榆林市第一醫(yī)院數(shù)據(jù)基于虛擬化的雙活數(shù)據(jù)中心的實現(xiàn)

韓娜 林蓉

【摘 要】目的：根據(jù)榆林市第一醫(yī)院兩院一體的實際情況構建數(shù)據(jù)容災方案，用兩邊的機房做“雙活”的數(shù)據(jù)中心，要求達到任意一邊的機房故障都不影響另一邊的正常運轉(zhuǎn)。方法：根據(jù)實際應用需求提出基于虛擬化雙活數(shù)據(jù)中心建設的可行性，并依照榆林市第一醫(yī)院兩院一體獨特的管理運行模式設計相適應的存儲方案。結果：兩院區(qū)的雙活數(shù)據(jù)中心構建工作完成，榆林院區(qū)作為主生產(chǎn)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生源，綏德院區(qū)作為實時備份的接管機房，實現(xiàn)一主兩從的異地備份方式，通過實現(xiàn)虛擬化，實現(xiàn)資源的充分利用，提升維護效率，降低管理成本

【關鍵詞】存儲虛擬化；雙活數(shù)據(jù)中心；VPLEX升級；存儲擴容

1 虛擬化網(wǎng)絡需求分析

對醫(yī)院而言，任何導致業(yè)務連續(xù)性中斷的事故和故障都是災難，所以醫(yī)院信息管理核心中的核心，重中之重的工作就是保證數(shù)據(jù)的完整與準確，并且應該對數(shù)據(jù)丟失這種突發(fā)情況做好充分的準備，否則一旦發(fā)生災難性事故或數(shù)據(jù)邏輯錯誤時，手邊卻沒有可用介質(zhì)做為恢復的話，損失將會非常嚴重。

對數(shù)據(jù)的保護，有多種方法，包括備份和系統(tǒng)容災，榆林市第一醫(yī)院從2000年開始對數(shù)據(jù)的備份逐步由數(shù)據(jù)雙機熱備發(fā)展到數(shù)據(jù)流復制備份，隨著應用需求的不斷升級，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)備份方式以及數(shù)據(jù)的存儲應運已無法滿足現(xiàn)在的需求，逐漸出現(xiàn)諸多缺陷，其中包括：

缺陷1：數(shù)據(jù)中心資源的平均使用率低于 30%，有相當數(shù)量的資源無法滿足其服務水平目標

缺陷2：一個新應用的部署需要歷經(jīng)預算、采購、安裝測試、上線等過程，周期長達數(shù)周至數(shù)月，難以及時響應業(yè)務需求

缺陷3：硬件數(shù)量和管理成本與應用數(shù)量呈線性關系，IT管理和成本壓力巨大，鑒于這種種不適，虛擬化網(wǎng)絡的出現(xiàn)可以很好的解決這些問題，虛擬化網(wǎng)絡打破了操作系統(tǒng)硬件間的相互依賴，通過封裝到虛擬機的技術，管理操作系統(tǒng)和應用程序單一的個體，實現(xiàn)強大的安全和故障隔離，另外虛擬機獨立于硬件，能在任何硬件上運行，對照傳統(tǒng)IT網(wǎng)絡，虛擬化網(wǎng)絡可實現(xiàn)如下四大功能：

分區(qū)：在單一物理服務器上同時運行多個虛擬機

隔離：在同一個服務器上的虛擬機之間相互隔離

封裝：整個虛擬機都保存在文件中，而且可以通過移動和復制這些文件的方式來移動和復制該虛擬機

獨立：無需修改即可在任何服務器上運行虛擬機

2 數(shù)據(jù)存儲虛擬化的實現(xiàn)

2.1 對數(shù)據(jù)中心進行規(guī)劃設計

首先要對數(shù)據(jù)中心進行高效的規(guī)劃設計，主要從計算，存儲，網(wǎng)絡，可用性，管理與監(jiān)控五個方面入手

2.1.1計算資源規(guī)劃

默認配置一個虛擬CPU （vCPU），使用盡可能少的虛擬CPU

主機的所有CPU或內(nèi)存資源在設計中保留一些可用資源。要實現(xiàn)虛擬機內(nèi)存性能最優(yōu)化

資源池可用于為虛擬機分配專用CPU和內(nèi)存資源，在工作負載極易變化的環(huán)境中配置vSphere DPM，以降低能耗和散熱成本

2.1.2存儲資源規(guī)劃

存儲資源規(guī)劃的目標是戰(zhàn)略性地協(xié)調(diào)業(yè)務應用與存儲基礎架構，以降低成本、改善性能、提高可用性、提供安全性，以及增強功能，同時將應用數(shù)據(jù)分配到相應的存儲層其包括共享存儲邏輯規(guī)劃，存儲空間規(guī)劃，存儲分層規(guī)劃

2.1.2.1共享存儲邏輯規(guī)劃

利用現(xiàn)有的存儲交換網(wǎng)絡SAN網(wǎng)絡，并新增磁盤陣列作為共享SAN存儲，存儲架構的選擇根據(jù)國家和各省級數(shù)據(jù)中心整體應用對存儲的IOPS和吞吐量的需求進行規(guī)劃

2.1.2.2存儲空間規(guī)劃

規(guī)劃LUN容量時，建議每個LUN運行10到20個VM，并且每個LUN的使用量不超過容量的80%。

2.1.2.3存儲分層規(guī)劃

每個存儲層具有不同的性能、容量和可用性特征，只要不是每個應用都需要昂貴、高性能、高度可用的存儲，設計不同的存儲層將十分經(jīng)濟高效。

2.1.3網(wǎng)絡資源規(guī)劃

網(wǎng)絡資源規(guī)劃的目標是設計一種能降低成本、改善性能、提高可用性、提供安全性，以及增強功能的虛擬網(wǎng)絡基礎架構，該架構能夠更順暢地在應用、存儲、用戶和管理員之間傳遞數(shù)據(jù)，增設權限確保網(wǎng)絡訪問安全。

