NAS數(shù)據(jù)存儲在醫(yī)院PACS場景的應(yīng)用與探索

需求分析篇1．項(xiàng)目背景在“健康中國2030”國家戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，某大型三甲醫(yī)院不斷加快智慧醫(yī)院的建設(shè)進(jìn)程，旨在建立醫(yī)療、服務(wù)、管理“三位一體”的智慧醫(yī)院系統(tǒng)，以“智慧服務(wù)”、“智慧醫(yī)療”、“智慧管理”、“互聯(lián)網(wǎng)+健康”為重點(diǎn)大力發(fā)揮信息技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)院建設(shè)管理中的重要作用，不斷提高醫(yī)院治理現(xiàn)代化水平，形成線上線下一體化的現(xiàn)代醫(yī)院服務(wù)與管理模式，為患者提供更高質(zhì)量、更高效率、更加安全、更加體貼的醫(yī)療服務(wù)。數(shù)字化醫(yī)院是現(xiàn)代醫(yī)療發(fā)展的新趨勢，數(shù)字化醫(yī)院系統(tǒng)是醫(yī)院業(yè)務(wù)軟件、數(shù)字化醫(yī)療設(shè)備、IT基礎(chǔ)平臺所組成的綜合信息系統(tǒng)，數(shù)字化醫(yī)院工程有助于醫(yī)院實(shí)現(xiàn)資源整合、流程優(yōu)化，降低運(yùn)行成本，提高服務(wù)質(zhì)量、工作效率和管理水平，數(shù)字化醫(yī)院是醫(yī)院現(xiàn)代化的必由之路，醫(yī)院只有充分利用數(shù)字信息技術(shù)，才能解放勞動力，使其在激烈的市場競爭中取得成功。數(shù)字化底座是數(shù)字化醫(yī)院建設(shè)的基石，我院IT基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)多年，隨著醫(yī)院業(yè)務(wù)系統(tǒng)的逐漸增多，業(yè)務(wù)量逐年遞增，原有的傳統(tǒng)IT基礎(chǔ)設(shè)施和架構(gòu)已經(jīng)難以支撐核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求。NAS應(yīng)用在醫(yī)院的發(fā)展越來越迅速，以PACS業(yè)務(wù)為主的應(yīng)用每年產(chǎn)生100TB左右的數(shù)據(jù)量，作為醫(yī)院數(shù)據(jù)增長最快的應(yīng)用系統(tǒng)，而且數(shù)據(jù)需要長時(shí)間保存，同時(shí)涉及多個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)聯(lián)動。我院作為較早一批建設(shè)PACS系統(tǒng)的三甲醫(yī)院，從2014年上線至今已擁有數(shù)十億張影像文件，數(shù)據(jù)量高達(dá)數(shù)百TB，業(yè)務(wù)規(guī)模逐漸遞增，復(fù)雜性日益提高。2．建設(shè)目標(biāo)PACS影像系統(tǒng)是院內(nèi)核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)，不但承接整個(gè)醫(yī)院的影像數(shù)據(jù)，而且更承載著醫(yī)院面向未來發(fā)展的基礎(chǔ)，因此對PACS影像的穩(wěn)定性、安全性和運(yùn)行性能要求較高，按照“繼承性與擴(kuò)充性、先進(jìn)性和成熟性、高可用性、可靠性”的設(shè)計(jì)原則，完成基礎(chǔ)IT設(shè)備的改造。本次建設(shè)的主要目標(biāo)是：-核心業(yè)務(wù)連續(xù)性本次建設(shè)主要覆蓋醫(yī)院PACS影像系統(tǒng)，包括PACS數(shù)據(jù)庫、PACS影像文件。隨著醫(yī)院信息化建設(shè)的發(fā)展，醫(yī)療應(yīng)用的重要程度越來越高，一旦業(yè)務(wù)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，將會對醫(yī)療業(yè)務(wù)產(chǎn)生重大影響。因此，必須設(shè)計(jì)規(guī)劃可靠的解決方案，保證在軟件、硬件出現(xiàn)局部問題和數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)區(qū)域故障的情況下核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，醫(yī)院醫(yī)療業(yè)務(wù)不能中斷。