陳昱宇 柯建平

（泉州市兒童醫(yī)院，福建 泉州 36200）

醫(yī)療行業(yè)的信息化經(jīng)過逐年發(fā)展，信息系統(tǒng)在醫(yī)院的覆蓋范圍越來越全面，醫(yī)院整體業(yè)務(wù)對(duì)信息系統(tǒng)的依賴程度越來越高。信息化已經(jīng)普及到醫(yī)院的每項(xiàng)業(yè)務(wù)和每個(gè)員工。如何利用先進(jìn)的信息化手段來完善信息管理，提高服務(wù)器利用率，保證業(yè)務(wù)連續(xù)性、減少中心機(jī)房能耗，是當(dāng)前一個(gè)備受關(guān)注的話題。本文以泉州市兒童醫(yī)院數(shù)據(jù)中心虛擬化項(xiàng)目方案為例，對(duì)醫(yī)院采用服務(wù)器虛擬化與存儲(chǔ)虛擬化的應(yīng)用做進(jìn)一步研究。

1 現(xiàn)狀分析和存在問題

醫(yī)院現(xiàn)有的信息系統(tǒng)主要包括醫(yī)院信息系統(tǒng)HIS、電子病歷（EMR）、影像歸檔和通信系統(tǒng)PACS、放射信息系統(tǒng)RIS、檢驗(yàn)信息系統(tǒng)LIS、手術(shù)麻醉系統(tǒng)、供應(yīng)消毒系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)OA。在醫(yī)院的數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，傳統(tǒng)建設(shè)模型是“煙囪式”的：醫(yī)院每上線一個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，都需要為其配置獨(dú)立的服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和安全等基礎(chǔ)設(shè)施。該建設(shè)模式存在如下缺點(diǎn)：業(yè)務(wù)連續(xù)性差：除部分核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)配備雙機(jī)集群外，大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)都由一臺(tái)服務(wù)器單獨(dú)提供服務(wù)，一旦發(fā)生系統(tǒng)故障、硬件失效或計(jì)劃內(nèi)停機(jī)維護(hù)，都會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷；資源利用率低：多數(shù)服務(wù)器上都只運(yùn)行一個(gè)應(yīng)用，經(jīng)長(zhǎng)期觀察CPU平均利用率不足5%，內(nèi)存平均利用率不足10%；運(yùn)維成本高：例如將來增加20個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)那么整個(gè)數(shù)據(jù)中心就至少需要增加20臺(tái)服務(wù)器，如果有核心系統(tǒng)還得建立獨(dú)立的服務(wù)器集群并配置相應(yīng)的存儲(chǔ)系統(tǒng)，造成硬件資源極大的浪費(fèi)；應(yīng)用部署周期長(zhǎng)：每次部署一個(gè)新應(yīng)用，都需要采購(gòu)合適的服務(wù)器、安裝操作系統(tǒng)、安裝中間件、配置、測(cè)試等等。因此，迫切的需要一種全新的思路，搭建一個(gè)可持續(xù)擴(kuò)容的高可用數(shù)據(jù)中心平臺(tái)，從而更好地為醫(yī)院信息化服務(wù)。

圖1 泉州兒童醫(yī)院原有服務(wù)器使用情況

2 虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介

所謂虛擬化就是資源的邏輯表示，其不受物理限制的約束[1]。在虛擬化技術(shù)中，被虛擬的實(shí)體是各種各樣的IT資源。本文的討論所使用到的虛擬化技術(shù)主要有以下兩種。

2.1 服務(wù)器虛擬化

服務(wù)器虛擬化將系統(tǒng)虛擬化技術(shù)應(yīng)用于服務(wù)器上，使得多個(gè)虛擬服務(wù)器運(yùn)行在單一物理服務(wù)器上。服務(wù)器虛擬化為虛擬服務(wù)器提供了能夠使機(jī)器運(yùn)行的硬件資源。該技術(shù)具有：多實(shí)例，隔離性，封裝性即物理設(shè)備無關(guān)性，高性能等特性?；谝陨咸匦裕鶚?gòu)建出的每一個(gè)虛擬服務(wù)器實(shí)例都有一套獨(dú)享的虛擬硬件，通過采用虛擬化的輔助技術(shù)P2V（Physical to Virtual）將原有操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)從物理服務(wù)器的運(yùn)行環(huán)境遷移到虛擬環(huán)境中，服務(wù)器實(shí)例科根據(jù)應(yīng)用負(fù)載情況靈活調(diào)整硬件資源，通過實(shí)時(shí)遷移技術(shù)將虛擬服務(wù)器實(shí)例在物理服務(wù)器之間快速遷移，實(shí)現(xiàn)真正意義上的服務(wù)器維護(hù)零停機(jī)。

