面向虛擬化技術下構建醫院數據中心的研究

摘? 要：隨著現代信息技術的高速發展，我國各行各業都開始步入數據化、科技化的行列。虛擬化技術作為計算機資源管理技術，在社會的各個領域得到廣泛的應用。應用虛擬化技術，醫院的數據中心得到迅速的發展和完善，構建起來的虛擬化數據平臺對醫院發展具有重要意義。但虛擬化技術在醫院的應用中還存在著諸多的問題，例如整合度不夠、資源利用率低下等。

關鍵詞：虛擬化技術;醫院信息系統;醫院數據中心;應用研究

中圖分類號：TP308;R197.324? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）07-0092-03

Research on Building Hospital Data Center under Virtualization Technology

DUAN Qian

（Huadu District，Guangzhou City Peoples Hospital，Guangzhou? 510800，China）

Abstract：With the rapid development of modern information technology，all walks of life in China are beginning to enter the ranks of data and technology. As a computer resource management technology，virtualization technology has been widely used in various fields of society. With the application of virtualization technology，the hospitals data center has been rapidly developed and improved. The constructed virtualized data platform is of great significance to the development of the hospital. But there are still many problems in the application of virtualization technology in hospitals，such as insufficient integration，low resource utilization and other disadvantages.

Keywords：virtualization technology;hospital information system;hospital data center;application research

0? 引? 言

在現代醫療理念中，醫院不僅要擁有醫術高超的醫生、服務優良的護士，更要有科技含量高的現代化的設施，而醫院的信息系統更新、完善正是醫院現代化建設的基礎和技術支撐。隨著醫院信息系統規模的日趨擴大，醫院數據中心的服務器也要相應地增加，隨之而來的是維護成本的增加、管理難度的自然加大。所以，怎樣建造一個穩定、安全、高效的數據中心，是醫院在新形勢下亟待解決的問題。本文將以廣州花都區人民醫院為例，對虛擬化技術下怎樣構建醫院的數據中心進行詳細的分析和研究。

1? 現狀的分析

在傳統的醫院數據信息管理系統中，一臺數據服務器必須配置相關的操作系統，運行單獨應用模式，而且還要為每一個應用配備單獨的儲存設備，這樣的管理機制，導致管理部門必須經常采購和規劃設備。盡管在虛擬化技術的完善過程中，系統服務器和桌面設備的數量在不斷增加，但在應用過程中并沒有發揮容量和性能的優勢。另外，隨著日新月異的信息技術，每個醫院對信息化管理的依賴程度都在與日俱增，尤其是對虛擬化技術應用的深度和廣度都在增加。而服務器的每一次停止運行，對醫院的損失都是很大的，怎樣把系統停機的概率降到最低，是醫院IT管理人員迫切需要解決的問題。由此可見，醫院的信息管理系統怎樣融合虛擬化技術，是醫院信息化建設的重中之重，也是醫院和現代化接軌的必由之路。

2? 醫院數據中心建設原則

2.1? 先進性

以虛擬化技術為依托，構建與世界標準接軌的高性能、容易運作和管理的數據平臺，以滿足醫院全部應用系統改造和升級的資源需求。

2.2? 實用性

構建能滿足新時期業務需求以及未來發展趨勢、具備現代化管理手段的數據中心，集中調度所有應用系統的資源。

2.3? 安全性

同步實施系統安全建設，除了實現諸多層次的安全指標外，更要注重管理體系的完善，確保醫院數據系統的安全運行。

3? 傳統醫院數據中心架構及其存在的問題

3.1? 系統架構

通常情況下，醫院信息管理系統包括以下這些方面：HIS、LIS、PACS、EMR、財務系統、人力資源管理系統、OA系統、物資設備管理系統、手術麻醉系統、重癥監護管理系統、消毒供應追溯系統、體檢系統以及官網等。

在傳統醫院的數據中心采用雙機熱備系統的只是具備HIS、LIS、PACS、EMR等數據庫服務器中的一個或者幾個而已，其余的服務器基本都是單機運行模式。例如，某醫院虛擬化前的傳統數據中心拓撲架構，如圖1所示。

