陳雷

東南大學附屬中大醫院江北院區 信息中心，江蘇 南京 210044

基于VMware vSphere云計算技術構建醫院虛擬化信息平臺

陳雷

東南大學附屬中大醫院江北院區 信息中心，江蘇 南京 210044

目的 利用虛擬化技術整合醫院業務信息系統，優化醫院管理，保證醫院業務系統的穩定運行。方法 使用VMware vSphere云計算將多臺物理服務器組建成高可用性（HA）集群，將醫院信息系統原有的21臺服務器縮減至7臺，再根據具體應用重新分配服務器工作任務。結果 大大提高了硬件服務器的資源利用率，為醫院節約了建設成本，并且使系統易于管理和維護。通過HA的構建，有效地保障了醫院各信息系統運行的連續性、穩定性及系統安全。結論 集團化醫院虛擬化信息平臺的建設，實現了集團醫院內各醫院資源的高度共享、統一調度，提高了醫院現代化管理水平。

云計算；虛擬服務器；物理服務器；醫院信息系統

引言

我院以引進高新技術為突破口，以信息化管理為先導，充分發揮技術優勢，結合醫院信息化實際情況構建云計算虛擬化平臺。目前該平臺運行穩定可靠，具有良好的經濟性和擴展性，且成本低、易維護。

1 服務器虛擬化技術概述

服務器虛擬化技術（VMware vSphere）由VMware公司推出，被稱為第一款云計算操作平臺。VMware vSphere技術能將系統中應用部分和操作程序與底層分開，從而簡化計算機操作流程。根據應用程序需求調配專用資源，并通過硬件服務器對系統資源實施有效管理。對比ESX Server，VMware vSpher可以承載更多虛擬機。

該平臺主要由3部分組成： VMware ESX4、VMware vCenter以及VMware Infrastructure CIient[1]。其中VMware ESX4負責整合硬件服務器資源，把硬件資源統籌合理分配到各虛擬機中，并保證全部虛擬機正常并行；VMware vCenter負責VMM的管理與整合，提升虛擬構架的可見性，進行可視管理，集中控制，充分發揮VMware vCenter的優勢；VMware Infrastructure CIient是一款管理客戶端的應用軟件。

VMware vSphere是利用虛擬化技術[2]，將信息數據中心轉化為云計算架構，并通過虛擬化技術手段提供調配及部署功能，實現資源智能化遷移、實現硬件資源負載平衡，優化資源配置，根據業務優先級別分配資源，VMware vSphere的基本框架，見圖1。

圖1 VMware vSphere基本框架圖

2 我院虛擬化系統建設規劃解決方案

目前，醫院日門診量達3580人次，住院人數約1907人。醫院各信息系統共有硬件服務器21臺，實施服務器虛擬化使硬件服務器縮減至7臺（服務器型號是HP DL580G7）。作為安裝VMware vSphere虛擬化平臺的物理服務器，配備兩顆10核至強處理器E7-4850、128 G內存、4塊300 G 10K 6 G 2.5 SAS熱插拔硬盤，2塊雙口8 G FC HBA卡，雙通道光纖連接存儲服務器。

使用VMware vSphere將多臺物理服務器組建成高可用性（HA）集群[3]，通過服務器有效整合，從而大大降低總體建設成本。嚴格控制和減少物理服務器的數量，明顯提高了每個物理服務器的資源利用率，也降低醫院運營和維護成本。VMware vSphere的在線動態遷移技術，可將現有應用系統平穩遷移到虛擬化平臺[4]。VMware的ESX的高可用HA技術保護，可杜絕因服務器硬件故障而造成業務系統的停機，其高可用技術可以在最短的時間內自動恢復業務運行，實現零停機保護[5]，高度實現業務系統的可用性，讓醫院信息系統永不止步。當虛擬機負載很高的時候，平臺會自動遷移到新的硬件，實現更高的運行負載能力。虛擬平臺擴展性，可以通過增加硬件服務器的方式來擴展。

