内容发布更新时间 : 2024/5/4 21:03:43星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

浅谈数字化医院存储系统的技术趋势

福田人民医院 杨芬 刘晓

数字化医院的数据中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，也要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、本部门的核心数据分散的放在服务器本地的硬盘中，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）的中的任何一种。

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目标（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 ，用来衡量容灾系统的数据冗余备份能力），恢复时间比较长。

6、如果采用传统的磁带备份方式，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，而且备份过程中会严重影响生产系统的运行，更重要的是没有办法验证日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”。另外在磁带运输到异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。

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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，各种标准和各种版本的操作系统、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、应用负荷沉重的主机中分离出来。

在网络存储的发展过程中，SAN（存储区域网络）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，所以是以文件一级来访问，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。当有数据的存取需求时，数据可以通过存储区域网络在服务器和后台存储设备之间高速传输。

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本。光纤通道主要应用在某些重要业务和高性能应用，如数据中心环境。

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10G，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技术已经成为整个IT行业中最成熟、最开放、发展最迅速、成本最低、管理最方便

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的数据通讯方式。在经历了FC SAN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中、海量数据存储等应用对新一代存储系统的要求，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SCSI存储访问指令，打包到TCP/IP中进行传输。

iSCSI标准一经公布，就以其低成本、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中、远程容灾、高性能交换式存储架构等存储技术脱下昂贵的外衣，成为广大行业客户均能轻松获得的最新存储技术。

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，并且更加易于管理。随着千兆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

（一）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几方面：

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

能够从最低端一直无缝扩展到最高端的存储产品。自动适应用户现有网络环境，向后兼容万兆网络

3、管理自适应

像管理用户现有网络一样管理存储，无须学习和具备特殊知识能力。可视化、

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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。最大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本。

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、距离和功能四个纬度的可扩展。 5、基于现有的网络基础实现数据级别的异地容灾，未来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、为信息中心成为医疗系统的IDC和统一备份、容灾平台做好准备。

四、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、FC SAN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主要用于提供文件服务，并且性能太低；FC SAN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，IP SAN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，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）协议来执行存储任务。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 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

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人员进行 IP 之外的技术培训，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 ? 优化可靠性 ? 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，在这一阶段，IP-SAN遵循FC-IP或iFCP协议，利用FC-IP桥、FC-IP路由器或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-SAN。

由于IP环境下安全措施比较成熟，iSCSI存储可以采用采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，由于iSCSI运行在标准的IP网络上，这就不需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来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已经内置。

在整体解决方案上，iSCSI方案占据了价格优势，而在单个配件方面，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，部署起来极其廉价。从服务器的角度来看，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，它可以在现有局域网上运行，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美元之间。

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。随着性能的提高以及iSCSI的普遍存在，他们将会逐渐融入企业的TCP／IP网络。分布式的智能服务和自动配置存储资源，将会成为将来iSCSI发展的一个完整的部分。

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由于目前主流厂商（Cisco、IBM、Intel、Microsoft、NetApp、EMC等）均看好IP存储，已经在近几年推出若干IP SAN（iSCSI SAN）的存储产品，国内外用户已经实现了很多IP SAN的应用。比较普遍的观点认为，IP存储目前已经能取代FC SAN/DAS成为存储的主流方式，我们也认可这种观点。

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