云計算資源需求分析與規(guī)劃

1、1.1.1.1 云計算資源需求分析與規(guī)劃1.1.1.1.1 數(shù)據(jù)中心服務(wù)器部署基本要求本項目關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫采用物理服務(wù)器獨立部署（集群+同城雙活） ，應(yīng)用和管理類服務(wù)器采用虛擬機部署（同城雙活）。1.1.1.1.2 應(yīng)用服務(wù)器采用虛擬化方案采用虛擬化技術(shù)是實現(xiàn)云計算的基礎(chǔ)。通過為客戶提供服務(wù)器整合和數(shù)量控制、業(yè)務(wù)連續(xù)性、測試/開發(fā)自動化、企業(yè)臺式機管理等解決方案，從而實現(xiàn)降低成本、提高響應(yīng)速度、實現(xiàn)零停機、災(zāi)難快速恢復(fù)等系列好處。通過虛擬架構(gòu)整合服務(wù)器，可以控制x86 服務(wù)器的蔓延，在一臺服務(wù)器上運行多個操作系統(tǒng)和應(yīng)用， 并使新的硬件支持老的應(yīng)用，數(shù)據(jù)中心撤退舊的硬件。虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)使

2、企業(yè)能夠通過提高效率、增加靈活性和加快響應(yīng)速度而降低IT成本。管理一個虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)使IT能夠快速將資源和業(yè)務(wù)需要連結(jié)起來，并對其進(jìn)行管理。虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)可以使x86 服務(wù)器的利用率從現(xiàn)在的5-15%提高到60-80%， 并且在數(shù)十秒的時間內(nèi)完成新應(yīng)用程序的資源調(diào)配，而不需要幾天時間。請求響應(yīng)時間也改為以分鐘計算。在維護(hù)上，可以實現(xiàn)零停機硬件維護(hù)，不需要等待維護(hù)窗口。服務(wù)器虛擬化是計算機資源邏輯組的過程，這種資源的新虛擬視圖并不受實現(xiàn)， 地理位置或底層資源的物理配置的限制。這種邏輯視圖對信息基礎(chǔ)設(shè)施有深遠(yuǎn)的影響。服務(wù)器虛擬化帶來的益處：虛擬化技術(shù)可借助信息基礎(chǔ)設(shè)施更好地提供服務(wù)，從而幫助客戶節(jié)省資

3、金。與傳統(tǒng)的物理服務(wù)器部署方式相比，虛擬化所帶來的一些優(yōu)勢包括：? 能夠迅速保存、復(fù)制和供應(yīng)虛擬機，從而實現(xiàn)零停機時間維護(hù)并支持全新的“ go live （實時化） ”方案；? 動態(tài)共享服務(wù)器平臺中的閑置資源，從而在消除煙囪式（ stovepipe ） 部署的同時，進(jìn)一步提高性能和利用率；與此同時也能為應(yīng)用提供一個隔離性的操作環(huán)境；? 可以實現(xiàn)更高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化水平和流通率，從而降低運營和維護(hù)成本；? 可在虛擬服務(wù)器組件發(fā)生故障時進(jìn)行無縫故障切換，從而提高系統(tǒng)可用性；? 降低復(fù)雜性，從而改進(jìn)邏輯和物理災(zāi)難恢復(fù)。服務(wù)器虛擬化的軟件平臺選型原則在服務(wù)器虛擬化的軟件平臺方面，主流的軟件提供商均提供了所

4、有軟件廠商具有管理CPU、 內(nèi)存、 網(wǎng)絡(luò)和硬盤資源的能力的服務(wù)器虛擬化軟件，這些軟件都同時支持Windows 與 Linux 操作環(huán)境。目前， 服務(wù)器虛擬化軟件分為商用軟件和開源軟件，這些軟件都提供了對于服務(wù)器虛擬化硬件平臺的支持，然而之間存在細(xì)微的差別。此外不同的虛擬化軟件的軟件架構(gòu)之間的差異較大，不同平臺上的虛擬機并不能很好實現(xiàn)相互之間的兼容或遷移。在服務(wù)器虛擬化的軟件平臺選擇中，應(yīng)重點考慮以下幾點：? 系統(tǒng)穩(wěn)定性和可擴展性? 遷移的便利性，包括從物理服務(wù)器向虛擬機的遷移? 對于虛擬化硬件平臺的支持? 良好的兼容性服務(wù)器虛擬化的硬件平臺選型原則為服務(wù)器虛擬化選擇適當(dāng)?shù)挠布脚_正如選擇適當(dāng)?shù)?/p>