-核心業(yè)務(wù)高效性PACS影像系統(tǒng)承載著醫(yī)院影像數(shù)據(jù)，涉及醫(yī)護(hù)人員快速閱片，患者高效就醫(yī)等關(guān)鍵流程。一旦影像系統(tǒng)訪問緩慢，將會對整個(gè)就醫(yī)流程產(chǎn)生極大的影響。因此，必須設(shè)計(jì)規(guī)劃高效的影像解決方案，保障院內(nèi)影像系統(tǒng)高效訪問，提升患者就醫(yī)體驗(yàn)的同時(shí)，提升醫(yī)護(hù)人員的工作效率。-合規(guī)數(shù)據(jù)長期留存按照國家衛(wèi)健委對影像數(shù)據(jù)存儲要求，PACS影像門診數(shù)據(jù)需要保存不得少于15年，住院數(shù)據(jù)需要保存不得少于30年。因此，需要建設(shè)數(shù)十年影像數(shù)據(jù)保存的建設(shè)方案，保證需要的時(shí)候能快速進(jìn)行影像的獲取。-提高基礎(chǔ)資源利用率針對支持醫(yī)院臨床業(yè)務(wù)最消耗硬件資源的PACS系統(tǒng)，必須進(jìn)行科學(xué)的分析，合理設(shè)計(jì)規(guī)劃基礎(chǔ)資源建設(shè)，提高基礎(chǔ)資源的利用率。通過存儲虛擬化技術(shù)將原來存儲設(shè)備整合到新的基礎(chǔ)架構(gòu)中，既滿足了業(yè)務(wù)需求，節(jié)約了投資，又很好的提高了存儲資源的利用率，并簡化基礎(chǔ)架構(gòu)管理復(fù)雜度。3．需求分析與挑戰(zhàn)PACS（PictureArchivingandCommunicationsSystem）系統(tǒng)指的是影像歸檔和通信系統(tǒng)，它主要應(yīng)用在醫(yī)院影像科室，其主要任務(wù)是將日常產(chǎn)生的醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的接口數(shù)字化保存起來，醫(yī)生可以使用PACS系統(tǒng)隨時(shí)調(diào)閱圖像。其中醫(yī)學(xué)影像主要包括核磁、CT、超聲、X光機(jī)、紅外儀、顯微儀等設(shè)備產(chǎn)生的圖像。1)性能：業(yè)務(wù)壓力大，小文件性能要求高PACS影像以單序列單線程讀取，每序列200-1000張影像，要求單影像序列首幅影像加載時(shí)間＜3s，單線程每秒＞50幅影像，海量小文件的保存，對存儲設(shè)備性能帶來了極大挑戰(zhàn)。2)成本：數(shù)據(jù)增長迅速，性能和成本不能兼顧日門診量1W左右，PACS系統(tǒng)每天產(chǎn)生40萬張影像，每年1-1.5億影像數(shù)據(jù)，影像大小100-500KB左右，年增長100TB左右；快速增長的影像數(shù)據(jù)長期保存，急需低成本的存儲成本。3)運(yùn)維：結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)共存，數(shù)據(jù)管理復(fù)雜院內(nèi)PACS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)共存，區(qū)域PACS系統(tǒng)跨平臺數(shù)據(jù)整合困難，整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)繁多、數(shù)據(jù)管理復(fù)雜；PACS系統(tǒng)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，在線和離線數(shù)據(jù)并存，法規(guī)遵從PACS數(shù)據(jù)至少保存15年，多套存儲設(shè)備共存，數(shù)據(jù)生命周期管理困難。4)可用：容災(zāi)機(jī)制不全PACS系統(tǒng)容災(zāi)機(jī)制不完善，當(dāng)病毒或誤操作等單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，無法保障關(guān)鍵影像數(shù)據(jù)不丟失。4．