榆林市第一醫(yī)院數(shù)據(jù)基于虛擬化的雙活數(shù)據(jù)中心的實(shí)現(xiàn)

韓娜 林蓉

【摘 要】目的：根據(jù)榆林市第一醫(yī)院兩院一體的實(shí)際情況構(gòu)建數(shù)據(jù)容災(zāi)方案，用兩邊的機(jī)房做“雙活”的數(shù)據(jù)中心，要求達(dá)到任意一邊的機(jī)房故障都不影響另一邊的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。方法：根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求提出基于虛擬化雙活數(shù)據(jù)中心建設(shè)的可行性，并依照榆林市第一醫(yī)院兩院一體獨(dú)特的管理運(yùn)行模式設(shè)計(jì)相適應(yīng)的存儲(chǔ)方案。結(jié)果：兩院區(qū)的雙活數(shù)據(jù)中心構(gòu)建工作完成，榆林院區(qū)作為主生產(chǎn)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生源，綏德院區(qū)作為實(shí)時(shí)備份的接管機(jī)房，實(shí)現(xiàn)一主兩從的異地備份方式，通過實(shí)現(xiàn)虛擬化，實(shí)現(xiàn)資源的充分利用，提升維護(hù)效率，降低管理成本

【關(guān)鍵詞】存儲(chǔ)虛擬化；雙活數(shù)據(jù)中心；VPLEX升級(jí)；存儲(chǔ)擴(kuò)容

1 虛擬化網(wǎng)絡(luò)需求分析

對(duì)醫(yī)院而言，任何導(dǎo)致業(yè)務(wù)連續(xù)性中斷的事故和故障都是災(zāi)難，所以醫(yī)院信息管理核心中的核心，重中之重的工作就是保證數(shù)據(jù)的完整與準(zhǔn)確，并且應(yīng)該對(duì)數(shù)據(jù)丟失這種突發(fā)情況做好充分的準(zhǔn)備，否則一旦發(fā)生災(zāi)難性事故或數(shù)據(jù)邏輯錯(cuò)誤時(shí)，手邊卻沒有可用介質(zhì)做為恢復(fù)的話，損失將會(huì)非常嚴(yán)重。

對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)，有多種方法，包括備份和系統(tǒng)容災(zāi)，榆林市第一醫(yī)院從2000年開始對(duì)數(shù)據(jù)的備份逐步由數(shù)據(jù)雙機(jī)熱備發(fā)展到數(shù)據(jù)流復(fù)制備份，隨著應(yīng)用需求的不斷升級(jí)，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)備份方式以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)應(yīng)運(yùn)已無法滿足現(xiàn)在的需求，逐漸出現(xiàn)諸多缺陷，其中包括：

缺陷1：數(shù)據(jù)中心資源的平均使用率低于 30%，有相當(dāng)數(shù)量的資源無法滿足其服務(wù)水平目標(biāo)

缺陷2：一個(gè)新應(yīng)用的部署需要?dú)v經(jīng)預(yù)算、采購、安裝測試、上線等過程，周期長達(dá)數(shù)周至數(shù)月，難以及時(shí)響應(yīng)業(yè)務(wù)需求

缺陷3：硬件數(shù)量和管理成本與應(yīng)用數(shù)量呈線性關(guān)系，IT管理和成本壓力巨大，鑒于這種種不適，虛擬化網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)可以很好的解決這些問題，虛擬化網(wǎng)絡(luò)打破了操作系統(tǒng)硬件間的相互依賴，通過封裝到虛擬機(jī)的技術(shù)，管理操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序單一的個(gè)體，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的安全和故障隔離，另外虛擬機(jī)獨(dú)立于硬件，能在任何硬件上運(yùn)行，對(duì)照傳統(tǒng)IT網(wǎng)絡(luò)，虛擬化網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)如下四大功能：

分區(qū)：在單一物理服務(wù)器上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)

隔離：在同一個(gè)服務(wù)器上的虛擬機(jī)之間相互隔離

封裝：整個(gè)虛擬機(jī)都保存在文件中，而且可以通過移動(dòng)和復(fù)制這些文件的方式來移動(dòng)和復(fù)制該虛擬機(jī)

獨(dú)立：無需修改即可在任何服務(wù)器上運(yùn)行虛擬機(jī)

2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)虛擬化的實(shí)現(xiàn)

2.1 對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)

首先要對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行高效的規(guī)劃設(shè)計(jì)，主要從計(jì)算，存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)，可用性，管理與監(jiān)控五個(gè)方面入手

2.1.1計(jì)算資源規(guī)劃

默認(rèn)配置一個(gè)虛擬CPU （vCPU），使用盡可能少的虛擬CPU

主機(jī)的所有CPU或內(nèi)存資源在設(shè)計(jì)中保留一些可用資源。要實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)內(nèi)存性能最優(yōu)化