3.2? 存在的問題

3.2.1? 資源利用率低

通常情況下，三級以上的醫院的信息系統都會超過40個應用系統類型，數據中心具備20臺以上的物理服務器。在以往的服務器及相關產品的采購存儲中，必須要對未來的發展趨勢和現實的應用進行分析，然后根據單個項目進行產品采購，如果預估不準確和現實使用中有其他變化，浪費資源的現象就會發生。同時，隨著醫院整體的發展，信息系統在不斷地擴大規模，與之相適應的就是增加服務器的數量，而在實際的應用中很多服務器的利用率十分低下，從而造成機房空間、電力、冷卻等資源浪費，進而提升了管理的成本。

3.2.2? 安全性差

傳統的醫院信息系統安全性不高，會對醫院的正常醫療工作造成影響。但醫院為保障安全、可靠性所采取的措施是有限的，只能是對冗余備份系統進行加增或者是采用雙機系統。而多數醫院實施的安全冗余方案只是針對最重要、最核心、利用率高的系統，而其他系統依舊處于缺乏安全性的單機模式。而隨著醫院整體信息系統應用復雜性增加，相應地提高了信息交互和集成度，系統的利用率也在逐步提高。由此，安全性的提升已經是醫院數據中心的當務之急。

3.2.3? 管理難度大

傳統醫院數據庫的服務器都是通過手工管理的，會暴露長時間的宕機、故障節點多、維護成本高的問題;而且，一組服務器管理一個系統，在備份數據、系統切換方面存在困難;另外，不均衡的負載也是很大問題，還很多瓶頸存在，更有閑置浪費的現象。基于醫院晝夜不間斷工作的特征，讓維護管理沒有最佳的時間和時機，造成數據積壓嚴重、不能正常地遷移、演練和優化，嚴重影響硬件的資源利用，導致醫院數據中心的管理監控效能低下。

4? 虛擬化技術概況

4.1? 服務器虛擬化

虛擬化技術的核心特征就是服務器的虛擬化，也就是服務器抽象化的過程，從物理資源變化為邏輯資源，讓一臺服務器發揮幾臺甚至是幾十臺服務器的功能，也就是相互隔離虛擬的特征，促使I/0、內存、CPU、磁盤等硬件成為動態控制的“資源池”。每臺虛擬后的邏輯服務器對不同的應用實施運行，既有效提升了資源的利用率，也大大簡化了管理系統。同時也可以虛擬化相關的網絡設備，虛擬的模式有兩種：即單一的物理設備虛擬為多個設備、多個物理設備虛擬成單一的設備。第一種虛擬起到提升設備利用率的作用，第二種發揮冗余度強化的功能，確保網絡安全性。

4.2? 虛擬機遷移

利用構建絕對的隔離、安全虛擬機對操作系統和應用程序實施封裝，把硬件的物理資源變化為虛擬機資源。統一管理、配置所有的虛擬機，實現動態調控資源的目的，促使虛擬機的遷移。由此，災難恢復就完全可以通過虛擬機的轉移和復制完成，其可用性大大提升。虛擬服務器擁有均衡負載的透明度、隔離故障的自動化等性能。利用虛擬化技術整合網絡服務器，大大地提升了醫院信息系統服務器資源的利用率，既增加了信息系統的管理效益，更縮減了管理成本。

5? 虛擬化數據中心設計和安排

5.1? 醫院虛擬化數據中心架構

最大限度地冗余了所有物理設備，是虛擬化后的醫院數據中心架構的明顯特點。真正實現了雙鏈路的格局優勢，即物理服務器與存貯柜之間的雙鏈路、物理服務器與網絡之間的雙鏈路;諸多物理服務器構成的集中的資源池保證所有虛擬服務器暢通運行，就算其中的任何物理服務器發生故障，相關的虛擬服務器都可以向其他正常服務器遷移，確保繼續運行。

5.2? 服務器資源整合

虛擬服務器優于傳統服務器的最大特征是有效整合了原有的物理服務器資源，讓原來資源利用率低下的服務器對諸多虛擬機實施運行，同時在資源豐富的物理機上運行那些資源匱乏的服務器，完全解決了遷移前服務器CPU、內存等缺少的問題。同時傳統數據中心使用的服務器不是配置虛擬化的，其CPU和內存配置還有很大的拓展空間，在虛擬化的過程中，將這些主板上的空間進行滿配，就徒增了很多服務器資源，而其配置的成本要遠遠低于購買新的服務器。由此，整合后的醫院數據中心就擁有更多的服務器資源，逐步實現服務器集群、容災廣闊功能。

