服務(wù)器虛擬化技術(shù)在數(shù)字化醫(yī)院中的應(yīng)用

楊叔穎

(鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院信息處 鄭州 450052)

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服務(wù)器虛擬化技術(shù)在數(shù)字化醫(yī)院中的應(yīng)用

楊叔穎

(鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院信息處 鄭州 450052)

在全面分析國內(nèi)現(xiàn)有醫(yī)院信息平臺服務(wù)器部署現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，探討虛擬化技術(shù)在醫(yī)院服務(wù)器資源整合中的優(yōu)勢，以鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院為例，闡述服務(wù)器虛擬化實施方案以及實施過程中應(yīng)注意的問題，為加快醫(yī)院醫(yī)療信息化建設(shè)提供高效、便捷的途徑。

醫(yī)院信息化；服務(wù)器虛擬化；虛擬化架構(gòu)

1 引言

隨著醫(yī)院信息化建設(shè)的深入，信息系統(tǒng)在醫(yī)院的應(yīng)用越來越復(fù)雜，醫(yī)療信息系統(tǒng)的分類也越來越細(xì)化，從原來僅需要一套病區(qū)護理系統(tǒng)和收費系統(tǒng)演變成醫(yī)院信息系統(tǒng)(HIS)、圖像存儲與傳輸系統(tǒng)(PACS)、檢驗信息系統(tǒng)(LIS)、電子病歷系統(tǒng)(EMRS)等幾十套系統(tǒng)。按照傳統(tǒng)的模式部署，一個應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)不同的系統(tǒng)構(gòu)架往往需要獨占一臺或數(shù)臺服務(wù)器，加之業(yè)務(wù)量的逐年遞增，必須增加相應(yīng)數(shù)量的服務(wù)器[1]。而日益增多的服務(wù)器增加了相當(dāng)大的管理和維護工作量，同時也對機房、機柜、空調(diào)、電力消耗、設(shè)備管理提出了新的要求。如何更為有效地整合服務(wù)器資源，提高設(shè)備利用率以及單機服務(wù)器的安全性，成為醫(yī)院迫切需要解決的問題。

鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院作為省部級共建的現(xiàn)代化大型綜合醫(yī)院，信息化建設(shè)一直走在全國前列，但目前進入了制約發(fā)展的瓶頸期。隨著新門診醫(yī)技樓的投入使用，醫(yī)院綜合分析了醫(yī)院住院人次、再用信息系統(tǒng)數(shù)量以及高峰期服務(wù)器負(fù)載情況等因素，制定了以高配置服務(wù)器、虛擬機軟件平臺為基礎(chǔ)，搭建醫(yī)院虛擬化服務(wù)器構(gòu)架的解決方案，為加快醫(yī)院醫(yī)療信息化建設(shè)提供了高效、便捷的途徑，既有利于數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)穩(wěn)定，又能大幅度降低數(shù)據(jù)中心的運營成本和總體擁有成本，從而更好地承載醫(yī)院的應(yīng)用。

2 服務(wù)器虛擬化技術(shù)簡介

2.1 服務(wù)器虛擬化

虛擬化是一個廣義的術(shù)語，在計算機方面通常是指計算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是在真實的基礎(chǔ)上運行。虛擬化技術(shù)包括服務(wù)器虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、存儲虛擬化、應(yīng)用虛擬化和桌面虛擬化[2]，這里主要論述服務(wù)器虛擬化。服務(wù)器虛擬化是把物理服務(wù)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(wù)器即虛擬機[3]。通過這種技術(shù)，在一臺機器上可以支持Linux，Windows，UNIX等操作系統(tǒng)同時運行，而不需要重啟機器就能切換操作系統(tǒng)。簡單來講，就是指多個操作系統(tǒng)在同一時間運行在同一臺主機上。

