三甲醫(yī)院虛擬化技術(shù)的研究與實(shí)踐

■ 李先鋒 王凱蕓 呂 強(qiáng) 查佳凌 陳 睦

醫(yī)療行業(yè)的信息化建設(shè)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，信息系統(tǒng)在醫(yī)院的應(yīng)用越來(lái)越復(fù)雜，醫(yī)院整體業(yè)務(wù)對(duì)信息系統(tǒng)的依賴(lài)程度也越來(lái)越高。信息化幾乎已經(jīng)普及到醫(yī)院的每項(xiàng)業(yè)務(wù)和每一個(gè)員工。如何利用先進(jìn)的信息化手段來(lái)優(yōu)化信息管理，提高服務(wù)器的利用率，甚至實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，也是當(dāng)前熱門(mén)的一個(gè)話(huà)題。本文以上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院虛擬化項(xiàng)目為例，對(duì)大型三甲醫(yī)院的服務(wù)器虛擬化與桌面虛擬化技術(shù)的應(yīng)用做進(jìn)一步的研究與分析。

1 服務(wù)器和終端系統(tǒng)現(xiàn)狀

新華醫(yī)院現(xiàn)有的信息系統(tǒng)主要包括面向臨床醫(yī)療的醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）、檢驗(yàn)信息系統(tǒng)（LIS）、護(hù)理信息系統(tǒng)（NIS）、放射管理系統(tǒng)（RIS）、體檢系統(tǒng)、手術(shù)麻醉及重癥監(jiān)護(hù)等系統(tǒng)和面向管理的協(xié)同辦公系統(tǒng)、HRP系統(tǒng)、網(wǎng)站等系統(tǒng)。運(yùn)行這些系統(tǒng)的服務(wù)器近50臺(tái)。核心的HIS、LIS、RIS系統(tǒng)為高可用性雙機(jī)環(huán)境，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在統(tǒng)一的共享磁盤(pán)陣列中。其它系統(tǒng)均為單機(jī)運(yùn)行，數(shù)據(jù)基本都是在服務(wù)器的內(nèi)置硬盤(pán)存放。

隨著新華醫(yī)院規(guī)模的擴(kuò)大和業(yè)務(wù)量的不斷提升，醫(yī)療業(yè)務(wù)系統(tǒng)對(duì)信息系統(tǒng)的要求將越來(lái)越高，新的電子病歷系統(tǒng)、綜合預(yù)約系統(tǒng)、移動(dòng)醫(yī)療、一站式付費(fèi)、ESB平臺(tái)等系統(tǒng)將陸續(xù)建設(shè)，對(duì)服務(wù)器的需求會(huì)不斷的增長(zhǎng)。目前新華醫(yī)院的終端辦公電腦與醫(yī)生護(hù)士工作站的總臺(tái)數(shù)已經(jīng)近2000臺(tái)，隨著19層干保樓和兒外科大樓的陸續(xù)建成，終端設(shè)備的數(shù)量還會(huì)大量增加。

1.1 服務(wù)器與桌面終端問(wèn)題總結(jié)

1.1.1 一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)應(yīng)一臺(tái)物理服務(wù)器，中央處理器（CPU）資源浪費(fèi)嚴(yán)重。醫(yī)院的應(yīng)用系統(tǒng)除了HIS，LIS和PACS外，多為功能性應(yīng)用，數(shù)據(jù)量小，并發(fā)小。普遍服務(wù)器的CPU平均負(fù)載都低于5％。

1.1.2 單臺(tái)物理機(jī)無(wú)法解決服務(wù)器冗余問(wèn)題，主機(jī)發(fā)生故障，應(yīng)用系統(tǒng)即癱瘓，單點(diǎn)故障隱患嚴(yán)重。如果雙機(jī)運(yùn)行，服務(wù)器的數(shù)量要翻一倍，資源浪費(fèi)情況更嚴(yán)重，而且為了實(shí)現(xiàn)高可用性雙機(jī)配置，還必須要有外置的磁盤(pán)陣列。

1.1.3 每部署一套新的應(yīng)用都要觸發(fā)一次設(shè)備采購(gòu)。每次采購(gòu)都有采購(gòu)周期和成本增加，軟件應(yīng)用所需的平臺(tái)部署周期長(zhǎng)。

