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摘要：介紹醫(yī)院信息化的發(fā)展情況，分析并說明當(dāng)前信息化存在的主要問題。通過對(duì)VMware虛擬化技術(shù)的分析與部署，將醫(yī)院當(dāng)前的服務(wù)器資源進(jìn)行整合，使得現(xiàn)有資源更加有效的進(jìn)行利用，提高了整體系統(tǒng)的可用性，增加了工作效率。

關(guān)鍵詞：虛擬化；VMware；醫(yī)院信息化

1醫(yī)院規(guī)模

北京市隆福醫(yī)院創(chuàng)立于1950年，隨著醫(yī)院規(guī)模的不斷擴(kuò)大，現(xiàn)已發(fā)展成以老年病治療、康復(fù)為主要特色，集醫(yī)療、教學(xué)、科研、預(yù)防為一體的二級(jí)甲等綜合性醫(yī)院，現(xiàn)為一院三址。

2醫(yī)院信息化現(xiàn)狀

隨著醫(yī)院信息化的不斷發(fā)展，信息系統(tǒng)規(guī)模也不斷擴(kuò)大，從最早的只有一套醫(yī)院信息管理系統(tǒng)（HIS），隨后又陸續(xù)上了電子病歷系統(tǒng)（EMR）、實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)（LIS），以及合理用藥、物資管理、網(wǎng)絡(luò)管理等大大小小十幾套系統(tǒng)，還有3個(gè)新系統(tǒng)：醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)（PACS）、放射信息管理系統(tǒng)（RIS）以及體檢管理系統(tǒng)，也將上線投入使用。應(yīng)用系統(tǒng)的不斷增加，各種程序應(yīng)用也越來越復(fù)雜，隨之產(chǎn)生的需求也越來越多。

醫(yī)院一些重要的應(yīng)用系統(tǒng)，如HIS、LIS等，為了保證其業(yè)務(wù)的持續(xù)運(yùn)行，采用的是傳統(tǒng)的雙機(jī)熱備方式。其他物理機(jī)為了避免多個(gè)應(yīng)用運(yùn)行可能導(dǎo)致的應(yīng)用間的兼容性沖突，都是單獨(dú)使用一臺(tái)服務(wù)器。這就導(dǎo)致了服務(wù)器數(shù)量的急劇增加，不同系統(tǒng)的信息存儲(chǔ)量日益龐大，電力系統(tǒng)的供應(yīng)壓力也日漸凸顯，IT機(jī)房空間十分有限，服務(wù)器也比較分散，導(dǎo)致了運(yùn)行管理難度大、系統(tǒng)可靠性低、缺乏有效的容災(zāi)備份措施、重要業(yè)務(wù)連續(xù)性沒有保障等一系列問題。隨著信息重要性的不斷提高，使得現(xiàn)有系統(tǒng)已無法滿足醫(yī)院自身發(fā)展的需求。隨著信息化的深入發(fā)展，醫(yī)院的各信息系統(tǒng)的專業(yè)化、明細(xì)化成了一個(gè)大趨勢(shì)[1]。

經(jīng)過研究和分析，醫(yī)院決定以虛擬化軟件平臺(tái)來搭建服務(wù)器框架，不僅可以提高安全性，還可解決因?yàn)闄C(jī)房面積小、空間不足、資源分配的不平衡，無法再進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)搭建的難題。

3 VMware虛擬化技術(shù)

3.1虛擬化技術(shù)概述 虛擬化服務(wù)器是使用虛擬化軟件在一臺(tái)物理服務(wù)器上虛擬出一臺(tái)或多臺(tái)虛擬機(jī)，并復(fù)用物理機(jī)資源，多個(gè)虛擬機(jī)之間互不影響的同時(shí)運(yùn)行，安裝在服務(wù)器上的虛擬化軟件被稱為VMM（Visual Machine Monitor）。我們選用VMware系列產(chǎn)品作為醫(yī)院的虛擬化服務(wù)器平臺(tái)，它是一款相當(dāng)成熟的軟件產(chǎn)品。VMware可以虛擬出一整套完整的虛擬環(huán)境，包括CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)設(shè)備、I/O設(shè)備等，通過VMware vSphere的虛擬化平臺(tái)解決方案，客戶端可以通過遠(yuǎn)程連接到ESXi服務(wù)器上創(chuàng)建的多個(gè)虛擬機(jī)，同時(shí)對(duì)虛擬機(jī)的生命周期、備份、恢復(fù)、動(dòng)態(tài)遷移等進(jìn)行集中維護(hù)管理，對(duì)資源的運(yùn)行狀況進(jìn)行可視化的監(jiān)控，根據(jù)策略動(dòng)態(tài)的分配IT資源。VMware的所有應(yīng)用進(jìn)程都是在虛擬化內(nèi)核（VMkernel）上直接運(yùn)行的，每個(gè)已開啟的虛擬機(jī)都將在VMware中運(yùn)行一個(gè)VMM。VMkernel對(duì)服務(wù)器的實(shí)際資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)的分配，包括CPU時(shí)間、內(nèi)存和存儲(chǔ)設(shè)備，以及各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)器，如網(wǎng)卡和虛擬交換機(jī)等。

