云計算資源需求分析和規(guī)劃

完美WORD格式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)中心服務器部署基本要求本項目關鍵業(yè)務數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫采用物理服務器獨立部署（集群+同城雙活），應用和管理類服務器采用虛擬機部署（同城雙活）。1.1.1.1.2 應用服務器采用虛擬化方案采用虛擬化技術是實現(xiàn)云計算的基礎。通過為客戶提供服務器整合和數(shù)量控制、業(yè)務連續(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、提高響應速度、實現(xiàn)零停機、災難快速恢復等系列好處。通過虛擬架構整合服務器，可以控制x86服務器的蔓延，在一臺服務器上運行多個操作系統(tǒng)和應用，并使新的硬件支持老的應用，數(shù)據(jù)中心撤退舊的硬件。虛擬基礎架構使企業(yè)能夠通過提高效率、增加靈活性和加快響應速度而降低IT成本。管理一個虛擬基礎架構使IT能夠快速將資源和業(yè)務需要連結起來，并對其進行管理。虛擬基礎架構可以使x86服務器的利用率從現(xiàn)在的5-15%提高到60-80%，并且在數(shù)十秒的時間內(nèi)完成新應用程序的資源調(diào)配，而不需要幾天時間。請求響應時間也改為以分鐘計算。在維護上，可以實現(xiàn)零停機硬件維護，不需要等待維護窗口。服務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設施有深遠的影響。服務器虛擬化帶來的益處：虛擬化技術可借助信息基礎設施更好地提供服務，從而幫助客戶節(jié)省資金。與傳統(tǒng)的物理服務器部署方式相比，虛擬化所帶來的一些優(yōu)勢包括： 能夠迅速保存、復制和供應虛擬機，從而實現(xiàn)零停機時間維護并支持全新的“go live（實時化）”方案； 動態(tài)共享服務器平臺中的閑置資源，從而在消除煙囪式（stovepipe）部署的同時，進一步提高性能和利用率；與此同時也能為應用提供一個隔離性的操作環(huán)境； 可以實現(xiàn)更高的技術標準化水平和流通率，從而降低運營和維護成本； 可在虛擬服務器組件發(fā)生故障時進行無縫故障切換，從而提高系統(tǒng)可用性； 降低復雜性，從而改進邏輯和物理災難恢復。服務器虛擬化的軟件平臺選型原則在服務器虛擬化的軟件平臺方面，主流的軟件提供商均提供了所有軟件廠商具有管理 CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡和硬盤資源的能力的服務器虛擬化軟件，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器虛擬化硬件平臺的支持，然而之間存在細微的差別。此外不同的虛擬化軟件的軟件架構之間的差異較大，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。在服務器虛擬化的軟件平臺選擇中，應重點考慮以下幾點： 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 良好的兼容性服務器虛擬化的硬件平臺選型原則為服務器虛擬化選擇適當?shù)挠布脚_正如選擇適當?shù)奶摂M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：服務器虛擬化的主要目的是更加充分的利用資源。在單臺服務器上增加的工作負載需要更高的系統(tǒng)性能，以保持所需的服務等級和應用響應時間。目前廣泛采用的多核處理器架構，以及對多核處理器架構提供支持以充分利用其性能和能力的系統(tǒng)，可以進一步提高服務器的性能和吞吐率。在服務器性能需求方面，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，例如，當成本超出預算，或功耗要求超出可用資源時，功耗與散熱問題最為明顯。當不斷擴展的 IT 占用空間導致數(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計，又能降低在虛擬化環(huán)境中運行應用通常所需的性能開銷。對于EHRS上的大量文件處理，I/O 虛擬化的優(yōu)化可進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行優(yōu)化。 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 從一臺服務器遷移到另一臺服務器上需要考慮架構問題，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)揮出基礎設施的最大靈活性。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構將從根本上改變關鍵業(yè)務應用，包括設計、部署和管理的情況下，用戶需要考慮哪種安全機制最適合保護這些虛擬服務器。傳統(tǒng)環(huán)境下的網(wǎng)絡安全拓撲圖，在網(wǎng)絡出口處部署有防火墻，防毒墻，上網(wǎng)行為管理等安全設備，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)控對服務器的非法訪問行為，在服務器上部署防病毒軟件，保護核心服務器的安全運行。根據(jù)傳統(tǒng)的安全設計模型，需要在每個操作系統(tǒng)中安裝防毒軟件，在網(wǎng)絡層部署入防火墻、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，物理機下關閉計算機后CPU停止運行，網(wǎng)絡關閉，理論上不會有數(shù)據(jù)的交互，操作系統(tǒng)也就不存在被感染的可能；但是在虛擬環(huán)境下，CPU，網(wǎng)絡，底層的ESX都在工作中，關閉的操作系統(tǒng)類似于物理環(huán)境下的一個應用程序，盡管這個“應用程序”沒有運行，但仍然有被病毒感染的可能；資源的沖突，防毒軟件在啟用預設掃描后，當?shù)搅酥付〞r間，會同時進行文件掃描的動作，這個時候防毒軟件對CPU和內(nèi)存的占用急劇增加，當系統(tǒng)資源被耗盡的時候就會導致服務器down機；管理復雜度，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，進行病毒代碼的更新，也會增加安全管理的復雜度；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)?；诰W(wǎng)絡的IDS/IPS，也無法監(jiān)測到同一臺ESX服務器上的虛擬機之間的通訊；由于虛擬機能夠迅速地恢復到之前的狀態(tài)，利用VMware VMotion易于在物理服務器之間移動，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來訪問關于每一虛擬機的特權狀態(tài)信息，包括其內(nèi)存、狀態(tài)和網(wǎng)絡通信流量等。因為在不更改虛擬網(wǎng)絡配置的情況下，服務器內(nèi)部的全部網(wǎng)絡通信流量是可見的。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用于安全虛擬機中。