超融合與終端虛擬化技術在醫院“云桌面”部署中的運用

潘愈嘉 陸丹艷

[摘 ? ?要] 目的：隨著醫院信息化建設程度的不斷提高，為了解決終端運維困難，老HIS等系統與新操作系統之間存在兼容性等問題。方法：很多醫院使用了云桌面來解決，但是幾種云桌面的實現方式各有優缺點，文章以分布式計算、超融合的理念思考并解決云桌面使用中的可靠性、兼容性、成本高，部署方式僵化的痛點。結果：較為完美地解決了醫院環境中的云桌面部署與運維問題。結論：該方案具有較廣泛的實際操作意義，可為同級別醫院提供有價值的參考。

[關鍵詞] 數字化醫院;云桌面;VDI;分布式計算;超融合

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 23. 075

[中圖分類號] TP315 ? ?[文獻標識碼] ?A ? ? ?[文章編號] ?1673 - 0194（2020）23- 0180- 04

1 ? ? ?背 ? ?景

1.1 ? 實施背景

二級及以上醫院的信息科管理著全院所有的生產桌面工作站，考慮到桌面工作站數量龐大，分散在各個科室，這就要求信息科全體人員全天待命，隨時處理各種問題。據我院統計，總院和分院的生產桌面已經達到2 500多臺，信息科工作人員每天至少花費全天工作時間的30%來處理終端故障問題。終端平均每年的第三方運維成本達到了200元/臺。終端出現的故障大部分沒有技術性，是重復耗時的工作，消耗了信息科維護重點業務的時間。

1.2 ? 云桌面應用的現狀分析

醫院信息科為降低終端維護壓力，嘗試通過增加編制、服務外包等方式解決，但均未能有效縮短終端故障的維護時間。我院信息中心也嘗試通過虛擬化廠商提供的集中式云桌面方案進行測試以解決該問題，但由于傳統的VDI（虛擬桌面架構）方案單獨使用有著明顯的局限性，如架構可靠性較低，打印機、讀卡器等硬件外設兼容性問題、高峰時期業務卡頓、方案整體采購成本高等問題，經過多輪測試發現效果欠佳。

針對上述難題，作者經過研究發現超融合與終端虛擬化技術相結合的方案，通過工作站計算資源池化來實現對桌面業務的統一管理。將桌面工作站底層硬件與操作系統（軟件）分離，使運維人員能夠對操作系統及資源池硬件進行集中管理維護，達到提升運維效率，解決系統兼容性的目的，能較好地解決我院面臨的問題。

2 ? ? ?云桌面在醫院環境中的應用思路

云桌面選擇與建設主要從平臺安全性、穩定性、兼容性，現有運維手段的改進程度等進行考慮，主要是下面幾個方面。

2.1 ? 傳統云桌面的建設思路

目前大多數桌面虛擬化技術均采用傳統VDI架構（Virtual Desktop Infrastructure），即虛擬桌面基礎架構。它在數據中心服務器上通過虛擬化技術，在一臺服務器上模擬出多臺桌面工作站的操作系統（如Windows7等）。各類人員通過來自瘦客戶端設備（ARM或X86架構）的特有傳輸協議與虛擬桌面進行連接，像操作本地桌面工作站一樣訪問服務器上的操作系統，從而實現桌面業務的虛擬化。

我們發現，傳統桌面虛擬化在醫院部署應用時，存在著一些缺陷，從而制約著醫院大規模部署應用桌面虛擬化技術。

可靠性低：一旦某臺服務器、集群或網絡崩潰，所負載的瘦終端將完全不可用。 外設硬件兼容性差，部署場景受限：由于VDI方案需將終端外設驅動重定向至服務器，導致大量醫療外設（如讀卡器、掃描槍等）無法兼容，經常會出現無法識別的問題，因此對擁有大量外設場景如門診收費等則無法部署。同時由于架構問題，該方案對桌管軟件等第三方管理軟件的兼容性差，也無法使用傳統殺毒安全軟件。高峰時期并發速度慢：傳統的VDI方架構，由于后端管理服務器的性能限制，在早上8點—11點的就診高峰期，醫院計算機高并發，導致服務器端資源耗竭，業務處理速度慢。成本投入高：傳統VDI方案在組成上需要構建大量的服務器和存儲設備，以500個點為例，大約需要購置20臺物理服務器，無法負債均衡，并且對服務器的性能要求較高，導致整體投資成本居高不下，同時，VDI模式下，對于配置界面的掌握較為困難，運維學習成本較高。

2.2 ? 融合式云桌面設計思路

為了解決傳統云桌面比較僵化和可靠性低的問題，我院結合工作實際情況，采用分布式終端虛擬化加上超融合計算集群提供DVI桌面的方式解決不同場景下的云桌面應用需求，特別緊急狀態下的終端快速部署要求。

2.2.1 ? 分布式終端虛擬化技術優勢

集中管理和分布式虛擬化運行，將數據中心構建量降至最低：使用客戶端的處理能力，優化用戶使用體驗。這樣對于服務器端計算要求將大幅降低，同時服務端管理人員的運維操作工作也大幅度減輕。終端本地的硬件通過本地虛擬化技術提供更高的本地計算能力，提供更佳的處理性能，并能降低整體的投資成本。與服務器解耦合，可在任何環境中部署，實現真正的離線可用：鏡像通過網絡下載到終端保存后，通過終端自身的計算能力進行啟動運算，此時終端可看成一臺完整的PC，不需要實時地與服務器進行聯系與交互。同時當服務器故障或網絡故障時，終端系統不會受到影響。外設硬件兼容性高：在該模式下，虛擬終端機可以通過硬件透傳技術，直接操作通過USB連接的打印機或者讀卡器，此時的虛擬主機的USB控制器就是真實主機的USB控制器，由于該方式USB驅動沒有通過網絡進行，所以，IDV方案的USB傳輸速度，大于VDI的USB重定向速度，終端的響應時間更短，帶給用戶PC終端的使用體驗。

