醫(yī)院信息系統(tǒng)的備份與容災(zāi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李 鍇

（福建江夏學(xué)院 福建 350108）

0 引言

信息技術(shù)在醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)中大致包括醫(yī)院信息系統(tǒng)(Hospital Information System，HIS)[1]、醫(yī)學(xué)影像存檔與通訊系統(tǒng)（Picture archiving and communication system，PACS）、放射信息管理系統(tǒng)(Radiology Information System，RIS)、醫(yī)院檢驗(yàn)系統(tǒng)（Laboratory Information Management System，LIS）、電子病歷(Electronic Medical Record，EMR）等系統(tǒng)。

由于信息數(shù)據(jù)是保證醫(yī)院業(yè)務(wù)持續(xù)成功運(yùn)作的基石，因此需要有效地保護(hù)基于計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的信息數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)丟失或損壞的現(xiàn)象普遍存在著，比如人為操作錯(cuò)誤、硬盤損毀、電腦病毒、不可靠的數(shù)據(jù)傳輸、自然災(zāi)害等等都可能會(huì)造成數(shù)據(jù)的損壞丟失，給醫(yī)院造成無可估量的損失。當(dāng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)災(zāi)難時(shí)，可以迅速地恢復(fù)數(shù)據(jù)及操作系統(tǒng)，使整個(gè)系統(tǒng)在最短的時(shí)間內(nèi)重新投入正常運(yùn)行。

1 數(shù)據(jù)安全需求分析

所有的應(yīng)用數(shù)據(jù)僅存儲(chǔ)于PC中、服務(wù)器中或是存儲(chǔ)磁盤陣列中，對(duì)數(shù)據(jù)的安全保護(hù)存在很大的缺陷。手工備份的方法無法實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的及時(shí)的、全面的、準(zhǔn)確的備份及恢復(fù)。這種狀況的系統(tǒng)造成的隱患，隨著數(shù)據(jù)量的不斷增長和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的不斷擴(kuò)充，將會(huì)變得越來越大。醫(yī)院最關(guān)鍵的業(yè)務(wù)在于HIS和LIS，離開了這兩個(gè)業(yè)務(wù)現(xiàn)代醫(yī)院幾乎無法運(yùn)營，并且這個(gè)兩個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)增長量最大、增速最快。

因此，為了保護(hù)醫(yī)院的關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，有必要利用專業(yè)的備份軟件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的備份，并提供快速恢復(fù)的能力。建立統(tǒng)一的、集中管理的備份系統(tǒng)，對(duì)醫(yī)院關(guān)鍵業(yè)務(wù)HIS、LIS的服務(wù)器進(jìn)行集中備份，保證應(yīng)用系統(tǒng)在出現(xiàn)數(shù)據(jù)災(zāi)難時(shí)具有業(yè)務(wù)不中斷和可恢復(fù)性。

2 數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)

2.1 備份系統(tǒng)管理軟件的選擇

備份系統(tǒng)是數(shù)據(jù)安全的重要保障，要求達(dá)到的企業(yè)級(jí)備份與恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)管理集中化、備份高速化、作業(yè)自動(dòng)化，全面支持DAS、SAN、NAS[2]等各種平臺(tái)。備份系統(tǒng)應(yīng)建立科學(xué)合理的備份策略，包括全備份、增量備份、差分備份、合并備份等模式，需制定合理的日備、月備、年備及一次性備份的良好管理策略。備份系統(tǒng)需完全滿足業(yè)務(wù)系統(tǒng)的備份需求，支持DAS、NAS、FC SAN、IP SAN等各種體系架構(gòu)的變化，也支持各種科學(xué)合理的備份策略，對(duì)統(tǒng)一存儲(chǔ)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)全面的數(shù)據(jù)保護(hù)。