2.1 系統總體功能結構

為了整合醫院目前的業務系統，優化科學管理，保證醫院業務系統的穩定、高可用、可遷移、可適應未來的高負載運行要求，方案主要針對目前醫院的各信息系統資源進行整合，見圖2。醫院未來將會把更多的服務器整合上線管理，初期選用7臺四路服務器作為VMware ESX服務器，再利用2臺獨立物理服務器作為重要的PACS和HIS的主工作服務器，外加1臺VMware vCenter管理中心虛擬服務器[6]，所有的服務器都接上FC-SAN共享存儲，VMware虛擬化平臺方案拓撲圖，見圖2。平臺使用ESX Server作為服務器虛擬化的主要底層的支撐系統[7]，安裝在4臺高性能的服務器上，并在4臺高性能的服務器上加裝雙網口網卡，加上原有服務器上的4個網卡，平臺服務器上總共有8個網卡可以使用。其中的6個網卡分別進行網絡聚合，是對外服務的網卡，聯接2個不同的交換機；另外2個網卡分別用于做心跳網、VMware的核心交換網，而VC Server用于管理所有的ESX Server。

圖2 VMware虛擬化平臺方案拓撲圖

2.2 角色分配

ESX服務器，在這次的架構中使用3臺服務器用于支撐醫院信息系統的正常運行，在日常的正常運行中兩臺服務器同時工作，并且互為備份，兩臺服務器配置為HA的高可用[8-9]工作方式，當其中任意一臺出現故障，上面運行的虛擬機都可以自動切換過來，保證業務系統在幾分鐘之內就可以恢復正常運行。

HIS與PACS所承載的物理服務器，架構中設置了兩臺專用的服務器，一般情況下HIS與PACS服務器主要用于支撐日常的工作，同時與虛擬服務器的HIS與PACS做為群集，只有當前面的物理服務器出現了故障后，才需要切換到虛擬服務器中的HIS或PACS。當物理服務器修復后，可以把工作負載重新在切換回物理服務器，通過使用物理與虛擬機的群集來做HIS與PACS的高可用，從而保障醫院業務系統正常運行。平臺硬件配置，見表1。

2.3 虛擬服務器的網絡設計方案

vSphere 4.0的企業增強版的虛擬交換機是分布式交換機，平臺對分布式交換機的配置進行統一管理配置，考慮到醫院各個業務系統對于網絡的要求較高，方案中采用4個網卡進行聚合使用，充分保證業務系統網絡帶寬的需求。鑒于醫院各個系統的獨立性，使用VMware的虛擬交換機[10]，把各個虛擬的服務器進行邏輯隔離。VMware虛擬交換機支持802.11Q的虛擬局域網（VLan）技術，只需要把VLan號設置在虛擬的交換機內，通過這個交換機的數據包都會自動在IP包頭附加上VLan號，從而實現VLan的技術支持。此時，舊的三層交換機的VLan，可以把虛擬服務器上的網卡獨立對應一個物理網卡，從而可以適應任何的網絡要求（圖3）。

表1 硬件配置

圖3 VMware網絡設計方案

2.4 ESX主機層HA高可用解決方案

本次方案運用了目前最先進的VMware 云計算平臺，這個平臺提供了平臺硬件的HA高可用解決方案，當平臺內的硬件服務器出現故障時，原運行在這個硬件服務器上的所有虛擬機都會自動切換到其他可正常工作的硬件服務器上，所以通過使用HA技術，可以為所有運行在這個VMware云計算平臺內的所以虛擬機提供HA高可用的解決方案，充份保證醫院信息系統高效、穩定地運行。

