醫院信息系統的備份與容災系統設計

李 鍇

（福建江夏學院 福建 350108）

0 引言

信息技術在醫療服務系統中大致包括醫院信息系統(Hospital Information System，HIS)[1]、醫學影像存檔與通訊系統（Picture archiving and communication system，PACS）、放射信息管理系統(Radiology Information System，RIS)、醫院檢驗系統（Laboratory Information Management System，LIS）、電子病歷(Electronic Medical Record，EMR）等系統。

由于信息數據是保證醫院業務持續成功運作的基石，因此需要有效地保護基于計算機、網絡基礎上的信息數據。而數據丟失或損壞的現象普遍存在著，比如人為操作錯誤、硬盤損毀、電腦病毒、不可靠的數據傳輸、自然災害等等都可能會造成數據的損壞丟失，給醫院造成無可估量的損失。當產生數據災難時，可以迅速地恢復數據及操作系統，使整個系統在最短的時間內重新投入正常運行。

1 數據安全需求分析

所有的應用數據僅存儲于PC中、服務器中或是存儲磁盤陣列中，對數據的安全保護存在很大的缺陷。手工備份的方法無法實現對數據庫數據和系統數據的及時的、全面的、準確的備份及恢復。這種狀況的系統造成的隱患，隨著數據量的不斷增長和業務系統的不斷擴充，將會變得越來越大。醫院最關鍵的業務在于HIS和LIS，離開了這兩個業務現代醫院幾乎無法運營，并且這個兩個系統的數據增長量最大、增速最快。

因此，為了保護醫院的關鍵業務數據，有必要利用專業的備份軟件對這些數據進行有效的備份，并提供快速恢復的能力。建立統一的、集中管理的備份系統，對醫院關鍵業務HIS、LIS的服務器進行集中備份，保證應用系統在出現數據災難時具有業務不中斷和可恢復性。

2 數據備份系統

2.1 備份系統管理軟件的選擇

備份系統是數據安全的重要保障，要求達到的企業級備份與恢復標準，實現管理集中化、備份高速化、作業自動化，全面支持DAS、SAN、NAS[2]等各種平臺。備份系統應建立科學合理的備份策略，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。備份系統需完全滿足業務系統的備份需求，支持DAS、NAS、FC SAN、IP SAN等各種體系架構的變化，也支持各種科學合理的備份策略，對統一存儲平臺可實現全面的數據保護。

備份系統管理軟件[3]是備份系統的核心，決定了系統數據本地備份、存儲備份以及數據恢復的功能與效率，直接影響著數據安全。備份系統管理軟件的選擇應著重于以下幾方面:(1)實現系統數據的高可靠、全自動的備份，增加備份效率，壓縮備份時間，并能在系統故障發生時實現應用數據系統的快速恢復；(2)可實現整個數據中心的數據集中備份管理，能通過單一直觀界面對數據備份系統實現集中控制，減少系統管理員的工作量，避免由于管理人員的誤操作導致的嚴重數據損失；(3)確保服務器系統及關鍵業務數據及數據庫數據的可管理性、安全性、完整性及易于恢復，搭建的備份系統應能夠對重要數據進行全面管理及實時性備份、定期性的完全備份、增量備份、歸檔檢索與恢復；(4)備份要求在不中斷業務應用的前提下進行，在性能上能夠在相應時間內完成所有的備份作業，能夠做到無人值守備份；(5)全面兼容用戶環境中的操作系統平臺及數據庫應用，并對主流操作系統、數據庫、磁帶庫設備、虛擬磁帶庫等具有良好的兼容性，不會為用戶將來的系統擴展及升級造成阻礙；(6)能夠安全高效的實現數據存儲備份功能，并能實現自動化管理，保證信息資源安全；(7)所提供的存儲備份方案能隨著系統的不斷建設和完善，對存儲備份需求的提高，進行平滑擴展，以便于用戶保護原有投資。

