淺析醫(yī)院行業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)高可用性及容災(zāi)方案

西安歐亞學(xué)院基礎(chǔ)部 潘珊珊

一、概述

隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，各行業(yè)已不同程度地進(jìn)行了全面的業(yè)務(wù)電子化建設(shè)，尤其在醫(yī)療行業(yè)，醫(yī)療信息化已經(jīng)提升至關(guān)系醫(yī)院是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)的高度，那么如何保證醫(yī)療應(yīng)用系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)、如何對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理至關(guān)重要。保證系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)、有效地存儲(chǔ)和管理與信息的快速訪問和有效利用相結(jié)合是醫(yī)療行業(yè)信息化發(fā)展的基礎(chǔ)。世界許多成功的醫(yī)療機(jī)構(gòu)已經(jīng)深刻認(rèn)識(shí)到，統(tǒng)一訪問、共享和管理數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)化為一個(gè)有利的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化客戶支持可提高客戶滿意度并降低成本。

因此，對(duì)醫(yī)院行業(yè)的各應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高可用性及容災(zāi)，對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)、管理和備份，并在此基礎(chǔ)上充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)，提高醫(yī)院的自身競(jìng)爭(zhēng)力，將是未來幾年我國(guó)整個(gè)醫(yī)療行業(yè)在市場(chǎng)化的大趨勢(shì)下進(jìn)一步穩(wěn)固發(fā)展的重要保證。

二、醫(yī)院行業(yè)背景

醫(yī)療行業(yè)經(jīng)過接近十年的摸索和不斷改進(jìn)，信息化建設(shè)大體經(jīng)過了幾個(gè)階段的發(fā)展，HIS、LIS、RIS以及PACS等眾多內(nèi)容豐富、功能強(qiáng)大的應(yīng)用軟件逐漸成熟，成為醫(yī)院信息技術(shù)的核心。隨著時(shí)間的推移，這些環(huán)境的數(shù)據(jù)越來越多，數(shù)據(jù)的價(jià)值也越來越大，數(shù)據(jù)丟失或系統(tǒng)停機(jī)所造成的損失會(huì)造成越來越嚴(yán)重的后果。

另一方面，“9.11”事件爆發(fā)以后，“容災(zāi)”這個(gè)詞匯逐漸成為人們談?wù)撟疃嗟慕裹c(diǎn)之一。而隨后的一系列自然災(zāi)害的發(fā)生，更推動(dòng)了IT系統(tǒng)容災(zāi)的需求。醫(yī)療行業(yè)也不例外，今天許多醫(yī)院管理者和就醫(yī)者都十分關(guān)心醫(yī)院的IT系統(tǒng)的高可用性。

三、高可用及容災(zāi)需求

醫(yī)院信息系統(tǒng)是一個(gè)數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)類型復(fù)雜和事務(wù)并發(fā)多的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，由于醫(yī)院業(yè)務(wù)的特殊性，任何人為或自然因素所導(dǎo)致的應(yīng)用或系統(tǒng)中斷，都會(huì)造成醫(yī)院巨大的經(jīng)濟(jì)和名譽(yù)損失及嚴(yán)重的法律后果。所以醫(yī)院應(yīng)用對(duì)IT系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行提出了非常苛刻的要求。

在目前已經(jīng)上線的醫(yī)院IT環(huán)境中，絕大多數(shù)醫(yī)院都采用了群集技術(shù)（也就是通常人們所說的“雙機(jī)熱備份”）來保證服務(wù)的持續(xù)運(yùn)行或者在用戶可以容忍的時(shí)間之內(nèi)自動(dòng)進(jìn)行服務(wù)恢復(fù)。群集技術(shù)在應(yīng)對(duì)服務(wù)器故障方面有著顯而易見的效果，這一技術(shù)已經(jīng)得到大多數(shù)醫(yī)院用戶的認(rèn)可，并已經(jīng)得到很大程度上的普及。