1.1.1.1.3 數(shù)據(jù)庫服務器性能需求分析區(qū)域衛(wèi)生信息系統(tǒng)覆蓋面廣、業(yè)務極其復雜，各業(yè)務子系統(tǒng)之間交叉非常多，因此很難通過搭建業(yè)務模型通過壓力測試來進行系統(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：選擇應用系統(tǒng)中業(yè)務重要性、業(yè)務頻繁度、客戶連接數(shù)最多、最具有代表性的一個業(yè)務進行估算，結合行業(yè)內(nèi)其他項目的建設經(jīng)驗進行綜合評價，得出最終的主要設備性能需求。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)庫服務器性能的參考業(yè)務系統(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)務申請用戶估算為每天2000個，預計高峰并發(fā)訪問數(shù)在500個左右；因此，估算公式中的U值為2000； 假設每個用戶每秒提交業(yè)務處理請求個數(shù)為1個，公式中的Q值； 平均處理每個業(yè)務處理請求所需要的時間應在1秒左右，公式中的J值； 假設每年并發(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)驗及對應用程序的分析，每個業(yè)務請求相當于5-10個tpmC，本項目的主數(shù)據(jù)庫服務器主要為OLTP（聯(lián)機事務處理）應用；公式中的S值； 1分鐘為60秒，公式中的T值； 由此得出:UQJ(100%+G)NTSB，根據(jù)以上數(shù)值，得出本系統(tǒng)所需的主機TPCC性能要求為最低1500000TPMC，最高3000000 TPMC；本方案以IBM Power 740小型機為例，其3.6GHz的Power7 CPU的單核TPmC值約為100000，因此滿足信息系統(tǒng)5年應用的服務器主機TPmC總值需要配32核Power7 3.6GHz CPU。結合業(yè)務724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)庫服務器做集群，兩個節(jié)點可同時提供數(shù)據(jù)庫處理，參照Oracle RAC技術特性，雙機集群后，整體性能為單機服務器的1.5倍左右。綜上所述，數(shù)據(jù)庫主機系統(tǒng)的單機參考配置為：相當于IBM Power7 16Core 3.6GHz CPU。數(shù)據(jù)庫服務器內(nèi)存需求分析如下：（1） 參照實際應用經(jīng)驗以及參考數(shù)據(jù)庫的技術特性要求，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)務和查詢業(yè)務都在同一數(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，應配置128GB內(nèi)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)的磁盤陣列應采用支持多種轉(zhuǎn)速的、熱插拔硬盤的高性能存儲設備，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或以上FC通道連接SAN，并支持ISCSI接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SSD盤；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10000轉(zhuǎn)速的SAS硬盤；針對影像文件、視頻文件等存儲，可采用成本較低的SATA硬盤；磁盤陣列通過存儲虛擬化網(wǎng)關進行存儲資源的池化，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EHR為核心的應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)估算業(yè)務類別數(shù)據(jù)類型說明數(shù)據(jù)量估算EHR業(yè)務居民主索引數(shù)據(jù)按500萬人口計算0.01M*500萬=50G居民健康卡數(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1M*80萬*1年=80G/年個人基本健康檔案按500萬人口計算0.1M*500萬=500G專項疾病保健數(shù)據(jù)按每年6萬計算1M*6萬*1年=60G/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，模型庫估算1G其他數(shù)據(jù)各種標準協(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)設計5年總數(shù)據(jù)量5230GB以上數(shù)據(jù)存儲應采用SSD和SAS混合形式（2）區(qū)域醫(yī)療主要數(shù)據(jù)估算應用系統(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)設計5年總數(shù)據(jù)量1200GB以上數(shù)據(jù)存儲應采用SSD和SAS混合形式（3）其他應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)估算應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)量估算基層衛(wèi)生服務信息系統(tǒng)/綜合運營數(shù)據(jù)100G，每年增量10G外網(wǎng)應用數(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)設計5年總數(shù)據(jù)量5840GB以上數(shù)據(jù)存儲應采用SAS和SATA混合形式（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，預計50個虛擬機，每個虛擬機200GB10000GB，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)設計5年總數(shù)據(jù)量10828GB以上數(shù)據(jù)存儲應采用SAS和SATA混合形式根據(jù)上述分析可得數(shù)據(jù)中心存儲系統(tǒng)可用容量應不低于：23098GB（23TB），考慮設計不少于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 服務器計算資源需求分析根據(jù)本項目的應用系統(tǒng)建設需求，分解各個應用系統(tǒng)對計算資源的需求，如下表：服務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)倉庫服務器（物理機）基于平臺的ODS,DW等24012880256分布式協(xié)調(diào)服務器zookeeper5281040數(shù)據(jù)交換服務器數(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)院、社區(qū)服務站、民營醫(yī)