綜合考慮以上幾個方面因素醫院采用Symantec Backup Exec Server 12.5[4]作為備份系統管理軟件。Symantec Backup Exec Server提供統一的企業數據管理方案來確保高性能數據保護、整體的可用性和對復雜存儲網絡的便捷管理。Symantec Backup Exec Server具有良好的備份管理性能，并在目前全國醫療行業有很多的成功案例，用戶使用情況好，充分體現了可行性。

2.2 備份系統的部署

備份服務器部署在中心機房，備份設備選擇虛擬帶庫，采用LAN方式備份：（1）用一臺Windows 2008服務器擔任備份服務器，負責整個備份系統的管理，包括備份策略的制訂、備份工作的調度、備份數據庫的保存、數據恢復等；（2）備份數 5 WIN SERVER(備份主模塊)，負責備份系統的管理；（3）在醫院關鍵業務HIS、LIS的服務器上安裝數據庫代理（如SQL 數據庫代理選件），保證數據庫的在線備份；（4）在每一臺應用服務器上安裝災難恢復軟件（Backup Exec System Recovery），將硬盤分區以熱備份方式備份到磁盤陣列上。當系統發生故障時，管理員可以通過網絡在十幾分鐘內快速恢復整個應用系統。即使是在硬件故障發生時，也可以直接在不同硬件平臺上恢復系統，最大限度地縮短停機時間。若以后增加了需要備份的應用服務器，則只需增購相應的災難恢復軟件即可。

HIS和LIS系統服務器核心SQL數據庫，備份策略為：每天增量備份+周末全備。每天增量備份自動在每天下午六時后開始，因為：大部分醫生下班，財務結算結束，門診大樓停止營業。由于全備時間長，周末醫院的業務量極少，選擇在周天午夜自動開始。

通過Backup Exec System Recovery可以把系統從一個硬件平臺遷移到另外一個硬件平臺而不需要重新安裝操作系統，整個恢復時間僅需幾分鐘時間，所有操作系統、系統配置、應用系統、個性化配置全部恢復如初。該軟件可以通過把系統恢復到虛擬平臺之上供用戶測試補丁，以避免為真實系統安裝補丁后導致的系統不穩定。Backup Exec System Recovery的遠程恢復能力可以讓管理員在任何時間、任何地點、對任何設備（包括虛擬設備）進行備份或恢復操作，此時管理員僅需要一個遠程的Windows工作站、筆記本或者是Pocket PC。另外，Backup Exec System Recovery 也針對企業服務器數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上監控和報告醫院各科室一千多臺電腦每一個恢復點的狀態，并且可以自動地發現不受保護的系統。

3 高可用容災系統

3.1 容災系統的設計

利用Symantec的Storage Foundation方案構建高可用的容災系統。為了區別于以前的集群模式，把這個方案稱為“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，提供系統全冗余、無任何單點故障、以及數據和應用的園區范圍的容災功能，使醫院IT系統真正沒有后顧之憂。在原來的“2+1”集群模式的基礎上，增加了一臺磁盤陣列，將一臺服務器定義為一個“運算節點”，將一臺磁盤陣列定義為一個“存儲節點”，所謂“2+2”模式就是“兩個運算節點+兩個存儲節點”。

利用Symantec VERITAS Storage Foundation的卷鏡像功能實現兩臺磁盤陣列之間的鏡像關系，每一次I/O的寫入都分別通過兩條主機通道到達兩臺磁盤陣列的控制器，并且當兩個I/O都返回正確的結果之后，操作才算完成。所以，兩臺磁盤陣列中的數據完全保持實時同步，不用擔心任何的數據一致性問題。當然由于采用的是同步傳輸的方式，兩個節點之間的距離不能相隔太遠，建議的最遠距離為50公里，如果超過50公里的距離限制，將會明顯地影響業務系統的運行性能。對于超過50公里的距離限制的容災要求，可采用VERITAS Storage Foundation的Volume Replicator Option做異步方式的傳輸，異步方式不會造成在線業務系統性能的下降。不過50公里這個距離限制對于醫院的園區級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）實現兩個運算節點之間的集群關系。除了實現基本的集群功能之外，本方案還有很多非常明顯的優點：（1）最多支持多個節點的大規模集群；（2）簡單易行的節點退出和加入操作；（3）跨平臺管理集群服務器系統；（4）支持集群卷的在線擴展以及與VERITAS Storage Foundation的兼容性。

