Symantec Storage Foundation在醫(yī)療系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份中的應用研究

陳海鴻，王豪雄，莊培峰，吳業(yè)毅

Symantec Storage Foundation在醫(yī)療系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份中的應用研究

陳海鴻，王豪雄，莊培峰，吳業(yè)毅

闡述了Symantec Storage Foundation在醫(yī)療系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份中的應用和優(yōu)勢，指出了其解決了醫(yī)療信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失和應用間斷的問題，規(guī)避了原有醫(yī)療信息系統(tǒng)雙機方案存在的風險，實現(xiàn)了其高效數(shù)據(jù)容災的功能及對平臺系統(tǒng)無影響的數(shù)據(jù)備份過程。

醫(yī)療信息化；存儲管理；容災備份；Storage Foundation

0 引言

進入21世紀，計算機的快速發(fā)展給醫(yī)療行業(yè)帶來了新的生機，醫(yī)療行業(yè)開始利用軟件技術(shù)進行信息化，每天產(chǎn)生的大量科研、臨床、教學資料都可以通過計算機軟件方便地進行采集、儲存、傳輸，并基于此查找規(guī)律，尋求原因，從而促進醫(yī)療行業(yè)自身的發(fā)展。

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進步，使得網(wǎng)絡(luò)應用環(huán)境正發(fā)生著巨大的變化，不但網(wǎng)絡(luò)的連接方式和技術(shù)體系變得多樣復雜，網(wǎng)絡(luò)中的信息數(shù)據(jù)也在大量而快速地集中。信息數(shù)據(jù)爆炸式的增長，使得人們對互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)交換性能的要求越來越高，同時也為醫(yī)療行業(yè)信息化提出了更高的要求。目前，醫(yī)療行業(yè)數(shù)據(jù)中心的存儲量在不斷增長，并且毫無趨緩的跡象。存儲量越大，意味著資本支出就越高，進而運行費用也越高。隨著存儲成本占IT資本和運行支出的比例越來越大，該行業(yè)正尋求最大限度降低這一成本的方法。

賽門鐵克公司（Symantec）提供完整的存儲管理解決方案，存儲虛擬化管理軟件Storage Foundation可解決醫(yī)療行業(yè)當前遇到的存儲管理難題，其兼有主機層虛擬化功能和存儲層的高級管理功能，能夠簡化存儲虛擬化的實現(xiàn)。

1 醫(yī)療行業(yè)信息化

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

醫(yī)療行業(yè)作為一個傳統(tǒng)行業(yè)，不僅本身產(chǎn)生的信息需要用多種形式體現(xiàn)，如：數(shù)字數(shù)據(jù)、文字數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)、動態(tài)影像數(shù)據(jù)等，而且從臨床到科研的各個環(huán)節(jié)，人員手工模式參與的程度太大，要從手工模式轉(zhuǎn)換到計算機自動處理模式下，信息化的難度非常高。

根據(jù)醫(yī)療系統(tǒng)的信息化水平劃分，醫(yī)院信息化發(fā)展要經(jīng)歷3個階段：醫(yī)院管理信息化（HIS）階段、臨床管理信息化（CIS）階段、局域醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)（GMIS）階段[1]。目前許多一、二線城市醫(yī)院信息化還停留在第一階段，真正的醫(yī)療業(yè)務(wù)還很少參與到信息化的方式中去[2]。

1.2 醫(yī)療行業(yè)信息化的必要性

近年來，醫(yī)療手段不斷豐富，各種精密醫(yī)療儀器得以充分應用，而這一切都要求與IT設(shè)備形成緊密結(jié)合，以實現(xiàn)各種電子化醫(yī)療數(shù)據(jù)的保存與分析應用。與此同時，醫(yī)療行業(yè)中對IT技術(shù)的性能、可靠性、可用性和整體擁有成本的要求也在逐步提高。