資源池可用于為虛擬機(jī)分配專用CPU和內(nèi)存資源，在工作負(fù)載極易變化的環(huán)境中配置vSphere DPM，以降低能耗和散熱成本

2.1.2存儲(chǔ)資源規(guī)劃

存儲(chǔ)資源規(guī)劃的目標(biāo)是戰(zhàn)略性地協(xié)調(diào)業(yè)務(wù)應(yīng)用與存儲(chǔ)基礎(chǔ)架構(gòu)，以降低成本、改善性能、提高可用性、提供安全性，以及增強(qiáng)功能，同時(shí)將應(yīng)用數(shù)據(jù)分配到相應(yīng)的存儲(chǔ)層其包括共享存儲(chǔ)邏輯規(guī)劃，存儲(chǔ)空間規(guī)劃，存儲(chǔ)分層規(guī)劃

2.1.2.1共享存儲(chǔ)邏輯規(guī)劃

利用現(xiàn)有的存儲(chǔ)交換網(wǎng)絡(luò)SAN網(wǎng)絡(luò)，并新增磁盤陣列作為共享SAN存儲(chǔ)，存儲(chǔ)架構(gòu)的選擇根據(jù)國家和各省級(jí)數(shù)據(jù)中心整體應(yīng)用對(duì)存儲(chǔ)的IOPS和吞吐量的需求進(jìn)行規(guī)劃

2.1.2.2存儲(chǔ)空間規(guī)劃

規(guī)劃LUN容量時(shí)，建議每個(gè)LUN運(yùn)行10到20個(gè)VM，并且每個(gè)LUN的使用量不超過容量的80%。

2.1.2.3存儲(chǔ)分層規(guī)劃

每個(gè)存儲(chǔ)層具有不同的性能、容量和可用性特征，只要不是每個(gè)應(yīng)用都需要昂貴、高性能、高度可用的存儲(chǔ)，設(shè)計(jì)不同的存儲(chǔ)層將十分經(jīng)濟(jì)高效。

2.1.3網(wǎng)絡(luò)資源規(guī)劃

網(wǎng)絡(luò)資源規(guī)劃的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種能降低成本、改善性能、提高可用性、提供安全性，以及增強(qiáng)功能的虛擬網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，該架構(gòu)能夠更順暢地在應(yīng)用、存儲(chǔ)、用戶和管理員之間傳遞數(shù)據(jù)，增設(shè)權(quán)限確保網(wǎng)絡(luò)訪問安全。

2.1.4可用性規(guī)劃

在網(wǎng)絡(luò)層面和存儲(chǔ)層面分別利用了VMware vSphere內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)冗余和存儲(chǔ)多路徑控制確保高可用。在服務(wù)器高可用性上，vSphere內(nèi)置了HA，DRS和vMotion等功能可以應(yīng)對(duì)本地站點(diǎn)多種虛擬機(jī)應(yīng)用計(jì)劃內(nèi)和計(jì)劃外意外停機(jī)的問題，確保所有運(yùn)行虛擬機(jī)均得到同樣的高可用運(yùn)行環(huán)境保護(hù)，提高整體的應(yīng)用SLA

2.1.5管理與監(jiān)控規(guī)劃

為了更好的管理與監(jiān)控對(duì)數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行情況，通過VMware vSphere with Operations Management套件可以高效的完成服務(wù)器虛擬化，讓整個(gè)數(shù)據(jù)中心更加的靈活，敏捷，高效外，它還可以深度監(jiān)控整個(gè)IT基礎(chǔ)架構(gòu)的容量與性能，可以實(shí)現(xiàn)更高的容量利用率、整合率和硬件節(jié)約，同時(shí)還可縮短問題診斷和解決的時(shí)間，避免業(yè)務(wù)受到影響。

2.2 vSphere體系架構(gòu)vSphere，稱之為“ESXi”，即底層虛擬化管理程序體系結(jié)構(gòu)的名稱，是一種采用尖端技術(shù)的裸機(jī)虛擬化管理程序

2.2.1 ESXi體系結(jié)構(gòu)

ESXi 體系結(jié)構(gòu)獨(dú)立于任何通用操作系統(tǒng)運(yùn)行，可提高安全性、增強(qiáng)可靠性并簡化管理。緊湊型體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)旨在直接集成到針對(duì)虛擬化進(jìn)行優(yōu)化的服務(wù)器硬件中，從而實(shí)現(xiàn)快速安裝、配置和部署。

從體系結(jié)構(gòu)來說ESXi包含虛擬化層和虛擬機(jī)，而虛擬化層有兩個(gè)重要組成部分：虛擬化管理程序VMkernel和虛擬機(jī)監(jiān)視器VMM。