5、虛擬化軟件一樣重要為了做出正確的選擇，必須考慮到以下因素：? 優(yōu)越的性能：服務(wù)器虛擬化的主要目的是更加充分的利用資源。在單臺服務(wù)器上增加的工作負(fù)載需要更高的系統(tǒng)性能，以保持所需的服務(wù)等級和應(yīng)用響應(yīng)時間。目前廣泛采用的多核處理器架構(gòu)，以及對多核處理器架構(gòu)提供支持以充分利用其性能和能力的系統(tǒng)，可以進(jìn)一步提高服務(wù)器的性能和吞吐率。在服務(wù)器性能需求方面，除了要考慮在非虛擬化模式下運行工作負(fù)載所需的性能之外，還需要考慮運行虛擬機（ VM所需的額外資源。硬件系統(tǒng)中的處理器與芯片組所包含的硬件輔助特性，可以在最大限度降低這一開銷方面發(fā)揮作用。? 能效與空間：在成本或物理限制影響最終用戶正常工作的能力的情況下

6、，例如，當(dāng)成本超出預(yù)算，或功耗要求超出可用資源時，功耗與散熱問題最為明顯。當(dāng)不斷擴展的IT 占用空間導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心或IT 空間擴建時，占地空間就會成為一個大問題。虛擬化與整合有助于減少硬件占地空間和能源利用。更高能效的系統(tǒng)能夠進(jìn)一步降低功耗要求，從而節(jié)省能源和降低運營成本。功耗要求較低和/ 或性能功耗比較高的系統(tǒng)可幫助 IT 人員有效控制能源和空間要求。? 總擁有成本（TCO） / 投資回報（ROI） ：不斷攀升的運營成本使資源與資本從旨在推動創(chuàng)新和提高IT 價值的計劃中抽離了出來。使用虛擬化環(huán)境將可以提高系統(tǒng)利用率，降低功耗與散熱要求，減少空間要求，簡化運營和降低系統(tǒng)管理要求。? 優(yōu)化的平臺特

7、性：組件與系統(tǒng)廠商將不斷推出多種專為虛擬化而優(yōu)化的特性。例如，主流的硬件廠商均為處理器增添了虛擬化能力，也有針對大量 I/O 、網(wǎng)絡(luò)處理需求的平臺虛擬化特性。這些能力既能簡化強大虛擬化軟件的設(shè)計，又能降低在虛擬化環(huán)境中運行應(yīng)用通常所需的性能開銷。對于EHRSt的大量文件處理，I/O虛擬化的優(yōu)化可進(jìn)一步提升信息交換平臺的處理與擴展能力。? 良好的廠商協(xié)作：通過著眼于當(dāng)前全行業(yè)范圍內(nèi)的協(xié)作，我們將能夠更好地了解虛擬化的特征。鑒于虛擬化涉及多個層次上的軟硬件組件，系統(tǒng)廠商、操作系統(tǒng)與應(yīng)用廠商以及虛擬化廠商需要攜手合作，共同制定出可行的解決方案。目前，多家行業(yè)合作伙伴正在全新平臺上針對虛擬化進(jìn)行優(yōu)化。

8、? 良好的兼容性：保持各代平臺之間的兼容性是未來系統(tǒng)的一個重要特性。將 VM 從一臺服務(wù)器遷移到另一臺服務(wù)器上需要考慮架構(gòu)問題，這樣 IT部門無需創(chuàng)建虛擬資源島（islands of virtual resource ） ，但卻可以真正發(fā)揮出基礎(chǔ)設(shè)施的最大靈活性。對虛擬機安全的考慮虛擬化使用戶獲得在效率、成本方面的顯著收益,以及在數(shù)據(jù)中心更具環(huán)保、靈活的擴展性和減少實施時間方面的附加價值。數(shù)據(jù)中心的虛擬系統(tǒng)面臨許多與物理服務(wù)器相同的安全挑戰(zhàn)，并且還有自身的一些特點，如果不解決這些問題，安全最終將抵消虛擬化的優(yōu)勢。尤其在虛擬化體系結(jié)構(gòu)將從根本上改變關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用， 包括設(shè)計、部署和管理的情況下，用