對于醫(yī)療行業(yè)而言，患者的各種數(shù)據(jù)是現(xiàn)在以及未來醫(yī)療行業(yè)充分服務(wù)于患者的基礎(chǔ)之一，保護數(shù)據(jù)并加以合理地利用已成為未來醫(yī)院發(fā)展的關(guān)鍵因素。對已有數(shù)據(jù)進行集中存儲與分析，有助于對病因、病情進行分析，快速有效處理各類緊急情況，提高患者的滿意度并占據(jù)更有利的競爭位置。因此，數(shù)據(jù)的集中管理與備份成為醫(yī)療信息管理的關(guān)鍵任務(wù)[3]。

2 信息數(shù)據(jù)安全及高可用性

2.1 行業(yè)現(xiàn)狀

目前，各企業(yè)都在尋找最大限度降低數(shù)據(jù)存儲成本的方法。最初想到的方法是在保證性能的前提下，盡量采購低價格的設(shè)備，其導致的結(jié)果是企業(yè)存儲環(huán)境嚴重異構(gòu)，就像服務(wù)器異構(gòu)一樣。當然，一些創(chuàng)新技術(shù)的使用也是采用異構(gòu)環(huán)境的動因之一。

在異構(gòu)存儲環(huán)境下要保證應用的高可用性、高性能，保證存儲服務(wù)質(zhì)量，存儲管理就變得異常重要。異構(gòu)環(huán)境中，存儲層（包括硬件、網(wǎng)絡(luò)組件和軟件）通常由不同供應商提供產(chǎn)品，主機層也不例外，每個廠家提供自己的邏輯卷和文件系統(tǒng)工具。據(jù)初步估算，一個大型企業(yè)的數(shù)據(jù)中心將有上百種軟件用戶存儲管理。顯然，供應商的分散與其所帶來的工具的分散將意味著管理的復雜性、易出錯性，導致業(yè)務(wù)停頓及管理的高成本。

2.2 云存儲

個人計算機與網(wǎng)絡(luò)的普及導致的存儲數(shù)據(jù)量及傳輸數(shù)據(jù)量較之前有爆炸式的增長；用戶基數(shù)的增長對計算能力、容量提出了越來越高的要求。特別是云架構(gòu)的開放導致的安全方面的問題，也是云計算中不可忽略的問題。

在公共云中，數(shù)據(jù)存儲在第三方服務(wù)器中，由第三方負責數(shù)據(jù)的安全與維護。在私有云中，數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)部服務(wù)器中，但用戶仍享有上述的益處。

對于一家企業(yè)而言，私有存儲云具有以下特點：（1）私有云允許企業(yè)使用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，如服務(wù)器，換句話說，采用私有云不需要丟掉你現(xiàn)有的相關(guān)設(shè)備。（2）云計算還處于起步階段，還明顯缺乏一套統(tǒng)一的標準，可能會導致有些供應商被鎖定。如果一家企業(yè)選定了一家特定的云計算供應商，那么他們不可能在第二年又斥巨資轉(zhuǎn)移到另一家供應商從頭開始。（3）涉及到數(shù)據(jù)安全的相關(guān)問題。最近，公共云領(lǐng)域的一些中斷和安全事故也使得企業(yè)較之以前更加警惕第三方機密數(shù)據(jù)的托管。

2.3 私有云存儲發(fā)展優(yōu)勢

私有云存儲具有以下四大優(yōu)勢：

（1）統(tǒng)一管理。當數(shù)據(jù)量巨大或者涉及的管理面過多時，管理分散，不能保證數(shù)據(jù)的一致性，也很難對信息進行有效的控制，且可能會導致所有人都做重復性工作，這樣就會使得工作效率低下，造成人力資源的浪費；更嚴重的是會導致數(shù)據(jù)的不安全及泄露。而統(tǒng)一管理同時解決了以上問題，數(shù)據(jù)在同一個管理界面下進行維護，用戶無需再處理數(shù)據(jù)管理的繁瑣工作，一方面降低了成本，同時安全性問題也可以得到有效地解決。

