VMware虛擬軟件在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心建設(shè)中的應(yīng)用研究

巴江波，陳江，淡攀東，張江江

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬荊州醫(yī)院 信息科，湖北 荊州 434020

VMware虛擬軟件在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心建設(shè)中的應(yīng)用研究

巴江波，陳江，淡攀東，張江江

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬荊州醫(yī)院 信息科，湖北 荊州 434020

0 前言

隨著醫(yī)院信息化建設(shè)的不斷深入，國(guó)內(nèi)大多數(shù)醫(yī)院都建立起了醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）、實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)（LIS）、影像歸檔和通信系統(tǒng)（PACS）、電子病歷（EMR）和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（OA）等。信息化在為醫(yī)院發(fā)展提供有力技術(shù)保障的同時(shí)，信息系統(tǒng)和各類(lèi)設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)也為醫(yī)院管理帶來(lái)了一定的困惑[1]。我院自1999年啟動(dòng)信息化建設(shè)，逐步完善了HIS、LIS、PACS、健康體檢系統(tǒng)和OA系統(tǒng)，但由于各系統(tǒng)建立的時(shí)間和建設(shè)的部門(mén)不同，特別是由于醫(yī)院機(jī)房空間和管理手段的限制，一直未能建立全院性的數(shù)據(jù)中心，各個(gè)信息系統(tǒng)都有獨(dú)立的服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備，分布于不同部門(mén)，使得信息系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互性差，硬件設(shè)備使用率低，管理難度高。

1 傳統(tǒng)醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的弊端

傳統(tǒng)醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的建設(shè)主要是解決設(shè)備的統(tǒng)一管理，建設(shè)與管理的重點(diǎn)集中在保障設(shè)備穩(wěn)定、安全和可靠地運(yùn)行。隨著醫(yī)院信息系統(tǒng)的不斷擴(kuò)展，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心逐漸開(kāi)始暴露出其弊端。

1.1 資源利用率低

每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)使用1個(gè)或多個(gè)服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備，多項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)表明企業(yè)數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器的平均利用率普遍低于15%，據(jù)美國(guó)《網(wǎng)絡(luò)世界》提供的數(shù)據(jù)顯示，在美國(guó)很多企業(yè)的數(shù)據(jù)中心，對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，CPU使用率均低于25%；在許多情況下，即使是信息化程度很高的企業(yè)，其IT資源利用率也僅為20%左右[2]。

1.2 業(yè)務(wù)連續(xù)性差

大多數(shù)醫(yī)院在信息化建設(shè)總投入有限，醫(yī)院除少數(shù)核心系統(tǒng)（HIS、PACS等）采用雙機(jī)熱備的方式外，絕大多數(shù)系統(tǒng)采用單服務(wù)器模式，服務(wù)器發(fā)生故障，不可避免宕機(jī)，可能對(duì)醫(yī)院業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響。如果每個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)都按傳統(tǒng)模式升級(jí)為雙機(jī)模式，則需要大量的硬軟件投入[3]。

1.3 管理復(fù)雜和運(yùn)行成本高

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心中各應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)相對(duì)獨(dú)立、各自為政，其基礎(chǔ)設(shè)施相當(dāng)于一個(gè)個(gè)獨(dú)立的“孤島”，資源配置和部署過(guò)程多采用人工方式，沒(méi)有相應(yīng)的平臺(tái)支持，使大量人力資源耗費(fèi)在繁重的重復(fù)性工作上，沒(méi)有自動(dòng)服務(wù)和自動(dòng)部署的能力[4]。

隨著醫(yī)院信息化應(yīng)用的深入，醫(yī)院的服務(wù)器數(shù)量成倍增長(zhǎng)，機(jī)房面積也成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)的瓶頸，同時(shí)機(jī)房能源消耗包括設(shè)備和制冷的電力消耗也急劇增加。

2 虛擬化技術(shù)

2.1 虛擬化技術(shù)應(yīng)用簡(jiǎn)介

虛擬化是一個(gè)廣義的術(shù)語(yǔ)，在計(jì)算機(jī)方面通常是指計(jì)算元件在虛擬的環(huán)境上運(yùn)行。虛擬化技術(shù)可以擴(kuò)大硬件的容量，簡(jiǎn)化軟件的重新配置過(guò)程。

