医疗行业非结构化数据混合云存储及大数据分析解决方案
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“存储架构之美”软件定义存储擂台赛优秀解决方案
医疗行业非结构化数据混合云存储及大数据分析解决方案
目 录 1 摘要 ....................................................................................................................................................................................................................... 1
2 需求分析与建设目标 ..................................................................................................................................................................................................... 2 3 解决方案 ............................................................................................................................................................................................................... 4
3.1
存储技术分析. .............................................................................................. 4 3.1.1
块存储、文件存储、对象存储几种方式的对比 ............................................................... 4 3.1.2
对象存储简介 ........................................................................................... 8 3.1.3
对象存储选型对比 ....................................................................................... 9 3.2
系统现状. ................................................................................................. 10
3.3
IBM GPFS解决方案 .................................................................................. 11
3.3.1
GPFS Server集群 ................................................................................ 12
3.3.2
GPFS系统基本结构 ............................................................................... 13
3.3.3
GPFS系统优势 ................................................................................... 14
3.3.4
GPFS典型配置举例 ............................................................................... 15
3.4
IBM Cleversafe对象存储解决方案 ............................................................................ 15 3.4.1
IBM Cleversafe对象存储 .............................................................................. 16
3.4.2
IBM Cleversafe对象存储与传统存储高可用性对比 .......................................................... 17 3.4.3
IBM Cleversafe对象存储纠删（擦除）码技术 .............................................................. 18 3.4.4
IBM Cleversafe对象存储软硬件配置 ...................................................................... 19 3.4.5
IBM Cleversafe对象存储扩容 ............................................................................ 21 3.4.6
Cleversafe对象存储实现PACS系统的灾备建设 .............................................................. 21
3.5
大数据分析 ............................................................................................. 22
4 总结 ......................................................................................................................................................................................................... 24
采用Cleversafe对象存储技术的新架构用户取得的收益 ............................................................. 25 I
1 摘要 某市医院（以下简称医院）是集医疗、教学、科研、预防为一体的现代化国家三级甲等综合医院。医院现有A、B、C三个主体院区，编制床位1500张，开放病床3000
张。在领导班子的带领下，医院全面实施 “ 数字化医院 ” 建设，首创医疗质量管理信息系统、建立城乡协同医疗服务网络。医院作为某市的龙头医
院，其整体业务呈现快速增长的态势，当前医院正在扩建新的住院病区，随着住院床位数的增加，医院的业务必然会有一个明显的增长，而医院的存储基础架构已经相对老化，其现有的EMC系列存储已经表现出性能瓶颈，医院当前的核心数据库存在性能不均衡的情况，如果要求应用软件开发商进行软件和数据库性能调优，可能需要花费大量人力物力，但却不能保证调优的效果。医院业务量的增涨带来了数据量的增张，PACS系统海量的非结构化数据安全高效的存储是目前亟需解决的问题，在做好非结构化数据存储的基础上，结合结构化数据存储与Apache Spark数据分析处理引擎对接实现临床操作和研发两个方向的大数据分析，从而更好的服务于病人并且促进医疗行业从业人员专业技能的提升，实现数字化医院为全民健康奠定基础。
综合比较不同的传统存储技术与云存储技术后，选择IBMGPFS+Cleversafe对象存储实现了PACS系统
海量的非结构化数据的存储和容灾备份。
2 需求分析与建设目标 医院的核心业务系统是医院数据交换平台（包括 PACS 系统、HIS 系统、 RIS 系统、 LIS 系统等）。
该系统具有以下特点：
负载特点：业务峰值在每日上午9点至11点，并发用户的访问量要求高，每天不定时存在大数据量分析负载，但产生分析负载的用户数量不多。月末统计数据量增大，需要产生大量数据报表。
数据特点：每天新增数据量 500G，数据类型复杂，有数字、文字等结构化的数据占总数据量 31%， 还有大量的图像和影像等非结构化的数据占总数据量 69%。
系统痛点：
1.
