三甲醫院虛擬化技術的研究與實踐

■ 李先鋒 王凱蕓 呂 強 查佳凌 陳 睦

醫療行業的信息化建設經過多年的發展，信息系統在醫院的應用越來越復雜，醫院整體業務對信息系統的依賴程度也越來越高。信息化幾乎已經普及到醫院的每項業務和每一個員工。如何利用先進的信息化手段來優化信息管理，提高服務器的利用率，甚至實現節能減排，也是當前熱門的一個話題。本文以上海交通大學醫學院附屬新華醫院虛擬化項目為例，對大型三甲醫院的服務器虛擬化與桌面虛擬化技術的應用做進一步的研究與分析。

1 服務器和終端系統現狀

新華醫院現有的信息系統主要包括面向臨床醫療的醫院信息系統（HIS）、檢驗信息系統（LIS）、護理信息系統（NIS）、放射管理系統（RIS）、體檢系統、手術麻醉及重癥監護等系統和面向管理的協同辦公系統、HRP系統、網站等系統。運行這些系統的服務器近50臺。核心的HIS、LIS、RIS系統為高可用性雙機環境，數據存儲在統一的共享磁盤陣列中。其它系統均為單機運行，數據基本都是在服務器的內置硬盤存放。

隨著新華醫院規模的擴大和業務量的不斷提升，醫療業務系統對信息系統的要求將越來越高，新的電子病歷系統、綜合預約系統、移動醫療、一站式付費、ESB平臺等系統將陸續建設，對服務器的需求會不斷的增長。目前新華醫院的終端辦公電腦與醫生護士工作站的總臺數已經近2000臺，隨著19層干保樓和兒外科大樓的陸續建成，終端設備的數量還會大量增加。

1.1 服務器與桌面終端問題總結

1.1.1 一個應用系統對應一臺物理服務器，中央處理器（CPU）資源浪費嚴重。醫院的應用系統除了HIS，LIS和PACS外，多為功能性應用，數據量小，并發小。普遍服務器的CPU平均負載都低于5％。

1.1.2 單臺物理機無法解決服務器冗余問題，主機發生故障，應用系統即癱瘓，單點故障隱患嚴重。如果雙機運行，服務器的數量要翻一倍，資源浪費情況更嚴重，而且為了實現高可用性雙機配置，還必須要有外置的磁盤陣列。

1.1.3 每部署一套新的應用都要觸發一次設備采購。每次采購都有采購周期和成本增加，軟件應用所需的平臺部署周期長。

1.3.4 用電量不斷增長，2000臺電腦終端和幾十臺服務器耗電量巨大，醫療計算成本居高不下。

1.3.5 2000臺終端管理難度和工作量都很大，每天都要有數次軟硬件故障報修，維護人員疲于奔命。

1.3.6 一些敏感數據可能通過終端泄漏。

1.2 耗電量總體分析

以50臺服務器，2000臺電腦終端進行計算，每臺服務器功耗400W，每臺終端功耗150W。IDC的PUE（Power Usage Effectiveness的簡寫，是評價數據中心能源效率的指標，PUE=數據中心總設備能耗/IT設備能耗）假設為2.5，服務器24小時運行，終端12小時運行，50臺服務器一年耗電：400W*24*365*50/1000＝175200度，IDC制冷耗電：175200*1.5＝262800度，2000臺終端：150W*12*365*2000/1000＝1314000度，以工業用電每度電1RMB計算，服務器和終端一年電費為1752000RMB。

2 項目目標

一是實現所有軟件應用的高可用性，排除服務器的單點故障；二是提高服務器的利用率，節省服務器對數據中心（IDC）空間占用；三是實現部署醫療服務應用的時間從工作日降到分鐘量級；四是降低信息設備總功耗，節能減排；五是減少數據安全隱患；六是實現移動辦公和移動醫療。