9、戶需要考慮哪種安全機制最適合保護(hù)這些虛擬服務(wù)器。傳統(tǒng)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)安全拓?fù)鋱D，在網(wǎng)絡(luò)出口處部署有防火墻，防毒墻， 上網(wǎng)行為管理等安全設(shè)備，用來隔離內(nèi)外網(wǎng)，過濾來自外網(wǎng)的惡意程序，規(guī)范內(nèi)網(wǎng)用戶的上網(wǎng)行為，同時在DMZ 區(qū)使用防火墻隔離，部署IDS 監(jiān)控對服務(wù)器的非法訪問行為，在服務(wù)器上部署防病毒軟件，保護(hù)核心服務(wù)器的安全運行。根據(jù)傳統(tǒng)的安全設(shè)計模型，需要在每個操作系統(tǒng)中安裝防毒軟件，在網(wǎng)絡(luò)層部署入防火墻、侵檢測或入侵防御系統(tǒng)，但是在這種在傳統(tǒng)方式下合理的設(shè)計，在虛擬環(huán)境下會面臨一些新的問題：未激活的虛擬機，物理機下關(guān)閉計算機后CPU停止運行，網(wǎng)絡(luò)關(guān)閉，理論上不會有數(shù)據(jù)的交互，操作系統(tǒng)也就不存在被感

10、染的可能；但是在虛擬環(huán)境下，CPU,網(wǎng)絡(luò)，底層的ESX都在工作中，關(guān)閉的操作系統(tǒng)類似于物理環(huán)境下的一個應(yīng)用程序，盡管這個“應(yīng)用程序”沒有運行，但仍然有被病毒感染的可能；資源的沖突， 防毒軟件在啟用預(yù)設(shè)掃描后，當(dāng)?shù)搅酥付〞r間，會同時進(jìn)行文件掃描的動作，這個時候防毒軟件對CPU 和內(nèi)存的占用急劇增加，當(dāng)系統(tǒng)資源被耗盡的時候就會導(dǎo)致服務(wù)器down 機；管理復(fù)雜度， 由于虛擬化的便利性，系統(tǒng)管理員可以非常方便的根據(jù)模板生成新的系統(tǒng)，這些新系統(tǒng)要打補丁，進(jìn)行病毒代碼的更新，也會增加安全管理的復(fù)雜度；虛擬化環(huán)境的動態(tài)特性面臨入侵檢測/防御系統(tǒng)（IDS/IPS）的新挑戰(zhàn)?；?網(wǎng)絡(luò)的IDS/IPS,也無法監(jiān)

11、測到同一臺ESX服務(wù)器上的虛擬機之間的通訊；由于 虛擬機能夠迅速地恢復(fù)到之前的狀態(tài)，利用VMware VMotion? 易于在物理服務(wù)器之間移動，所以難以獲得并維持整體一致的安全性。所以虛擬化已經(jīng)使“網(wǎng)絡(luò)邊界去除”的挑戰(zhàn)更加明顯，虛擬化對于安全的需求也更加迫切。安全虛擬機利用API 來訪問關(guān)于每一虛擬機的特權(quán)狀態(tài)信息，包括其內(nèi)存、狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)通信流量等。因為在不更改虛擬網(wǎng)絡(luò)配置的情況下，服務(wù)器內(nèi)部的全部網(wǎng)絡(luò)通信流量是可見的。包括防病毒、防火墻、 IDS/IPS 和系統(tǒng)完整性監(jiān)控等在內(nèi)的安全功能均可以應(yīng)用于安全虛擬機中。1.1.1.1.3 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器性能需求分析區(qū)域衛(wèi)生信息系統(tǒng)覆蓋面廣、業(yè)務(wù)極其

12、復(fù)雜，各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)之間交叉非常多，因此很難通過搭建業(yè)務(wù)模型通過壓力測試來進(jìn)行系統(tǒng)性能的分析，所以， 業(yè)內(nèi)一般采用“售前估算法”，通常的做法是：選擇應(yīng)用系統(tǒng)中業(yè)務(wù)重要性、業(yè)務(wù)頻繁度、客戶連接數(shù)最多、最具有代表性的一個業(yè)務(wù)進(jìn)行估算，結(jié)合行業(yè)內(nèi)其他項目的建設(shè)經(jīng)驗進(jìn)行綜合評價，得出最終的主要設(shè)備性能需求。本項目中，我們選擇“以EHR （居民電子健康記錄）為基礎(chǔ)的社區(qū)衛(wèi)生信息系統(tǒng)” 作為我們評估數(shù)據(jù)中心核心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器性能的參考業(yè)務(wù)系統(tǒng)，售前估算法主要涉及的要點見下表： 中山市區(qū)域衛(wèi)生信息系統(tǒng)網(wǎng)內(nèi)注冊用戶估算為3000 個， 預(yù)計高峰并發(fā)訪問數(shù)在1500個左右；通過門戶網(wǎng)站發(fā)起的業(yè)務(wù)申請用戶估算為每天2