医院数据交换平台用于汇总医院各类信息应用系统数据，子应用程序接口复杂，数据量大，需要保证业务科室的访问速度，对系统的稳定性要求极高。
2.
原有的NAS系统已经无法满足数据增量的要求，需要提供切实的解决方案，满足未来五年数据增长与业务发展的要求。
3.
随着数据量的增加，数据备份的周期在不断增加，已经影响到生产系统的业务响应时间，业务连续性无法得到保障，因此要求提高业务系统的可靠性和可用性，保障业务连续性。
4.
随着数据量的增加，新的存储设备不断上线，使运维人员的工作压力越来越大，因此要求解决方案需要降低运维管理的复杂度。
建设目标：
医院综合各方面因素，提出了构建医院“大数据云存储”平台的建设目标，具体如下：
1．构建一套安全、稳固的大数据云存储平台，集中统一承载医院所有业务数据； 2.
为医院数据交换平台提供高性能、稳定可霏，并具有足够弹性的存储平台；
3.
为PACS影像类数据提供大量低成本的存储空间并具有足够的扩展能力；
4.
未来扩容应该可以基本做到不停机（停机时间在可接受范围内）；
5.
提高业务系统的可靠性和可用性，实现容灾备份，保障业务连续性。
3 解决方案 根据用户的需求我公司提出以下解决方案：POWER小型机采用POWER
VM虚拟化，X86服务器采用VMWARE虚拟化，采用IBM
SVC对存储资源进行整合，实现存储资源池，提高存储管理和利用效率，满足核心应用系统在交易高峰时段、日终、计息，年节时间段对主机资源和存储资源的需求，建设同城数据中心，两中心通过SVC
的Hyperswap+MetroMirror实现双活，同时配置第三站点的硬盘级仲裁防止出现脑裂，采用IBM的云管平台实现POWER和X86虚拟资源的统一管理，把金融产品的查询，各种业务的咨询等
没有任何保密性可言的系统迁到公有云平台。
3.1 存储技术分析 3.1.1 块存储、文件存储、对象存储几种方式的对比
块存储指在一个RAID（独立磁盘冗余阵列）集中，一个控制器加入一组磁盘驱动器，然后提供固定大小的RAID块作为LUN（逻辑单元号）的卷。
接着块存储会采用映射的方式将这几个逻辑盘映射给主机，主机上面的操作系统会识别到有5块硬盘， 但是操作系统是区分不出到底是逻辑还是物理的，它一概就认为只是5块裸的物理硬盘而已，跟直接拿一块物理硬盘挂载到操作系统没有区别的，至少操作系统感知上没有区别。
此种方式下，操作系统还需要对挂载的裸硬盘进行分区、格式化后，才能使用，与平常主机内置硬盘的方式完全无异。
优点：
1.
这种方式的好处当然是因为通过了Raid与LVM等手段，对数据提供了保护。
2.
另外也可以将多块廉价的硬盘组合起来，成为一个大容量的逻辑盘对外提供服务，提高了容量。
3.
写入数据的时候，由于是多块磁盘组合出来的逻辑盘，所以几块磁盘可以并行写入的，提升了读写效率。
4.
很多时候块存储采用SAN架构组网，传输速率以及封装协议的原因，使得传输速度与读写速率得到提升。
缺点：
1.
采用SAN架构组网时，需要额外为主机购买光纤通道卡，还要买光纤交换机，造价成本高。
2.
主机之间的数据无法共享，在服务器不做集群的情况下，块存储裸盘映射给主机，再格式化使用后，对于主机来说相当于本地盘，那么主机A的本地盘根本不能给主机B去使用，无法共享数据。
3.