需求總結(jié)綜上所述，PACS系統(tǒng)是支持醫(yī)院醫(yī)療業(yè)務(wù)流程和服務(wù)患者的院內(nèi)重要核心系統(tǒng)，PACS系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量直接影響醫(yī)生正常閱片和患者查詢各項(xiàng)報(bào)告，又由于PACS影像系統(tǒng)的業(yè)務(wù)專業(yè)性質(zhì)決定了影像數(shù)據(jù)量巨大，需要保存時(shí)間長，調(diào)取影像數(shù)據(jù)快等要求，對于PACS系統(tǒng)的硬件存儲提出了很高要求，有一定的難度和技術(shù)挑戰(zhàn)。所以，我們需要根據(jù)國家的具體規(guī)定，進(jìn)行科學(xué)的研究分析，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，規(guī)劃和設(shè)計(jì)好PACS系統(tǒng)的存儲方案，保證從安全性、管理性、易用性、高效性多方面使能PACS系統(tǒng)，滿足臨床醫(yī)生和患者的要求。思路與方案設(shè)計(jì)篇1．前期背景以PACS業(yè)務(wù)為主的應(yīng)用每年產(chǎn)生100TB左右的數(shù)據(jù)量，作為醫(yī)院數(shù)據(jù)增長最快的應(yīng)用系統(tǒng)，而且數(shù)據(jù)需要長時(shí)間保存，同時(shí)涉及多個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)聯(lián)動。我院作為較早一批建設(shè)PACS系統(tǒng)的三甲醫(yī)院，從2014年上線至今已擁有數(shù)十億張影像文件，數(shù)據(jù)量高達(dá)數(shù)百TB，業(yè)務(wù)規(guī)模逐漸遞增，復(fù)雜性日益提高。2．設(shè)計(jì)思路從業(yè)界來看，數(shù)字化醫(yī)院系統(tǒng)IT基礎(chǔ)平臺需要具備足夠的靈活性、擴(kuò)展性、兼容性，以滿足數(shù)字化醫(yī)院的這種發(fā)展形式。存儲設(shè)備作為IT基礎(chǔ)平臺的關(guān)鍵、作為信息化系統(tǒng)最底層的硬件產(chǎn)品，頂層設(shè)計(jì)和技術(shù)規(guī)劃尤為重要。應(yīng)該遵循“行業(yè)主流、安全穩(wěn)定”的原則，同時(shí)，兼顧性能（主要包含IOPS、MBPS及延時(shí)等指標(biāo)）與成本，并充分考慮國家信息技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新戰(zhàn)略。醫(yī)療存儲設(shè)備選型的關(guān)鍵點(diǎn)需關(guān)注以下四個(gè)方面：（一）存儲設(shè)備在行業(yè)的影響力所選擇的存儲設(shè)備品牌及型號需要在業(yè)界（尤其是同行業(yè)）有廣泛的成功應(yīng)用案例，經(jīng)得起同行業(yè)的考驗(yàn)。需要有穩(wěn)定的服務(wù)團(tuán)隊(duì)，產(chǎn)品和方案落地靠的是人，醫(yī)院的數(shù)據(jù)中心存儲方案落地，需要有資深的行業(yè)架構(gòu)師和服務(wù)人員，才能確保該硬件產(chǎn)品得到強(qiáng)大的后臺技術(shù)團(tuán)隊(duì)支持。參考2020年Gartner企業(yè)主存儲品牌魔力象限排名，行業(yè)領(lǐng)先的象限中不僅有國際存儲大廠HDS、Infinidat，而且也有例如華為這樣與國際水平相比毫不遜色的國內(nèi)存儲廠商；近年來，某些國外傳統(tǒng)存儲大廠進(jìn)行了戰(zhàn)略大調(diào)整，在國內(nèi)的存儲技術(shù)服務(wù)力量明顯削弱，相對其它廠商而言，華為存儲設(shè)備的技術(shù)支持服務(wù)能力較強(qiáng)，能在第一時(shí)間響應(yīng)客戶需求。同時(shí)核心存儲也需要考慮到存儲的性能，需要能夠應(yīng)對業(yè)務(wù)未來不可預(yù)測的性能需求，如使用更新的存儲協(xié)議和存儲介質(zhì)、對于多云平臺的支持，如Openstack、VMware、容器等。（二）存儲設(shè)備具備安全穩(wěn)定性存儲設(shè)備重點(diǎn)需要考慮穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)服務(wù)能力，對醫(yī)院數(shù)據(jù)中心而言，存儲設(shè)備牽一發(fā)而動全身，存儲架構(gòu)的穩(wěn)定性及可靠性是數(shù)據(jù)中心存儲選型最基本也是最重要的需求，包含存儲架構(gòu)冗余度較高，各個(gè)部件（如：控制器、磁盤、前端接口卡、后端接口卡、網(wǎng)卡及電源等）均為冗余設(shè)計(jì)、支持在線熱插拔，任意部件損壞均不影響主機(jī)上業(yè)務(wù)運(yùn)行。