備份系統(tǒng)管理軟件[3]是備份系統(tǒng)的核心，決定了系統(tǒng)數(shù)據(jù)本地備份、存儲(chǔ)備份以及數(shù)據(jù)恢復(fù)的功能與效率，直接影響著數(shù)據(jù)安全。備份系統(tǒng)管理軟件的選擇應(yīng)著重于以下幾方面:(1)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高可靠、全自動(dòng)的備份，增加備份效率，壓縮備份時(shí)間，并能在系統(tǒng)故障發(fā)生時(shí)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用數(shù)據(jù)系統(tǒng)的快速恢復(fù)；(2)可實(shí)現(xiàn)整個(gè)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)集中備份管理，能通過單一直觀界面對(duì)數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制，減少系統(tǒng)管理員的工作量，避免由于管理人員的誤操作導(dǎo)致的嚴(yán)重?cái)?shù)據(jù)損失；(3)確保服務(wù)器系統(tǒng)及關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的可管理性、安全性、完整性及易于恢復(fù)，搭建的備份系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)χ匾獢?shù)據(jù)進(jìn)行全面管理及實(shí)時(shí)性備份、定期性的完全備份、增量備份、歸檔檢索與恢復(fù)；(4)備份要求在不中斷業(yè)務(wù)應(yīng)用的前提下進(jìn)行，在性能上能夠在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)完成所有的備份作業(yè)，能夠做到無人值守備份；(5)全面兼容用戶環(huán)境中的操作系統(tǒng)平臺(tái)及數(shù)據(jù)庫應(yīng)用，并對(duì)主流操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、磁帶庫設(shè)備、虛擬磁帶庫等具有良好的兼容性，不會(huì)為用戶將來的系統(tǒng)擴(kuò)展及升級(jí)造成阻礙；(6)能夠安全高效的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份功能，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，保證信息資源安全；(7)所提供的存儲(chǔ)備份方案能隨著系統(tǒng)的不斷建設(shè)和完善，對(duì)存儲(chǔ)備份需求的提高，進(jìn)行平滑擴(kuò)展，以便于用戶保護(hù)原有投資。

綜合考慮以上幾個(gè)方面因素醫(yī)院采用Symantec Backup Exec Server 12.5[4]作為備份系統(tǒng)管理軟件。Symantec Backup Exec Server提供統(tǒng)一的企業(yè)數(shù)據(jù)管理方案來確保高性能數(shù)據(jù)保護(hù)、整體的可用性和對(duì)復(fù)雜存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的便捷管理。Symantec Backup Exec Server具有良好的備份管理性能，并在目前全國醫(yī)療行業(yè)有很多的成功案例，用戶使用情況好，充分體現(xiàn)了可行性。

2.2 備份系統(tǒng)的部署

備份服務(wù)器部署在中心機(jī)房，備份設(shè)備選擇虛擬帶庫，采用LAN方式備份：（1）用一臺(tái)Windows 2008服務(wù)器擔(dān)任備份服務(wù)器，負(fù)責(zé)整個(gè)備份系統(tǒng)的管理，包括備份策略的制訂、備份工作的調(diào)度、備份數(shù)據(jù)庫的保存、數(shù)據(jù)恢復(fù)等；（2）備份數(shù) 5 WIN SERVER(備份主模塊)，負(fù)責(zé)備份系統(tǒng)的管理；（3）在醫(yī)院關(guān)鍵業(yè)務(wù)HIS、LIS的服務(wù)器上安裝數(shù)據(jù)庫代理（如SQL 數(shù)據(jù)庫代理選件），保證數(shù)據(jù)庫的在線備份；（4）在每一臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器上安裝災(zāi)難恢復(fù)軟件（Backup Exec System Recovery），將硬盤分區(qū)以熱備份方式備份到磁盤陣列上。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，管理員可以通過網(wǎng)絡(luò)在十幾分鐘內(nèi)快速恢復(fù)整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。即使是在硬件故障發(fā)生時(shí)，也可以直接在不同硬件平臺(tái)上恢復(fù)系統(tǒng)，最大限度地縮短停機(jī)時(shí)間。若以后增加了需要備份的應(yīng)用服務(wù)器，則只需增購相應(yīng)的災(zāi)難恢復(fù)軟件即可。

HIS和LIS系統(tǒng)服務(wù)器核心SQL數(shù)據(jù)庫，備份策略為：每天增量備份+周末全備。每天增量備份自動(dòng)在每天下午六時(shí)后開始，因?yàn)椋捍蟛糠轴t(yī)生下班，財(cái)務(wù)結(jié)算結(jié)束，門診大樓停止?fàn)I業(yè)。由于全備時(shí)間長，周末醫(yī)院的業(yè)務(wù)量極少，選擇在周天午夜自動(dòng)開始。