CPU的虛擬化技術(shù)是以單CPU模擬多CPU并行，允許1個(gè)平臺(tái)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都可以在相互獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行而互不影響，從而顯著提高計(jì)算機(jī)的工作效率。

虛擬化包括服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化和存儲(chǔ)虛擬化等[5]。

2.2 主要服務(wù)器虛擬化產(chǎn)品比較

X86服務(wù)器虛擬化產(chǎn)品主要包括VMware、Microsoft和Citrix，占據(jù)96%的市場(chǎng)份額。3種主流產(chǎn)品的對(duì)比見(jiàn)表1。

3種平臺(tái)中，VMware發(fā)展時(shí)間最長(zhǎng)，核心架構(gòu)更合理，產(chǎn)品成熟性高，對(duì)硬件兼容性較好，適合于醫(yī)院虛擬化數(shù)據(jù)中心的的建設(shè)[6-7]。

表1 主流虛擬化產(chǎn)品對(duì)比

3 基于VMware的虛擬化數(shù)據(jù)中心建設(shè)

基于虛擬化技術(shù)構(gòu)建醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的核心在于構(gòu)建多個(gè)資源池，并根據(jù)醫(yī)院各信息系統(tǒng)的功能及重要程度合理化分配資源池。在本方案設(shè)計(jì)中，我院選擇使用VMware EXI與HP刀片服務(wù)器、EMC存儲(chǔ)為硬軟件平臺(tái)，構(gòu)建CPU池、內(nèi)存池、存儲(chǔ)池和網(wǎng)路池等；把2套刀片服務(wù)器虛擬化成為30余臺(tái)虛擬服務(wù)器，取代以前各系統(tǒng)獨(dú)立的服務(wù)器，運(yùn)行于醫(yī)院各核心系統(tǒng)或者重要業(yè)務(wù)系統(tǒng)。替換下來(lái)的服務(wù)器被虛擬化后應(yīng)用于非關(guān)鍵性應(yīng)用系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D，見(jiàn)圖1。

圖1 基于虛擬化的數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

數(shù)據(jù)中心以6臺(tái)高性能HP BL680c刀片服務(wù)器和2套EMC2 VNX5300存儲(chǔ)為核心，利用冗余SAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，保障了數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定性；2套存儲(chǔ)采用鏡像的方式滿足數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)安全。

數(shù)據(jù)中心日常的管理主要是通過(guò)VMware vCenter Server對(duì)數(shù)據(jù)中心的虛擬服務(wù)器實(shí)現(xiàn)有效地管理：虛擬服務(wù)器的建立、動(dòng)態(tài)資源的配置、系統(tǒng)資源的監(jiān)控和虛擬機(jī)遷移等管理。將30多臺(tái)虛擬服務(wù)器建立一個(gè)HA（HighAvailab，HA）集群，當(dāng)集群中任何一臺(tái)服務(wù)器發(fā)生硬件故障或者非正常關(guān)機(jī)的時(shí)候， vSphere HA和DRS （分布式資源調(diào)度程序）會(huì)自動(dòng)將故障主機(jī)中的虛擬機(jī)遷移到其他主機(jī)，再生成一個(gè)新的平衡集群。利用HA和DRS技術(shù)，我院大多數(shù)的核心業(yè)務(wù)和重要業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)均實(shí)現(xiàn)了高可用性和虛擬化的雙機(jī)熱備。

利用VMware實(shí)現(xiàn)虛擬化后，醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定性顯著提升，運(yùn)行成本得到有效降低（表2）。

表2 虛擬化實(shí)施前后效果對(duì)比

醫(yī)院自2012年開(kāi)始建立虛擬化數(shù)據(jù)中心建設(shè)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)管理方便、高效。由于數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，節(jié)約了機(jī)房空間，電力消耗減低50%以上，提高了資源利用率，綜合運(yùn)行成本降低50%左右。