首先，整個(gè)存儲系統(tǒng)要具有全冗余與安全性設(shè)計(jì)，不存在“單點(diǎn)故障”，包括控制器、緩存、硬盤、前端口、后端口、電源、風(fēng)扇、電池等部件均具有冗余，硬件維護(hù)對上層主機(jī)訪問無感知。作為存儲系統(tǒng)中最重要的兩個(gè)部件“控制器”和“硬盤”，有的存儲產(chǎn)品已經(jīng)可以做到支持控制器四壞三，硬盤可容忍兩塊甚至三塊同時(shí)損壞，如：華為最新高端存儲甚至可以支持控制器八壞七。其次，各部件可以進(jìn)行微碼在線升級，對主機(jī)訪問無影響。特別是關(guān)鍵部位控制器，已有最新存儲產(chǎn)品可以支持控制器升級微碼不重啟。（三）存儲設(shè)備具備可維護(hù)性存儲設(shè)備需具備較高的可維護(hù)性，各個(gè)部件的預(yù)防性維護(hù)和更換均為在線操作，控制器、硬盤及接口卡等部件都必須支持在線微碼升級，交替重啟部件或更換部件時(shí)不可以影響到上層業(yè)務(wù)；可以通過機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)的存儲算法，實(shí)現(xiàn)存儲服務(wù)的自我優(yōu)化，并且可以智能的監(jiān)控存儲設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測未來的存儲服務(wù)需求。（四）存儲設(shè)備的硬件架構(gòu)先進(jìn)性當(dāng)前存儲設(shè)備產(chǎn)品根據(jù)架構(gòu)分為“集中式架構(gòu)存儲”及“分布式架構(gòu)存儲”兩大陣營。集中式架構(gòu)存儲采用的是塊機(jī)制，以塊為單位實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新和鎖機(jī)制，其機(jī)制跟數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)文件的方式類似，性能及安全性可得到有效保障。集中式存儲最大的優(yōu)勢在于架構(gòu)簡單、維護(hù)相對容易，已有的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蜓永m(xù)，同時(shí)傳統(tǒng)存儲廠商支持能力相對較強(qiáng)。對于醫(yī)院信息系統(tǒng)中大多數(shù)關(guān)鍵NAS應(yīng)用，具有高穩(wěn)定性、高吞吐量和低時(shí)延等特性的集中式架構(gòu)存儲是更好的選擇，存儲設(shè)備的各個(gè)控制器工作在對稱Active/Active模式，各控制器性能負(fù)載穩(wěn)定均衡。3．規(guī)劃和設(shè)計(jì)方案3.1建設(shè)內(nèi)容概述本次建設(shè)充分利用本院雙數(shù)據(jù)中心優(yōu)勢，通過將醫(yī)院樓宇間兩個(gè)數(shù)據(jù)中心建成雙活中心，既可以為每個(gè)信息中心內(nèi)部的應(yīng)用提供冗余保護(hù)，實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)內(nèi)部的無縫漂移；又可以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)某個(gè)信息中心出現(xiàn)故障時(shí)，將該站點(diǎn)所有的應(yīng)用系統(tǒng)，切換到另一個(gè)站點(diǎn)中，保證了兩個(gè)站點(diǎn)之間的應(yīng)用故障無縫連續(xù)運(yùn)行。最終，滿足在不同場景下對業(yè)務(wù)連續(xù)性的要求?；谖以阂呀?jīng)建設(shè)的雙活存儲架構(gòu)，充分利用現(xiàn)網(wǎng)資源。介于目前醫(yī)院PACS的規(guī)模和所面臨的挑戰(zhàn)，采用現(xiàn)有華為高端雙活全閃存儲作為PACS應(yīng)用的在線存儲設(shè)備，利用存儲的SAN+NAS一體化能力實(shí)現(xiàn)我院HIS和PACS在線的集中式部署，一套設(shè)備部署SAN和NAS兩種類型的業(yè)務(wù)。對于訪問頻度較低的近線數(shù)據(jù)采用低轉(zhuǎn)速的大容量硬盤進(jìn)行存儲，降低成本的同時(shí)不影響業(yè)務(wù)訪問。