云計(jì)算資源需求分析與規(guī)劃

精心整理精心整理精心整理1.1.1.1云計(jì)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(xiàng)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(dú)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(jī)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(shí)現(xiàn)云計(jì)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(dòng)化、企業(yè)臺式機(jī)管理等解決方案，從而實(shí)現(xiàn)降低成本、提高響應(yīng)速度、實(shí)現(xiàn)零停機(jī)、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(yùn)行多個(gè)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(gè)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(shí)間內(nèi)完成新應(yīng)用程序的資源調(diào)配，而不需要幾天時(shí)間。請求響應(yīng)時(shí)間也改為以分鐘計(jì)算。在維護(hù)上，可以實(shí)現(xiàn)零停機(jī)硬件維護(hù)，不需要等待維護(hù)窗口。服務(wù)器虛擬化是計(jì)算機(jī)資源邏輯組的過程，這種資源的新虛擬視圖并不受實(shí)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?！舴?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(jī)，從而實(shí)現(xiàn)零停機(jī)時(shí)間維護(hù)并支持全新的“golive（實(shí)時(shí)化）”方案；動(dòng)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(shí)，進(jìn)一步提高性能和利用率；與此同時(shí)也能為應(yīng)用提供一個(gè)隔離性的操作環(huán)境；可以實(shí)現(xiàn)更高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化水平和流通率，從而降低運(yùn)營和維護(hù)成本；可在虛擬服務(wù)器組件發(fā)生故障時(shí)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)?！舴?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(shí)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(jī)并不能很好實(shí)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(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)：系統(tǒng)穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性遷移的便利性，包括從物理服務(wù)器向虛擬機(jī)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)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(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(shí)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(yùn)行工作負(fù)載所需的性能之外，還需要考慮運(yùn)行虛擬機(jī)（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(dāng)成本超出預(yù)算，或功耗要求超出可用資源時(shí)，功耗與散熱問題最為明顯。當(dāng)不斷擴(kuò)展的IT占用空間導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心或IT空間擴(kuò)建時(shí)，占地空間就會成為一個(gè)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(yùn)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?？倱碛谐杀荆═CO）/投資回報(bào)（ROI）：不斷攀升的運(yùn)營成本使資源與資本從旨在推動(dòng)創(chuàng)新和提高IT價(jià)值的計(jì)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(yùn)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(luò)處理需求的平臺虛擬化特性。這些能力既能簡化強(qiáng)大虛擬化軟件的設(shè)計(jì)，又能降低在虛擬化環(huán)境中運(yùn)行應(yīng)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(jìn)一步提升信息交換平臺的處理與擴(kuò)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(gè)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。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(gè)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（islandsofvirtualresource），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(jī)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(kuò)展性和減少實(shí)施時(shí)間方面的附加價(jià)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(diǎn)，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(jì)、部署和管理的情況下，用戶需要考慮哪種安全機(jī)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(shí)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(yùn)行。根據(jù)傳統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)模型，需要在每個(gè)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(jì)，在虛擬環(huán)境下會面臨一些新的問題：未激活的虛擬機(jī)，物理機(jī)下關(guān)閉計(jì)算機(jī)后CPU停止運(yùn)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(gè)應(yīng)用程序，盡管這個(gè)“應(yīng)用程序”沒有運(yùn)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(shí)間，會同時(shí)進(jìn)行文件掃描的動(dòng)作，這個(gè)時(shí)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(shí)候就會導(dǎo)致服務(wù)器down機(jī)；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(bǔ)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(dòng)態(tài)特性面臨入侵檢測/防御系統(tǒng)（IDS/IPS）的新挑戰(zhàn)。基于網(wǎng)絡(luò)的IDS/IPS，也無法監(jiān)測到同一臺ESX服務(wù)器上的虛擬機(jī)之間的通訊；由于虛擬機(jī)能夠迅速地恢復(fù)到之前的狀態(tài)，利用VMwareVMotion?易于在物理服務(wù)器之間移動(dòng)，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(jī)利用API來訪問關(guān)于每一虛擬機(jī)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?yàn)樵诓桓奶摂M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(jī)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(gè)業(yè)務(wù)進(jìn)行估算，結(jié)合行業(yè)內(nèi)其他項(xiàng)目的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合評價(jià)，得出最終的主要設(shè)備性能需求。本項(xiàng)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(diǎn)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(gè)，預(yù)計(jì)高峰并發(fā)訪問數(shù)在1500個(gè)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2000個(gè)，預(yù)計(jì)高峰并發(fā)訪問數(shù)在500個(gè)左右；因此，估算公式中的U值為2000；假設(shè)每個(gè)用戶每秒提交業(yè)務(wù)處理請求個(gè)數(shù)為1個(gè)，公式中的Q值；平均處理每個(gè)業(yè)務(wù)處理請求所需要的時(shí)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(shí)考慮為0，公式中的G值；主機(jī)系統(tǒng)的平均使用計(jì)算資源率建議不超過40%（雙機(jī)熱備），公式中的B值；系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能覆蓋年限為5年左右，公式中的N值；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及對應(yīng)用程序的分析，每個(gè)業(yè)務(wù)請求相當(dāng)于5-10個(gè)tpmC，本項(xiàng)目的主數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要為OLTP（聯(lián)機(jī)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:U×Q×J×(100%+G)N×T×S÷B，根據(jù)以上數(shù)值，得出本系統(tǒng)所需的主機(jī)TPCC性能要求為最低1500000TPMC，最高3000000TPMC；本方案以IBMPower740小型機(jī)為例，其3.6GHz的Power7CPU的單核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(jī)TPmC總值需要配32核Power73.6GHzCPU。結(jié)合業(yè)務(wù)7×24小時(shí)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(gè)節(jié)點(diǎn)可同時(shí)提供數(shù)據(jù)庫處理，參照OracleRAC技術(shù)特性，雙機(jī)集群后，整體性能為單機(jī)服務(wù)器的1.5倍左右。綜上所述，數(shù)據(jù)庫主機(jī)系統(tǒng)的單機(jī)參考配置為：相當(dāng)于IBMPower716Core3.6GHzCPU。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器內(nèi)存需求分析如下：參照實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)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(gè)，每個(gè)連接占用20M內(nèi)存，共計(jì)所需40G內(nèi)存；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(yàn)來看大概有接近5%的熱點(diǎn)數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)緩存使用的內(nèi)容為按照25G估算；在執(zhí)行數(shù)據(jù)庫備份時(shí)，為了加快備份速度，使用5GB左右的文件緩存；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(jì)算，共計(jì)內(nèi)存114GB；在主機(jī)硬件配置時(shí)，應(yīng)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(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(diǎn)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(jī)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(guān)進(jìn)行存儲資源的池化，從而支撐數(shù)據(jù)庫和虛擬機(jī)同城雙活方案的實(shí)現(xiàn)；1.1.1.1.4.2數(shù)據(jù)量估算（1）以EHR為核心的應(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)量估算居民主索引數(shù)據(jù) 按500萬人口計(jì)算 0.01M*500萬=50G 居民健康卡數(shù)據(jù) 按500萬人口計(jì)算 0.02M*500萬=100GEHR業(yè)務(wù)出生證數(shù)據(jù) 按每年4萬計(jì)算 1M*4萬*1年=40G/年婦幼保健數(shù)據(jù) 按每年80萬計(jì)算 1M*80萬*1年=80G/年個(gè)人基本健康檔案 按500萬人口計(jì)算 0.1M*500萬=500G 系統(tǒng) 數(shù)據(jù)量估算虛擬機(jī)，預(yù)計(jì)5