13、000個，預(yù)計高峰并發(fā)訪問數(shù)在500個左右；因此，估算公式中的U值為2000;假設(shè)每個用戶每秒提交業(yè)務(wù)處理請求個數(shù)為1個，公式中的Q值； 平均處理每個業(yè)務(wù)處理請求所需要的時間應(yīng)在1 秒左右， 公式中的J 值；假設(shè)每年并發(fā)用戶增長率暫時考慮為 0,公式中的G值； 主機系統(tǒng)的平均使用計算資源率建議不超過40%（雙機熱備），公式中的B 值； 系統(tǒng)設(shè)計性能覆蓋年限為5 年左右，公式中的N 值；根據(jù)經(jīng)驗及對應(yīng)用程序的分析，每個業(yè)務(wù)請求相當(dāng)于5-10個tpmC,本項目的主數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要為 OLTP（聯(lián)機事務(wù)處理）應(yīng)用；公式中的 S 值；1分鐘為60秒，公式中的T值； 由此得出:UXQXJX （100%+

14、GNxTX S+ B,根據(jù)以上數(shù)值，得出本系統(tǒng)所需的主機TPCC生能要求為最低1500000TPMC最高3000000 TPMC本方案以 舊M Power 740小型機為例，其3.6GHz白Power7 CPU勺單核TPmC 值約為100000,因此滿足信息系統(tǒng)5年應(yīng)用的服務(wù)器主機TPmC總值需要配32 核 Power7 3.6GHz CPU。結(jié)合業(yè)務(wù)7 X 24小時不能停頓的系統(tǒng)高穩(wěn)定可靠要求,以及節(jié)約成本考慮,建議配置2臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器做集群，兩個節(jié)點可同時提供數(shù)據(jù)庫處理，參照 OracleRAC技術(shù)特性，雙機集群后，整體性能為單機服務(wù)器的1.5倍左右。綜上所述，數(shù)據(jù)庫主機系統(tǒng)的單機參考配置

15、為：相當(dāng)于IBM Power7 16Core 3.6GHz CPU。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器內(nèi)存需求分析如下:(1)參照實際應(yīng)用經(jīng)驗 以及參考數(shù)據(jù)庫的技術(shù)特性要求，信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫連接 數(shù)約為2000個，每個連接占用20M內(nèi)存，共計所需40G內(nèi)存；(2)以3-5年在線生成數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)將達(dá)到500GB左右的規(guī)模估算，一般醫(yī)院信 息系統(tǒng)的在線業(yè)務(wù)和查詢業(yè)務(wù)都在同一數(shù)據(jù)庫里執(zhí)行，按照使用經(jīng)驗來看 大概有接近5%的熱點數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)緩存使用的內(nèi)容為按照 25G估算；(3)在執(zhí)行數(shù)據(jù)庫備份時，為了加快備份速度，使用5GB左右的文件緩存；(4)目前主流的、最新版本操作系統(tǒng)建議保留使用10G左右的內(nèi)存用于系統(tǒng)調(diào)配；綜上，按

16、照70%的系統(tǒng)內(nèi)存使用閥值來計算，共計內(nèi)存114GB;在主機硬件 配置時，應(yīng)配置128G時存。1.1.1.1.4存儲需求分析1.1.1.1.4.1 存儲性能基本要求數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)的磁盤陣列應(yīng)采用支持多種轉(zhuǎn)速的、熱插拔硬盤的高性能 存儲設(shè)備，雙控制器或多控制器模式保證磁盤陣列本身的高可用， 陣列的控制器 緩存建議少于32GB,采用8GB|£以上FC®1連接SAN,并支持ISCSg口便于文件 類的存儲。針對數(shù)據(jù)庫熱點數(shù)據(jù)的存儲，建議采用高性能的 SSDa;針對一般數(shù)據(jù)庫存儲和虛擬機文件存儲，建議采用不低于1000*專速的SAS硬盤；針對影像文件、視頻文件等存儲，可采用成本較低

17、的 SATAE盤；磁盤陣列通過存儲虛擬化網(wǎng)關(guān)進(jìn)行存儲資源的池化，從而支撐數(shù)據(jù)庫和虛擬 機同城雙活方案的實現(xiàn)；1.1.1.1.4.2 數(shù)據(jù)量估算(1)以EHM核心的應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)估算業(yè)務(wù)類別數(shù)據(jù)類型說明數(shù)據(jù)量估算EHRlk 務(wù)居民主索引數(shù)據(jù)按500萬人口計 算0.01M*500 萬=50G居民健小數(shù)據(jù)按500萬人口計 算0.02M*500 萬=100G出生證數(shù)據(jù)按每年4萬計算1M*4 萬 *1 年=40G/年婦幼保健數(shù)據(jù)按每年80萬計算11M*80 萬 *1 年=80G/年個人基本健康檔案按500萬人口計0.1M*500 萬=500G算專項疾病保健數(shù)據(jù)按每年6萬計算1M*6 萬 *1 年=60G/

