服務(wù)器虛擬技術(shù)在醫(yī)院的應(yīng)用

沈劍歡 祁美麗

連云港市第一人民醫(yī)院信息系統(tǒng)有:HIS、LIS、PACS、RIS、EMR等核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)，另外還有物資管理系統(tǒng)、OA系統(tǒng)、圖書館管理系統(tǒng)、檔案管理系統(tǒng)、人力資源系統(tǒng)、藥品管理系統(tǒng)、移動護理系統(tǒng)、財務(wù)系統(tǒng)、醫(yī)院感染管理系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)等非核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)，還有網(wǎng)絡(luò)版防病毒程序、桌面管理系統(tǒng)等管理類系統(tǒng)。包括測試服務(wù)器在內(nèi)，共有大小物理服務(wù)器30余臺，主要存儲設(shè)備5套。伴隨著新醫(yī)改的深入，醫(yī)院往往擔心信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施并未做好相應(yīng)的支撐，而無法滿足隨著病人和數(shù)據(jù)量增加而產(chǎn)生的處理需求。應(yīng)用虛擬化技術(shù)，不僅能夠大幅度降低對服務(wù)器數(shù)量的需求，幫助醫(yī)院有效節(jié)約成本，還有利于提高關(guān)鍵醫(yī)療系統(tǒng)的可靠性［1］。

1 服務(wù)器虛擬化技術(shù)

1.1 用于醫(yī)院信息系統(tǒng)中的優(yōu)點 即在單個普通物理服務(wù)器上可以跑多個應(yīng)用而不會產(chǎn)生任何影響。使用物理服務(wù)器整合，醫(yī)院能夠節(jié)省數(shù)據(jù)中心空間、降低能耗和硬件采購成本。通過虛擬化平臺管理，醫(yī)院IT部門能提升工作效率。

虛擬化的初衷在于幫助醫(yī)院降低運行成本，合并IT資源，提高設(shè)備利用率;同時可以提供高可用性(HA，High Availability)，VMware HA群集一般有兩個或兩個以上ESXi主機(即物理服務(wù)器)。在HA群集中，每1臺ESXi主機配有HA代理，不斷檢測群集中其他主機的心跳信號，假如某臺主機在連續(xù)3個5秒鐘的時間間隔后都沒有發(fā)出心跳信號，那么該主機就被默認為發(fā)生了故障或者與網(wǎng)絡(luò)的連接出現(xiàn)了問題。這種情況下，該主機上運行的虛擬機就會自動被遷移到其他主機上。

1.2 VMware虛擬化系統(tǒng)的組成 (1)服務(wù)器主機。在原始主機上運行 ESXi的標準x86服務(wù)器。ESXi軟件為虛擬機提供資源，并運行虛擬機。每臺計算服務(wù)器在虛擬環(huán)境中均稱為獨立主機。可以將許多配置相似的x86服務(wù)器組合在一起，并與相同的網(wǎng)絡(luò)和存儲子系統(tǒng)連接，以便提供虛擬環(huán)境中的資源集合(稱為群集)。(2)網(wǎng)絡(luò)存儲陣列。光纖通道SAN存儲陣列、iSCSI SAN存儲陣列和NAS存儲陣列是廣泛應(yīng)用的存儲技術(shù)，VMware vSphere能支持這些技術(shù)以滿足不同數(shù)據(jù)中心的存儲需求。存儲陣列通過存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)連接到服務(wù)器組并在服務(wù)器組之間共享。此配置可實現(xiàn)存儲資源的聚合，并在將這些資源置備給虛擬機時使資源存儲更具靈活性。(3)vCenter Server。vCenter Server為數(shù)據(jù)中心提供1個單一控制點。它提供基本的數(shù)據(jù)中心服務(wù)，如訪問控制、性能監(jiān)控和配置功能。它將各臺計算服務(wù)器中的資源統(tǒng)一在一起，使這些資源在整個數(shù)據(jù)中心的虛擬機之間共享。原理是根據(jù)系統(tǒng)管理員設(shè)置的策略，管理虛擬機到服務(wù)器的分配，以及資源到給定計算服務(wù)器內(nèi)虛擬機的分配。

2 醫(yī)院信息系統(tǒng)的虛擬化解決方案

2.1 醫(yī)院虛擬化平臺的選擇 鑒于VMware的虛擬化產(chǎn)品更加成熟、醫(yī)療行業(yè)對VMware的廣泛使用及上文對VMware產(chǎn)品的優(yōu)勢分析，選用功能較為齊全的VMware虛擬化產(chǎn)品VMware vSphere為服務(wù)器虛擬化［2］，而存儲則采用速度高、穩(wěn)定性好的FC光纖通道存儲技術(shù)。