2.2 醫(yī)院服務(wù)器系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著應(yīng)用的不斷深入、服務(wù)器設(shè)備的不斷增加以及系統(tǒng)配置管理的時間增多，醫(yī)院服務(wù)器系統(tǒng)資源閑置的問題日益明顯。缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃、大功率消耗、醫(yī)院的快速發(fā)展與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)脫節(jié)是造成這些服務(wù)器利用率低下、適應(yīng)能力差的主要原因[4]?；A(chǔ)設(shè)施的增加為醫(yī)院業(yè)務(wù)的擴展提供了硬件平臺，但同時也給醫(yī)院應(yīng)用系統(tǒng)及信息相關(guān)的安全防護造成了新的壓力，對于這種系統(tǒng)架構(gòu)越來越復(fù)雜的現(xiàn)狀，單純機械地堆積服務(wù)器是不能解決問題的，最有效的辦法就是進行服務(wù)器虛擬化，服務(wù)器虛擬化技術(shù)以其獨有的特點和優(yōu)勢為上述問題的解決提供了高效、便捷的途徑。

2.3 服務(wù)器虛擬化技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療系統(tǒng)中的優(yōu)勢

醫(yī)療信息系統(tǒng)由多個不同類型的服務(wù)組成，服務(wù)間的聯(lián)系相對松散，且資源基礎(chǔ)、運行模式、環(huán)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(tǒng)崩潰或者宕機，將會影響到醫(yī)院的日常運作。因此將服務(wù)器虛擬化技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)院建設(shè)主要有以下幾方面優(yōu)勢：(1)提高應(yīng)用兼容性和加速應(yīng)用部署。改進管理的方式，可部署多套不同的系統(tǒng)，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(yù)先制定好的操作系統(tǒng)、應(yīng)用模板或拷貝虛擬機，快速部署了數(shù)據(jù)庫、中間件等各類服務(wù)器和開發(fā)測試環(huán)境，用虛擬架構(gòu)預(yù)備新的項目，可以主動地提前規(guī)劃硬件資源[6]。(2)提高資源利用率，降低能耗。利用統(tǒng)一的虛擬管理平臺，可以將所有服務(wù)器作為統(tǒng)一資源，按需自動進行動態(tài)管理，提高系統(tǒng)的運行效率；智能化的電源管理，在應(yīng)用程序負(fù)載低時，減少運行的物理服務(wù)器數(shù)量以降低各單元的耗電量，實現(xiàn)節(jié)能的綠色計算。(3)實現(xiàn)在線式動態(tài)遷移，保障業(yè)務(wù)連續(xù)[7]。在災(zāi)難恢復(fù)中使用虛擬環(huán)境可使虛擬機從一個執(zhí)行環(huán)境遷移到另外一個數(shù)據(jù)中心的備份介質(zhì)上執(zhí)行，而服務(wù)不中斷，不影響醫(yī)療業(yè)務(wù)的正常開展，從而無需為計劃內(nèi)的服務(wù)器維護安排應(yīng)用程序停機，確保了業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

3 醫(yī)院服務(wù)器虛擬化平臺設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 概述

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

3.2 軟硬件配置

HIS作為醫(yī)院運作最根本的一個信息系統(tǒng)，其安全性和運維的延續(xù)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(wù)器上。EMRS、LIS、PACS等有大量圖形或數(shù)據(jù)寫入的系統(tǒng)，對硬件需求特別嚴(yán)格，對存儲空間要求很高，也無法運行在現(xiàn)有的虛擬機環(huán)境中。如今僅使用虛擬服務(wù)器運行如重癥手麻、護理管理、院前急救、醫(yī)務(wù)管理、合理用藥等一些二線系統(tǒng)。硬件配置：醫(yī)院根據(jù)應(yīng)用規(guī)模和需求，在原有設(shè)備基礎(chǔ)上，新購置4臺IBM X3850X5高端機架式服務(wù)器、 2臺IBM X3650X5服務(wù)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(shè)計與實現(xiàn)

