基于VMware技術的醫院信息系統部署

摘要：介紹醫院信息化的發展情況，分析并說明當前信息化存在的主要問題。通過對VMware虛擬化技術的分析與部署，將醫院當前的服務器資源進行整合，使得現有資源更加有效的進行利用，提高了整體系統的可用性，增加了工作效率。

關鍵詞：虛擬化；VMware；醫院信息化

1醫院規模

北京市隆福醫院創立于1950年，隨著醫院規模的不斷擴大，現已發展成以老年病治療、康復為主要特色，集醫療、教學、科研、預防為一體的二級甲等綜合性醫院，現為一院三址。

2醫院信息化現狀

隨著醫院信息化的不斷發展，信息系統規模也不斷擴大，從最早的只有一套醫院信息管理系統（HIS），隨后又陸續上了電子病歷系統（EMR）、實驗室信息管理系統（LIS），以及合理用藥、物資管理、網絡管理等大大小小十幾套系統，還有3個新系統：醫學影像系統（PACS）、放射信息管理系統（RIS）以及體檢管理系統，也將上線投入使用。應用系統的不斷增加，各種程序應用也越來越復雜，隨之產生的需求也越來越多。

醫院一些重要的應用系統，如HIS、LIS等，為了保證其業務的持續運行，采用的是傳統的雙機熱備方式。其他物理機為了避免多個應用運行可能導致的應用間的兼容性沖突，都是單獨使用一臺服務器。這就導致了服務器數量的急劇增加，不同系統的信息存儲量日益龐大，電力系統的供應壓力也日漸凸顯，IT機房空間十分有限，服務器也比較分散，導致了運行管理難度大、系統可靠性低、缺乏有效的容災備份措施、重要業務連續性沒有保障等一系列問題。隨著信息重要性的不斷提高，使得現有系統已無法滿足醫院自身發展的需求。隨著信息化的深入發展，醫院的各信息系統的專業化、明細化成了一個大趨勢[1]。

經過研究和分析，醫院決定以虛擬化軟件平臺來搭建服務器框架，不僅可以提高安全性，還可解決因為機房面積小、空間不足、資源分配的不平衡，無法再進行應用系統平臺搭建的難題。

3 VMware虛擬化技術

3.1虛擬化技術概述 虛擬化服務器是使用虛擬化軟件在一臺物理服務器上虛擬出一臺或多臺虛擬機，并復用物理機資源，多個虛擬機之間互不影響的同時運行，安裝在服務器上的虛擬化軟件被稱為VMM（Visual Machine Monitor）。我們選用VMware系列產品作為醫院的虛擬化服務器平臺，它是一款相當成熟的軟件產品。VMware可以虛擬出一整套完整的虛擬環境，包括CPU、內存、存儲設備、I/O設備等，通過VMware vSphere的虛擬化平臺解決方案，客戶端可以通過遠程連接到ESXi服務器上創建的多個虛擬機，同時對虛擬機的生命周期、備份、恢復、動態遷移等進行集中維護管理，對資源的運行狀況進行可視化的監控，根據策略動態的分配IT資源。VMware的所有應用進程都是在虛擬化內核（VMkernel）上直接運行的，每個已開啟的虛擬機都將在VMware中運行一個VMM。VMkernel對服務器的實際資源進行動態的分配，包括CPU時間、內存和存儲設備，以及各種設備驅動器，如網卡和虛擬交換機等。

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構。以往我們使用的VMware Workstation軟件，它是依存于宿主主機之上的。ESXi則是完全安裝在物理服務器之上，它可以在裸機上獨立安裝和運行，并且可以將物理服務器劃分成多個虛擬服務器。每個虛擬機之間可以共享網絡資源且同時運行。

3.2.2 VMware VMotion 在物理機運行當中，不可避免的會出現CPU，內存等利用率過高或過低的現象，導致物理機資源分配不均衡，這就需要在線遷移的技術。VMware VMmotion技術可以幫助實現這一過程，而且在遷移過程中不需要中斷虛擬機的運行，遷移時間也非常短暫，用戶完全感覺不到服務的中斷，是軟硬件升級，系統維護等操作時非常有力且有效的工具。

3.2.3 VMware High Availability（HA） HA技術是實現VMware虛擬機的高可用性。HA會監控集群內的物理主機并檢測主機故障[2]，當一臺物理機發生故障時，上面的虛擬機會自動轉移到另外一臺物理機上，這個過程是自動的，通常情況下會在幾分鐘內恢復虛擬機的運行。

3.2.4 VMware Distributed Resource Scheduler（DRS） VMware的分布式資源調度功能，該功能可以不間斷的對物理機資源池的利用率進行監控，并根據預先設置的策略和方案平衡分配虛擬機的負載資源。如果某臺服務器的負載較重，則DRS會自動的將此服務器上的部分虛擬機重新定位到負載較輕的服務器上去。