2.2 存儲(chǔ)虛擬化

通過存儲(chǔ)虛擬化，將實(shí)際的物理存儲(chǔ)實(shí)體與存儲(chǔ)的邏輯表示分離，通過建立一個(gè)虛擬抽象層，將多個(gè)同構(gòu)或異構(gòu)的物理存儲(chǔ)設(shè)備映射到一個(gè)單一的邏輯資源池中，構(gòu)建虛擬存儲(chǔ)池[2]。服務(wù)器可隨意使用虛擬存儲(chǔ)空間而不需關(guān)注底層物理設(shè)備的類型和特性形成統(tǒng)一高可用存儲(chǔ)。引入存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一的存儲(chǔ)資源池，提高存儲(chǔ)資源的利用率；實(shí)現(xiàn)資源共享、按需分配的動(dòng)態(tài)機(jī)制；控制災(zāi)難恢復(fù)的總成本；獲得快速的部署、遷移及恢復(fù)的能力。

3 方案設(shè)計(jì)

圖2 虛擬化高可用性醫(yī)院數(shù)據(jù)中心拓?fù)鋱D

本方案需實(shí)現(xiàn)雙活虛擬化數(shù)據(jù)中心解決方案。采用存儲(chǔ)虛擬化層設(shè)備能夠打破數(shù)據(jù)中心間的物理壁壘，提供兩個(gè)站點(diǎn)間對(duì)同一數(shù)據(jù)副本的共享、訪問及在線移動(dòng)的能力，結(jié)合服務(wù)器虛擬化技術(shù)及三層核心交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)在站點(diǎn)間的透明在線移動(dòng)，使用戶能夠在兩個(gè)站點(diǎn)間動(dòng)態(tài)平衡業(yè)務(wù)負(fù)載，最大限度利用資源，并提供接近于零RPO（Recovery Point Objective）和零 RTO（Recovery Time Objective）的高可用能力，實(shí)現(xiàn)真正意義上的虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)。

3.1 服務(wù)器虛擬化的實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過反復(fù)的測(cè)試、評(píng)估和論證，決定采用VMware虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器層面虛擬化。為充分利用醫(yī)院原有硬件資源，保護(hù)固有信息化投資，決定利用原有1臺(tái)HP DL580G8服務(wù)器、3臺(tái)DELL R910服務(wù)器，把四臺(tái)服務(wù)器的內(nèi)存擴(kuò)展至128GB內(nèi)存，每臺(tái)服務(wù)器上增加2塊的FC HBA卡。將四臺(tái)服務(wù)器分為兩組，分別安裝在主機(jī)房和容災(zāi)機(jī)房。四臺(tái)服務(wù)器上安裝VWmare ESX，組成兩個(gè)虛擬服務(wù)器集群。建立多個(gè)虛擬服務(wù)器運(yùn)行醫(yī)院各應(yīng)用系統(tǒng)分別分布在兩個(gè)虛擬服務(wù)器集群內(nèi)，如HIS、EMR、PACS、lis等等。使用Vmware DRS實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的動(dòng)態(tài)分配，創(chuàng)建優(yōu)先策略，確保核心應(yīng)用如HIS，優(yōu)先獲得計(jì)算資源。當(dāng)主機(jī)房或備用遇到停電UPS故障或火災(zāi)等其他不可抗拒因素發(fā)生，當(dāng)中一個(gè)虛擬機(jī)集群出現(xiàn)整體故障，另提一套虛擬機(jī)集群無縫接管，確保業(yè)務(wù)連續(xù)性。

為了對(duì)服務(wù)器虛擬架構(gòu)進(jìn)行有效的管理和監(jiān)控，配置一臺(tái)獨(dú)立的Windows 2003服務(wù)器 （該服務(wù)器也可采用虛擬服務(wù)器）來做為 vSphere5套件中的 vCenter服務(wù)器，vCenter服務(wù)器為IT環(huán)境提供了集中化管理、操作自動(dòng)化、資源優(yōu)化和高可用性?；谔摂M化的分布式服務(wù)為數(shù)據(jù)中心提供了前所未有的響應(yīng)能力、可維護(hù)性、效率、可擴(kuò)展性和可靠性級(jí)別。

3.2 高可用虛擬存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)

