常见的数据存储方式主要包括das、nas、fcsan和ip san。 其中，das不属于网络存储，在扩展和性能方面有较大的障碍；nas主耍用于 提供文件服务，并且性能太低；fcsan使用专用网络与协议，管理比较复杂， 而且容灾解决方案的距离限制较大。作为一种新兴的存储技术，ipsan基于ip 网络实现san架构，既具备了 ip网络简单配置管理的优势

12、，又提供了 san架 构所拥有的强大功能和扩展性。在没有出现性价比良好的ip解决方案之前，光纤通道一直是san的主流。 虽然随着对存储系统需求的剧增，基于光纤通道的san也出现了增长，但网络 技术的进步也提供了光纤通道的替代技术。ip san于2003年进入存储技术领域。作为一种san技术,它没有fc那 样的高昂成本和复杂性。它基于标准的ip网络基础架构，ethernet或iscsi （ip scsi的简称）协议來执行存储任务。iscsi于2003年2月获ietf批准，正式 成为一项标准。部署ip san与在服务器上安装iscsi驱动程序（软件驱动程序）同样简 单，并利用现有的ethernet

13、基础架构，与支持iscsi的大量存储系统连接。无 需购买专用的服务器适配器或定制构建的交换机，也不必单独布线，更用不着对 人员进行ip z外的技术培训，成本更低、复杂性更少。ip san技术有其独特的优点：节约大量成本加快实施速度优化口j靠性增强扩展能力ip存储技术的发展已经经过了几个阶段，首先是对san的扩展阶段，在这 一阶ip-san 遵循 fc-ip 或 ifcp 协议，利用 fc-ip 桥、fc-ip 路 ft器或 fc-ip 网关将超过光纤通道允许距离的fc-san连接到ip网络上；第二阶段是小范围 地实现基于ip的san,或将iscsi卡集成到nas存储设备上，以支持数据块形 式的

14、i/o访问；真正的ip-san是主机通过带tcp下载引擎（toe）的iscsi hba 接至ip网络，访问iscsi存储设备，实现全球的iscsi-sano由于ip环境下安全措施比较成熟，iscsi存储可以釆用釆用多种安全措施以 提高数据访问和数据存储的安全性。通常采用的安全方法主要有：krbs、spkm、 spr （远程安全密码）以及chap （握手认证协议）等。iscsi有一个优势是fc san无法替代的在应用上的灵活性。通过使用iscsi 存储路由器，it管理员能够在他们的存储网络中挂接更多的服务器，并获得ip 网络所带来的很多好处。另外，由t iscsi运行在标准的ip网络上，这就不需

15、 要在各级检察机关的所有所辖单位都布置光纤交换机。it管理员能够使用千兆 以太网卡來代替光纤通道主机总线适配器，它不仅更加便宜，而且多数新型服务 器主板当中都己经内置。在整体解决方案上，iscsi方案占据了价格优势，而在单个配件方而，fc 方案就更加昂贵。从hba （主机总线适配器）的角度来看，由于微软已经内置 了 iscsi驱动，在iscsi方案可以选择不采用hba卡直接通过网卡进行数据通 信，尽管这会导致处理器资源耗费过高。相对而言，fc方案的hba卡的平均价 在1000美元上下。同时，iscsi得益于千兆网交换机和nic价格的不断下跌， 部署起來极其廉价。从服务器的角度來看，iscsi允许标准的快速以太网网卡和 千兆以太网网卡作为存储局域网的控制器，它可以在现冇局域网上运行，或基于 安全的必要配置成独立网络。一个初装的千兆交换机端口价格低于30美元，而 fc san交换机的单端口价格在450美元1000美元z间。因此，那些对数据变化有要求，尤其是对数据安全性和灾难恢复有要求的组 织，比如医院等，应该会从ip存储和iscsi san的使用中，受益匪浅。随着性 能的捉高以及iscs