3.2.5 VMware Visual Center Server（vCenter） vCenter是對VMware vSphere環境的集中式管理平臺，使得虛擬環境變得更加易于管理，一個管理員就可以管理幾十甚至上百臺虛擬機。vCenter可以部署到虛擬機上，也可以單獨部署到一臺服務器。單獨一臺運行虛擬機的服務器最低配置為至強級別CPU，8GB以上內存，可以支持同時20個遠程連接，容納10部ESXi服務器和大約100臺虛擬機。

4虛擬環境的規劃與部署

隆福醫院部署4臺物理服務器和一臺存儲設備，并通過2臺光纖交換機的冗余連接來部署VMware虛擬化平臺，另外還有兩臺利舊服務器用作鏡像備份（見圖1）。其中3臺ESXI服務器選用的是IBM X3850 X6，硬件配置為4顆Intel Xeon E7-4809 1.90GHz六核處理器，128G內存，集成4端口千兆網卡，1塊PCIE2端口網卡及1塊雙口HBA卡。服務器通過DRS解決方案創建群集，保持ESXI主機間虛擬機的負載平衡。另外一臺采用利舊的IBM 3650 M3（4顆Intel Xeon E5640雙核處理器，16G內存）服務器安裝配置vCenter，考慮到目前只有3臺ESXI服務器，十幾臺虛擬機，根據vCenter服務器最低配置要求，VCenter不會對今后的系統運行產生瓶頸。

3臺IBM X3850 X6服務器上部署VMware vSphere環境，每臺X3850 X6服務器通過FC HBA卡連接到2臺光纖交換機，每個光纖交換機后端連接HDS 110存儲，形成標準的SAN存儲區域網絡，整個虛擬化環境實現了HA/DRS、虛擬防火墻和備份恢復等高級功能。

每臺X3850X6服務器都分兩組上連到兩臺核心交換機。一組使用服務器集成千兆網卡的2個端口，作為管理網絡；另一組使用PCIE網卡的2個端口，作為Vmotion網絡，保證服務器與核心交換機之間的線路冗余。J1、J2分別表示集成網卡的1號口和2號口，P1、P2分別表示PCIE卡的1號口和2號口。每個網線都標記好相應的號碼，通過號碼能夠查詢對應的設備接。

在應用網絡中，我們采用VMware P2V最佳實現方式，將軟件converter代理安裝于HIS、LIS等應用服務器中，在非工作時間段通過在線遷移方式，成功將物理機應用轉換為虛擬機，為防止虛擬機出現應用問題，整合2臺下架IBM 3650 M3作為HIS、LIS的應急備份服務器，并采用NAS和備份存儲設備相結合的方式，輕松的將歷史數據定期歸檔到備份存儲上，以便長期保存或異地保存。

5 VMware虛擬化實施的應用效果

采用VMware服務器虛擬化技術，使得醫院的IT資源有了更加有效的利用和整合，軟件和硬件之間實現了資源共享，簡化了運維管理的方式，具體表現在以下方面：

5.1顯著提高了服務器的平均利用率。CPU利用率由原來的5%～15%提高到50%～70%，內存使用率也達到40%以上，每臺物理機部署5～8個虛擬機，打破\"一機一應用\"的傳統模式。

5.2大幅度降低在IT信息化設備上的能源消耗。在3臺IBM X3850X6服務器上部署了原本需要近二十臺服務器的十幾個應用系統，實現了1：6的整合比，減少了服務器的數量，使現有IT能耗大幅降低，并且也大幅度降低相關信息化設備對于IT空間的需求。

5.3根據策略動態調整服務器資源，平衡服務器的應用負載。傳統服務器平臺應用計算的能力是有限的，而通過vSphere環境，基于SAN的共享存儲，將所有資源進行整合，當一臺虛擬服務器的應用計算能力不足或故障時，結合Vmware獨立于硬件的虛擬機負載平衡及故障切換功能，大大提高了調配資源的靈活性和安全性。

5.4簡捷易用的圖文管理界面，運維難度大大降低。vSphere有一套非常強大且易用的運維管理界面，網絡管理員通常在一個窗口下就可以對服務器和虛擬機進行管理和監控，或者部署新的虛擬機。vSphere提供了全面的功能，可以充分發揮虛擬化數據中心的優勢并確保基礎架構和應用實現最佳的性能、可用性和效率[2]。

6結論

通過部署VMware虛擬化技術，醫院的信息管理系統有了進一步的增強，顯著改善了服務器系統的組成結構，資源利用率有了明顯的提高。虛擬化服務器技術整體提高了醫院信息系統的安全性，充分發揮了設備性能，降低了管理難度[3]，確保了醫院業務24 h不間斷的運行，取得了很好的成效。

參考文獻：

[1]繆一鋒.醫院虛擬化服務器部署[J].計算機應用與軟件，2011，28（8）：206-208，259.

[2]鄒得強，潘志強，吳慶斌.基于VMware虛擬化技術的醫院信息系統建設[J].醫學信息學雜志，2014，35（10）：22-25.

[3]劉海林.基于VMware的醫院服務器虛擬化研究與實踐[J].中國醫學教育技術，2014，28（3）：302-304.編輯/孫杰