基于虛擬化的醫院數字中心建設實踐

王永艷 魚兆虎

摘要：隨著云技術、霧計算時代的到來，虛擬化正在成為各個行業IT基礎架構的標配。隨著業務的增長，我院的數據中心面臨著越來越大的壓力。本文主要介紹我院對數據中心進行改造過程中，利用虛擬化技術構建新型醫院數據中心的實踐經驗，此次改造解決了數據中心在規模不斷擴大過程中空間、能耗、維護等方面的諸多難題。

關鍵詞：虛擬化;數據中心;VMware;IRF2

中圖分類號：R197.324? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：B? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2019.11.006

文章編號：1006-1959（2019）11-0019-03

Abstract：With the advent of cloud technology and fog computing era， virtualization is becoming the standard for IT infrastructure in various industries. As the business grows， our data center is facing increasing pressure. This paper mainly introduces the practical experience of using virtualized technology to build a new hospital data center in the process of transforming the data center. This transformation solves many problems in the space， energy consumption and maintenance of the data center in the process of expanding scale.

Key words：Virtualization;Data center;VMware;IRF2

隨著醫院建設規模的不斷擴大，傳統的數據中心面臨很大的挑戰。除了核心的HIS系統部署了雙機環境，RIS、LIS、EMR、PIVAS等主要業務均部署在單機環境，數據及備份均在本地服務器硬盤，一旦發生單點故障，重新部署該業務或者重新采購硬件所需要的時間周期會很長。如果實施雙機備份機制，則需要巨大的硬件投入。同時核心交換機沒有熱備雙機機制，存在很大的安全隱患，核心交換機一旦出現單點故障，將會出現大面積的業務癱瘓。2016年我院對數據中心進行改造，利用虛擬化技術構建新型醫院數據中心，解決了數據中心在規模不斷擴大過程中空間、能耗、維護等方面的諸多難題。

1虛擬化架構設計

武警上海總隊醫院的核心業務是“軍衛一號”HIS系統。數據中心改造之前，HIS服務器部署在兩臺HP DL580 G9服務器做數據庫集群管理。從服務器性能和數據庫集群管理的穩定性考慮，HIS的部署不做改變，作為數據中心核心業務的安全性已經能夠得到充分保障。購置了3臺3臺物理主機（2臺HPDL580G9、1臺HPDL580G10）做虛擬化集群，將HIS之外的主要業務RIS、LIS、EMR、后臺計價以及HIS備份庫等部署在虛擬化集群里。購置兩套EMC VNX5400存儲，用于對HIS及其他應用系統的數據做在線存儲。4臺光纖交換機級聯形成SAN的存儲架構。虛擬化平臺的建設、使用、管理、維護都依賴于良好的網絡設備和合理的網絡規劃[1]，SAN便于集成，能改善數據可用性及網絡性能，而且還可以減輕管理作業。新購置2臺H3C千兆核心交換機做虛擬化，采用IRF2技術做虛擬化改造后，兩臺核心可看作1臺交換機，這時，兩個核心連接至匯聚的兩根線就可以做成鏈路捆綁，交換機就可以不用生成樹而實現鏈路冗余，且兩根鏈路帶寬會疊加。數據中心改造后的拓撲圖見圖1。

2虛擬化的實現過程

2.1服務器虛擬化的實現? ?我院采用VMware vCenter 6.0來實施服務器虛擬化，該軟件具有的HA集群、vMotion、DRS等功可以為醫院構建高效穩定的數據環境。在服務器上安裝ESXi，成為ESXi主機，vCenter Server用來管理一個或多個ESXi主機，并指導虛擬機及其主機上的操作。vSphere Client是虛擬機的操作控制臺，管理vCenter Server系統和ESXi主機的管理界面。數據庫用來組織VMware vSphere環境的所有配置，存放著在vCenter Server環境下管理的每個虛擬機、主機和用戶狀態[2]。

實施步驟：對服務器、網絡交換機及存儲的安裝和配置確認后，第一步：在3臺物理服務器安裝VMware ESXi 6.0.0來搭建虛擬化平臺，安裝過程中的參數按照項目規劃內容進行配置。第二步：在1臺物理機上安裝VMware vCenter服務器。安裝SQL Server數據庫確保與VMware vCenter及相關組件相連。第三步：安裝和配置VMware vCenter Update Manager。第四步：安裝VMware vCenter Converter。通過該工具可以將原有應用服務器上的數據庫及數據在線遷移到虛擬化平臺中，保證業務運行不中斷。第五步：按照規劃方案配置VMware Data Center。配置HA和DRS，開啟VMotion等功能。HA不間斷地監控集群中所有的ESXi主機并檢測故障，負責將所有檢測到的故障虛擬機在其他主機上重啟。VMware DRS監控群集內所有主機和虛擬機的CPU 和內存資源的使用情況，動態地實現服務器資源負載平衡。VMware vMotion可以使運行中的虛擬機從一臺物理服務器實時遷移到另一臺物理服務器，它實現了零停機時間和連續可用的服務，能全面的保證服務的完整性。第六步：將已經安裝完成的3臺ESXi服務器添加到VMware vCenter內進行管理。第七步：將ESXi主機添加至Cluster。第八步：配置虛擬機部署模板[3]。