2.2.2 ? 超融合架構構建云計算資源池

雖然分布式虛擬化終端能提供廣譜適用的工作，但是有一些對于移動工位或者掌上移動端的應用就不合適，因此使用超融合架構結合VDI方式提供端到端從軟件到硬件融合的方式解決，只需要云終端或者移動端的鏈接APP，桌面云超融合一體機（包括桌面虛擬化、服務器虛擬化、存儲虛擬化等軟件平臺）兩種硬件，即可完成桌面云的搭建。

其中，桌面云一體機是專為云桌面設計的軟硬件超融合服務器，預集成了服務器虛擬化、存儲虛擬化、桌面虛擬化（控制器）等軟件平臺，使用3個或以上的節點進行負債均衡部署。無需復雜的安裝調試過程， 將一體機開機之后，只需要按照向導式配置界面執行幾個操作步驟，即可完成桌面云部署上線，非常方便快速。這種方案的主要技術優勢有：

高性價比：超融合一體機方案無需購置獨立存儲，通過虛擬存儲技術提供高性能、低成本的存儲方案，效果與獨立存儲一樣，但可以節省存儲成本。良好的用戶體驗：采用SSD+HDD混合設計方式，同時利用高效緩存技術可以提升多倍IO性能，保障云桌面流暢體驗。良好的擴展：桌面云一體機在擴容時無需停機，只需在線加入集群，即可自動實現資源平衡，擴容非常方便。高穩定性：桌面云一體機采用全集群架構設計，主機和磁盤硬盤均有冗余部署機制，能夠實現故障自動遷移，確保桌面業務穩定運行。資源自動負債均衡：超融合技術使得每個虛擬桌面在生成前可以根據集群的計算和存儲資源使用情況進行動態分配，保證各主機的負債基本平衡。鏈接克隆：利用一個只讀的桌面衍生出N臺桌面，每臺桌面共享這臺模板的基礎部分，差異部分各自有新硬盤空間，同時后臺還會保留一份模板相同的虛擬機做冗余保障，通過這種方式來減少數據存儲空間的浪費。

2.2.3 ? 平臺核心組件

桌面虛擬化：提供用戶認證管理、細粒度策略控制、桌面/云終端統一監控及管理等功能，實現更安全、更可靠地交付云桌面。服務器虛擬化：祼金屬架構，可為云桌面提供高性能負載平臺和管理功能，包括虛擬機快速部署、資源管理及監控、集群高可用、動態遷移、數據備份及恢復等功能。存儲虛擬化：將服務器直連硬盤形成分布式共享數據存儲，通過內置冗余機制可透明存儲多個數據副本，以確保磁盤和服務器故障時，數據不會丟失，并且依然可用。權限控制中心：對組織中的多個分支進行集中管理，包括統一升級、統一授權、資源分配等。報表中心：桌面云集群的資產管理、安全策略審計、文檔導出審計和日志審計。

2.2.4 ? 方案拓撲結構（如圖1，圖2所示）

2.3 ? 醫院實際工作場景設計

醫院的實際工作場景差別較大，對計算能力、外設支持力度、可移動性等要求各不相同，經過分析可以分為以下幾個情況，如表1所示。

總體要求，業務恢復時間短：采用云桌面的方式，能夠解決PC+桌管軟件的管理瓶頸，在工作站發生操作系統故障或硬件故障引起的業務中斷時，能夠快速恢復業務。更好的本地性能體驗：分布式虛擬化技術是集中管理本地執行的架構，不再依賴與云終端控制器的連接、超低帶寬要求。即使與云終端控制器網絡連接中斷，操作系統也不受任何影響，辦公業務可正常進行。更好的外設兼容性：硬件透傳技術使得云終端的所有外設可直接透傳到上層虛擬化操作系統上，可做到快速識別、全面兼容。半虛擬化，操作系統全支持：采用半虛擬化技術，在八代intel CPU平臺上全面支持winxp/win7/win10系統，真正實現操作系統及業務軟件的全兼容。一鍵恢復，簡化運維：智能云終端無須配置，開機配置地址后就可自動獲取桌面;部署方便，替換簡單。終端系統崩潰，可遠程一鍵還原，個人數據不受影響，實現遠程運維，簡化系統運維部署管理操作、降低維護成本。超融合集群提供穩定可靠的VDI移動桌面：通過3個以上的超融合節點提供桌面虛擬化、服務器虛擬化、存儲虛擬化保證計算資源和存儲資源的自動負債均衡，能較好滿足對算力要求不高，有移動辦公需求的情況。

3 ? ? ?總 ? ?結

隨著醫院對信息系統運行可靠性要求越來越高、規模的不斷擴張，新型號的物理PC模式已經很難滿足系統使用要求，作者從自身實踐得出了較為適合大型三甲醫院使用的云桌面部署模式，能較好地滿足醫院不同需求下的使用情況，可以有效解決醫院對終端可靠性、兼容性、降低運維成本等要求，以期為相關工作提供參考。

注：陸丹艷為通訊作者

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