（2）易于實現(xiàn)集中備份及容災。存儲設(shè)備的本身硬件也存在穩(wěn)定風險。硬件壞了可以維修和重新購買，但是存放于存儲設(shè)備上的核心數(shù)據(jù)丟失，是任何一個單位都無法承受的經(jīng)濟損失。因此就需要對核心數(shù)據(jù)進行備份冗余保護，并且在適當?shù)臅r候以可接受的成本來實現(xiàn)業(yè)務(wù)級的容災，保證關(guān)鍵性應用與業(yè)務(wù)的可用性。與分散的存儲相比，集中式地管理及處理核心數(shù)據(jù)備份與應用，比業(yè)務(wù)容災更加易于實現(xiàn)與管理，并且更加高效[4]。

（3）易于擴展、升級方便。由于用戶只知道存儲的接口、硬盤轉(zhuǎn)速及容量，并不知道存儲如何實現(xiàn)，這就相當于給私有存儲云與用戶之間加入了一個中間層。在計算機領(lǐng)域有一個定理，就是加上一個中間層，計算機領(lǐng)域中大部分的問題就都能夠得到解決。此時如果對私有存儲云的后端進行變動，則不會將影響傳遞給前端，不會影響用戶的使用。這就使得給私有存儲云空間進行擴展、維護、升級帶來了靈活性，使得后端的變動的影響最小化。

（4）節(jié)約成本，綠色節(jié)能。由于是集中存儲，并且易于擴展與升級，因此可以結(jié)合現(xiàn)有的存儲做存儲虛擬化，對存儲容量進行靈活配置，充分利用存儲空間，提高數(shù)據(jù)訪問服務(wù)的效率。同時可利用虛擬機技術(shù)對硬件設(shè)備進行虛擬化，提高硬件的效益。相比分散存儲，這間接地減少了設(shè)備的投資，又降低了硬件設(shè)備的能耗，達到了綠色節(jié)能。

2.4 容災等級

容災備份方式是通過在異地建立和維護一個備份存儲系統(tǒng)，利用地理上的分離來保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)對災難性事件的抵御能力。

根據(jù)容災系統(tǒng)對災難的抵抗程度，可分為數(shù)據(jù)容災和應用容災。數(shù)據(jù)容災是指建立一個異地的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是對本地系統(tǒng)關(guān)鍵應用數(shù)據(jù)的實時復制，當出現(xiàn)災難時，可由異地系統(tǒng)迅速接替本地系統(tǒng)而保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性。應用容災比數(shù)據(jù)容災層次更高，即在異地建立一套完整的、與本地數(shù)據(jù)系統(tǒng)相當?shù)膫浞輵孟到y(tǒng)（可以同本地應用系統(tǒng)互為備份，也可與本地應用系統(tǒng)共同工作），在災難出現(xiàn)后，遠程應用系統(tǒng)迅速接管或承擔本地應用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)運行[5-8]。

