醫(yī)院數(shù)據(jù)中心虛擬化架構(gòu)探討

黃國興 王 東 陳光生

(佛山市婦幼保健院 佛山 52800)

1 引言

隨著“4G+”時代的來臨，“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療”、“移動+醫(yī)院信息化”技術(shù)進入飛速融合階段，使醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)領(lǐng)域發(fā)生巨大變化。醫(yī)院業(yè)務(wù)系統(tǒng)越來越多，傳統(tǒng)方式上開發(fā)應(yīng)用新業(yè)務(wù)系統(tǒng)從申請購買新服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)連接的置備到部署使用的周期較長，不但造成部分系統(tǒng)服務(wù)器的使用率不高、耗能和空間損失，同時也給系統(tǒng)安全及維護帶來很多問題。合理地利用虛擬化技術(shù)可以有效整合計算與存儲資源，提高資源利用率，確保數(shù)據(jù)中心可靠、高效、易管理以及安全。

2 虛擬化技術(shù)

2.1 概述

虛擬化是個廣義的術(shù)語，是信息技術(shù)領(lǐng)域的一種資源管理技術(shù)，是將服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存和存儲等計算機實體資源予以抽象、轉(zhuǎn)換后呈現(xiàn)出來，以達到實體結(jié)構(gòu)間可切割和重新規(guī)劃的目的，這些資源的新虛擬部分不受現(xiàn)有資源的架設(shè)方式、地理位置或物理組態(tài)所限制。

2.2 優(yōu)勢

2.2.1 降低能耗 整合服務(wù)器通過將物理服務(wù)器變成虛擬服務(wù)器，減少物理服務(wù)器的數(shù)量，可大幅節(jié)省電力和冷卻成本。

2.2.2 節(jié)省空間 使用虛擬化技術(shù)整合計算與存儲資源，大大削減采購服務(wù)器的數(shù)量，節(jié)省占用空間，減少數(shù)據(jù)中心服務(wù)器和相關(guān)硬件的數(shù)量。

2.2.3 提高穩(wěn)定性、易管理性和可用性 帶來具有透明負載均衡、動態(tài)遷移、故障自動隔離、系統(tǒng)自動重構(gòu)的高可靠服務(wù)器應(yīng)用環(huán)境。通過將操作系統(tǒng)和應(yīng)用從服務(wù)器硬件設(shè)備隔離開，病毒及其他安全威脅無法感染應(yīng)用。通過系統(tǒng)級的備份、容災(zāi)能夠?qū)崿F(xiàn)基于系統(tǒng)的快速備份及恢復(fù)。

2.2.4 減少宕機事件 遷移虛擬機服務(wù)器能夠?qū)⑦\行中的虛擬機從一個主機遷移到另一個主機上，并且該過程中不會出現(xiàn)宕機事件。

2.2.5 降低管理成本 需要管理的物理資源數(shù)量減少，隱藏物理資源的部分復(fù)雜性，通過實現(xiàn)自動化和中央管理來簡化公共管理任務(wù)。實現(xiàn)負載管理自動化，大大提高工作效率。

3 虛擬化技術(shù)對比

3.1 傳統(tǒng)虛擬化架構(gòu)

采用集中式存儲和服務(wù)器群，組成私有云平臺的高可用架構(gòu)，服務(wù)器上安裝裸金屬虛擬化軟件，承載虛擬機的運行和計算資源分配，虛擬機放置在集中存儲上，進行管理。傳統(tǒng)服務(wù)器虛擬化高可用拓撲，見圖1。

圖1 傳統(tǒng)服務(wù)器虛擬化高可用拓撲

3.2 超融合架構(gòu)

采用節(jié)點化設(shè)計，每個節(jié)點都具有計算和存儲資源，節(jié)點之間的數(shù)據(jù)是冗余的，單個節(jié)點故障不會影響整個架構(gòu)的正常運行。超融合架構(gòu)拓撲,見圖2。傳統(tǒng)虛擬化架構(gòu)與超融合架構(gòu)對比，見表1。

圖2 超融合架構(gòu)拓撲

表1 超融合架構(gòu)與傳統(tǒng)虛擬化架構(gòu)的對比

續(xù)表1

4 新一代醫(yī)院信息化開展虛擬化的選擇及建議

4.1 概述

新一代醫(yī)院信息系統(tǒng)的發(fā)展方向主要體現(xiàn)在3個方面：即以患者為中心，對患者實現(xiàn)全程智能化服務(wù)；以臨床為核心，對診療實現(xiàn)全程智能化處理；以管理為導(dǎo)向，對管理對象實現(xiàn)全程智能化管控。因此需有大規(guī)模、高效率數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的支持；要有很強的聯(lián)機事物處理支持能力，保障信息系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運行；負載均衡能力，確保高效性、安全性、可靠性；可裁剪性、可伸縮性、可擴充性，能適應(yīng)醫(yī)院的發(fā)展計劃要求；可開放性和可移植性，能適應(yīng)不同硬軟件平臺。數(shù)據(jù)中心架構(gòu)必須采用高可用性的服務(wù)器集群，擁有高效的負載均衡和容災(zāi)能力。

4.2 服務(wù)器虛擬化

4.2.1 概述 醫(yī)院信息系統(tǒng)服務(wù)器對CPU、內(nèi)存、IO、網(wǎng)絡(luò)、存儲等資源要求很高，應(yīng)具有很強的聯(lián)機事物處理支持能力，需要7×24小時不間斷類業(yè)務(wù)系統(tǒng)，如醫(yī)院信息系統(tǒng)(Hospital Informtion System，HIS)、電子病歷系統(tǒng)(Electronic Medical Records，EMR)、醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)(Pictures Archiving and Communication System，PACS)等，是整個醫(yī)院信息系統(tǒng)的核心，服務(wù)器不建議做虛擬化處理。