2.5 存儲方案設計

FC-SAN存儲通過光纖連到光纖交換機，VMware ESX可以支持管理多通道的負載均衡與失效轉移，不需要安裝額外的多通道管理軟件。此VMware ESX使用的VMFS磁盤格式可以支持新型分布式服務，虛擬機完全封裝在虛擬磁盤文件中，這些文件集中存儲在共享的SAN存儲中。集中存儲方式在企業環境中更為常見，這樣，其他ESX也可以使用共享的SAN來集中訪問各個虛擬機。這種配置功能很強大，因為它允許資源池中包含多個ESX并行訪問若干相同的文件來引導和運行虛擬機，并能夠對虛擬機存儲進行有效的虛擬化（圖4）。

3 平臺建設效果

通過VMware vSphere云計算技術構建的信息化平臺，整合了系統硬件資源，根據具體應用分配虛擬服務器，大大提高了硬件服務器的資源利用率，不但為醫院節約了成本，并且易于管理和維護系統數據，通過HA的構建有效保障了醫院系統運行的連續性[11-16]：

圖4 存儲方案設計圖

（1）通過服務器整合，控制和減少了物理服務器的數量，明顯提高每個物理服務器及其CPU的資源利用率，從而降低硬件成本和運營維護成本。

（2）加快了服務器和應用的部署，大大降低服務器重建和應用加載時間。同時，快速進行硬件的維護和升級，提高了運營效率。

（3）建立醫院業務和IT資源之間的關系，使IT和業務優先級對應。將所有服務器作為大的資源統一進行管理，并按需進行資源調配，提高了服務水平。

（4）虛擬化打破了操作系統和硬件的必然聯系，實現了對舊硬件和操作系統的投資保護。

（5）為以后的集中網絡存儲提供可能。利用網絡存儲的優勢，將分散的數據集中管理備份，為服務器和應用以及以后的容災打下了基礎。同時，通過虛擬機的特有功能和網絡存儲的有效結合，提高了應用的可用性，移動性和靈活性。

4 問題與思考

VMware vSphere虛擬化平臺為醫院提供一個可靠、高效、靈活的運行平臺，但該平臺也有它的局限性以及待改進的內容。

（1）在當前的虛擬化環境中，為實現虛擬化的一些高級特性而必須采用共享存儲方式存儲虛擬化環境中的所有數據，這也導致了關鍵數據的單點問題，這種問題只能通過存儲容災方式解決。

（2）虛擬化的架構中把多個應用放到一臺服務器上，類似于多個雞蛋放在一只籃子里，一旦出現重大硬件故障的狀況下，雖然有HA保護，但也可能會短時間影響到多個應用，尤其是對服務級別要求較高的應用。這種應用只能通過在虛擬化環境中同時加入雙機熱備的方式加以避免。

（3）虛擬化在實際中，并不是百分之百兼容的解決方案，它并不能和所有的應用程序或者所有硬件協調工作，比如有些應用要直接訪問硬件資源，或者需要特定的硬件加密狗等問題，只能采取比較折中的辦法犧牲一些虛擬化的特性加以解決。

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本文編輯 韓淑英

Construction of Virtual Hospital Information Platform Based on VMware vSphere Cloud Technology

CHEN Lei
Information Center, Zhongda Hospital Southeast University(Jiangbei), Nanjing Jiangsu 210044, China

Objective Using virtualization platform to integrate hospital information system, this study optimizes hospital management and ensures the stable operation of the hospital business system. Methods With VMware vSphere, this study assembled several physical servers into a high availability (HA) cluster and integrate system hardware resources, which reduced the number of servers to 7 from original 21. Then, server tasks were redistributed according to specific application. Results Resource utilization of hardware servers was improved greatly, which saved the construction cost for hospital and made management and maintenance easy. The construction of HA guaranteed the continuity, stability and security of each hospital information systems effectively. Conclusion Grouping virtual hospital information platform realized resource sharing and unified dispatches among the group hospitals, and enhanced the hospital modern management level.

cloud computing; virtual server; physical server; hospital information system

TP391.9

C

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.06.032

1674-1633(2017)06-0121-03

2016-09-22

2016-10-12

作者郵箱：33879141@qq.com