超融合架構在醫院信息化建設中的實踐

季敏

隨著醫院信息化需求的提升及相關信息化方面技術的發展，醫院對于以往的信息支持技術的改進要求不斷提升，以往的信息支持運維成本較高，利用率低，傳輸瓶頸等多方面不足，而超融合架構即可有效彌補上述不足，可達到有效控制運維成本、提高穩定性及應用安全性的目的。臨床中關于超融合架構在醫院信息化建設中的實踐是保證其運營的基礎與前提，也是研究的重點。本文中就超融合架構在醫院信息化建設中的實踐進行探究，現分析如下。

1 超融合的架構及特點

1.1 超融合的架構

融合技術作為信息化建設中的一個重要方面，其在計算與存儲的融合中的作用顯著，其主要為通過虛擬化軟件的形式將資源進行整合處理[1]，效果較好，而超融合架構則是將計算、網絡、存儲等資源在同一套單位設備中實現有效整合，同時對多個方面（軟件備份、數據快照、重復數據刪除和在線數據壓縮）進行更為有效的處理，且其生產廠家多相同，因此在融合方面的效果較好，在無縫橫向擴展方面優勢突出，形成有效統一的資源池[2]，且本類設備的預先配置為應用的便捷提供了前提。而醫院的應用過程中，對于便捷及穩定性的要求較高，因此在醫院中的應用優勢突出。

1.2 超融合的主要特點

超融合的特點較多，且其中較多為優點，對于資源的整合與無縫化處理效果突出。（1）醫院中的資料數據一體化要求較高，各個科室及部門之間的配合要求較高，因此在資源池化方面的要求較高，而超融合技術則通過軟件的方式將各種計算資源、存儲資源和網絡資源進行整合，因此為各部門的配合工作與應用奠定了基礎[3]。（2）設備部署效率是設備應用前的一個重要環節，醫院的工作性質決定了對于時效性的要求較高，而超融合一體機的此方面特點突出，部署時間約為6～8 h，顯著短于同量級服務器的2周及以上的時間，對于時效性要求較高的醫院具有特定優勢。（3）醫院的資料較多，且涉及多科室及部門的應用，較多工作人員對于系統的應用知識掌握仍相對欠缺，需逐步學習強化，因此對于運維的便捷性要求較高，而超融合一體機各部分多出自一個廠家，在維護與操作方面具有統一性，在資源調整方面優勢突出，且啟動較快、硬件增改更為快捷，因此適合醫院的應用環境。（4）醫院對于細節的繁瑣控制要求較高，超融合結構的資源是池化的，節點出現問題的情況下可有效避免系統的中斷，在系統建立的同時即實現了系統鏡像的建立，因此在提高冗余方面的作用顯著。

2 本院超融合技術的應用基礎與問題

2.1 本院超融合技術的應用基礎與需求

航天七三一醫院信息中心核心機房建于2009年，建筑面積40平方米，容納16個機柜，UPS容量為30 KV。醫院信息化建設經過近7年的快速發展，已建成為以電子病歷為核心，多種系統整合的醫院信息系統，涵蓋了患者就診的各個環節和醫院辦公、管理的各個方面，信息化建設已經成為醫院發展的重要助力，然而服務器的需求卻成為信息化建設的瓶頸和巨大安全隱患。

運行有HIS系統、PACS系統、LIS系統、電子病歷系統等45個應用系統，占用27臺服務器、13個機柜，由于服務器、機柜、存儲、UPS負載資源有限，僅對HIS系統和PACS系統進行了雙機熱備，其他應用系統的高可用性及數據安全無法保證。醫院目前采用的是一臺服務器安裝多個非核心應用系統的方式，充分利用服務器資源，減少機房空間占用和UPS負載。根據醫院信息化建設發展規劃，至2020年，每年將開展3～5個應用系統的實施，重要業務系統需要進行備份，而現有服務器中有9臺已到使用年限，維修較為頻繁，面臨更換。按照現有的系統部署方式，至2020年醫院將需要新增、更新服務器30臺，以及配套的交換、存儲設備。但醫院核心機房的空間有限，無法容納足夠數量的機柜，且現有UPS負載量在服務器平穩運行狀態下已達65%，已經無法應對緊急情況下服務器重啟對UPS負載的要求，更無法再承受因服務器數量而增加的負載量。現有的應用系統部署模式，增加了服務器和應用系統運維管理難度，無法確保數據安全和提高應用系統的可靠性，各服務器資源利用率不均衡，造成資源浪費和能源消耗。同時，隨著信息化應用的深入，醫院的日常業務已經無法離開信息系統的支撐，需要實現重要業務系統備份，并且保持不間斷運行。因此，現有核心機房的可容服務器、存儲、交換設備數量、UPS容量設計已經不能滿足醫院信息化建設的需求。