4.2.2 服務(wù)器硬件性能方面 HIS核心數(shù)據(jù)庫對CPU、內(nèi)存、存儲、網(wǎng)絡(luò)方面要求很高，1臺物理服務(wù)器性能不夠，如Oracle RAC是利用多臺服務(wù)器性能達到負載均衡。而虛擬化則是將單臺服務(wù)器性能虛擬化后給多臺服務(wù)器使用，虛擬化后的性能必然下降。

4.2.3 數(shù)據(jù)庫高可用機制方面 如Oracle RAC集群機制對網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、存儲IO等因素和性能較為敏感，虛擬化后相當(dāng)于增加其影響因素，復(fù)雜度更高在故障問題排查方面困難較多，特別是資源占用方面對RAC影響很大，而HIS核心服務(wù)器需要可靠性、穩(wěn)定性高的環(huán)境保障業(yè)務(wù)正常運行。

4.3 桌面虛擬化

優(yōu)勢是配置靈活、安全性高、部署方便、節(jié)能環(huán)保，然而這些優(yōu)勢需是具有一定規(guī)模的醫(yī)院，1 500以上虛擬終端時才能見其成效。桌面虛擬化對服務(wù)器的要求非常高，用戶越多服務(wù)器所需性能越高，數(shù)據(jù)中心機房投資很大，并且除服務(wù)器的投資外顯示器、瘦客戶端終端設(shè)備也必不可少，品牌廠家推出的瘦客戶端價格較高，再加上桌面虛擬化Lincense的購買是按每個終端計算，人力維護和總體投入成本較高。因此不具有一定規(guī)模的醫(yī)院不建議桌面虛擬化。

4.4 內(nèi)、外網(wǎng)虛擬化架構(gòu)的選擇

4.4.1 內(nèi)網(wǎng) 信息系統(tǒng)核心，已具備高性能的存儲、SAN交換機等基礎(chǔ)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)拓撲架構(gòu)已經(jīng)穩(wěn)定，有的醫(yī)院還實現(xiàn)雙活機房，在當(dāng)前優(yōu)質(zhì)IT架構(gòu)基礎(chǔ)上各方面資源都很冗余，特別存儲性能只使用少部分，因此只需要利用原有的存儲容量或?qū)υ鎯M行擴容，以及新增虛擬化服務(wù)器則可搭建傳統(tǒng)虛擬化架構(gòu)，從而節(jié)省采購存儲以及交換的資金。另外內(nèi)網(wǎng)信息系統(tǒng)對硬件需求配置靈活性很高，可以根據(jù)計算能力、網(wǎng)絡(luò)以及存儲需要按需增加資源，因此，在選擇架構(gòu)前做一段時間存儲性能監(jiān)控，如果能夠滿足性能需求，為保持原先系統(tǒng)架構(gòu)穩(wěn)定，建議搭建傳統(tǒng)虛擬化架構(gòu)。

4.4.2 外網(wǎng) 信息系統(tǒng)多與互聯(lián)網(wǎng)有關(guān)，“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療”技術(shù)的發(fā)展需要增加外網(wǎng)服務(wù)器以及安全設(shè)備，使得外網(wǎng)信息系統(tǒng)越來越重要。醫(yī)院外網(wǎng)還部署高性能存儲和交換機，因此如果雙活機房搭建高可用傳統(tǒng)虛擬化則至少需要購置高性能存儲兩套、SAN交換機4臺、高性能服務(wù)器4臺以上，且需要對原有的網(wǎng)絡(luò)拓撲架構(gòu)做調(diào)整。搭建高可用超融合虛擬化則需要購置3節(jié)點超融合服務(wù)器以及萬兆交換機兩臺，對原有拓撲架構(gòu)無需做出大的變化調(diào)整，因此在綜合考慮傳統(tǒng)架構(gòu)與超融合架構(gòu)后建議選擇超融合架構(gòu)。一是超融合架構(gòu)對用戶來說部署和使用更簡單快捷，但實際內(nèi)部架構(gòu)較為復(fù)雜，當(dāng)出現(xiàn)故障時，協(xié)調(diào)處理以及跟蹤調(diào)試和分析診斷的時間較長。對于一體機或是綁定云廠商和硬件的超融合，如果未來擴容使用混合超融合架構(gòu)會存在多個超融合架構(gòu)之間資源不能共享問題，造成信息孤島。二是需要考慮超融合的用戶版權(quán)許可，不同品牌產(chǎn)商之間的價格差異較大。三是在信息化技術(shù)飛速發(fā)展的時代，中醫(yī)院需要加大對醫(yī)院信息化團隊的支持，培養(yǎng)強有力的技術(shù)骨干，才能更好地保障醫(yī)院業(yè)務(wù)穩(wěn)步、持續(xù)向前發(fā)展。四是IT技術(shù)日益發(fā)展，信息架構(gòu)必須具有可修改性以及成長性。

5 結(jié)語

在虛擬化技術(shù)日益發(fā)展的時代，選擇適合醫(yī)院的虛擬化架構(gòu)能更好地體驗虛擬化技術(shù)優(yōu)勢，才能有效整合資源，保障醫(yī)院業(yè)務(wù)持續(xù)向前發(fā)展。