但是，隨著群集技術(shù)運(yùn)用的普及，很多用戶發(fā)現(xiàn)群集本身也有一些非常明顯的不足：

（1）由于傳統(tǒng)的群集解決方案多采用“2+1”的模式，即兩臺(tái)服務(wù)器連接到一臺(tái)磁盤陣列。這種結(jié)構(gòu)是為了在兩臺(tái)服務(wù)器之間共享數(shù)據(jù)。但是單臺(tái)磁盤陣列往往就成了核心系統(tǒng)的一個(gè)單點(diǎn)故障點(diǎn)，一旦磁盤陣列發(fā)生故障，則整個(gè)系統(tǒng)將發(fā)生停機(jī)，作為7×24營(yíng)業(yè)的醫(yī)院來說，這種意外的停機(jī)是無法忍受的；

（2）很多用戶往往有這樣的誤解——既然我的系統(tǒng)已經(jīng)是“雙機(jī)熱備份”了，那么，我的數(shù)據(jù)也不需要備份了。這種誤解導(dǎo)致很多用戶往往忽視了數(shù)據(jù)備份的重要性，結(jié)果整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)只有磁盤陣列中的一個(gè)拷貝，等到由于磁盤陣列發(fā)生故障或人為誤操作導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失的時(shí)候，才發(fā)現(xiàn)悔之晚矣！

（3）雖然關(guān)心容災(zāi)，但由于各種原因目前大多數(shù)國(guó)內(nèi)的醫(yī)院在建設(shè)IT系統(tǒng)時(shí)并沒有過多地考慮。一旦發(fā)生火災(zāi)、地震等災(zāi)難性事故，整個(gè)系統(tǒng)將毀于一旦，數(shù)據(jù)將一去不復(fù)返，醫(yī)院將遭受無法估量的巨大損失。

由于醫(yī)院通常都沒有與大型企業(yè)類似的各地分支機(jī)構(gòu)，往往就是集中在一個(gè)園區(qū)之內(nèi)，所以要為醫(yī)院特地構(gòu)建一個(gè)容災(zāi)中心其實(shí)很不容易，但要實(shí)現(xiàn)一個(gè)園區(qū)級(jí)的容災(zāi)系統(tǒng)對(duì)醫(yī)院來說卻是非常容易的。

綜合以上需求分析，醫(yī)院IT系統(tǒng)應(yīng)該急需建立的是一套能夠提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)保護(hù)、高度可靠的故障切換、以及園區(qū)級(jí)系統(tǒng)容災(zāi)的完善解決方案。

四、解決方案

為了區(qū)別于以前的群集模式，我們把這個(gè)方案通俗地稱為“2+2”群集模式。所謂“2+2”的意思就是指在原來的“2+1”群集模式的基礎(chǔ)上，增加了一臺(tái)磁盤陣列，將一臺(tái)服務(wù)器定義為一個(gè)“運(yùn)算節(jié)點(diǎn)”，將一臺(tái)磁盤陣列定義為一個(gè)“存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)”，即“兩個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)+兩個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)”。從功能上來講，該方案歷史性地突破了原先狹窄的HA概念，提供系統(tǒng)全冗余、無任何單點(diǎn)故障、以及數(shù)據(jù)和應(yīng)用的園區(qū)范圍的容災(zāi)功能，使醫(yī)院IT系統(tǒng)真正沒有后顧之憂。

利用VERITAS Storage Foundation的卷鏡像功能實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)磁盤陣列之間的鏡像關(guān)系，每一次I/O的寫入都分別通過兩條主機(jī)通道到達(dá)兩臺(tái)磁盤陣列的控制器，并且當(dāng)兩個(gè)I/O都返回正確的結(jié)果之后，操作才算完成。所以，兩臺(tái)磁盤陣列中的數(shù)據(jù)完全保持實(shí)時(shí)同步，不用擔(dān)心任何的數(shù)據(jù)一致性問題。當(dāng)然由于我們采用的是同步傳輸?shù)姆绞剑瑑蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離不能相隔太遠(yuǎn)，建議的最遠(yuǎn)距離為5O公里，如果超過5O公里的距離限制，將會(huì)明顯地影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行性能。對(duì)于超過5O公里的距離限制的容災(zāi)要求，我們建議采用VERITAS Storage Foundation的Volume Replicator Option做異步方式的傳輸，異步方式不會(huì)造成在線業(yè)務(wù)系統(tǒng)性能的下降。不過5O公里這個(gè)距離限制對(duì)于醫(yī)院的園區(qū)級(jí)別的容災(zāi)要求是完全能夠滿足的。