采用SAN集中存儲(chǔ)方式，將每個(gè)虛擬機(jī)的文件系統(tǒng)創(chuàng)建在共享的SAN集中存儲(chǔ)陣列上。由于原有HIS和PACS分別都有兩套鏡像的存儲(chǔ)系統(tǒng)，分別是兩套EMC CX4-240存儲(chǔ)系統(tǒng)，兩套日立HDS AMS2000存儲(chǔ)系統(tǒng)。為了降低中心機(jī)房建設(shè)總成本，將兩種異構(gòu)的存儲(chǔ)系統(tǒng)虛擬成統(tǒng)一的鏡像卷，充分挖掘原有設(shè)備價(jià)值，決定采用EMC VPLEX技術(shù)。通過EMC VPLEX Metro提供分布式聯(lián)合提供醫(yī)院院區(qū)內(nèi)兩個(gè)VPLEX集群之間的數(shù)據(jù)訪問和移動(dòng)能力。一個(gè)統(tǒng)一視圖顯示跨VPLEX群集的一個(gè)或多個(gè)LUN，從而實(shí)現(xiàn)新的高可用性和工作負(fù)載移置模式。

存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備可以對(duì)兩個(gè)磁盤陣系統(tǒng)柜進(jìn)行鏡像，然后呈現(xiàn)給上層虛擬服務(wù)器使用。對(duì)于上層虛擬服務(wù)器來說，完全不需要轉(zhuǎn)換原有的使用模式，每一個(gè)IO寫入存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備鏡像卷的時(shí)候，通過存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備虛擬卷同時(shí)寫入兩個(gè)機(jī)房的磁盤陣列柜，保證兩套存儲(chǔ)上的數(shù)據(jù)完全一致，實(shí)現(xiàn)零RPO。而當(dāng)兩個(gè)機(jī)房存儲(chǔ)設(shè)備中任意一套發(fā)生故障時(shí)，業(yè)務(wù)完全不受影響，不需要中斷和切換，仍然正常運(yùn)行的存儲(chǔ)設(shè)備能夠完全支撐起全部業(yè)務(wù)應(yīng)用。當(dāng)故障存儲(chǔ)恢復(fù)后，存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備會(huì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)進(jìn)行鏡像同步，大大降低了人工維護(hù)成本。

4 項(xiàng)目效果

采用服務(wù)器虛擬化和存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)構(gòu)建出雙數(shù)據(jù)中心后，經(jīng)嚴(yán)格測(cè)試，這套虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)無任何單點(diǎn)故障，業(yè)務(wù)連續(xù)性得到有效保障。4臺(tái)4U的服務(wù)器替換了幾十臺(tái)共計(jì)占100U以上的空間的服務(wù)器，提高了中心機(jī)房空間利用率。中心機(jī)房能耗大大降低，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。減少了維護(hù)人員的工作量，從維護(hù)幾十臺(tái)物理服務(wù)器到維護(hù)4-5臺(tái)服務(wù)器。部署新應(yīng)用相較于傳統(tǒng)部署方式，該虛擬化平臺(tái)下部署新應(yīng)用只需要根據(jù)應(yīng)用負(fù)載需求簡(jiǎn)單配置虛擬機(jī)后即可使用，縮短了部署周期，降低了部署成本。通過預(yù)先設(shè)置的優(yōu)先策略，能在業(yè)務(wù)高峰期充分保證核心業(yè)務(wù)的計(jì)算資源，實(shí)現(xiàn)硬件資源的最優(yōu)化配置。

5 結(jié)語

醫(yī)院的信息化環(huán)境復(fù)雜，應(yīng)用繁瑣，傳統(tǒng)方式建設(shè)的數(shù)據(jù)中心已無法跟上醫(yī)院信息化飛速發(fā)展的步伐。虛擬化技術(shù)搭建高可用性醫(yī)院數(shù)據(jù)中心能有效突破傳統(tǒng)建設(shè)模式的種種瓶頸，隨著虛擬化技術(shù)的不斷發(fā)展完善，醫(yī)院業(yè)務(wù)應(yīng)用在虛擬化平臺(tái)上進(jìn)一步融合，相信醫(yī)院的全面信息化建設(shè)將更上一個(gè)臺(tái)階。

[1] 王慶波，金涬，何樂，趙陽等.虛擬化與云計(jì)算[M].電子工業(yè)出版社.

[2] 劉丹丹.虛擬化技術(shù)在構(gòu)建醫(yī)院信息基礎(chǔ)架構(gòu)中的應(yīng)用[J].中國(guó)數(shù)字醫(yī)學(xué)，2013（5）：104.