通過存儲和PACS軟件的數(shù)據(jù)分級實(shí)現(xiàn)在線和近線數(shù)據(jù)，熱點(diǎn)和冷數(shù)據(jù)的自動分級。最后規(guī)劃通過藍(lán)光光盤庫對離線歸檔數(shù)據(jù)進(jìn)行長久保存，符合國家影像數(shù)據(jù)至少保存15年的要求。針對在線數(shù)據(jù)（1~6個(gè)月內(nèi)數(shù)據(jù)），讀取頻率高，在醫(yī)院樓宇間兩個(gè)數(shù)據(jù)中心建成全閃雙活中心，在線數(shù)據(jù)通過全閃加速，能滿足在線數(shù)據(jù)能夠快速讀取的核心訴求。最終，滿足在不同場景下對在線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)連續(xù)性和性能的要求針對近線數(shù)據(jù)（6個(gè)月~3年內(nèi)數(shù)據(jù)），超過6個(gè)月的數(shù)據(jù)，讀取頻率相對較低，因此采用低成本的HDD盤進(jìn)行保存。不但可以滿足需要讀取的時(shí)候能相對快速的數(shù)據(jù)讀取，而且保存成本相比全閃存，極大的降低。針對離線數(shù)據(jù)（3年~30年數(shù)據(jù)），超過3年的數(shù)據(jù)，基本不會讀取，按照國家法規(guī)要求，同樣需要進(jìn)行保存?？赏ㄟ^藍(lán)光歸檔庫進(jìn)行長時(shí)間的保存，并且隨時(shí)可調(diào)閱。通過針對互聯(lián)網(wǎng)閱片，通過單獨(dú)建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)影像區(qū)域，以滿足海量互聯(lián)網(wǎng)用戶的閱片訴求。整體PACS應(yīng)用建設(shè)經(jīng)歷了兩個(gè)主要階段，整體架構(gòu)發(fā)展示意圖：3.2PACS存儲技術(shù)要求3.2.1PACS應(yīng)用快速閱片高性能NAS文件系統(tǒng)在傳統(tǒng)NAS文件系統(tǒng)架構(gòu)中，業(yè)界一般采用Active-Passive架構(gòu)，文件系統(tǒng)歸屬某1個(gè)控制器，在創(chuàng)建文件系統(tǒng)的時(shí)候，需要對文件系統(tǒng)的歸屬進(jìn)行規(guī)劃，采用多個(gè)文件系統(tǒng)運(yùn)行在不同的控制器上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中每個(gè)控制器的負(fù)載均衡。這樣的NAS架構(gòu)，如果只有1個(gè)文件系統(tǒng)那么只能發(fā)揮1個(gè)控制器的硬件性能，無法把多控制器的硬件資源都利用起來獲得更高的性能，因此無法支持單一命名空間。如果采用創(chuàng)建多個(gè)文件系統(tǒng)，由于不同文件系統(tǒng)的業(yè)務(wù)壓力各不相同，也很難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的負(fù)載均衡。華為OceanStorDorado18000系列企業(yè)級NAS存儲采用分布式文件系統(tǒng)架構(gòu)，文件系統(tǒng)沒有歸屬控制器，通過均衡算法將文件系統(tǒng)的目錄和文件均衡寫入每個(gè)控制器，實(shí)現(xiàn)每個(gè)控制器接收到的主機(jī)讀寫請求是均衡的，即使只有1個(gè)文件系統(tǒng)也能將整個(gè)存儲集群的資源充分利用，我院可以根據(jù)自己的業(yè)務(wù)規(guī)劃靈活的使用單一命名空間的文件系統(tǒng)或者多個(gè)文件系統(tǒng)。華為的NAS分布式文件系統(tǒng)架構(gòu)兼具海量小文件和大文件并存的文件共享場景，采用基于目錄的分布式打散策略，以目錄為粒度將數(shù)據(jù)均衡打散寫入到各個(gè)控制器，達(dá)到負(fù)載均衡的目的。目錄與目錄下的子文件歸屬相同的控制器進(jìn)行I/O處理，避免跨控制器轉(zhuǎn)發(fā)，以提升目錄遍歷查詢、屬性遍歷查詢、批量屬性設(shè)置等場景的性能。閃存加速技術(shù)FlashLink?技術(shù)的核心是通過一系列針對閃存介質(zhì)的優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了存儲控制器和SSD之間的協(xié)同和聯(lián)動，在保證可靠性的同時(shí)，最大限度的發(fā)揮閃存的性能。