由于vCenter運行需要的數據庫與vCenter服務器安裝在同一個物理機上，使用SQL Server備份工具每周備份vCenter數據庫，并對vCenter服務器做整機異地備份。

2.2核心交換機虛擬化的實現過程? 網絡的虛擬化技術主要依托于交換機來實現，交換機的主流廠商都推出了自己的虛擬化解決方案，我們利用IRF2（Intelligent Resilient Framework2）技術來實現2臺H3C核心交換機的虛擬化。IRF2是 H3C的硬件虛擬化技術。它可以將多臺設備通過IRF2物理端口連接在一起，進行必要配置后，虛擬化成一臺“分布式設備”，主要有以下特點：①簡化管理，對IRF2內所有成員（master和slave）設備進行統一管理。如果某成員設備down，其鄰居設備會立即將down的這臺設備的信息廣播通知給IRF2中的其他設備，獲取到離開消息的成員設備會根據本地維護的IRF拓撲信息來判斷離開的是master或slave，如果down的設備是master，則觸發新的角色選舉，再更新本地的IRF拓撲，如果down的設備是slave，則直接更新本地的IRF拓撲，以保證IRF拓撲能迅速收斂。②高可靠性：master設備負責IRF的運行、管理和維護。slave設備在作為備份的同時可處理業務。成員設備之間的IRF鏈路支持聚合功能。IRF之間的物理鏈路也支持聚合功能，多條鏈路之間可以互為備份和負載分擔。③強大的網絡擴展能力：增加成員設備，可擴展IRF的端口數和帶寬。各成員設備可獨立處理協議報文及進行報文轉發。

實施步驟：第一步：配置IRF成員編號。兩個交換機分別改名為：Switch01和Switch02，并配置IRF成員編號。第二步： IRF端口并激活：將兩臺交換機斷電，按照下圖連接IRF鏈路。然后再啟動，修改交換機Switch01的IRF優先級5。注意：連接IRF鏈路時，要選擇萬兆以太網端口。第三步：配置LACP MAD檢測 ：為了防止萬一IRF鏈路故障導致IRF分裂，網絡中存在兩個沖突的IRF。需要啟用LACP MAD檢測功能。第四步：查看和維護IRF。交換機虛擬化示意圖見圖2。

3應用效果分析

服務器虛擬化集群最顯著的功能之一就是可以在主機集群內瞬間遷移虛擬機，減少服務器或應用系統的停機時間[4，5]。在當前的環境中，當內存不足、CPU負載偏高或者虛擬主機遇到較高I/O壓力時，我們會收到警報，如果在短時間內無法確定真正原因，我們可以主動將虛擬機遷移到集群內的其他主機。服務器虛擬化的另一個優點就是主動管理。在傳統的工作環境中給服務器打補丁和升級必須采取嚴格的管理，協調1～2臺物理主機的停機維護時間已經比較困難，更何況是關閉位于同一個物理主機的多個虛擬機的復雜性就更高了。當改造成虛擬主機集群后，給某個主機打補丁或重啟時，可以將它上面的虛擬機遷移到替代的主機，打完補丁再遷移回來。服務器虛擬化集群環境有著令人矚目的優點，但它同樣存在一些實施和管理上的缺點，比如實施和配置的復雜性以及虛擬主集群各組件間會發生大量的、復雜的交互，對升級產品和硬件組建可能引起諸多困難等。

作為虛擬化網絡的一部分，交換機虛擬化實現了虛擬機VM的無感知遷移。在使用中，交換機虛擬化提升了設備的可維護性，便于管理，同時也提升了交換機的冗余性，加強了設備運行的穩定性。

4總結

虛擬化技術給我院數據中心的建設帶來了革命性的變革，通過利用虛擬化技術，可以節省基礎設施投資和維護成本，同時也給數據中心的管理帶來了便利。本文主要介紹了服務器集群的虛擬化技術及核心交換機虛擬化技術推動了我院數據中心的優化建設。相信虛擬化技術的成熟將會為醫院信息化建設提供更大的助力。

參考文獻：

[1]沈碧飛.利用虛擬化技術構架醫院數據中心[J].醫學信息學雜志，2014，35（1）：22-25.

[2]張曉.服務器虛擬化在數字圖書館建設中的應用[J].信息技術，2014，12（58）：174-176.

[3]張煒.虛擬化技術在醫療行業應用研究[J].科學技術創新，2018（28）：82-83.

[4]丁勇.校園網虛擬化數據中心的構建與應用[J].價值工程，2018，37（25）：234-235.

[5]周海波，潘峰，黃垚.基于虛擬化的醫院數據中心資源整合平臺構建[J].中國數字醫學，2014，9（6）：58-61.

收稿日期：2019-3-14;修回日期：2019-3-24

編輯/錢洪飛