2.2.1.1VMkernel

VMkernel 是虛擬化的核心和推動(dòng)力，控制和管理服務(wù)器的實(shí)際資源，它用資源管理器排定VM順序，為它們動(dòng)態(tài)分配CPU時(shí)間、內(nèi)存和磁盤及網(wǎng)絡(luò)訪問，它還包含了物流服務(wù)器各種組件的設(shè)備驅(qū)動(dòng)器，VMkernel 專用于支持運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)及提供資源調(diào)度、I/O 堆棧、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，將虛擬機(jī)的設(shè)備映射到主機(jī)的物理設(shè)備

2.2.1.2虛擬機(jī)監(jiān)視器VMM

每個(gè) ESXi 主機(jī)的關(guān)鍵組件是一個(gè)稱為 VMM 的進(jìn)程。對(duì)于每個(gè)已開啟的虛擬機(jī)，將在 VMkernel 中運(yùn)行一個(gè) VMM。虛擬機(jī)開始運(yùn)行時(shí)，控制權(quán)將轉(zhuǎn)交給 VMM，然后由 VMM 依次執(zhí)行虛擬機(jī)發(fā)出的指令。VMkernel 將設(shè)置系統(tǒng)狀態(tài)，以便 VMM 可以直接在硬件上運(yùn)行。

VMM 使虛擬機(jī)可以像物理機(jī)一樣運(yùn)行，而同時(shí)仍與主機(jī)和其他虛擬機(jī)保持隔離。因此，如果單臺(tái)虛擬機(jī)崩潰，主機(jī)本身以及主機(jī)上的其他虛擬機(jī)將不受任何影響。

2.2.2 雙活數(shù)據(jù)中心的實(shí)現(xiàn)

2013年底，開始在綏德院區(qū)部署虛擬化，同時(shí)應(yīng)用SAN統(tǒng)一存儲(chǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了虛擬化數(shù)據(jù)的雙份數(shù)據(jù)加邏輯數(shù)據(jù)的備份，2014年綏德院區(qū)的HIS服務(wù)器陣列緩沖出現(xiàn)問題，將綏德院區(qū)的接管服務(wù)器遷移到了榆林院區(qū)的虛擬化中，從數(shù)據(jù)的安全性上說榆林這邊對(duì)于虛擬化的數(shù)據(jù)都實(shí)現(xiàn)了雙份同時(shí)在線的數(shù)據(jù)，而且HIS可以達(dá)到應(yīng)用級(jí)容災(zāi)，隨著各個(gè)系統(tǒng)的不斷應(yīng)用，目前依然存在隱患，如綏德的醫(yī)保和經(jīng)管服務(wù)器來說目前都是單機(jī)運(yùn)行外加邏輯備份，綏德的醫(yī)保和經(jīng)管服務(wù)器是單機(jī)，有單點(diǎn)故障；另外榆林院區(qū)所有的邊緣應(yīng)用都在虛擬化上，虛擬化是單點(diǎn)故障。

解決上述問題則要對(duì)機(jī)房數(shù)據(jù)進(jìn)行容災(zāi)，用兩邊的機(jī)房做“雙活”的數(shù)據(jù)中心，要求達(dá)到任意一邊的機(jī)房故障都不影響另一邊的正常運(yùn)轉(zhuǎn)

雙活機(jī)房的建設(shè)目標(biāo)：雙活的數(shù)據(jù)機(jī)房，其中榆林院區(qū)作為主生產(chǎn)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生源，綏德院區(qū)作為實(shí)時(shí)備份的接管機(jī)房。這一建設(shè)，規(guī)劃將分五步完成。

第一步：完成綏德院區(qū)的服務(wù)器虛擬化

第二步：完成兩院區(qū)虛擬化平臺(tái)的數(shù)據(jù)應(yīng)用同步

第三步：將榆林大部分的應(yīng)用遷移到綏德，緩解榆林院區(qū)業(yè)務(wù)的負(fù)載以進(jìn)行榆林的機(jī)房改造

第四步：對(duì)榆林機(jī)房進(jìn)行設(shè)備擴(kuò)容，VPLEX升級(jí)用兩邊的機(jī)房做“雙活”的數(shù)據(jù)中心，要求達(dá)到任意一邊的機(jī)房故障都不影響另一邊的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，存儲(chǔ)擴(kuò)容，服務(wù)器升級(jí)現(xiàn)有HIS服務(wù)器到linux系統(tǒng)下，并用oracle的rac功能實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。并將數(shù)據(jù)加入到統(tǒng)一存儲(chǔ)中，同時(shí)在綏德增加實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)。

第五步：把在綏德VM下的所有應(yīng)用同步到榆林，并將主生產(chǎn)環(huán)境遷移到榆林。至此，兩院區(qū)的雙活數(shù)據(jù)中心建設(shè)完成。

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