FlashLink?針對閃存介質(zhì)特點(diǎn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)主要有：智能眾核技術(shù)、低時(shí)延保證技術(shù)、智能盤框卸載、高效RAID技術(shù)、冷熱數(shù)據(jù)分流，保障了全閃存儲的穩(wěn)定低時(shí)延和高IOPS。華為OceanStorDorado18000系列高端全閃存儲采用鯤鵬920處理器，在同一個(gè)控制器內(nèi)實(shí)現(xiàn)了業(yè)界最多的CPU數(shù)和CPU核數(shù)?？刂破髯疃嗳菁{了4顆鯤鵬CPU，每顆CPU48核，總計(jì)192核。通過智能眾核技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了性能隨著CPU數(shù)量線性增加；當(dāng)前絕大部分系統(tǒng)如果直接部署在多CPU系統(tǒng)下，總的系統(tǒng)性能還低于1～2顆CPU的性能，因?yàn)樵诙嗪讼到y(tǒng)下有2個(gè)關(guān)鍵問題點(diǎn)：1）CPU越多，CPU間通信的開銷越大，跨CPU訪問內(nèi)存也越多；2）核數(shù)越多，程序互斥產(chǎn)生的沖突越大。通過智能眾核技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了性能隨著CPU數(shù)量線性增加，針對幾個(gè)問題的關(guān)鍵優(yōu)化技術(shù)點(diǎn)包括：1）多CPU間通過CPU分組分發(fā)技術(shù)、I/O從多路徑入口到后端盤框始終在1個(gè)CPU內(nèi)調(diào)度，同時(shí)內(nèi)存分配也保持在當(dāng)前內(nèi)存通道上進(jìn)行，最大程度減少了CPU間通信的開銷；2）CPU分組內(nèi)按業(yè)務(wù)屬性進(jìn)行分組，前端、后端和網(wǎng)絡(luò)分別在一個(gè)CPU分區(qū)內(nèi)，相同的業(yè)務(wù)只在CPU分區(qū)內(nèi)產(chǎn)生沖突，大大減小了多核間的沖突。OceanStor的智能硬盤框，硬盤框內(nèi)有CPU和內(nèi)存資源，能夠?qū)ΡP故障重構(gòu)等任務(wù)進(jìn)行卸載，減輕控制器的負(fù)載。實(shí)現(xiàn)在盤故障場景下，重構(gòu)對業(yè)務(wù)性能無影響。3.2.2PACS應(yīng)用高可靠持續(xù)在線雙活數(shù)據(jù)保護(hù)PACS影像系統(tǒng)需進(jìn)行雙活保護(hù)，配合交換機(jī)冗余和數(shù)據(jù)庫自身的集群，當(dāng)單套存儲發(fā)生物理損壞、單臺交換機(jī)故障、單臺主機(jī)發(fā)生物理故障、單個(gè)中心發(fā)生災(zāi)難時(shí)，核心數(shù)據(jù)庫均能保持業(yè)務(wù)零中斷，保護(hù)醫(yī)院業(yè)務(wù)正常開展，極大提升核心業(yè)務(wù)的可靠性。華為HyperMetro特性又稱雙活特性（以下統(tǒng)稱雙活特性），雙活特性中的兩個(gè)數(shù)據(jù)中心互為備份，且都處于運(yùn)行狀態(tài)。存儲層的雙活特性為業(yè)務(wù)雙活提供了一個(gè)雙活平臺，配合應(yīng)用集群實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層雙活。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)中心發(fā)生設(shè)備故障，甚至數(shù)據(jù)中心整體故障時(shí)，業(yè)務(wù)自動切換到另一個(gè)數(shù)據(jù)中心，解決了傳統(tǒng)災(zāi)備中心不能承載業(yè)務(wù)和業(yè)務(wù)無法自動切換的問題。提供給用戶高級別的數(shù)據(jù)可靠性以及業(yè)務(wù)連續(xù)性的同時(shí)，提高存儲系統(tǒng)的資源利用率。存儲雙活基于這樣的一個(gè)基本原則，任意一套存儲上具有對業(yè)務(wù)主機(jī)而言相同的數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)主機(jī)在單份數(shù)據(jù)不可用時(shí)，只會當(dāng)成部分路徑故障進(jìn)行處理，存儲層在該轉(zhuǎn)換過程中懸掛自身I/O，并不響應(yīng)主機(jī)，待處理完成后再響應(yīng)主機(jī)，該過程對主機(jī)應(yīng)用而言是透明的。