采用VERITAS Storage Foundation HA實(shí)現(xiàn)兩個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)之間的群集關(guān)系。除了實(shí)現(xiàn)基本的群集功能之外，VERITAS Storage Foundation HA還有很多非常明顯的優(yōu)勢(shì)，例如最多支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)的超大規(guī)模群集、簡(jiǎn)單易行的節(jié)點(diǎn)退出和加入操作、跨平臺(tái)管理群集服務(wù)器系統(tǒng)、支持群集卷的在線擴(kuò)展以及與VERITAS Storage Foundation天然的兼容性等。

如此，對(duì)于一個(gè)應(yīng)用來說，只要任意一個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)和一個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行正常，那么整個(gè)系統(tǒng)就能夠正常運(yùn)行。

以下是該解決方案的幾個(gè)顯著的特點(diǎn)：

①全冗余連接，無任何單點(diǎn)故障。系統(tǒng)中任意一個(gè)部件的損壞都不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行；

②鏡像的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)為系統(tǒng)關(guān)鍵的在線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提供了雙重保護(hù)；

③結(jié)合綜合布線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和應(yīng)用的容災(zāi)；

除了以上幾點(diǎn)特有的優(yōu)勢(shì)之外，由于該解決方案支持先進(jìn)的SAN架構(gòu)，同樣具有SAN架構(gòu)自身的優(yōu)勢(shì)，如可以實(shí)現(xiàn)高性能的LAN-free備份以及良好的可擴(kuò)展性等。

結(jié)合綜合布線的變化，我們可以將兩個(gè)節(jié)點(diǎn)分別部署在園區(qū)內(nèi)不同的建筑內(nèi)，例如門診樓和住院樓。如此，即使其中一棟樓發(fā)生災(zāi)難性的事故（如火災(zāi)等），醫(yī)院的應(yīng)用仍然能夠繼續(xù)正常運(yùn)行，也不會(huì)有任何數(shù)據(jù)丟失的情況發(fā)生。

當(dāng)然，整個(gè)方案的架構(gòu)也具有非常好的可擴(kuò)展性，不僅可以“2+2”，我們還可以做到“N+2”，甚至“N+N”，如此，我們可以把醫(yī)院的所有信息系統(tǒng)整合起來，從而有效減少硬件投資，同時(shí)提高系統(tǒng)可維護(hù)性。如圖1所示。

圖1

五、總結(jié)

本文旨在通過目前醫(yī)院行業(yè)的信息系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析，通過VERITAS產(chǎn)品論述了一套行之有效的高可用及容災(zāi)解決方案，并充分考慮了故障發(fā)生的可能性，為醫(yī)院的信息系統(tǒng)提供了可靠的數(shù)據(jù)保護(hù)和高可用。本文論述的方案不僅是完全的無單點(diǎn)故障系統(tǒng)，同時(shí)具備很強(qiáng)的容災(zāi)功能，真正實(shí)現(xiàn)了醫(yī)院行業(yè)各應(yīng)用系統(tǒng)的高可用性及容災(zāi)。

[1]VERITAS軟件公司.企業(yè)重生—信息系統(tǒng)的災(zāi)難恢復(fù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[2]薛雁.集群、備份和容災(zāi)技術(shù)在醫(yī)院信息系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)數(shù)字醫(yī)學(xué),2008(01).

[3]劉曉輝.醫(yī)院信息系統(tǒng)中災(zāi)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].醫(yī)療設(shè)備信息,2007(01).

[4]吳向群.醫(yī)院HIS信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份策略談[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)論叢,2006(02).