2.4.1 國家信息辦劃分的容災等級

國家信息辦劃分的容災等級，見表1。

2.4.2 醫(yī)院應用級災備方案

（1）實時復制模式，見表2[9-10]。

（2）零丟失模式，見表3[10]。

（3）雙活中心模式，見表4。

表1 國家信息辦劃分的容災等級

表2 實時復制模式

表3 零丟失模式

表4 雙活中心模式

3 Symantec醫(yī)療行業(yè)數(shù)據(jù)保護、高可用性及容災解決方案

Storage Foundation是賽門鐵克公司（Symantec）提供的數(shù)據(jù)存儲管理和虛擬化的解決方案，可以為公共和私人部門的組織機構(gòu)在面對復雜的數(shù)據(jù)中心存儲環(huán)境時，提供新的透明度和控制能力[11]。其主要優(yōu)點包括：實現(xiàn)異構(gòu)存儲環(huán)境的可視化管理，提高存儲系統(tǒng)的可靠性和高可用性；實現(xiàn)存儲在線管理，減少對業(yè)務(wù)系統(tǒng)的影響。Storage Foundation所有的邏輯卷和文件系統(tǒng)操作都可以在應用不停機的狀態(tài)下完成，真正實現(xiàn)存儲供應對應用的透明，并且由同一個工具實現(xiàn)所有主機平臺上的存儲管理，降低管理成本。Storage Foundation支持所有UNIX、Linux和Windows平臺，多路徑功能支持異構(gòu)存儲，可降低采購成本，提高靈活性。目前的問題是任何一臺主機只能以多路徑的方式存取一種品牌的陣列，限制了靈活性，Storage Foundation解決了這個問題，它可以將快照、復制映射到不同品牌的陣列上，Storage Foundation支持不同品牌陣列之間的快照和數(shù)據(jù)復制，與備份軟件集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份對業(yè)務(wù)主機的零影響，縮短恢復時間。Storage Foundation的快照可以和Symantec的備份軟件緊密集成，實現(xiàn)脫機備份，降低對生產(chǎn)主機的影響，同時從磁盤快照恢復時間更短。

Storage Foundation包括Volume Manager和File System 2個功能模塊。Volume Manager為企業(yè)計算與SAN環(huán)境提供易于使用的在線磁盤與存儲管理工具，可在系統(tǒng)處于聯(lián)機狀態(tài)時提供磁盤使用情況分析、RAID技術(shù)和磁盤存儲區(qū)的動態(tài)配置。這些工具可確保提供持續(xù)的數(shù)據(jù)可用性、易用性與數(shù)據(jù)保護。此外，借助這些工具，服務(wù)器在備份和維護時無需脫機。

作為一種功能強大、可快速恢復的日志式文件系統(tǒng)，F(xiàn)ile System提供了關(guān)鍵任務(wù)應用所需的高性能和可管理性。File System具有穩(wěn)定的可用性、更高的I/O和最高的結(jié)構(gòu)完整性，在各方面均優(yōu)于UNIX文件管理工具。該產(chǎn)品具有可擴展的性能與特性，足以滿足客戶機/服務(wù)器環(huán)境中不斷增強的用戶需求。工作于操作系統(tǒng)層的Volume Manager與File System為其他增值技術(shù)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)，這些技術(shù)包括集群與故障排除、備份與分層存儲管理（hierarchical storage management，HSM）以及基于瀏覽器的遠程管理。

3.1 Storage Foundation如何實現(xiàn)醫(yī)療行業(yè)信息高可用性

快照技術(shù)無論是用于脫機備份或快速恢復，還是用于其他處理，例如分析、統(tǒng)計，都會占據(jù)大量的存儲空間。現(xiàn)實中無論是應用開發(fā)階段、測試階段或是生產(chǎn)環(huán)境，都存在著大量的數(shù)據(jù)快照。

VxVM同時支持完整副本和節(jié)約空間的寫入時分配快照。完整副本快照的優(yōu)勢在于可以將它們占用的存儲設(shè)備移到其他主機上，因此處理它們時不會影響生產(chǎn)應用程序的可用資源。它們的缺點在于初次創(chuàng)建時需要很長時間，這是因為必須將其創(chuàng)建快照的數(shù)據(jù)集中每個位復制到快照卷中。

節(jié)省空間的快照是卷的虛擬快照。從物理角度看，節(jié)省空間的快照僅包括快照創(chuàng)建后已修改的數(shù)據(jù)之前的映像。當應用程序更新之前的映像之后，會為它們分配存儲容量。節(jié)省空間快照作為完整數(shù)據(jù)集提供，但是它們通過引用原始映像滿足獲得未修改數(shù)據(jù)的讀請求。因此，不能將它們移到主機以外的其他計算機上以進行輔助處理。

