服務器虛擬化技術在數字化醫院中的應用

楊叔穎

(鄭州大學第一附屬醫院信息處 鄭州 450052)

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服務器虛擬化技術在數字化醫院中的應用

楊叔穎

(鄭州大學第一附屬醫院信息處 鄭州 450052)

在全面分析國內現有醫院信息平臺服務器部署現狀的基礎上，探討虛擬化技術在醫院服務器資源整合中的優勢，以鄭州大學第一附屬醫院為例，闡述服務器虛擬化實施方案以及實施過程中應注意的問題，為加快醫院醫療信息化建設提供高效、便捷的途徑。

醫院信息化；服務器虛擬化；虛擬化架構

1 引言

隨著醫院信息化建設的深入，信息系統在醫院的應用越來越復雜，醫療信息系統的分類也越來越細化，從原來僅需要一套病區護理系統和收費系統演變成醫院信息系統(HIS)、圖像存儲與傳輸系統(PACS)、檢驗信息系統(LIS)、電子病歷系統(EMRS)等幾十套系統。按照傳統的模式部署，一個應用系統根據不同的系統構架往往需要獨占一臺或數臺服務器，加之業務量的逐年遞增，必須增加相應數量的服務器[1]。而日益增多的服務器增加了相當大的管理和維護工作量，同時也對機房、機柜、空調、電力消耗、設備管理提出了新的要求。如何更為有效地整合服務器資源，提高設備利用率以及單機服務器的安全性，成為醫院迫切需要解決的問題。

鄭州大學第一附屬醫院作為省部級共建的現代化大型綜合醫院，信息化建設一直走在全國前列，但目前進入了制約發展的瓶頸期。隨著新門診醫技樓的投入使用，醫院綜合分析了醫院住院人次、再用信息系統數量以及高峰期服務器負載情況等因素，制定了以高配置服務器、虛擬機軟件平臺為基礎，搭建醫院虛擬化服務器構架的解決方案，為加快醫院醫療信息化建設提供了高效、便捷的途徑，既有利于數據安全和系統穩定，又能大幅度降低數據中心的運營成本和總體擁有成本，從而更好地承載醫院的應用。

2 服務器虛擬化技術簡介

2.1 服務器虛擬化

虛擬化是一個廣義的術語，在計算機方面通常是指計算元件在虛擬的基礎上而不是在真實的基礎上運行。虛擬化技術包括服務器虛擬化、網絡虛擬化、存儲虛擬化、應用虛擬化和桌面虛擬化[2]，這里主要論述服務器虛擬化。服務器虛擬化是把物理服務器的資源抽象整合成一個邏輯資源，然后虛擬成多臺相互隔離的虛擬服務器即虛擬機[3]。通過這種技術，在一臺機器上可以支持Linux，Windows，UNIX等操作系統同時運行，而不需要重啟機器就能切換操作系統。簡單來講，就是指多個操作系統在同一時間運行在同一臺主機上。

2.2 醫院服務器系統應用現狀

隨著應用的不斷深入、服務器設備的不斷增加以及系統配置管理的時間增多，醫院服務器系統資源閑置的問題日益明顯。缺乏統籌規劃、大功率消耗、醫院的快速發展與應用服務系統脫節是造成這些服務器利用率低下、適應能力差的主要原因[4]。基礎設施的增加為醫院業務的擴展提供了硬件平臺，但同時也給醫院應用系統及信息相關的安全防護造成了新的壓力，對于這種系統架構越來越復雜的現狀，單純機械地堆積服務器是不能解決問題的，最有效的辦法就是進行服務器虛擬化，服務器虛擬化技術以其獨有的特點和優勢為上述問題的解決提供了高效、便捷的途徑。