1.3.4 用電量不斷增長(zhǎng)，2000臺(tái)電腦終端和幾十臺(tái)服務(wù)器耗電量巨大，醫(yī)療計(jì)算成本居高不下。

1.3.5 2000臺(tái)終端管理難度和工作量都很大，每天都要有數(shù)次軟硬件故障報(bào)修，維護(hù)人員疲于奔命。

1.3.6 一些敏感數(shù)據(jù)可能通過(guò)終端泄漏。

1.2 耗電量總體分析

以50臺(tái)服務(wù)器，2000臺(tái)電腦終端進(jìn)行計(jì)算，每臺(tái)服務(wù)器功耗400W，每臺(tái)終端功耗150W。IDC的PUE（Power Usage Effectiveness的簡(jiǎn)寫(xiě)，是評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心能源效率的指標(biāo)，PUE=數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗/IT設(shè)備能耗）假設(shè)為2.5，服務(wù)器24小時(shí)運(yùn)行，終端12小時(shí)運(yùn)行，50臺(tái)服務(wù)器一年耗電：400W*24*365*50/1000＝175200度，IDC制冷耗電：175200*1.5＝262800度，2000臺(tái)終端：150W*12*365*2000/1000＝1314000度，以工業(yè)用電每度電1RMB計(jì)算，服務(wù)器和終端一年電費(fèi)為1752000RMB。

2 項(xiàng)目目標(biāo)

一是實(shí)現(xiàn)所有軟件應(yīng)用的高可用性，排除服務(wù)器的單點(diǎn)故障；二是提高服務(wù)器的利用率，節(jié)省服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)中心（IDC）空間占用；三是實(shí)現(xiàn)部署醫(yī)療服務(wù)應(yīng)用的時(shí)間從工作日降到分鐘量級(jí)；四是降低信息設(shè)備總功耗，節(jié)能減排；五是減少數(shù)據(jù)安全隱患；六是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公和移動(dòng)醫(yī)療。

3 虛擬化設(shè)計(jì)方案

3.1 總體設(shè)計(jì)思路

3.1.1 利用服務(wù)器虛擬化技術(shù)把分布在幾十臺(tái)物理服務(wù)器上的各種應(yīng)用合并到2-3臺(tái)服務(wù)器上，提高主機(jī)CPU利用率，降低服務(wù)器使用的空間與能耗。

3.1.2 利用虛擬化中的群集技術(shù)，解決服務(wù)器單點(diǎn)故障問(wèn)題。

3.1.3 數(shù)據(jù)集中存放共享的磁盤(pán)陣列上，徹底解決數(shù)據(jù)存放服務(wù)器內(nèi)置硬盤(pán)上導(dǎo)致的性能低下與安全問(wèn)題。

3.1.4 利用桌面虛擬化技術(shù)減少數(shù)據(jù)安全隱患，將敏感數(shù)據(jù)從所有終端系統(tǒng)上移除。

3.1.5 利用桌面虛擬化技術(shù)降低終端能耗與管理成本。

3.1.6 利用桌面虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公與醫(yī)療。

3.2 服務(wù)器虛擬化設(shè)計(jì)拓?fù)洌▓D1）

圖1 服務(wù)器虛擬化設(shè)計(jì)拓?fù)?/p>

3.3 服務(wù)器虛擬化方案摘要

3.3.1 在2臺(tái)4U PC服務(wù)器上部署Vmware ESXi主機(jī)虛擬化軟件。

3.3.2 每臺(tái)ESXi上運(yùn)行20-30個(gè)虛擬機(jī)。

3.3.3 2臺(tái)ESXi雙機(jī)HA方式運(yùn)行，互為備份，實(shí)現(xiàn)所有虛擬化應(yīng)用的高可用性。

3.3.4 虛擬機(jī)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)存放在核心存儲(chǔ)設(shè)備上，保證數(shù)據(jù)安全性并提高了I/O性能。

3.4 桌面虛擬化方案拓?fù)洌▓D2）

圖2 桌面虛擬化方案拓?fù)?/p>

3.5 桌面虛擬化設(shè)計(jì)摘要

3.5.1 采用瘦客戶(hù)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(wù)器的每個(gè)刀片上部署40-50個(gè)虛擬桌面。