通過Backup Exec System Recovery可以把系統(tǒng)從一個(gè)硬件平臺(tái)遷移到另外一個(gè)硬件平臺(tái)而不需要重新安裝操作系統(tǒng)，整個(gè)恢復(fù)時(shí)間僅需幾分鐘時(shí)間，所有操作系統(tǒng)、系統(tǒng)配置、應(yīng)用系統(tǒng)、個(gè)性化配置全部恢復(fù)如初。該軟件可以通過把系統(tǒng)恢復(fù)到虛擬平臺(tái)之上供用戶測(cè)試補(bǔ)丁，以避免為真實(shí)系統(tǒng)安裝補(bǔ)丁后導(dǎo)致的系統(tǒng)不穩(wěn)定。Backup Exec System Recovery的遠(yuǎn)程恢復(fù)能力可以讓管理員在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、對(duì)任何設(shè)備（包括虛擬設(shè)備）進(jìn)行備份或恢復(fù)操作，此時(shí)管理員僅需要一個(gè)遠(yuǎn)程的Windows工作站、筆記本或者是Pocket PC。另外，Backup Exec System Recovery 也針對(duì)企業(yè)服務(wù)器數(shù)量眾多的情形提供了中央視圖管理功能，管理員不僅可以在中央管理臺(tái)上監(jiān)控和報(bào)告醫(yī)院各科室一千多臺(tái)電腦每一個(gè)恢復(fù)點(diǎn)的狀態(tài)，并且可以自動(dòng)地發(fā)現(xiàn)不受保護(hù)的系統(tǒng)。

3 高可用容災(zāi)系統(tǒng)

3.1 容災(zāi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

利用Symantec的Storage Foundation方案構(gòu)建高可用的容災(zāi)系統(tǒng)。為了區(qū)別于以前的集群模式，把這個(gè)方案稱為“2+2”集群[5]模式。從功能上，該方案歷史性地突破了原先狹窄的HA概念，提供系統(tǒng)全冗余、無任何單點(diǎn)故障、以及數(shù)據(jù)和應(yīng)用的園區(qū)范圍的容災(zāi)功能，使醫(yī)院IT系統(tǒng)真正沒有后顧之憂。在原來的“2+1”集群模式的基礎(chǔ)上，增加了一臺(tái)磁盤陣列，將一臺(tái)服務(wù)器定義為一個(gè)“運(yùn)算節(jié)點(diǎn)”，將一臺(tái)磁盤陣列定義為一個(gè)“存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)”，所謂“2+2”模式就是“兩個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)+兩個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)”。

利用Symantec VERITAS Storage Foundation的卷鏡像功能實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)磁盤陣列之間的鏡像關(guān)系，每一次I/O的寫入都分別通過兩條主機(jī)通道到達(dá)兩臺(tái)磁盤陣列的控制器，并且當(dāng)兩個(gè)I/O都返回正確的結(jié)果之后，操作才算完成。所以，兩臺(tái)磁盤陣列中的數(shù)據(jù)完全保持實(shí)時(shí)同步，不用擔(dān)心任何的數(shù)據(jù)一致性問題。當(dāng)然由于采用的是同步傳輸?shù)姆绞?，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離不能相隔太遠(yuǎn)，建議的最遠(yuǎn)距離為50公里，如果超過50公里的距離限制，將會(huì)明顯地影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行性能。對(duì)于超過50公里的距離限制的容災(zāi)要求，可采用VERITAS Storage Foundation的Volume Replicator Option做異步方式的傳輸，異步方式不會(huì)造成在線業(yè)務(wù)系統(tǒng)性能的下降。不過50公里這個(gè)距離限制對(duì)于醫(yī)院的園區(qū)級(jí)別的容在要求是完全能夠滿足的。

采用VERITAS Storage Foundation 配合微軟的MSCS（CLUSTER SERVER）實(shí)現(xiàn)兩個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)之間的集群關(guān)系。除了實(shí)現(xiàn)基本的集群功能之外，本方案還有很多非常明顯的優(yōu)點(diǎn)：（1）最多支持多個(gè)節(jié)點(diǎn)的大規(guī)模集群；（2）簡(jiǎn)單易行的節(jié)點(diǎn)退出和加入操作；（3）跨平臺(tái)管理集群服務(wù)器系統(tǒng)；（4）支持集群卷的在線擴(kuò)展以及與VERITAS Storage Foundation的兼容性。

