某醫(yī)院數(shù)據(jù)中心虛擬化的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉維怡　黃婕　王君

摘 要 隨著信息化技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，醫(yī)療行業(yè)在信息化的幫助下實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率的大幅提升，醫(yī)療行業(yè)的主體——醫(yī)院所提供的醫(yī)療服務(wù)水平取得了巨大的進(jìn)步。信息化技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得數(shù)據(jù)中心在醫(yī)院內(nèi)部的地位越來越重要，數(shù)據(jù)中心的虛擬技術(shù)使用也日益受到關(guān)注。

關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)中心 虛擬技術(shù) 網(wǎng)絡(luò) 存儲(chǔ) 服務(wù)器

中圖分類號(hào)：R319；TP308 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1課題研究背景

隨著我國醫(yī)療衛(wèi)生信息化迅速發(fā)展，醫(yī)院為提高服務(wù)質(zhì)量和運(yùn)行效率，不斷加強(qiáng)業(yè)務(wù)支持系統(tǒng)的建設(shè)。這些應(yīng)用系統(tǒng)的建立總是要求數(shù)據(jù)中的IT基礎(chǔ)設(shè)施不斷擴(kuò)展，經(jīng)常需要增加服務(wù)器來支持新的應(yīng)用系統(tǒng)。而且，隨著醫(yī)療信息系統(tǒng)的逐步發(fā)展，各系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)量，以及系統(tǒng)之間的信息交互，都呈幾何級(jí)數(shù)的增長。這就使的數(shù)據(jù)中心在建設(shè)和發(fā)展過程中面臨不少的問題：

兼容性差：在現(xiàn)實(shí)中，機(jī)房不可能只買一個(gè)廠商的設(shè)備，隨著需求的不斷增長和變化，在不同階段需要購買不同廠商的設(shè)備。而不同的廠商之間的硬件兼容性問題，越來越突出。

管理和維護(hù)困難：快速增長的應(yīng)用使得數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器數(shù)量不斷上升，而服務(wù)器的廠商不同，購買的型號(hào)也不同，或者服務(wù)器的操作系統(tǒng)不同，使得系統(tǒng)管理員面對(duì)的環(huán)境越來越復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的自動(dòng)化管理。

運(yùn)行成本高：數(shù)據(jù)中心機(jī)房隨著業(yè)務(wù)和服務(wù)器數(shù)量的增加，其空間、機(jī)柜、設(shè)備、耗電量等隨之也增加，運(yùn)行成本迅速增加。

安全控制與數(shù)據(jù)備份困難：數(shù)據(jù)中心面對(duì)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，不同的硬件平臺(tái)與軟件系統(tǒng)的結(jié)合，給系統(tǒng)的備份和恢復(fù)帶來了困難。

2課題研究意義

大量的組織、單位、部門都建立有自己獨(dú)享的數(shù)據(jù)中心，運(yùn)行著自己的應(yīng)用系統(tǒng)，作為公共醫(yī)療服務(wù)體系最重要的組成部分——醫(yī)院，也不例外。最早進(jìn)行信息化而且發(fā)展成熟的金融行業(yè)由于行業(yè)的限制，也沒有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心整體虛擬化的案列。如何在醫(yī)院的數(shù)據(jù)中心合理地使用各種虛擬技術(shù)，提高醫(yī)院在公共醫(yī)療服務(wù)、醫(yī)療科學(xué)研究、醫(yī)療學(xué)科教學(xué)方面的應(yīng)用水平和服務(wù)水平，是一個(gè)非常值得研究和面對(duì)的課題。

結(jié)合我國醫(yī)院信息化的實(shí)際水平和現(xiàn)狀，探討如何合理地利用服務(wù)器虛擬技術(shù)、存儲(chǔ)系統(tǒng)虛擬技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)虛擬技術(shù)，提高醫(yī)院在公共醫(yī)療服務(wù)、醫(yī)療科學(xué)研究、醫(yī)療學(xué)科教學(xué)方面的應(yīng)用水平和服務(wù)水平。通過虛擬技術(shù)發(fā)展歷史、原理分析、技術(shù)要點(diǎn)分析、項(xiàng)目實(shí)踐案例等方面的內(nèi)容，詳細(xì)地討論虛擬技術(shù)的各種應(yīng)用場景，為醫(yī)院信息化的虛擬技術(shù)應(yīng)用提供一個(gè)可以參考的實(shí)施方案。

3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

3.1 國外現(xiàn)狀分析

在國外，應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心的虛擬技術(shù)已經(jīng)研究和應(yīng)用已經(jīng)有一定基礎(chǔ)，畢竟社會(huì)化的分工合作和人工成本的高企都從背后推動(dòng)著數(shù)據(jù)中心虛擬技術(shù)的快速發(fā)展和普及應(yīng)用。

單單是服務(wù)器虛擬技術(shù)同時(shí)會(huì)面臨基于不同處理器架構(gòu)的服務(wù)器虛擬技術(shù)：比如IBM公司基于Power系列處理器的服務(wù)器虛擬技術(shù)、HP公司基于Itanium系列處理器的服務(wù)器虛擬技術(shù)是有大量現(xiàn)存使用案例和發(fā)展空間，同時(shí)隨著X86架構(gòu)處理器64位、多核處理器技術(shù)和每瓦特性能的快速發(fā)展、提高，基于X86架構(gòu)的服務(wù)器虛擬技術(shù)，在不同廠家的研發(fā)和普及之下，也大量地應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)之中。