3.3.1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D 本方案中服務(wù)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(tǒng)拓?fù)鋱D，見圖1。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3.3.2 中心機房 中心機房的核心系統(tǒng)設(shè)計采用4臺IBM X3850X5高端服務(wù)器構(gòu)建虛擬化系統(tǒng)架構(gòu)平臺。使用高性能的IBM DS4200光纖磁盤陣列作為虛擬系統(tǒng)架構(gòu)的共享數(shù)據(jù)存儲，4臺服務(wù)器均安裝使用VMware虛擬化軟件建立重業(yè)務(wù)系統(tǒng)的虛擬機集群。在此方案中，中心機房4臺IBM X3850X5服務(wù)器組成一個集群，集群內(nèi)建立多個虛擬主機分別運行各個應(yīng)用程序，每一應(yīng)用系統(tǒng)運行在自己的獨立虛擬機內(nèi)，因此任意一個應(yīng)用程序出現(xiàn)故障，都可以獨立地重啟、掛起、災(zāi)難/恢復(fù)、遷移和備份自己所在的虛擬主機，而不影響其他應(yīng)用程序和虛擬機的運行。集群內(nèi)任一臺物理服務(wù)器故障，不會影響各虛擬機及虛擬機內(nèi)應(yīng)用程序的運行；如任何一個應(yīng)用程序所在的物理機故障，不需人工干預(yù)，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(wù)器安裝有VMware虛擬軟件，建立了和中心機房相同架構(gòu)的虛擬機集群，以備中心機房停電或其他不可抗拒因素發(fā)生時，系統(tǒng)架構(gòu)中的虛擬機集群整體出現(xiàn)故障，門診機房集群內(nèi)的備用虛擬機實現(xiàn)無縫隙接管，保證業(yè)務(wù)使用的連續(xù)性。同時借助Commvault數(shù)據(jù)管理軟件實現(xiàn)前端門診系統(tǒng)數(shù)據(jù)與中心機房的數(shù)據(jù)同步，在中心機房安裝虛擬化和服務(wù)器管理軟件VMware vCenter Server進行整個系統(tǒng)集中監(jiān)管，實現(xiàn)資源自動調(diào)配、虛擬機的自動遷移等，從而組建高可靠性、高可用性及負(fù)載均衡的醫(yī)院信息化平臺。

3.3.4 虛擬化前后對比 在醫(yī)院的虛擬架構(gòu)下，數(shù)據(jù)存儲方面采用SAN技術(shù)，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(gòu)中。利用虛擬技術(shù)生成的Windows主機作為備份服務(wù)器，安裝Commvault備份管理軟件，同時備份各個應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)庫里面的內(nèi)容和虛擬機的配置、硬盤等數(shù)據(jù)。服務(wù)器實現(xiàn)虛擬化后，鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院的在線服務(wù)器數(shù)量由原來的37臺減少到現(xiàn)在的 10臺，原來的應(yīng)用全部展開，而且運行平穩(wěn)，至今運行良好，前后對比，見表1。

4 結(jié)語

醫(yī)院的信息化建設(shè)經(jīng)多年發(fā)展，形成了許多相互協(xié)作的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，在實現(xiàn)統(tǒng)一的臨床信息系統(tǒng)之前，對這些分散系統(tǒng)進行管理和整合的難度大、任務(wù)重。通過服務(wù)器虛擬化方案的實施，鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院實現(xiàn)了對門診和住院硬件設(shè)備的資源重組、系統(tǒng)服務(wù)優(yōu)化的目的。幫助醫(yī)院升級和管理這些分散的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)整合，進而實現(xiàn)有效集成，使醫(yī)院能掌握信息系統(tǒng)發(fā)展的主動權(quán)，特別是在構(gòu)建醫(yī)院IT基礎(chǔ)架構(gòu)、制定IT長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃時發(fā)揮重要作用?？梢哉f隨著虛擬化技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟以及機構(gòu)對災(zāi)難恢復(fù)和業(yè)務(wù)連續(xù)性的日益重視，虛擬環(huán)境在架構(gòu)設(shè)計中會變得越來越普遍。

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

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

3 魯松.計算機虛擬化技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008.

4 繆一峰.醫(yī)院虛擬化服務(wù)器[J].計算機應(yīng)用與軟件,2011,28(8):206- 208.

5 周瑜霞,郝玉清,顧鳳君.虛擬化服務(wù)器技術(shù)實現(xiàn)醫(yī)院信息系統(tǒng)安全可靠[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2010,31(9):50-64.

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

7 賴漢偉.虛擬化系統(tǒng)所引起的風(fēng)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(fā)表論文5篇。

R-058

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