2.2 存在的主要問題

對于醫院信息系統的存在問題分析顯示，其問題較多。主要為以下幾項：（1）需要更換的服務器較多，購買成本較高，利用率低，部署困難。根據統計，航天七三一醫院信息中心，需要新增和替換40多臺服務器，如此多的服務器單獨部署需要很長的時間，而且不便于管理，服務器的資源也沒有辦法進行有效的利用。（2）機房空間不足，電源后備能力有限。現在的核心機房于2010年建成，當時預留了16路電源為16個機柜供電，但是由于一些核心設備占用了多路供電，目前預留的16路電源已被全部占用；機柜13個也基本飽和，無法支撐如此多的服務器。（3）重要業務系統無系統備份，存在安全隱患。如LIS系統和電子病歷系統等目前還沒有建立系統備份，一旦服務器出現故障，將會直接影響到治療工作的開展。（4）部分重要業務系統沒有測試環境，對于系統升級和系統更改都不能提前在測試環境中進行測試，存在安全隱患。

2.3 醫院信息化相關問題的解決

隨著信息化技術和虛擬化技術的不斷發展，有效利用服務器的各種資源，減少資源浪費、同時能夠建立可靠的應用備份是當今服務器技術的一個重要發展方向，融合一體機在這樣的歷史條件下產生，有效整合多臺服務器的資源，同時能夠互為備份，便于管理和操作系統復用，方便建立各種測試環境。

利用虛擬化技術，可以解決目前航天七三一醫院信息中心發展的瓶頸，不需要對信息中心的核心機房進行改造，不影響目前的業務使用，有效分離應用系統并建立測試環境和備份系統。

2.3.1 基本設備的問題解決 （1）替換常規服務器：目前醫院的主要的業務服務器購置時間都超過5年，硬盤空間、內存和CPU都不能滿足現有業務的需求，很多服務器較為平凡的出現宕機和硬件故障，影響了醫院業務的正常進行。更換融合一體機后，可以在不影響生產業務的情況下，用較快的時間將這些系統轉移到新的服務器上。（2）服務器應用備份：目前航天七三一醫院除了HIS系統外，其他系統都是單機運行，如果出現服務器宕機，將會影響到業務的正常進行，融合一體機本身對建立的服務器會有一個鏡像備份，如果系統出現了宕機不會影響到業務的使用，也確保了數據的安全[4]。（3）應用分離：解決多個服務器在同一臺服務器上不穩定的問題，因為融合一體機在部署方面非常方便，建立以個虛擬的系統只需要很短時間，方便我們將原有的多個系統進行分離，建立屬于自己的服務器，提高穩定性和安全性。（4）建立最佳測試環境：因為服務器環境限制的因素，航天七三一醫院80%的系統沒有測試環境，因為搭建測試環境的周期較長，而且與生產環境也是脫節的；但是沒有測試環境，系統進行更新和變更的時候，無法提前對系統變更的有效性進行測試，會對系統的使用產生隱患，融合一體機可以通過復制鏡像建立與生產環境完全一樣的測試庫，只需要用十幾分鐘的時間就能夠建立起一套測試環境。（5）減小能耗、增加核心機房可用空間：替換不能滿足需求的老舊服務器，減少能耗；重新整合服務器機柜，將核心機房的可用年限擴大[5]。

2.3.2 設備選型與項目實施方面問題解決 設備選型應做到簡單易用、快速部署，產品應具有統一存儲架構，能夠將服務器、存儲和網絡集成放置在統一的機框或機架中，高度融合集成，簡單易用。