4 虛擬化在醫(yī)院應(yīng)用展望

經(jīng)過(guò)2年醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，虛擬化技術(shù)在我院信息化建設(shè)提供了強(qiáng)大、穩(wěn)定和高效的技術(shù)支持，緩解了我院數(shù)字化醫(yī)院建設(shè)過(guò)程中服務(wù)器資源需求大，但資源利用率低、機(jī)房維護(hù)困難和響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，促進(jìn)了我院數(shù)字化醫(yī)院建設(shè)進(jìn)程。但是服務(wù)器虛擬化只是虛擬化應(yīng)用的一部分，未來(lái)醫(yī)院在虛擬化技術(shù)的應(yīng)用方向主要在桌面虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化和云存儲(chǔ)等方面。

4.1桌面虛擬化

桌面虛擬化依賴(lài)于服務(wù)器虛擬化，在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器上進(jìn)行服務(wù)器虛擬化，生成大量的獨(dú)立的桌面操作系統(tǒng)（虛擬機(jī)或者虛擬桌面），同時(shí)根據(jù)專(zhuān)有的虛擬桌面協(xié)議發(fā)送給終端設(shè)備。用戶(hù)終端通過(guò)以太網(wǎng)登錄到虛擬主機(jī)上，只需要記住用戶(hù)名和密碼及網(wǎng)關(guān)信息，即可隨時(shí)隨地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)自己的桌面系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)單機(jī)多用戶(hù)[8]。

醫(yī)院信息化程度的深入，醫(yī)院客戶(hù)端的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是客戶(hù)端計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定性較差，設(shè)備管理工作量大，難度高。利用桌面虛擬化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)醫(yī)院桌面終端簡(jiǎn)單化，并實(shí)現(xiàn)集中管理，從而有效降低維護(hù)量和維護(hù)成本。

4.2 云存儲(chǔ)建設(shè)

醫(yī)院存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量及傳輸數(shù)據(jù)量比之前有爆炸式的增長(zhǎng)，對(duì)數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)設(shè)備的容量和穩(wěn)定性等提出了更高的要求。建立醫(yī)院的私有存儲(chǔ)云提供存儲(chǔ)空間，并且其中的數(shù)據(jù)可以做到隨時(shí)訪問(wèn)，就像訪問(wèn)本地的存儲(chǔ)一樣。作為云端，在不影響用戶(hù)的情況下，提供了很多的附加功能，使得云成為高效、可靠、安全的存儲(chǔ)池[9]。結(jié)合我院存儲(chǔ)使用實(shí)際，我院未來(lái)將嘗試基于EMC VPLEX的雙活云存儲(chǔ)中心（圖2）。

圖2 基于EMC VPLEX的雙活云存儲(chǔ)中心

4.3 網(wǎng)絡(luò)虛擬化

隨著云計(jì)算的高速發(fā)展，虛擬化應(yīng)用已成為近幾年在企業(yè)級(jí)環(huán)境下廣泛實(shí)施的技術(shù)，除了服務(wù)器/存儲(chǔ)虛擬化之外，在2012年SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）和OpenFlow大潮的進(jìn)一步推動(dòng)下，網(wǎng)絡(luò)虛擬化又再度成為熱點(diǎn)[10]。我院主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用H3C設(shè)備，其專(zhuān)有的設(shè)備虛擬化技術(shù)為IRF（Intelligent Resilient Framework，即智能彈性架構(gòu)）。IRF2.0將多個(gè)設(shè)備虛擬為單一設(shè)備，而且形成的虛擬設(shè)備具有更高的擴(kuò)展性、可靠性，從而提高了資源利用率，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和管理（圖3）。

圖3 基于IRF的虛擬化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

5 結(jié)語(yǔ)

基于VMware虛擬化平臺(tái)建立醫(yī)院數(shù)據(jù)中心，能夠有效地提高設(shè)備的利用率，降低數(shù)據(jù)中心總所有成本；集中化的管理平臺(tái)能夠有效簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)中心管理，提高了系統(tǒng)部署的效率；通過(guò)虛擬化高可靠集群（HA）的構(gòu)建有效保障了系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性。