3.2 VMware的功能特性

3.2.1 vSphere Hypervisor 我們常稱為ESXi，這是一種基于底層虛擬化管理程序體系結(jié)構(gòu)。以往我們使用的VMware Workstation軟件，它是依存于宿主主機(jī)之上的。ESXi則是完全安裝在物理服務(wù)器之上，它可以在裸機(jī)上獨(dú)立安裝和運(yùn)行，并且可以將物理服務(wù)器劃分成多個(gè)虛擬服務(wù)器。每個(gè)虛擬機(jī)之間可以共享網(wǎng)絡(luò)資源且同時(shí)運(yùn)行。

3.2.2 VMware VMotion 在物理機(jī)運(yùn)行當(dāng)中，不可避免的會(huì)出現(xiàn)CPU，內(nèi)存等利用率過高或過低的現(xiàn)象，導(dǎo)致物理機(jī)資源分配不均衡，這就需要在線遷移的技術(shù)。VMware VMmotion技術(shù)可以幫助實(shí)現(xiàn)這一過程，而且在遷移過程中不需要中斷虛擬機(jī)的運(yùn)行，遷移時(shí)間也非常短暫，用戶完全感覺不到服務(wù)的中斷，是軟硬件升級(jí)，系統(tǒng)維護(hù)等操作時(shí)非常有力且有效的工具。

3.2.3 VMware High Availability（HA） HA技術(shù)是實(shí)現(xiàn)VMware虛擬機(jī)的高可用性。HA會(huì)監(jiān)控集群內(nèi)的物理主機(jī)并檢測(cè)主機(jī)故障[2]，當(dāng)一臺(tái)物理機(jī)發(fā)生故障時(shí)，上面的虛擬機(jī)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)移到另外一臺(tái)物理機(jī)上，這個(gè)過程是自動(dòng)的，通常情況下會(huì)在幾分鐘內(nèi)恢復(fù)虛擬機(jī)的運(yùn)行。

3.2.4 VMware Distributed Resource Scheduler（DRS） VMware的分布式資源調(diào)度功能，該功能可以不間斷的對(duì)物理機(jī)資源池的利用率進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)預(yù)先設(shè)置的策略和方案平衡分配虛擬機(jī)的負(fù)載資源。如果某臺(tái)服務(wù)器的負(fù)載較重，則DRS會(huì)自動(dòng)的將此服務(wù)器上的部分虛擬機(jī)重新定位到負(fù)載較輕的服務(wù)器上去。

3.2.5 VMware Visual Center Server（vCenter） vCenter是對(duì)VMware vSphere環(huán)境的集中式管理平臺(tái)，使得虛擬環(huán)境變得更加易于管理，一個(gè)管理員就可以管理幾十甚至上百臺(tái)虛擬機(jī)。vCenter可以部署到虛擬機(jī)上，也可以單獨(dú)部署到一臺(tái)服務(wù)器。單獨(dú)一臺(tái)運(yùn)行虛擬機(jī)的服務(wù)器最低配置為至強(qiáng)級(jí)別CPU，8GB以上內(nèi)存，可以支持同時(shí)20個(gè)遠(yuǎn)程連接，容納10部ESXi服務(wù)器和大約100臺(tái)虛擬機(jī)。

4虛擬環(huán)境的規(guī)劃與部署

隆福醫(yī)院部署4臺(tái)物理服務(wù)器和一臺(tái)存儲(chǔ)設(shè)備，并通過2臺(tái)光纖交換機(jī)的冗余連接來部署VMware虛擬化平臺(tái)，另外還有兩臺(tái)利舊服務(wù)器用作鏡像備份（見圖1）。其中3臺(tái)ESXI服務(wù)器選用的是IBM X3850 X6，硬件配置為4顆Intel Xeon E7-4809 1.90GHz六核處理器，128G內(nèi)存，集成4端口千兆網(wǎng)卡，1塊PCIE2端口網(wǎng)卡及1塊雙口HBA卡。服務(wù)器通過DRS解決方案創(chuàng)建群集，保持ESXI主機(jī)間虛擬機(jī)的負(fù)載平衡。另外一臺(tái)采用利舊的IBM 3650 M3（4顆Intel Xeon E5640雙核處理器，16G內(nèi)存）服務(wù)器安裝配置vCenter，考慮到目前只有3臺(tái)ESXI服務(wù)器，十幾臺(tái)虛擬機(jī)，根據(jù)vCenter服務(wù)器最低配置要求，VCenter不會(huì)對(duì)今后的系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生瓶頸。

3臺(tái)IBM X3850 X6服務(wù)器上部署VMware vSphere環(huán)境，每臺(tái)X3850 X6服務(wù)器通過FC HBA卡連接到2臺(tái)光纖交換機(jī)，每個(gè)光纖交換機(jī)后端連接HDS 110存儲(chǔ)，形成標(biāo)準(zhǔn)的SAN存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)虛擬化環(huán)境實(shí)現(xiàn)了HA/DRS、虛擬防火墻和備份恢復(fù)等高級(jí)功能。