高可用性、高可靠性及高安全性也是重要方面，實現所有部件及節點的冗余配置是重點，磁盤陣列系統具有高可靠性、可用性。能夠自動監控資源和系統運行狀態，具有管理分權分域、日志記錄、日志審計等功能。具有雙機集群功能、容錯機制，保障業務連續性。具備快照功能，保存基于時間點的運行狀況和數據，作為導出數據、恢復數據之用[6-7]。

資源池化及資源自動分配也是必要基礎條件，其能夠實現設備資源池化，對資源進行共享，提高現有醫院數據資源利用率。系統擴展能力強，可根據業務量彈性擴容，適應業務系統突發需求。資源能夠自動分配，縮短系統部署周期，加快業務上線速度。當集群資源不足時，可對集群增加計算或存儲資源，方便醫院數據自動化、合理化分配及應用[8]。

即插即用的優勢能夠支持在正在運行的物理主機上熱插拔PCIe SSD驅動器的功能，即無需中斷或停機即可根據需要向虛擬機添加CPU，磁盤和內存，以保證醫院數據的穩定性、安全性。

提供統一的圖形界面管理軟件，方便在一個地點完成所有虛擬機的日常管理工作。操作界面盡量簡單易用，確保安全性。

2.3.3 設備部署方面的問題解決 管理節點部署在虛擬機上，利用2臺物理服務器做主備部署。管理節點使用兩塊本地硬盤做RAID1管理節點虛機的存儲，除系統使用外，所有服務器的其他本地硬盤都可組成分布式存儲池，非管理節點刀片可用于部署應用虛擬機，應用虛擬機使用分布式存儲池資源。

2.3.4 系統遷移方面的問題解決 業務遷移服務主要內容是將現網業務平滑的遷移到虛擬化一體機上，盡量減少系統遷移對業務的影響。現在目前醫院在用的應用系統中，有兩種情況：（1）供應商能夠提供支持的應用系統。（2）供應商無法提供支持或供應商已經聯系不上的。對于供應商能夠提供支持的，我們采用的方式是先在虛擬機中部署好應用系統的環境，再從原服務器中將數據遷移到新的服務器中。此種方式可以避免原服務器的操作系統有問題或者有病毒。對于供應商無法提供支持或者已經聯系不上的應用系統服務器，可以利用超融合廠家提供的鏡像工具，將現有的系統制作成為鏡像，再加載到虛擬機上，此種方式雖然不能將操作系統更新，但是能夠提升系統的安全性和硬件性能。

3 結論

通過實施虛擬化融合一體機，能夠對現有服務器進行整合，減少服務器數量，不僅節省了硬件設備資金投入，并且延長了機房的使用壽命，降低能源消耗，節約了機房擴建和能源資金投入。同時，虛擬化融合一體機能夠快速的部署各類服務器和應用，能夠為重要業務系統建立備份，大大提升了醫院信息系統的可靠性、安全性、穩定性和故障恢復的時效性，確保醫療工作的正常開展。

綜上，虛擬化融合一體機不僅能減少硬件資源的浪費，而且能提升醫院業務系統整體運營效率，為醫療工作提供了有力的支撐。

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[3] 錢朝陽，陸明勝. 淺談超融合基礎架構[J]. 數字技術與應用，2016，34（9）：216-217，220.

[4] 冷迪. 企業數據中心超融合架構的特點和發展趨勢研究[J]. 科技創新與應用，2015，5（35）：37-38.

[5] 羅力，陳翔. 醫院數據中心引入超融合基礎架構所帶來的優勢[A].中華醫學會（Chinese Medical Association）、中華醫學會醫學信息學分會. 中華醫學會第二十一次全國醫學信息學術會議論文匯編[C]. 中華醫學會（Chinese Medical Association）、中華醫學會醫學信息學分會，2015：1.

[6] 王盈. 超融合讓云計算回歸本質[J]. 軟件和集成電路，2016，33（7）：46-49.

[7] 李志遠，楊文靜，溫鈺. 基于超融合的存儲架構研究[J]. 電信快報，2016，53（7）：14-17.

[8] 張翔. 超融合數據服務平臺在融合媒體的應用[J]. 廣播與電視技術，2016，43（6）：48-50.