對(duì)于一個(gè)應(yīng)用來說，只要任意一個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)和一個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行正常就能保證整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。該方案減少了系統(tǒng)的宕機(jī)幾率，提供足夠的可靠性。整個(gè)方案的架構(gòu)也具有良好的可擴(kuò)展性，不僅可以“2+2”，還可以做到“N+2”，甚至“N+N”。 針對(duì)醫(yī)院的容災(zāi)系統(tǒng)需求，HIS和LIS系統(tǒng)采用3+2的模式，即中心機(jī)房采用2臺(tái)服務(wù)器+1個(gè)存儲(chǔ)，備份機(jī)房采用1臺(tái)冗余服務(wù)器+1臺(tái)冗余存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)的高可用容災(zāi)系統(tǒng)。

3.2 容災(zāi)系統(tǒng)的部署

把醫(yī)院的備份與容災(zāi)整合起來，從而有效減少硬件投資，同時(shí)提高系統(tǒng)可維護(hù)性。高可用容災(zāi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1所示。

圖1 醫(yī)院信息容災(zāi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在中心機(jī)房和備份機(jī)房分別部署一臺(tái)SAN存儲(chǔ)（把這兩臺(tái)SAN存儲(chǔ)都放置在中心機(jī)房），形成一個(gè)雙冗余的存儲(chǔ)系統(tǒng)，兩臺(tái)存 儲(chǔ)通過VERITAS的Storage Foundation實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)同步的數(shù)據(jù)鏡像復(fù)制。 通過Storage Foundation系統(tǒng)，所有連接SAN環(huán)境中的服務(wù)器從邏輯上只會(huì)看到一個(gè)存儲(chǔ)器，其對(duì)存儲(chǔ)的操作就如同一臺(tái)存儲(chǔ)陣列。二臺(tái)SAN存儲(chǔ)的同步鏡像復(fù)制由Storage Foundation實(shí)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)完全透明，沒有任何影響。兩臺(tái)EMC CX4-240分別部署在中心機(jī)房和備份機(jī)房。

所有的需要實(shí)現(xiàn)高可用的服務(wù)器（如HIS、LIS、PACS）確保以下幾點(diǎn)：（1）在服務(wù)器上配置3塊網(wǎng)卡（1塊心跳網(wǎng)卡，2塊業(yè)務(wù)網(wǎng)卡）；（2）在服務(wù)器上部署軟件VERITAS STORAGE FOUNDATION 5.0 WIN ENTERPRISE EDITION，使業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以鏡像方式分布于主機(jī)房與容災(zāi)機(jī)房的磁盤陣列中。運(yùn)行在服務(wù)器上的應(yīng)用可在發(fā)生問題時(shí)，通過MSCS（Microsoft Cluster Server）的Cluster集群功能進(jìn)行切換和接管；（3）在服務(wù)器上配置Windows Server 2008 企業(yè)版操作系統(tǒng)，以利用企業(yè)版自身的Cluster功能。

主機(jī)房的某一服務(wù)器有任何問題，先切換到本地的備用服務(wù)器上，有需要才切換到容災(zāi)機(jī)房中，通過VERITAS的高可用軟件，可以做到一對(duì)一，一對(duì)多，多對(duì)多的多種切換策略，根據(jù)用戶的需求來進(jìn)行定義。例如可以實(shí)現(xiàn)1臺(tái)冗余服務(wù)器對(duì)2臺(tái)HIS服務(wù)器+1臺(tái)RIS服務(wù)器的冗余。

4 結(jié)束語

目前，本存儲(chǔ)方案在某三甲醫(yī)院不間斷運(yùn)行了18個(gè)月，說明系統(tǒng)可靠、設(shè)計(jì)合理。合理的網(wǎng)絡(luò)與存儲(chǔ)的架構(gòu)，是一個(gè)醫(yī)療信息系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行的保障。醫(yī)療信息化程度越來越高，不斷增長的信息化數(shù)據(jù)也對(duì)信息化基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)時(shí)提出挑戰(zhàn)。構(gòu)建一個(gè)高可用性、高可靠性的存儲(chǔ)系統(tǒng)是醫(yī)療信息化的重要任務(wù)。數(shù)據(jù)的安全性、可靠性是整個(gè)醫(yī)療信息系統(tǒng)重中之重。

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