[1] 黃影,孫立淼．新醫(yī)改背景下醫(yī)院數(shù)據(jù)中心建設(shè)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]．醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2012,33(6):33-36．

[2] 陳一君,韓雄．南京軍區(qū)“醫(yī)云工程”數(shù)據(jù)中心建設(shè)解決方案[J]．中國(guó)數(shù)字醫(yī)學(xué),2013,8(7):11-14．

[3] 吳艷君．基于虛擬化技術(shù)的醫(yī)院信息平臺(tái)設(shè)計(jì)[J]．中國(guó)醫(yī)療設(shè)備, 2014,29(1):41-44．

[4] 李波．服務(wù)器虛擬化技術(shù)在醫(yī)院信息系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．醫(yī)療裝備, 2010,(12):15-16．

[5] 朱海濤．VMware虛擬化系統(tǒng)在高校圖書(shū)館中的構(gòu)建與應(yīng)用[J]．現(xiàn)代圖書(shū)情報(bào)技術(shù),2012,28(1):68-72．

[6] 張鈞,於煌．基于VMware虛擬化技術(shù)的醫(yī)院信息化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J]．中華醫(yī)院管理雜志,2013,29(2):103-104．

[7] 馬博峰．VMware、Citrix和Microsoft虛擬化技術(shù)詳解與應(yīng)用實(shí)踐[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2013．

[8] 姜昌金,陶樺．桌面虛擬化技術(shù)在校園網(wǎng)環(huán)境的應(yīng)用[J]．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2011,28(5):103-105．

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[10] 王穎,關(guān)璐．網(wǎng)絡(luò)虛擬化環(huán)境下的故障管理[J]．電信科學(xué),2013, 29(5):44-48．

Research on the Application of the VMware Virtual Software in Data Centre Construction in the Hospital

BA Jiang-bo, CHEN Jiang, DAN Pan-dong, ZHANG Jiang-jiang
Department of Information, Affiliated Jingzhou Hospital of Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Jingzhou Hubei 434020, China

目的 探討VMware虛擬化平臺(tái)在醫(yī)院數(shù)據(jù)中心建設(shè)與管理中的應(yīng)用方式。方法 分析傳統(tǒng)醫(yī)院數(shù)據(jù)建設(shè)模式的弊端和主流X86服務(wù)器虛擬化產(chǎn)品特點(diǎn)，選擇VMware虛擬化平臺(tái)方案建設(shè)醫(yī)院新一代數(shù)據(jù)中心；利用該平臺(tái)將刀片服務(wù)器、SAN存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立虛擬化HA（High Available，HA）集群，用于集中部署醫(yī)院各種信息系統(tǒng)，提高業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性。結(jié)果 采用VMware虛擬化平臺(tái)建設(shè)醫(yī)院數(shù)據(jù)中心能夠在降低綜合運(yùn)行成本的同時(shí)，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心管理，有效保障信息系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。結(jié)論 VMware虛擬化平臺(tái)適合用于醫(yī)院新一代數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與管理。

VMware虛擬軟件；醫(yī)院信息系統(tǒng)；服務(wù)器虛擬化；桌面虛擬化；虛擬機(jī)

Objective To explore the application method of the VMware virtual platform in construction and management of the data center in the hospital. Methods Through analyzing the shortcomings of the traditional data construction pattern and the main X86 server virtual products, the VMware virtualization platform was selected to construct a new-generation data center. Then, the virtual HA (High Available) cluster of the blade server, SAN storage and network system was created through the platform. The virtual HA cluster can be used to centralized deployment of various hospital information systems and improve the continuity in the operation of the system. Results Application of the VMware virtual platform in data center construction in the hospital reduced the overall operation costs and optimized management of the data center, which ensured the stability in the operation of the information system. Conclusion The VMware virtual platform is suitable for construction and management of a newgeneration data center in the hospital.

VMware; hospital information system; server virtualization; desktop virtualization; virtual machine

TP391.9

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.02.021

1674-1633(2015)02-0078-03

2014-08-24

本文作者：巴江波，碩士，工程師。

作者郵箱：bjb1234@163．com