節(jié)省空間的快照使用的存儲容量非常有限，不經(jīng)常更改的大型數(shù)據(jù)集更是如此，因為它們使用的存儲容量與其生命期內(nèi)修改的數(shù)據(jù)量成比例，而不是與數(shù)據(jù)集大小成比例。因此，可以經(jīng)常創(chuàng)建節(jié)省空間的快照，從而在數(shù)據(jù)集被損壞之后迅速將它們恢復到先前的狀態(tài)（恢復點）。

所以，舉例來說，可以將完整副本的快照移到主機外以進行備份，然后在備份結(jié)束后將其移回主機，將已更改的數(shù)據(jù)復制到其原始卷中以更新原始卷的當前狀態(tài)，然后再次將其移到主機外，進入下一個備份循環(huán)。VxVM快照可以顯著延長信息服務(wù)的正常運行時間，使其能夠捕獲生產(chǎn)應用程序繼續(xù)處理活動數(shù)據(jù)時，對其進行備份或分析的大型數(shù)據(jù)集的瞬間狀態(tài)。使用快照將數(shù)據(jù)恢復到損壞發(fā)生之前某個點的狀態(tài)，從而恢復損壞的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

3.2 Storage Foundation實施過程

Storage Foundation醫(yī)療行業(yè)常用的部署架構(gòu)：

（1）SFHA高可用性，如圖1所示。

圖1 Storage Foundation醫(yī)療行業(yè)常用的部署架構(gòu)（SFHA高可用性）

（2）SFHA同城容災，如圖2所示。

圖2 StorageFoundation醫(yī)療行業(yè)常用的部署架構(gòu)（SFHA同城容災）

（3）Storage Foundation的實施過程包括：

①對于一個全新的系統(tǒng)需在操作系統(tǒng)安裝完成后進行。根據(jù)需要安裝操作系統(tǒng)補丁程序、Storage Foundation，在安裝的過程中完成Storage Foundation的基本配置，根據(jù)實際用戶環(huán)境安裝陣列支持包（ASL），根據(jù)用戶需求進行存儲空間的劃分，如創(chuàng)建磁盤組、卷、文件系統(tǒng)等等。

②對于一個已經(jīng)投入生產(chǎn)的系統(tǒng)則根據(jù)需要安裝操作系統(tǒng)補丁程序，有可能需要停機安裝Storage Foundation，在安裝過程中完成Storage Foundation的基本配置并遷移現(xiàn)有生產(chǎn)數(shù)據(jù)，根據(jù)具體情況可采用多種遷移方法。該過程需要一定的停機時間，并需將應用切換到新的數(shù)據(jù)卷或文件系統(tǒng)上運行。

3.3 Storage Foundation風險控制

對于新上線系統(tǒng)，Storage Foundation的實施是沒有風險的。但是對于已經(jīng)投入生產(chǎn)的系統(tǒng)，存在如下風險：

（1）操作系統(tǒng)需要升級，但升級有可能引起應用不兼容或相應的硬件驅(qū)動需要升級，導致停機時間過長。

（2）如果有新的存儲空間，數(shù)據(jù)遷移簡單，并且計劃停機時間不長。但是如果沒有額外存儲，需要轉(zhuǎn)換現(xiàn)有邏輯卷和文件系統(tǒng)格式，有可能造成某些轉(zhuǎn)換過程失敗，需要多次停機。

規(guī)避風險的方法是在工程實施之前收集每個主機上運行的應用、系統(tǒng)和陣列驅(qū)動的詳細信息。對于已投入生產(chǎn)的系統(tǒng)，仔細分析每個數(shù)據(jù)卷，制定周密的、合適的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方案，并且有回退計劃。所有的停機操作，都需要和客戶確認計劃內(nèi)停機時間、復雜的系統(tǒng)升級或數(shù)據(jù)遷移方案，并經(jīng)過嚴格的測試。

3.4 醫(yī)療行業(yè)使用Storage Foundation的優(yōu)勢

（1）集中式存儲管理。Storage Foundation Manager通過一個中央界面管理多個主機，從而提高整個異構(gòu)基礎(chǔ)架構(gòu)的操作效率，進行集中式存儲管理。

