醫院數據中心虛擬化架構探討

黃國興 王 東 陳光生

(佛山市婦幼保健院 佛山 52800)

1 引言

隨著“4G+”時代的來臨，“互聯網+醫療”、“移動+醫院信息化”技術進入飛速融合階段，使醫療衛生服務領域發生巨大變化。醫院業務系統越來越多，傳統方式上開發應用新業務系統從申請購買新服務器、存儲、網絡連接的置備到部署使用的周期較長，不但造成部分系統服務器的使用率不高、耗能和空間損失，同時也給系統安全及維護帶來很多問題。合理地利用虛擬化技術可以有效整合計算與存儲資源，提高資源利用率，確保數據中心可靠、高效、易管理以及安全。

2 虛擬化技術

2.1 概述

虛擬化是個廣義的術語，是信息技術領域的一種資源管理技術，是將服務器、網絡、內存和存儲等計算機實體資源予以抽象、轉換后呈現出來，以達到實體結構間可切割和重新規劃的目的，這些資源的新虛擬部分不受現有資源的架設方式、地理位置或物理組態所限制。

2.2 優勢

2.2.1 降低能耗 整合服務器通過將物理服務器變成虛擬服務器，減少物理服務器的數量，可大幅節省電力和冷卻成本。

2.2.2 節省空間 使用虛擬化技術整合計算與存儲資源，大大削減采購服務器的數量，節省占用空間，減少數據中心服務器和相關硬件的數量。

2.2.3 提高穩定性、易管理性和可用性 帶來具有透明負載均衡、動態遷移、故障自動隔離、系統自動重構的高可靠服務器應用環境。通過將操作系統和應用從服務器硬件設備隔離開，病毒及其他安全威脅無法感染應用。通過系統級的備份、容災能夠實現基于系統的快速備份及恢復。

2.2.4 減少宕機事件 遷移虛擬機服務器能夠將運行中的虛擬機從一個主機遷移到另一個主機上，并且該過程中不會出現宕機事件。

2.2.5 降低管理成本 需要管理的物理資源數量減少，隱藏物理資源的部分復雜性，通過實現自動化和中央管理來簡化公共管理任務。實現負載管理自動化，大大提高工作效率。

3 虛擬化技術對比

3.1 傳統虛擬化架構

采用集中式存儲和服務器群，組成私有云平臺的高可用架構，服務器上安裝裸金屬虛擬化軟件，承載虛擬機的運行和計算資源分配，虛擬機放置在集中存儲上，進行管理。傳統服務器虛擬化高可用拓撲，見圖1。

圖1 傳統服務器虛擬化高可用拓撲

3.2 超融合架構

采用節點化設計，每個節點都具有計算和存儲資源，節點之間的數據是冗余的，單個節點故障不會影響整個架構的正常運行。超融合架構拓撲,見圖2。傳統虛擬化架構與超融合架構對比，見表1。

圖2 超融合架構拓撲

表1 超融合架構與傳統虛擬化架構的對比

續表1

4 新一代醫院信息化開展虛擬化的選擇及建議

4.1 概述

新一代醫院信息系統的發展方向主要體現在3個方面：即以患者為中心，對患者實現全程智能化服務；以臨床為核心，對診療實現全程智能化處理；以管理為導向，對管理對象實現全程智能化管控。因此需有大規模、高效率數據庫管理系統的支持；要有很強的聯機事物處理支持能力，保障信息系統能夠7×24小時不間斷運行；負載均衡能力，確保高效性、安全性、可靠性；可裁剪性、可伸縮性、可擴充性，能適應醫院的發展計劃要求；可開放性和可移植性，能適應不同硬軟件平臺。數據中心架構必須采用高可用性的服務器集群，擁有高效的負載均衡和容災能力。