5.3? 優化網絡配置

虛擬化后的網絡系統，切實減少了物理服務器的數量，也節省了很多接入用的服務器端口。同時為保證運行的穩定性，要對接入網絡配置實施必要的強化：（1）確保全部物理服務器最低實現網絡連接的雙鏈路;（2）基于服務器遷移必須配備高網速，建議使用的端口最低是千兆的，萬兆端口最佳;（3）業務用的網絡端口不能與虛擬服務器管理用的網絡端口混在一起，防止虛擬服務器的相關操作影響業務系統的運行;（4）一些程序要求服務器與多個網絡進行連接，這就要求物理服務器適當增加網絡端口，讓不同虛擬服務器連接更多的網絡。總之物理服務器的網絡端口要從虛擬化前的每臺2～4個，增加到虛擬化后的8～10個或者更多。另外，為了更好發揮連接的冗余效果，并實現在不斷網的情況下切換故障，本文建議利用另一種虛擬技術，即將兩臺物理接入交換機虛擬成一臺智能彈性架構雙機的技術。

由很多臺設備組成的虛擬化技術系統，其中的主體設備負責擬化運行、維護和管理的任務，而處理業務也可以是次設備進行，前提是在主設備不能正常運行的情況下，系統會自動推選次設備進行工作，保證工作的正常開展。這樣的模式遠比傳統的虛擬路由冗余協議（VRRP）雙機模式更具優勢：（1）不受環路限制，點對點組網更輕松自由，且不需要啟動STP;（2）倍增的寬帶鏈路達到了負載的均衡，虛擬化交換機可以跨設備對鏈路實施捆綁，可以把不同交換機上的四條鏈路捆綁在一起，一旦故障出現，毫秒間就可以收斂;（3）交換機的性能無限增大，因為負載均衡的兩臺交換機，都在進行數據的交換轉發工作;（4）虛擬交換機技術與服務器虛擬化技術的融合，讓管理更便捷。

5.4? 數據存貯及備份優化

基于醫院數據中心的網絡系統多為光纖，本文利用了FC SAN架構對醫院數據中心虛擬化實施的設計，將數據中心的全部存貯柜與所有的物理服務器通過兩個光交換機進行雙鏈路連接。其中容量大、性能好的作為主存，輔助存貯利用其他的。虛擬化實施以后，數據中心的所有存貯柜都可以被連接使用，與此同時，也可以對那些老存貯柜的主板實施擴充，拓展出來的硬盤空間資源可以對更多虛擬服務器實施運行，為數據中心的所有應用數據做各種備份。

6? 花都區人民醫院的應用效果

6.1? 提高了擴展性和并行處理能力

虛擬云平臺接收到用戶遷移過來的數據分析后，根據不同的應用系統數據構建獨立的系統虛擬機，為宿主服務器群資源以及虛擬機資源的靈活高擴展提供強力的支持，在云平臺內部，系統按照資源的利用狀態實施在線遷移，提供業務服務。

6.2? 總成本顯著降低

經過對服務器的合理整合，物理服務器的數量得到控制和精簡，顯著提升了各個物理服務器效率以及利用CPU資源的效率，讓硬件的維護運營成本明顯降低，其中包括人力、冷氣空調、耗電、網線、數據中心空間、機柜等成本，同時解決了舊程序的兼容性、升級維護等難題，使運維成本大大降低。

6.3? 運營效率明顯提升

虛擬系統讓新服務器和應用程序得到快速部署，縮短了重建服務器和加載應用的時間。對資源增長實施提前規劃，能以最快的速度響應用戶和應用的需求，縮短了以往的采購流程和時間。同時對硬件維護和升級的速度加快。

6.4? 系統服務水平有所提高

IT資源和業務之間的關系得到良好的構建，實現優先級對應的IT資源和業務。以大資源管理的模式對所有服務器、存儲、網絡等實施統一的管理，然后按不同的需求分配資源。

7? 結? 論

綜上所述，在傳統的醫院管理中，基于人力、物力和財力的限制，對醫院的信息管理系統總體的規劃不足，以及醫院面臨的信息管理人才缺乏等因素，造成硬件設施淘汰頻繁，軟件升級面臨困難和壓力。而對虛擬化技術進行應用，在改造舊的數據中心設備的基礎上，醫院可以構建一個統一的數據中心，不僅提升了管理效率，更節約了成本。由此可見，在醫院的信息管理中應用虛擬化技術，將是現代醫院信息化建設的大勢所趨。

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作者簡介：段茜（1988.10—），女，漢族，江西萍鄉人，高級工程師，畢業于海南大學，研究生，研究方向：計算機應用技術知識工程。