每臺(tái)X3850X6服務(wù)器都分兩組上連到兩臺(tái)核心交換機(jī)。一組使用服務(wù)器集成千兆網(wǎng)卡的2個(gè)端口，作為管理網(wǎng)絡(luò)；另一組使用PCIE網(wǎng)卡的2個(gè)端口，作為Vmotion網(wǎng)絡(luò)，保證服務(wù)器與核心交換機(jī)之間的線路冗余。J1、J2分別表示集成網(wǎng)卡的1號(hào)口和2號(hào)口，P1、P2分別表示PCIE卡的1號(hào)口和2號(hào)口。每個(gè)網(wǎng)線都標(biāo)記好相應(yīng)的號(hào)碼，通過號(hào)碼能夠查詢對(duì)應(yīng)的設(shè)備接。

在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)中，我們采用VMware P2V最佳實(shí)現(xiàn)方式，將軟件converter代理安裝于HIS、LIS等應(yīng)用服務(wù)器中，在非工作時(shí)間段通過在線遷移方式，成功將物理機(jī)應(yīng)用轉(zhuǎn)換為虛擬機(jī)，為防止虛擬機(jī)出現(xiàn)應(yīng)用問題，整合2臺(tái)下架IBM 3650 M3作為HIS、LIS的應(yīng)急備份服務(wù)器，并采用NAS和備份存儲(chǔ)設(shè)備相結(jié)合的方式，輕松的將歷史數(shù)據(jù)定期歸檔到備份存儲(chǔ)上，以便長(zhǎng)期保存或異地保存。

5 VMware虛擬化實(shí)施的應(yīng)用效果

采用VMware服務(wù)器虛擬化技術(shù)，使得醫(yī)院的IT資源有了更加有效的利用和整合，軟件和硬件之間實(shí)現(xiàn)了資源共享，簡(jiǎn)化了運(yùn)維管理的方式，具體表現(xiàn)在以下方面：

5.1顯著提高了服務(wù)器的平均利用率。CPU利用率由原來的5%～15%提高到50%～70%，內(nèi)存使用率也達(dá)到40%以上，每臺(tái)物理機(jī)部署5～8個(gè)虛擬機(jī)，打破"一機(jī)一應(yīng)用"的傳統(tǒng)模式。

5.2大幅度降低在IT信息化設(shè)備上的能源消耗。在3臺(tái)IBM X3850X6服務(wù)器上部署了原本需要近二十臺(tái)服務(wù)器的十幾個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了1：6的整合比，減少了服務(wù)器的數(shù)量，使現(xiàn)有IT能耗大幅降低，并且也大幅度降低相關(guān)信息化設(shè)備對(duì)于IT空間的需求。

5.3根據(jù)策略動(dòng)態(tài)調(diào)整服務(wù)器資源，平衡服務(wù)器的應(yīng)用負(fù)載。傳統(tǒng)服務(wù)器平臺(tái)應(yīng)用計(jì)算的能力是有限的，而通過vSphere環(huán)境，基于SAN的共享存儲(chǔ)，將所有資源進(jìn)行整合，當(dāng)一臺(tái)虛擬服務(wù)器的應(yīng)用計(jì)算能力不足或故障時(shí)，結(jié)合Vmware獨(dú)立于硬件的虛擬機(jī)負(fù)載平衡及故障切換功能，大大提高了調(diào)配資源的靈活性和安全性。

5.4簡(jiǎn)捷易用的圖文管理界面，運(yùn)維難度大大降低。vSphere有一套非常強(qiáng)大且易用的運(yùn)維管理界面，網(wǎng)絡(luò)管理員通常在一個(gè)窗口下就可以對(duì)服務(wù)器和虛擬機(jī)進(jìn)行管理和監(jiān)控，或者部署新的虛擬機(jī)。vSphere提供了全面的功能，可以充分發(fā)揮虛擬化數(shù)據(jù)中心的優(yōu)勢(shì)并確保基礎(chǔ)架構(gòu)和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)最佳的性能、可用性和效率[2]。

6結(jié)論

通過部署VMware虛擬化技術(shù)，醫(yī)院的信息管理系統(tǒng)有了進(jìn)一步的增強(qiáng)，顯著改善了服務(wù)器系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，資源利用率有了明顯的提高。虛擬化服務(wù)器技術(shù)整體提高了醫(yī)院信息系統(tǒng)的安全性，充分發(fā)揮了設(shè)備性能，降低了管理難度[3]，確保了醫(yī)院業(yè)務(wù)24 h不間斷的運(yùn)行，取得了很好的成效。

參考文獻(xiàn)：

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[2]鄒得強(qiáng)，潘志強(qiáng)，吳慶斌.基于VMware虛擬化技術(shù)的醫(yī)院信息系統(tǒng)建設(shè)[J].醫(yī)學(xué)信息學(xué)雜志，2014，35（10）：22-25.

[3]劉海林.基于VMware的醫(yī)院服務(wù)器虛擬化研究與實(shí)踐[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2014，28（3）：302-304.編輯/孫杰