2.2 架構(gòu)整體設(shè)計 目前醫(yī)院擁有ESXi主機8臺，分別是6臺IBM x3850 X5和2臺HP DL380 G7系列，其中4臺IBM x3850和2臺HP DL380組成一個服務(wù)器組1，這是一個主要群集，運行著大部分虛擬機;剩下2臺IBM x3850則組成服務(wù)器組2，主要用來運行PACS虛擬機。每臺服務(wù)器都配有雙HBA卡，連接光纖交換機，F(xiàn)C通道的存儲陣列也同樣連接到光纖交換機，所有連接到光纖交換機的存儲均可被6臺IBM x3850主機訪問。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 虛擬化系統(tǒng)架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為6臺IBM x3850分別連接到主機房的內(nèi)、外網(wǎng)核心交換機上，端口配置為TRUNK類型，這樣通過VMware VMkernel配置，群集里的虛擬機可以設(shè)置成對應(yīng)需要的VLAN網(wǎng)絡(luò)。

2.3 組建容災(zāi)系統(tǒng) 虛擬化平臺實現(xiàn)了遠程容災(zāi)，醫(yī)院有兩個機房，IBM x3850均在主生產(chǎn)機房，HP DL380則在災(zāi)備機房，當生產(chǎn)機房內(nèi)服務(wù)器組1主業(yè)務(wù)系統(tǒng)硬件發(fā)生故障時(如ESXi－01主機)，重要系統(tǒng)能自動遷移到災(zāi)備機房的容災(zāi)物理主機(如ESXi－02或ESXi－03主機)上，該物理主機自動接管，能在短時間內(nèi)重啟虛擬機，使應(yīng)用中斷時間縮到最短。如圖2所示。

圖2 容災(zāi)系統(tǒng)示意圖

在生產(chǎn)機房的存儲也受到影響時，也能實現(xiàn)遠程容災(zāi)恢復(fù)，VMware vSphere使用SRM(Site Recovery Manager)技術(shù)把災(zāi)備機房的VPLEX存儲通過一個相同的鏡像備份恢復(fù)主要虛擬機，SRM采用了大量高性能存儲復(fù)制產(chǎn)品將虛擬機復(fù)制到輔助站點(災(zāi)備機房中VPLEX)來制作這個鏡像備份存儲，所以一旦生產(chǎn)主機房設(shè)備受到災(zāi)難性影響，災(zāi)備機房可以迅速重啟關(guān)鍵應(yīng)用虛擬服務(wù)器。

3 小結(jié)

好的規(guī)劃是能否合理部署服務(wù)器虛擬化平臺的關(guān)鍵，如果醫(yī)院中心機房沒有足夠的服務(wù)器內(nèi)存、CPU和其他資源支持虛擬化的話，會產(chǎn)生某些后遺癥。這里建議組建虛擬化平臺至少要兩臺以上物理服務(wù)器作為ESXi主機，所使用的CPU需支持intel VT技術(shù)，這些物理服務(wù)器的CPU需為相同型號，或者至少為同一時代的產(chǎn)品，其所支持的指令集才會是一樣的;服務(wù)器的內(nèi)存要盡可能大，至少將來可以進行擴展的，因為虛擬化對內(nèi)存的需求比較大。

此外，也需要規(guī)劃好哪些應(yīng)用可以虛擬化，哪些只能放在物理服務(wù)器上。比如關(guān)鍵應(yīng)用醫(yī)院的HIS、醫(yī)院外網(wǎng)網(wǎng)站、某些需要用到USB加密狗的應(yīng)用以及要用主機硬件信息來注冊的應(yīng)用，都不宜部署到虛擬化中。因為HIS的重要性決定了它更適用于小型機;醫(yī)院外網(wǎng)網(wǎng)站是直接和外網(wǎng)連接的，而虛擬化中大部分都是使用內(nèi)網(wǎng)資源，從安全性上考慮一般不放在虛擬化中;用到USB加密狗及主機硬件信息來注冊的應(yīng)用不能部署在虛擬化中，VMware虛擬系統(tǒng)會為了達到負載均衡而實時的做vMotion，因此虛擬機會隨時遷移到別的物理主機上，會出現(xiàn)由于硬件信息改變了而導致應(yīng)用中斷的情況。

虛擬化技術(shù)可以對虛擬機進行資源管理和動態(tài)資源分配，vCenter Server將CPU和內(nèi)存資源分配給在同一物理服務(wù)器上運行的多個虛擬機，來確定CPU、內(nèi)存、磁盤和網(wǎng)絡(luò)帶寬等資源的最小份額、最大份額和定額，在虛擬機運行中修改分配，支持應(yīng)用以動態(tài)方式取得更多資源，去滿足高峰期的性能要求。

vCenter Server可持續(xù)地監(jiān)控整個資源池的使用率，根據(jù)可反映業(yè)務(wù)需要和不斷變化的業(yè)務(wù)重點的預(yù)定義規(guī)則，在虛擬機之間智能地分配可用資源，這樣就構(gòu)成了一個具有內(nèi)置負載均衡能力的自我管理、高度優(yōu)化且高效的服務(wù)器環(huán)境［3］。

1 何毅.基于Hyper－V的虛擬化技術(shù)在醫(yī)院的應(yīng)用［J］.中國數(shù)字醫(yī)學，2011，6(3):63 －64.

2 戴聲，艾育華，陳芳炯.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］.中國數(shù)字醫(yī)學，2012，(10):101 －103.

3 孟群，屈曉暉.虛擬化技術(shù)在醫(yī)院信息平臺服務(wù)器整合中的應(yīng)用［J］.中國數(shù)字醫(yī)學，2011，6(7):8 －12.