3 虛擬化設計方案

3.1 總體設計思路

3.1.1 利用服務器虛擬化技術把分布在幾十臺物理服務器上的各種應用合并到2-3臺服務器上，提高主機CPU利用率，降低服務器使用的空間與能耗。

3.1.2 利用虛擬化中的群集技術，解決服務器單點故障問題。

3.1.3 數據集中存放共享的磁盤陣列上，徹底解決數據存放服務器內置硬盤上導致的性能低下與安全問題。

3.1.4 利用桌面虛擬化技術減少數據安全隱患，將敏感數據從所有終端系統上移除。

3.1.5 利用桌面虛擬化技術降低終端能耗與管理成本。

3.1.6 利用桌面虛擬化技術實現移動辦公與醫療。

3.2 服務器虛擬化設計拓撲（圖1）

圖1 服務器虛擬化設計拓撲

3.3 服務器虛擬化方案摘要

3.3.1 在2臺4U PC服務器上部署Vmware ESXi主機虛擬化軟件。

3.3.2 每臺ESXi上運行20-30個虛擬機。

3.3.3 2臺ESXi雙機HA方式運行，互為備份，實現所有虛擬化應用的高可用性。

3.3.4 虛擬機對應的數據存放在核心存儲設備上，保證數據安全性并提高了I/O性能。

3.4 桌面虛擬化方案拓撲（圖2）

圖2 桌面虛擬化方案拓撲

3.5 桌面虛擬化設計摘要

3.5.1 采用瘦客戶端替換大部分桌面工作站，降低能耗和空間占用。

3.5.2 利用桌面Vmware View虛擬化解決方案，在刀片服務器的每個刀片上部署40-50個虛擬桌面。

3.5.3 引進手持設備實現移動醫療與辦公［2］。

3.5.4 由于桌面在服務器端存放，因此保證各類終端設備訪問醫療信息系統體驗上的一致性。

3.5.5 利用Windows AD實現桌面安全管理與標準化，防止了敏感數據的泄露。

4 項目成果

4.1 服務器虛擬化成果

4.1.1 實現了應用的高可用性。

4.1.2 降低IDC的空間占用，2臺4U的服務器替換了幾十臺共計占用100U以上空間的服務器。

4.1.3 降低了信息人員的維護工作量，從維護幾十臺服務器到維護2-3臺服務器。

4.1.4 節能減排，降低信息運行成本。以4U服務器1000W功耗計算，每臺服務器運行25臺虛擬機計算，每年可節電15.76萬度，以IDC PUE為2.5計算，節省制冷耗電23.65萬度；以每節約一度電減少二氧化碳排放1千克計算，全年可以減少二氧化碳排放394噸。

4.2 桌面虛擬化成果

4.2.1 降低終端故障率。瘦客戶端由于沒有內存，硬盤，功耗不足10W，故障率遠低于電腦臺式機，降低了信息人員的維護工作量［3］。

4.2.2 優化辦公環境。瘦客戶端占用空間小，低功耗，低輻射，低散熱。

4.2.3 移動辦公與醫療。醫生和護士不再受限于某臺電腦的性能和具體位置，由于桌面在服務器端存放，只需以自己身份登錄桌面終端，隨時隨地可以繼續進行未完成的工作。

4.2.4 節能減排，降低信息運行成本。完成800臺電腦工作站的瘦客戶端替換，每臺工作站功耗150W，每個瘦客戶端功耗20W，每個刀片運行40的虛擬化桌面，電腦終端的每天運行時間為12小時，刀片每片功耗300W，瘦客戶端的與刀片服務器的運行時間為24小時。每年節電33.28萬度；以每節約一度電減少二氧化碳排放1千克計算，全年可以減少二氧化碳排放332噸。

新華醫院目前在兩臺4U的計算機服務器運行了近40臺虛擬主機，并且仍在逐步替換已在運行的近30臺物理服務器上的應用，至2011年底將在兩臺服務器上運行80臺左右的虛擬主機。同時桌面虛擬化項目也在試點階段，隨著桌面虛擬化的全面推廣，在信息化領域新華醫院將逐漸轉變成綠色醫院。

［1］溫劍，李毓忠.我院PACS存儲優化的實施.醫療衛生裝備［J］.2009，30（12）：51-52.

［2］鄭樹森，移動醫療在醫院管理中的突破［J］.中國數字醫學，2009，4（5）：21-22.

［3］李雅麗，陳珊.淺談瘦客戶端的網絡技術［J］.科技信息，2008，（23）：69.

［4］莫神星.節能減排機制法律政策研究［M］.北京：中國時代經濟出版社，2010.

陳睦：副研究員，副主任醫師，上海交通大學醫學院附屬新華醫院副院長。

E-mail：chen-mu@sh163.net