18、年電子病歷數(shù)據(jù)按每年4萬計算10M*4 萬 *1 年=400G/年檢驗/檢查結(jié)果數(shù) 據(jù)按每年80萬計算0.02M*80 萬*1 年=16G/年處方/醫(yī)囑數(shù)據(jù)按每年160萬計 算0.01M*160 萬*1 年=16G/年健康體檢數(shù)據(jù)按每年14萬計算0.1M*14 萬*1 年=14G/年醫(yī)學(xué)影像索引及圖 文報告系統(tǒng)數(shù)據(jù)按每年4萬計算2M*4 萬 *1 年=80G/年其他診療數(shù)據(jù)按500萬人口計 算0.2M*500 萬*1 年=1000G/年數(shù)據(jù)倉庫主題數(shù)據(jù)庫按每年100萬條 數(shù)據(jù)0.02M*100 萬*1 年=20G/年資源數(shù)據(jù)庫按每年2萬條數(shù) 據(jù)0.02M*2 萬*1 年=0.4G/年方法庫，模

19、型庫估算1G其他數(shù)據(jù)各種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議數(shù)據(jù)估算1G監(jiān)控管理數(shù)據(jù)按每年0.6G增量 計算0.6G/ 年系統(tǒng)其他數(shù)據(jù)(用 戶，日志等)按每年0.2G增量 計算0.2G/ 年合計約 2829.2GB每年增量約 600.2GB系統(tǒng)設(shè)計5年總數(shù)據(jù)量5230GB以上數(shù)據(jù)存儲應(yīng)米用SS口 SAS混合形式(2)區(qū)域醫(yī)療主要數(shù)據(jù)估算應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)量估算HIS/EMR/LIS/HSS 等300G 每年增量30G疾控/衛(wèi)監(jiān)/急救等500GB每年增量50GB合計約800GB每年增量80GB系統(tǒng)設(shè)計5年總數(shù)據(jù)量1200GB以上數(shù)據(jù)存儲應(yīng)米用SS口 SAS混合形式(3)其他應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)估算應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)量估算基層衛(wèi)生服務(wù)信息系統(tǒng)/

20、綜合運營數(shù)據(jù)100G 每年增量10G外網(wǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)500GB每年增量50GB視頻數(shù)據(jù)(典型)1000GB每年增量1000GB合計約1600GB每年增量1060GB系統(tǒng)設(shè)計5年總數(shù)據(jù)量15840GB以上數(shù)據(jù)存儲應(yīng)米用SAS和SATA昆合形式(4)數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)平臺存儲資源占用估算系統(tǒng)數(shù)據(jù)量估算虛擬機，預(yù)計50個虛擬機，每個虛擬機200GB 110000GB每年增量200G程序更新10G每年增量1G配置管理10G每年增量1G合計約10020GB每年增量202GB系統(tǒng)設(shè)計5年總數(shù)據(jù)量110828GB以上數(shù)據(jù)存儲應(yīng)米用SAS和SATA昆合形式根據(jù)上述分析可得數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)可用容量應(yīng)不低于：23098GB

21、 (23TB),考慮設(shè)計不少于2個數(shù)據(jù)存儲副本，則建議容量不少于69TB,可分期逐步擴容。1.1.1.1.5服務(wù)器計算資源需求分析根據(jù)本項目的應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)需求，分解各個應(yīng)用系統(tǒng)對計算資源的需求，如 卜表:服務(wù)器名稱用途說明機器 數(shù)量單個配置(core/G )合計資源(core/G )CPU內(nèi)存CPU內(nèi)存關(guān)鍵數(shù)據(jù)庫(物理 機)電子健康檔案資源庫、電子病 歷資源庫、全員人口信息庫、 衛(wèi)生計生管理資源庫、24012880256數(shù)據(jù)倉庫服務(wù)器(物理機)基于平臺的ODS,DV#24012880256分布式協(xié)調(diào)服務(wù)器zookeeper5281040數(shù)據(jù)交換服務(wù)器數(shù)據(jù)采集和交換平臺、ETL、Adapter1432432對外交換前置機廣東省級平臺、市屬醫(yī)院、鎮(zhèn) 區(qū)醫(yī)