高效RAID技術(shù)華為OceanStorDorado18000系列高端全閃存采用ROW滿分條寫入的設(shè)計(jì)，ROW滿分條寫對所有數(shù)據(jù)都采用新寫模式。這樣不需要因?yàn)閭鹘y(tǒng)RAID寫流程所需的數(shù)據(jù)讀和校驗(yàn)修改寫而產(chǎn)生RAID寫懲罰，有效降低了寫入過程陣列控制器的CPU開銷與對SSD盤的讀寫壓力。相比傳統(tǒng)的RAID覆蓋寫（WriteInPlace）的方式，ROW滿分條寫方式使得各種RAID級別都能實(shí)現(xiàn)高性能。上圖以RAID6（4+2）為例，對已有數(shù)據(jù)進(jìn)行改寫，改寫寫入的數(shù)據(jù)為1、2、3、4。采用傳統(tǒng)的覆蓋寫方式，對每個(gè)數(shù)據(jù)所在的CKG均需要進(jìn)行修改寫。以CKG2為例，寫入新數(shù)據(jù)3時(shí)，需要讀取校驗(yàn)列P、Q和原始數(shù)據(jù)d，通過冗余算法計(jì)算出新的校驗(yàn)位P’、Q’，再把P’、Q’和數(shù)據(jù)3寫入CKG2中。而采用ROW滿分條寫設(shè)計(jì)，寫入數(shù)據(jù)1、2、3、4時(shí)，直接使用數(shù)據(jù)1、2、3、4計(jì)算出P、Q作為一個(gè)新的RAID分條寫入硬盤，再修改LBA的指針指向新的CKG，整個(gè)過程無需額外的預(yù)讀。對應(yīng)傳統(tǒng)RAID，以RIAD6為例，D0數(shù)據(jù)發(fā)生變化，需要先讀D0、P和Q；再寫新的nD0、nP和nQ，因此其讀放大是3，寫放大也是3。通常對于傳統(tǒng)RAID（xD+yP）的隨機(jī)小IO寫其讀寫放大為y+1。華為OceanStorDorado18000系列高端全閃存在典型場景下RAID5采用23D+1P（D為數(shù)據(jù)列，P為校驗(yàn)列），RAID6采用22D+2P（P、Q校驗(yàn)列），RAID-TP為21D+3P（P、Q、R校驗(yàn)列），下圖展示了采用ROW滿分條寫在典型場景下的寫放大比較。華為OceanStorDorado18000系列高端全閃實(shí)現(xiàn)的RAID6與RAID5性能相差5%左右，RAID-TP與RAID6性能相差5%左右，基本做到了性能無損。

方案與實(shí)現(xiàn)效果篇1．PACS應(yīng)用數(shù)據(jù)融合管理1.1SAN和NAS融合部署PACS影像系統(tǒng)涉及PACS數(shù)據(jù)庫和PACS影像文件兩類系統(tǒng)架構(gòu)，對應(yīng)的存儲服務(wù)需要同時(shí)提供SAN和NAS服務(wù)。通過采用SAN/NAS一體化設(shè)計(jì)，不再需要NAS網(wǎng)關(guān)設(shè)備，一套軟硬件同時(shí)支持SAN和NAS，支持NFS、CIFS、FTP、HTTP等文件訪問協(xié)議，以及NDMP文件備份協(xié)議。通過采用一體化方案設(shè)計(jì)，優(yōu)勢如下：極簡架構(gòu)：一套設(shè)備即可支持SAN和NAS業(yè)務(wù)，簡化IT系統(tǒng)硬件架構(gòu)，組網(wǎng)簡單清晰，降低了日常眾多設(shè)備運(yùn)維管理的難度。高性能：新一代SAN和NAS一體化中的NAS采用分布式文件系統(tǒng)架構(gòu)，文件系統(tǒng)沒有控制器歸屬約束，將文件系統(tǒng)均分到每個(gè)控制器，實(shí)現(xiàn)每個(gè)控制器性能和容量的負(fù)載均衡。低成本：相較于傳統(tǒng)的SAN存儲加NAS存儲的方式，一體化解決方案省去了購買多余存儲所需要的額外費(fèi)用，降低了用戶的投資成本。高可靠：在采用一體化解決方案的同時(shí)，提供SAN和NAS的數(shù)據(jù)保護(hù)能力，例如快照、雙活等，保證架構(gòu)簡單統(tǒng)一的同時(shí)保證了系統(tǒng)的可靠性，使兩種場景均不受硬故障、軟故障的影響。保證業(yè)務(wù)持續(xù)在線。文件系統(tǒng)和LUN是平行的部署在Space子系統(tǒng)之上，下面是基于RAID2.0+的塊虛擬化存儲池子系統(tǒng)。在這個(gè)架構(gòu)中，文件系統(tǒng)和LUN都直接與底層的Space子系統(tǒng)交互。