4.2 服務器虛擬化

4.2.1 概述 醫院信息系統服務器對CPU、內存、IO、網絡、存儲等資源要求很高，應具有很強的聯機事物處理支持能力，需要7×24小時不間斷類業務系統，如醫院信息系統(Hospital Informtion System，HIS)、電子病歷系統(Electronic Medical Records，EMR)、醫學影像存儲與傳輸系統(Pictures Archiving and Communication System，PACS)等，是整個醫院信息系統的核心，服務器不建議做虛擬化處理。

4.2.2 服務器硬件性能方面 HIS核心數據庫對CPU、內存、存儲、網絡方面要求很高，1臺物理服務器性能不夠，如Oracle RAC是利用多臺服務器性能達到負載均衡。而虛擬化則是將單臺服務器性能虛擬化后給多臺服務器使用，虛擬化后的性能必然下降。

4.2.3 數據庫高可用機制方面 如Oracle RAC集群機制對網絡穩定、存儲IO等因素和性能較為敏感，虛擬化后相當于增加其影響因素，復雜度更高在故障問題排查方面困難較多，特別是資源占用方面對RAC影響很大，而HIS核心服務器需要可靠性、穩定性高的環境保障業務正常運行。

4.3 桌面虛擬化

優勢是配置靈活、安全性高、部署方便、節能環保，然而這些優勢需是具有一定規模的醫院，1 500以上虛擬終端時才能見其成效。桌面虛擬化對服務器的要求非常高，用戶越多服務器所需性能越高，數據中心機房投資很大，并且除服務器的投資外顯示器、瘦客戶端終端設備也必不可少，品牌廠家推出的瘦客戶端價格較高，再加上桌面虛擬化Lincense的購買是按每個終端計算，人力維護和總體投入成本較高。因此不具有一定規模的醫院不建議桌面虛擬化。

4.4 內、外網虛擬化架構的選擇

4.4.1 內網 信息系統核心，已具備高性能的存儲、SAN交換機等基礎設備，網絡拓撲架構已經穩定，有的醫院還實現雙活機房，在當前優質IT架構基礎上各方面資源都很冗余，特別存儲性能只使用少部分，因此只需要利用原有的存儲容量或對原存儲進行擴容，以及新增虛擬化服務器則可搭建傳統虛擬化架構，從而節省采購存儲以及交換的資金。另外內網信息系統對硬件需求配置靈活性很高，可以根據計算能力、網絡以及存儲需要按需增加資源，因此，在選擇架構前做一段時間存儲性能監控，如果能夠滿足性能需求，為保持原先系統架構穩定，建議搭建傳統虛擬化架構。

4.4.2 外網 信息系統多與互聯網有關，“互聯網+醫療”技術的發展需要增加外網服務器以及安全設備，使得外網信息系統越來越重要。醫院外網還部署高性能存儲和交換機，因此如果雙活機房搭建高可用傳統虛擬化則至少需要購置高性能存儲兩套、SAN交換機4臺、高性能服務器4臺以上，且需要對原有的網絡拓撲架構做調整。搭建高可用超融合虛擬化則需要購置3節點超融合服務器以及萬兆交換機兩臺，對原有拓撲架構無需做出大的變化調整，因此在綜合考慮傳統架構與超融合架構后建議選擇超融合架構。一是超融合架構對用戶來說部署和使用更簡單快捷，但實際內部架構較為復雜，當出現故障時，協調處理以及跟蹤調試和分析診斷的時間較長。對于一體機或是綁定云廠商和硬件的超融合，如果未來擴容使用混合超融合架構會存在多個超融合架構之間資源不能共享問題，造成信息孤島。二是需要考慮超融合的用戶版權許可，不同品牌產商之間的價格差異較大。三是在信息化技術飛速發展的時代，中醫院需要加大對醫院信息化團隊的支持，培養強有力的技術骨干，才能更好地保障醫院業務穩步、持續向前發展。四是IT技術日益發展，信息架構必須具有可修改性以及成長性。

5 結語

在虛擬化技術日益發展的時代，選擇適合醫院的虛擬化架構能更好地體驗虛擬化技術優勢，才能有效整合資源，保障醫院業務持續向前發展。