對于一個應用來說，只要任意一個運算節點和一個存儲節點運行正常就能保證整個系統正常運行。該方案減少了系統的宕機幾率，提供足夠的可靠性。整個方案的架構也具有良好的可擴展性，不僅可以“2+2”，還可以做到“N+2”，甚至“N+N”。 針對醫院的容災系統需求，HIS和LIS系統采用3+2的模式，即中心機房采用2臺服務器+1個存儲，備份機房采用1臺冗余服務器+1臺冗余存儲，實現高標準的高可用容災系統。

3.2 容災系統的部署

把醫院的備份與容災整合起來，從而有效減少硬件投資，同時提高系統可維護性。高可用容災系統結構圖1所示。

圖1 醫院信息容災系統結構圖

在中心機房和備份機房分別部署一臺SAN存儲（把這兩臺SAN存儲都放置在中心機房），形成一個雙冗余的存儲系統，兩臺存 儲通過VERITAS的Storage Foundation實現實時同步的數據鏡像復制。 通過Storage Foundation系統，所有連接SAN環境中的服務器從邏輯上只會看到一個存儲器，其對存儲的操作就如同一臺存儲陣列。二臺SAN存儲的同步鏡像復制由Storage Foundation實現，對應用系統完全透明，沒有任何影響。兩臺EMC CX4-240分別部署在中心機房和備份機房。

所有的需要實現高可用的服務器（如HIS、LIS、PACS）確保以下幾點：（1）在服務器上配置3塊網卡（1塊心跳網卡，2塊業務網卡）；（2）在服務器上部署軟件VERITAS STORAGE FOUNDATION 5.0 WIN ENTERPRISE EDITION，使業務系統的數據以鏡像方式分布于主機房與容災機房的磁盤陣列中。運行在服務器上的應用可在發生問題時，通過MSCS（Microsoft Cluster Server）的Cluster集群功能進行切換和接管；（3）在服務器上配置Windows Server 2008 企業版操作系統，以利用企業版自身的Cluster功能。

主機房的某一服務器有任何問題，先切換到本地的備用服務器上，有需要才切換到容災機房中，通過VERITAS的高可用軟件，可以做到一對一，一對多，多對多的多種切換策略，根據用戶的需求來進行定義。例如可以實現1臺冗余服務器對2臺HIS服務器+1臺RIS服務器的冗余。

4 結束語

目前，本存儲方案在某三甲醫院不間斷運行了18個月，說明系統可靠、設計合理。合理的網絡與存儲的架構，是一個醫療信息系統的高效、穩定運行的保障。醫療信息化程度越來越高，不斷增長的信息化數據也對信息化基礎設施時時提出挑戰。構建一個高可用性、高可靠性的存儲系統是醫療信息化的重要任務。數據的安全性、可靠性是整個醫療信息系統重中之重。

[1]李顥.HIS網絡的組建與維護[J].通訊世界.2013(11) .

[2]蔣麗娟.基于SAN/NAS網絡架構的存儲整合技術[J].計算機系統應用.2011(11) .

[3]高鵑.網絡備份系統中管理控制的設計與實現[D].武漢：華中科技大學，2011.

[4]郭濤.賽門鐵克Backup Exec 12備份軟件[N].中國計算機報，2008-3-1（1）.

[5]孫冠杰.可擴展網絡附屬存儲系統集群模塊的設計與實現[D].南京：南京大學，2013.