文件系統(tǒng)架構(gòu)是基于對象的，每個(gè)文件或文件夾是一個(gè)對象，每個(gè)文件系統(tǒng)是由對象組成的對象集。對于LUN來說，LUN分ThinLUN和傳統(tǒng)的ThickLUN。兩種LUN也都來自于Pool和Space系統(tǒng)，并沒有建立在文件系統(tǒng)之上。這樣簡化的軟件棧帶來的存儲效率比傳統(tǒng)的統(tǒng)一存儲架構(gòu)效率要高，同時(shí)LUN和文件系統(tǒng)各自保持獨(dú)立，互不影響。存儲的文件系統(tǒng)是基于Extent的ROW型（RedirectOnWrite，寫時(shí)重定向）文件系統(tǒng)。所謂ROW型文件系統(tǒng)，是指向文件系統(tǒng)新寫入或者修改寫入數(shù)據(jù)時(shí)，新數(shù)據(jù)不會覆蓋掉原來的舊數(shù)據(jù)，而是在存儲介質(zhì)上新分配空間來寫入數(shù)據(jù)，此種方式保證了數(shù)據(jù)的高可靠性和文件系統(tǒng)的高擴(kuò)展性。整個(gè)文件系統(tǒng)布局呈樹型結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)寫入不會覆蓋原有數(shù)據(jù)，而是分配新磁盤空間寫入，寫入完成后，直接刪除（或延遲刪除）原有數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)每次寫入都會記錄一個(gè)時(shí)間點(diǎn)信息，表明寫入的時(shí)序。時(shí)間點(diǎn)實(shí)際是一個(gè)依次遞增的序列號。1.2NAS自動分級與安全歸檔（1）NAS自動分級文件系統(tǒng)SmartTier是為了簡化數(shù)據(jù)生命周期管理，提升介質(zhì)利用效率，降低客戶成本而推出的面向文件系統(tǒng)的分級特性。文件系統(tǒng)SmartTier的功能是以文件為粒度在不同的介質(zhì)中進(jìn)行遷移的技術(shù)，介質(zhì)層分為SSD和HDD(包含SAS或NL_SAS)兩層。SmartTier支持兩種遷移模式：智能遷移模式和自定義遷移模式（自定義遷移包括周期/每周/立即遷移）。智能遷移模式，是指文件優(yōu)先寫入SSD，然后根據(jù)SSD的使用率、文件的訪問時(shí)間等條件自動進(jìn)行文件遷移，保證SSD使用率始終保持在一個(gè)合理的水平。自定義遷移模式，是指根據(jù)用戶指定的文件策略（例如：文件名、文件大小、文件類型、文件創(chuàng)建時(shí)間、SSD使用率等）和遷移周期，使文件在SSD和HDD之間進(jìn)行遷移。（2）安全歸檔針對PACS應(yīng)用的離線數(shù)據(jù)，按照國家規(guī)定進(jìn)行15年以上的離線歸檔保存。此類數(shù)據(jù)不要求實(shí)時(shí)查看，對性能沒有較高要求，要求實(shí)現(xiàn)低成本、低功耗、易管理的長時(shí)間留存。針對PACS的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和法規(guī)要求，提出的安全歸檔留存解決方案由歸檔平臺（歸檔軟件）+歸檔介質(zhì)存儲等核心組件組成，通過多個(gè)核心組件的配合，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療數(shù)據(jù)的安全長期留存，其實(shí)現(xiàn)原理分別如下：管理服務(wù)器-服務(wù)器主要由歸檔數(shù)據(jù)庫和web服務(wù)器構(gòu)成，它負(fù)責(zé)歸檔系統(tǒng)的管理，如用戶、組、歸檔項(xiàng)目、歸檔數(shù)據(jù)的保存周期等，同時(shí)負(fù)責(zé)歸檔作業(yè)的調(diào)度，將數(shù)據(jù)移動的作業(yè)分發(fā)給負(fù)責(zé)作業(yè)執(zhí)行的ADA代理。一個(gè)或多個(gè)ADA代理（數(shù)據(jù)移動引擎）-代理實(shí)際負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的移動，它從主存儲（生產(chǎn)系統(tǒng)）搜集需要?dú)w檔的數(shù)據(jù)并寫到二級存儲，以及采集文件的屬性以及定義的元數(shù)。介質(zhì)管理服務(wù)MM（SONY光盤庫管理組件）-該組件（包括服務(wù)器端和客戶端）通常安裝在ADA服務(wù)器平臺，負(fù)責(zé)管理歸檔系統(tǒng)的光盤