（2）多供應商硬件基礎(chǔ)架構(gòu)。廣泛支持異構(gòu)操作系統(tǒng)和存儲硬件，減少了供應商限制和資金投入。

（3）在線存儲管理。動態(tài)執(zhí)行存儲管理任務(wù)，不會影響應用程序的可用性，提高存儲利用率并最大限度地減少應用程序停機時間。

（4）動態(tài)多路徑。通過動態(tài)多路徑可以跨越多條路徑有效傳播I/O，從而提供路徑故障防護和快速故障切換功能。

（5）動態(tài)存儲分層（DST）。利用基于策略的分配方式，可以在不同的存儲層之間動態(tài)移動文件，將過期文件或不重要的文件，移動到成本較低的存儲硬件上。

（6）可移動數(shù)據(jù)封裝（portable data containers）。通過跨越不同的操作系統(tǒng)進行簡單的服務(wù)器遷移，使數(shù)據(jù)不會受到技術(shù)變化的影響。在不同的操作系統(tǒng)平臺之間進行服務(wù)器遷移，無需移動數(shù)據(jù)。

（7）時間點復制和數(shù)據(jù)復制?？梢赃x擇采用Flash Snap進行時間點復制或采用VVR進行數(shù)據(jù)復制，在本地和遠程位置保護本地數(shù)據(jù)和遠程數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

Symantec Storage Foundation在醫(yī)院的應用有效地解決了異構(gòu)存儲環(huán)境下的數(shù)據(jù)安全容災問題。系統(tǒng)應用至今，未出現(xiàn)兼容性和數(shù)據(jù)丟失的問題，提高了重要數(shù)據(jù)的安全性。Storage Foundation系統(tǒng)中的實時復制模式、零丟失保障和雙活中心的設(shè)置，在大批量多終端模式的醫(yī)療信息數(shù)據(jù)收集平臺應用中，出色地實現(xiàn)了其高效數(shù)據(jù)容災的功能，通過實時在線的數(shù)據(jù)備份功能，實現(xiàn)了及時、迅速對平臺系統(tǒng)無影響的數(shù)據(jù)備份過程。由于醫(yī)院的醫(yī)療平臺系統(tǒng)在Storage Foundation應用部署以來，尚未進行過系統(tǒng)升級，因此，對系統(tǒng)升級過程和升級之后的Storage Foundation應用是否出現(xiàn)問題本文未做討論和研究。就當前Storage Foundation應用的運行情況而言，相信其在今后的系統(tǒng)升級和平臺擴展上，也能夠出色地發(fā)揮其優(yōu)秀的容災作用。通過本文的分析和探索，希望能夠給企業(yè)選擇應用級容災方案提供一定的借鑒，更好地在大數(shù)據(jù)時代實現(xiàn)重要信息的數(shù)據(jù)安全。

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（收稿：2014-03-21 修回：2014-07-07）

（欄目責任編校：傅 靂）

Application of Symantec Storage Foundation to data backup in medical systems

CHEN Hai-hong,WANG Hao-xiong,ZHUANG Pei-feng,WU Ye-yi
（Department of Information,the 174th Hospital of the PLA，Xiamen 361001,Fujian Province,China）

The application and advantages of Symantec Storage Foundation are described for data backup in medical systems,which solves the problems of data loss and interrupted operation.The risks due to the dual-computer scheme of the existing medical information system are eliminated,and the functions are realized for data disaster tolerance and data backup.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（12）：108-112]

medical informatization;storage management;disaster recovery;Storage Foundation

R318；TP311.56

A

1003-8868（2014）12-0108-05

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.12.108

陳海鴻（1983—），男，工程師，主要從事醫(yī)療信息方面的研究工作，E-mail：honey_hc@163.com。

361001福建廈門，解放軍174醫(yī)院信息科（陳海鴻，王豪雄，莊培峰，吳業(yè)毅）

王豪雄，E-mail：55828633@qq.com