2.3 服務器虛擬化技術應用于醫療系統中的優勢

醫療信息系統由多個不同類型的服務組成，服務間的聯系相對松散，且資源基礎、運行模式、環境相對獨立，這就必然造成信息傳輸、管理和融合上的瓶頸[5]；同時一旦系統崩潰或者宕機，將會影響到醫院的日常運作。因此將服務器虛擬化技術應用于醫院建設主要有以下幾方面優勢：(1)提高應用兼容性和加速應用部署。改進管理的方式，可部署多套不同的系統，將因兼容性造成問題的可能性降至最低；虛擬化整合后，通過預先制定好的操作系統、應用模板或拷貝虛擬機，快速部署了數據庫、中間件等各類服務器和開發測試環境，用虛擬架構預備新的項目，可以主動地提前規劃硬件資源[6]。(2)提高資源利用率，降低能耗。利用統一的虛擬管理平臺，可以將所有服務器作為統一資源，按需自動進行動態管理，提高系統的運行效率；智能化的電源管理，在應用程序負載低時，減少運行的物理服務器數量以降低各單元的耗電量，實現節能的綠色計算。(3)實現在線式動態遷移，保障業務連續[7]。在災難恢復中使用虛擬環境可使虛擬機從一個執行環境遷移到另外一個數據中心的備份介質上執行，而服務不中斷，不影響醫療業務的正常開展，從而無需為計劃內的服務器維護安排應用程序停機，確保了業務的連續性。

3 醫院服務器虛擬化平臺設計與實現

3.1 概述

2011年鄭州大學第一附屬醫院9萬平方米的新門診醫技樓竣工，在正式投入使用前，醫院決定對信息化系統進行一次大的升級改造。隨著醫院信息化的不斷深入以及新應用的不斷部署，醫院的信息系統日益龐大、復雜，并不斷擴容，這就對機房建設提出了“功能齊全、運行高效、易于擴展、維護方便”等目標。為了實現這個目標，綜合分析了再用信息系統數量、高峰期服務器負載情況以及醫院住院人次等因素，最終制定了購買高配置服務器、以虛擬機軟件平臺為基礎、搭建醫院虛擬化服務器架構的解決方案。

3.2 軟硬件配置

HIS作為醫院運作最根本的一個信息系統，其安全性和運維的延續性是屬于最高級別的，暫時還不考慮將其安置在虛擬化服務器上。EMRS、LIS、PACS等有大量圖形或數據寫入的系統，對硬件需求特別嚴格，對存儲空間要求很高，也無法運行在現有的虛擬機環境中。如今僅使用虛擬服務器運行如重癥手麻、護理管理、院前急救、醫務管理、合理用藥等一些二線系統。硬件配置：醫院根據應用規模和需求，在原有設備基礎上，新購置4臺IBM X3850X5高端機架式服務器、 2臺IBM X3650X5服務器、2臺CISCO7600交換機、1臺IBM DS4200光纖磁盤陣列和1臺IBM DS3200光纖存儲。軟件配置：虛擬化套件VMware Sphere 4.1、備份管理軟件Commvault。

3.3 虛擬化設計與實現

3.3.1 系統拓撲圖 本方案中服務器分布在兩個地點，一部分在3號樓住院中心主機房，另一部分在門診分機房。系統拓撲圖，見圖1。

圖1 系統拓撲圖

3.3.2 中心機房 中心機房的核心系統設計采用4臺IBM X3850X5高端服務器構建虛擬化系統架構平臺。使用高性能的IBM DS4200光纖磁盤陣列作為虛擬系統架構的共享數據存儲，4臺服務器均安裝使用VMware虛擬化軟件建立重業務系統的虛擬機集群。在此方案中，中心機房4臺IBM X3850X5服務器組成一個集群，集群內建立多個虛擬主機分別運行各個應用程序，每一應用系統運行在自己的獨立虛擬機內，因此任意一個應用程序出現故障，都可以獨立地重啟、掛起、災難/恢復、遷移和備份自己所在的虛擬主機，而不影響其他應用程序和虛擬機的運行。集群內任一臺物理服務器故障，不會影響各虛擬機及虛擬機內應用程序的運行；如任何一個應用程序所在的物理機故障，不需人工干預，VMware vCenter Server會自動判斷并指定其他計算資源接管該故障物理機。