3.2 國內(nèi)現(xiàn)狀及趨勢

隨著時(shí)代的發(fā)展，整個(gè)IT系統(tǒng)在醫(yī)院的日常運(yùn)維中占有非常重要的比重，對(duì)于IT系統(tǒng)的安全性要求非常高，對(duì)數(shù)據(jù)保護(hù)的等級(jí)也較高。在“十二五”期間，國家和省醫(yī)療主管部門對(duì)于醫(yī)院信息化系統(tǒng)也提出更為嚴(yán)格的要求，尤其是全球的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的逐步興建，也為我國醫(yī)療行業(yè)發(fā)展提供了許多可資借鑒的設(shè)計(jì)思想和成功案例，因此對(duì)于十二五期間的數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，逐步轉(zhuǎn)向虛擬化數(shù)據(jù)中心架構(gòu)，降低數(shù)據(jù)中心總體擁有成本，是各級(jí)醫(yī)院領(lǐng)導(dǎo)優(yōu)先考慮的事情。受制于各個(gè)醫(yī)院的資源和自身社會(huì)影響力，醫(yī)院信息化部門沒有足夠的管理能力和技術(shù)能力合理地利用虛擬技術(shù)，提高醫(yī)院在公共醫(yī)療服務(wù)、醫(yī)療科學(xué)研究、醫(yī)療學(xué)科教學(xué)方面的應(yīng)用水平和服務(wù)水平。

醫(yī)院數(shù)據(jù)中心之上運(yùn)行著醫(yī)院業(yè)務(wù)系統(tǒng)最主要的部分——業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理，存儲(chǔ)著僅此一份的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，所有使用業(yè)務(wù)系統(tǒng)的人員都是數(shù)據(jù)中心的用戶。所以，對(duì)服務(wù)器系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)的科學(xué)化、合理化管理、建設(shè)、維護(hù)，才能保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。因此，急需對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行虛擬化的改造。虛擬技術(shù)的應(yīng)用要求從業(yè)人員具有較高的綜合技術(shù)水平，需要熟練掌握主機(jī)系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)的技術(shù)及對(duì)應(yīng)虛擬技術(shù)的技術(shù)。

4課題研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)

信息化技術(shù)說到底，就是利用機(jī)器代替人類進(jìn)行計(jì)算、處理活動(dòng)。早期的計(jì)算活動(dòng)只能局限于計(jì)算機(jī)機(jī)房內(nèi)部，隨著應(yīng)用面的不斷擴(kuò)大，有了在一個(gè)有限的范圍內(nèi)（比如大學(xué)校園、研究所、企業(yè)內(nèi)部的建筑物內(nèi)部）應(yīng)用的“主機(jī)——終端”模式，直到美國的“ARPANET”項(xiàng)目出現(xiàn)，最終發(fā)展出“互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算”模式——擴(kuò)大到只要有網(wǎng)絡(luò)連接的任何地方都可以進(jìn)行計(jì)算活動(dòng)。

本人平時(shí)工作主要從事信息化項(xiàng)目，提供信息化系統(tǒng)整體解決方案，著重于數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)建設(shè)，有著豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，并且掌握了數(shù)據(jù)中心服務(wù)器系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)能力，尤其在服務(wù)器虛擬技術(shù)上有較好的研究和掌握。結(jié)合最近設(shè)計(jì)并實(shí)施的一個(gè)醫(yī)院數(shù)據(jù)中心虛擬化項(xiàng)目，提出優(yōu)化的虛擬技術(shù)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。

5主要研究的內(nèi)容

由于本次項(xiàng)目案例是已經(jīng)有數(shù)據(jù)中心在運(yùn)營，計(jì)算架構(gòu)、存儲(chǔ)架構(gòu)的建立不影響現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行，通過對(duì)醫(yī)院現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行需求分析，本課題研究的主要內(nèi)容如下：

5.1網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的實(shí)現(xiàn)

本文主要討論網(wǎng)絡(luò)訪問的可靠性設(shè)計(jì)，包括：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的物理設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、IP地址設(shè)計(jì)、路由設(shè)計(jì)及交換設(shè)計(jì)。

5.2存儲(chǔ)、計(jì)算架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

建立冗余的SAN架構(gòu)，接入物理服務(wù)器和各種存儲(chǔ)系統(tǒng)，保證存儲(chǔ)架構(gòu)的穩(wěn)定性和高效性。存儲(chǔ)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)控制器是核心，所有的功能和性能都由控制器來承擔(dān)。選擇支持Active-Active工作模式控制器的存儲(chǔ)系統(tǒng)是必須的，在存儲(chǔ)廠家的Multipath軟件或者是VMware vSphere存儲(chǔ)API配合之下，能夠提供存儲(chǔ)讀寫操作的負(fù)載均衡功能，以及消除單個(gè)存儲(chǔ)控制器故障對(duì)業(yè)務(wù)的停頓影響。選擇支持VMware vSphere Storage API的存儲(chǔ)系統(tǒng)，充分利用存儲(chǔ)系統(tǒng)高性能處理能力，卸載計(jì)算架構(gòu)虛擬技術(shù)的磁盤讀寫操作壓力，達(dá)到提高數(shù)據(jù)中心整體高性能的目的。

5.3系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理的主要內(nèi)容：“生產(chǎn)VSP”和“容災(zāi)VSP”之間TrueCopy數(shù)據(jù)同步復(fù)制的容災(zāi)管理（啟動(dòng)、監(jiān)控、停止等操作），容災(zāi)演練過程。