不利于不同操作系统主机间的数据共享：另外一个原因是因为操作系统使用不同的文件系统，格式化完之后，不同文件系统间的数据是共享不了的。例如一台装了
WIN7/XP，文件系统是FAT32/NTFS， 而Linux是EXT4，EXT4是无法识别NTFS的文件系统的。就像一只NTFS格式的U盘，插进Linux的笔记本， 根本无法识别出来。所以不利于文件共享。
文件存储：为了克服块存储文件无法共享的问题，所以有了文件存储。文件存储也有软硬一体化的设备，但是其实普通拿一台服务器/笔记本，只要装上合适的操作系统与软件，就可以架设 FTP与NFS 服务了，架上该类服务之后的服务器，就是文件存储的一种了。
主机A可以直接对文件存储进行文件的上传下载，与块存储不同，主机A是不需要再对文件存储进行格式化的，因为文件管理功能已经由文件存储自己搞定了。
优点：
1.
造价交低：随便一台机器就可以了，另外普通以太网就可以，根本不需要专用的 SAN 网络，所以造价低。
2.
方便文件共享：例如主机 A（WIN7，NTFS 文件系统），主机B（Linux，EXT4文件系统），想互拷一部电影，本来不行。加了个主机C（NFS服务器），然后可以先A拷到C，再C拷到B就OK了。
缺点：
读写速率低，传输速率慢：以太网，上传下载速度较慢，另外所有读写都要1台服务器里面的硬盘来承担，相比起磁盘阵列动不动就几十上百块硬盘同时读写，速率慢了许多。
企业级的NAS存储采用RAID技术提升了数据的可靠性和读写速率，同时采用万兆光纤接口提升了网络传输速率，适合于中小规模的医院用于PACS系统非结构化数据的存取，当数据量达到PB级别时NAS机头 会出现瓶颈。下图是块存储与文件存储的对比图：
对象存储：内置大容量硬盘的分布式服务器是对象存储的典型设备，对象存储最常用的方案，就是多台服务器内置大容量硬盘，再装上对象存储软件，然后再额外配置几台服务作为管理节点，安装上对象存储管理软件。管理节点可以管理其他服务器对外提供读写访问功能。
之所以出现了对象存储这种东西，是为了克服块存储与文件存储各自的缺点，发扬它俩各自的优点。简单来说块存储读写快，不利于共享，文件存储读写慢，利于共享。能否实现即读写快又利于共享的目的呢？于是就有了对象存储。
首先，一个文件包含了属性（术语叫 metadata，元数据，例如该文件的大小、修改时间、存储路径等）以及内容（以下简称数据）。
以往像 FAT32 这种文件系统，是直接将一份文件的数据与metadata一起存储的，存储过程先将文件按照文件系统的最小块大小来打散（如4M的文件，假设文件系统要求一个块4K，那么就将文件打散成为1000个小块），再写进硬盘里面，过程中没有区分数据/metadata的。而每个块最后会告知你下一个要读取的块的地址，然后一直这样顺序地按图索骥，最后完成整份文件的所有块的读取。
这种情况下读写速率很慢，因为就算你有100个机械手臂在读写，但是由于你只有读取到第一个块， 才能知道下一个块在哪里，其实相当于只能有1个机械手臂在实际工作。
而对象存储则将元数据独立了出来，控制节点叫元数据服务器（服务器+对象存储管理软件），里面主要负责存储对象的属性（主要是对象的数据被打散存放到了那几台分布式服务器中的信息），而其他负责存储数据的分布式服务器叫做OSD，主要负责存储文件的数据部分。当用户访问对象，会先访问元数据服务器，元数据服务器只负责反馈对象存储在哪些OSD，假设反馈文件A存储在B、C、D三台OSD，那么
用户就会再次直接访问3台OSD服务器去读取数据。
这时候由于是3台OSD同时对外传输数据，所以传输的速度就加快了。当OSD服务器数量越多，这种 读写速度的提升就越大，通过此种方式，实现了读写快的目的。
另一方面，对象存储软件是有专门的文件系统的，所以OSD对外又相当于文件服务器，那么就不存在文件共享方面的困难了，也解决了文件共享方面的问题。
所以对象存储的出现，很好地结合了块存储与文件存储的优点。
为什么对象存储兼具块存储与文件存储的好处，还要使用块存储或文件存储呢？
1.
有一类应用是需要存储直接裸盘映射的，例如数据库。因为数据库需要存储裸盘映射给自己后， 再根...
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