3.3.3 門診分機房 門診分機房的2臺lBM X3650X5服務器安裝有VMware虛擬軟件，建立了和中心機房相同架構的虛擬機集群，以備中心機房停電或其他不可抗拒因素發生時，系統架構中的虛擬機集群整體出現故障，門診機房集群內的備用虛擬機實現無縫隙接管，保證業務使用的連續性。同時借助Commvault數據管理軟件實現前端門診系統數據與中心機房的數據同步，在中心機房安裝虛擬化和服務器管理軟件VMware vCenter Server進行整個系統集中監管，實現資源自動調配、虛擬機的自動遷移等，從而組建高可靠性、高可用性及負載均衡的醫院信息化平臺。

3.3.4 虛擬化前后對比 在醫院的虛擬架構下，數據存儲方面采用SAN技術，中心機房采用的IBM DS4200與門診分機房采用的IBM DS3200光纖存儲同時連接在整個虛擬化架構中。利用虛擬技術生成的Windows主機作為備份服務器，安裝Commvault備份管理軟件，同時備份各個應用程序的數據庫里面的內容和虛擬機的配置、硬盤等數據。服務器實現虛擬化后，鄭州大學第一附屬醫院的在線服務器數量由原來的37臺減少到現在的 10臺，原來的應用全部展開，而且運行平穩，至今運行良好，前后對比，見表1。

4 結語

醫院的信息化建設經多年發展，形成了許多相互協作的業務系統，在實現統一的臨床信息系統之前，對這些分散系統進行管理和整合的難度大、任務重。通過服務器虛擬化方案的實施，鄭州大學第一附屬醫院實現了對門診和住院硬件設備的資源重組、系統服務優化的目的。幫助醫院升級和管理這些分散的基礎業務系統，實現系統整合，進而實現有效集成，使醫院能掌握信息系統發展的主動權，特別是在構建醫院IT基礎架構、制定IT長遠發展規劃時發揮重要作用。可以說隨著虛擬化技術的不斷發展和成熟以及機構對災難恢復和業務連續性的日益重視，虛擬環境在架構設計中會變得越來越普遍。

1 劉蕭蕭.當虛擬化溶于現實[J].中國信息化,2006，(8):80- 83.

2 丁佐杉,滿喜東,許新房.服務器虛擬化部署研究與分析[J].計算機光盤軟件與應用,2012，(5)：43-44.

3 魯松.計算機虛擬化技術及應用[M].北京:機械工業出版社,2008.

4 繆一峰.醫院虛擬化服務器[J].計算機應用與軟件,2011,28(8):206- 208.

5 周瑜霞,郝玉清,顧鳳君.虛擬化服務器技術實現醫院信息系統安全可靠[J].醫療衛生裝備,2010,31(9):50-64.

6 陳國耿.服務器虛擬化部署成功的關鍵[J].北方藥學,2012,9(9):70-71.

7 賴漢偉.虛擬化系統所引起的風險淺析[J].計算機安全,2011,29(11):54-56.

Application of Server Virtualization Technology in Digital Hospital

YANGShu-ying，

InformationDepartment,TheFirstAffiliatedHospitalofZhengzhouUniversity，Zhengzhou450052,China

Based on analyzing the server deployment status of existing domestic hospital information platform, the paper discusses the advantages of virtualization technology in the server resources integration of hospital. Taking the first Affiliated Hospital of Zhengzhou University as an example, it elaborates the problems that should be noted in the server virtualization implementation scheme and the implementation process，providing an efficient and convenient way to speed up the hospital informatization.

Hospital informatization; Server virtualization; Virtualization architecture

2014-08-30

楊叔穎，碩士，工程師，發表論文5篇。

R-058

A 〔DOI〕10.3969/j.issn.1673-6036.2015.02.008