2.1.4可用性規(guī)劃

在網(wǎng)絡層面和存儲層面分別利用了VMware vSphere內(nèi)置的網(wǎng)絡冗余和存儲多路徑控制確保高可用。在服務器高可用性上，vSphere內(nèi)置了HA，DRS和vMotion等功能可以應對本地站點多種虛擬機應用計劃內(nèi)和計劃外意外停機的問題，確保所有運行虛擬機均得到同樣的高可用運行環(huán)境保護，提高整體的應用SLA

2.1.5管理與監(jiān)控規(guī)劃

為了更好的管理與監(jiān)控對數(shù)據(jù)中心的運行情況，通過VMware vSphere with Operations Management套件可以高效的完成服務器虛擬化，讓整個數(shù)據(jù)中心更加的靈活，敏捷，高效外，它還可以深度監(jiān)控整個IT基礎架構的容量與性能，可以實現(xiàn)更高的容量利用率、整合率和硬件節(jié)約，同時還可縮短問題診斷和解決的時間，避免業(yè)務受到影響。

2.2 vSphere體系架構vSphere，稱之為“ESXi”，即底層虛擬化管理程序體系結構的名稱，是一種采用尖端技術的裸機虛擬化管理程序

2.2.1 ESXi體系結構

ESXi 體系結構獨立于任何通用操作系統(tǒng)運行，可提高安全性、增強可靠性并簡化管理。緊湊型體系結構設計旨在直接集成到針對虛擬化進行優(yōu)化的服務器硬件中，從而實現(xiàn)快速安裝、配置和部署。

從體系結構來說ESXi包含虛擬化層和虛擬機，而虛擬化層有兩個重要組成部分：虛擬化管理程序VMkernel和虛擬機監(jiān)視器VMM。

2.2.1.1VMkernel

VMkernel 是虛擬化的核心和推動力，控制和管理服務器的實際資源，它用資源管理器排定VM順序，為它們動態(tài)分配CPU時間、內(nèi)存和磁盤及網(wǎng)絡訪問，它還包含了物流服務器各種組件的設備驅(qū)動器，VMkernel 專用于支持運行多個虛擬機及提供資源調(diào)度、I/O 堆棧、設備驅(qū)動程序，將虛擬機的設備映射到主機的物理設備

2.2.1.2虛擬機監(jiān)視器VMM

每個 ESXi 主機的關鍵組件是一個稱為 VMM 的進程。對于每個已開啟的虛擬機，將在 VMkernel 中運行一個 VMM。虛擬機開始運行時，控制權將轉(zhuǎn)交給 VMM，然后由 VMM 依次執(zhí)行虛擬機發(fā)出的指令。VMkernel 將設置系統(tǒng)狀態(tài)，以便 VMM 可以直接在硬件上運行。

VMM 使虛擬機可以像物理機一樣運行，而同時仍與主機和其他虛擬機保持隔離。因此，如果單臺虛擬機崩潰，主機本身以及主機上的其他虛擬機將不受任何影響。

2.2.2 雙活數(shù)據(jù)中心的實現(xiàn)

2013年底，開始在綏德院區(qū)部署虛擬化，同時應用SAN統(tǒng)一存儲技術，實現(xiàn)了虛擬化數(shù)據(jù)的雙份數(shù)據(jù)加邏輯數(shù)據(jù)的備份，2014年綏德院區(qū)的HIS服務器陣列緩沖出現(xiàn)問題，將綏德院區(qū)的接管服務器遷移到了榆林院區(qū)的虛擬化中，從數(shù)據(jù)的安全性上說榆林這邊對于虛擬化的數(shù)據(jù)都實現(xiàn)了雙份同時在線的數(shù)據(jù)，而且HIS可以達到應用級容災，隨著各個系統(tǒng)的不斷應用，目前依然存在隱患，如綏德的醫(yī)保和經(jīng)管服務器來說目前都是單機運行外加邏輯備份，綏德的醫(yī)保和經(jīng)管服務器是單機，有單點故障；另外榆林院區(qū)所有的邊緣應用都在虛擬化上，虛擬化是單點故障。

解決上述問題則要對機房數(shù)據(jù)進行容災，用兩邊的機房做“雙活”的數(shù)據(jù)中心，要求達到任意一邊的機房故障都不影響另一邊的正常運轉(zhuǎn)

雙活機房的建設目標：雙活的數(shù)據(jù)機房，其中榆林院區(qū)作為主生產(chǎn)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生源，綏德院區(qū)作為實時備份的接管機房。這一建設，規(guī)劃將分五步完成。

第一步：完成綏德院區(qū)的服務器虛擬化

第二步：完成兩院區(qū)虛擬化平臺的數(shù)據(jù)應用同步

第三步：將榆林大部分的應用遷移到綏德，緩解榆林院區(qū)業(yè)務的負載以進行榆林的機房改造

第四步：對榆林機房進行設備擴容，VPLEX升級用兩邊的機房做“雙活”的數(shù)據(jù)中心，要求達到任意一邊的機房故障都不影響另一邊的正常運轉(zhuǎn)，存儲擴容，服務器升級現(xiàn)有HIS服務器到linux系統(tǒng)下，并用oracle的rac功能實現(xiàn)負載均衡。并將數(shù)據(jù)加入到統(tǒng)一存儲中，同時在綏德增加實時同步數(shù)據(jù)。

第五步：把在綏德VM下的所有應用同步到榆林，并將主生產(chǎn)環(huán)境遷移到榆林。至此，兩院區(qū)的雙活數(shù)據(jù)中心建設完成。

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