3.5.3 引進(jìn)手持設(shè)備實(shí)現(xiàn)移動(dòng)醫(yī)療與辦公［2］。

3.5.4 由于桌面在服務(wù)器端存放，因此保證各類(lèi)終端設(shè)備訪(fǎng)問(wèn)醫(yī)療信息系統(tǒng)體驗(yàn)上的一致性。

3.5.5 利用Windows AD實(shí)現(xiàn)桌面安全管理與標(biāo)準(zhǔn)化，防止了敏感數(shù)據(jù)的泄露。

4 項(xiàng)目成果

4.1 服務(wù)器虛擬化成果

4.1.1 實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用的高可用性。

4.1.2 降低IDC的空間占用，2臺(tái)4U的服務(wù)器替換了幾十臺(tái)共計(jì)占用100U以上空間的服務(wù)器。

4.1.3 降低了信息人員的維護(hù)工作量，從維護(hù)幾十臺(tái)服務(wù)器到維護(hù)2-3臺(tái)服務(wù)器。

4.1.4 節(jié)能減排，降低信息運(yùn)行成本。以4U服務(wù)器1000W功耗計(jì)算，每臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行25臺(tái)虛擬機(jī)計(jì)算，每年可節(jié)電15.76萬(wàn)度，以IDC PUE為2.5計(jì)算，節(jié)省制冷耗電23.65萬(wàn)度；以每節(jié)約一度電減少二氧化碳排放1千克計(jì)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(hù)端由于沒(méi)有內(nèi)存，硬盤(pán)，功耗不足10W，故障率遠(yuǎn)低于電腦臺(tái)式機(jī)，降低了信息人員的維護(hù)工作量［3］。

4.2.2 優(yōu)化辦公環(huán)境。瘦客戶(hù)端占用空間小，低功耗，低輻射，低散熱。

4.2.3 移動(dòng)辦公與醫(yī)療。醫(yī)生和護(hù)士不再受限于某臺(tái)電腦的性能和具體位置，由于桌面在服務(wù)器端存放，只需以自己身份登錄桌面終端，隨時(shí)隨地可以繼續(xù)進(jìn)行未完成的工作。

4.2.4 節(jié)能減排，降低信息運(yùn)行成本。完成800臺(tái)電腦工作站的瘦客戶(hù)端替換，每臺(tái)工作站功耗150W，每個(gè)瘦客戶(hù)端功耗20W，每個(gè)刀片運(yùn)行40的虛擬化桌面，電腦終端的每天運(yùn)行時(shí)間為12小時(shí)，刀片每片功耗300W，瘦客戶(hù)端的與刀片服務(wù)器的運(yùn)行時(shí)間為24小時(shí)。每年節(jié)電33.28萬(wàn)度；以每節(jié)約一度電減少二氧化碳排放1千克計(jì)算，全年可以減少二氧化碳排放332噸。

新華醫(yī)院目前在兩臺(tái)4U的計(jì)算機(jī)服務(wù)器運(yùn)行了近40臺(tái)虛擬主機(jī)，并且仍在逐步替換已在運(yùn)行的近30臺(tái)物理服務(wù)器上的應(yīng)用，至2011年底將在兩臺(tái)服務(wù)器上運(yùn)行80臺(tái)左右的虛擬主機(jī)。同時(shí)桌面虛擬化項(xiàng)目也在試點(diǎn)階段，隨著桌面虛擬化的全面推廣，在信息化領(lǐng)域新華醫(yī)院將逐漸轉(zhuǎn)變成綠色醫(yī)院。

［1］溫劍，李毓忠.我院PACS存儲(chǔ)優(yōu)化的實(shí)施.醫(yī)療衛(wèi)生裝備［J］.2009，30（12）：51-52.

［2］鄭樹(shù)森，移動(dòng)醫(yī)療在醫(yī)院管理中的突破［J］.中國(guó)數(shù)字醫(yī)學(xué)，2009，4（5）：21-22.

［3］李雅麗，陳珊.淺談瘦客戶(hù)端的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)［J］.科技信息，2008，（23）：69.

［4］莫神星.節(jié)能減排機(jī)制法律政策研究［M］.北京：中國(guó)時(shí)代經(jīng)濟(jì)出版社，2010.

陳睦：副研究員，副主任醫(yī)師，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院副院長(zhǎng)。

E-mail：chen-mu@sh163.net