醫(yī)院數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)的研究

陳濤

（南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院（南京市第一醫(yī)院）信息中心，江蘇 南京 210006）

1 研究背景

醫(yī)院數(shù)字技術(shù)發(fā)展過程中，不同種類的系統(tǒng)架構(gòu)演變迅速發(fā)展，醫(yī)院信息系統(tǒng)應(yīng)具備非常可靠的災(zāi)備能力，完善的醫(yī)院信息系統(tǒng)應(yīng)具有完善、可靠的數(shù)據(jù)備份機(jī)制和從災(zāi)難中快速恢復(fù)的能力[1]。云架構(gòu)的災(zāi)備設(shè)計是目前的流行理念，然而傳統(tǒng)的災(zāi)備架構(gòu)體系并不適用于云架構(gòu)。目前，醫(yī)院災(zāi)備系統(tǒng)架構(gòu)不斷地由分散式向集中式發(fā)展，這使得以往災(zāi)備軟件與快速擴(kuò)展的災(zāi)備體系建設(shè)格格不入。傳統(tǒng)災(zāi)備系統(tǒng)中，執(zhí)行醫(yī)院的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)遷移業(yè)務(wù)常常比較困難。災(zāi)難發(fā)生時協(xié)調(diào)停機(jī)困難，災(zāi)備數(shù)據(jù)備份驗(yàn)證周期長，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)環(huán)境重建耗時費(fèi)力等問題，都阻礙了醫(yī)院數(shù)據(jù)災(zāi)備體系建設(shè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的步伐。災(zāi)難恢復(fù)是指災(zāi)難發(fā)生后，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行的能力，而容災(zāi)指災(zāi)難發(fā)生時保持系統(tǒng)不間斷運(yùn)行的能力[2]。醫(yī)院新的數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)亟需應(yīng)用。

2 需求研究

具體需求包含以下幾個方面：①根據(jù)目前的實(shí)際需求，新的醫(yī)院數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)設(shè)備配制應(yīng)不少于4 個千兆網(wǎng)口，包含兩個物理主機(jī)服務(wù)器進(jìn)行相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)急，系統(tǒng)在客戶端上應(yīng)可用Web 管理界面進(jìn)行統(tǒng)一管理。②系統(tǒng)應(yīng)該能夠監(jiān)測被保護(hù)服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)等性能指標(biāo)，對數(shù)據(jù)庫、中間層等其他應(yīng)用服務(wù)器數(shù)據(jù)擁有監(jiān)控其運(yùn)行情況的功能。災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)應(yīng)能夠模擬不同用戶的訪問方式，有效地對各種應(yīng)用服務(wù)提供運(yùn)行安全監(jiān)控。系統(tǒng)應(yīng)該支持用戶根據(jù)自身需要自定義數(shù)據(jù)庫，并提供基于事件的統(tǒng)計報表和圖表，且能夠針對這些事件提供短信通知功能。數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)針對所備份的所有系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各種狀況進(jìn)行日志統(tǒng)計，遇到錯誤事件發(fā)出事件報警等。③在數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)環(huán)境配置上，能夠?qū)⑨t(yī)院信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)環(huán)境和數(shù)據(jù)存儲對象實(shí)現(xiàn)虛擬化隔離，災(zāi)備系統(tǒng)以虛擬機(jī)映像文件的方式進(jìn)行存儲，保持與實(shí)際映像數(shù)據(jù)實(shí)時同步，保持業(yè)務(wù)驅(qū)動環(huán)境實(shí)時P2V 轉(zhuǎn)換。④信息數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)應(yīng)該支持二層、三層網(wǎng)絡(luò)的接入，支持VPN 的接入，支持NAT 和橋接組網(wǎng)，支持虛擬子網(wǎng)管理等。⑤當(dāng)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)器發(fā)生故障時，災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)要能夠提供及時有效應(yīng)急接管，應(yīng)能夠在不同故障發(fā)生時提供應(yīng)急接管，比如人為原因的誤刪數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)服務(wù)器硬盤損壞造成的數(shù)據(jù)文件損壞丟失等。當(dāng)災(zāi)備應(yīng)急管理系統(tǒng)接管醫(yī)院信息系統(tǒng)時，要能夠滿足災(zāi)備管理系統(tǒng)無需對醫(yī)院信息系統(tǒng)配置進(jìn)行任何修改，包括IP、MAC 地址，軟件端的配置，系統(tǒng)口令等。信息數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)要有快照節(jié)點(diǎn)功能，能從快照設(shè)置的任意時間點(diǎn)啟動接管程序。⑥信息數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)應(yīng)能夠支持多個獨(dú)立的賬號管理模式，能夠?qū)崿F(xiàn)整機(jī)業(yè)務(wù)級一體化備份且僅備份有效的數(shù)據(jù)塊。系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)能夠模擬機(jī)房內(nèi)任何信息系統(tǒng)服務(wù)器的應(yīng)用環(huán)境，在整個仿真過程中，數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)能夠?qū)π畔⑾到y(tǒng)平臺作業(yè)和信息日常業(yè)務(wù)無任何影響。⑦數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)要能夠支持各種單機(jī)環(huán)境以及主備集群的應(yīng)急接管，共享磁盤、本地磁盤以及多路徑軟件環(huán)境同樣要兼容適用。

3 系統(tǒng)架構(gòu)研究

數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)底層框架應(yīng)該基于超融合架構(gòu)，超融合架構(gòu)的諸多特點(diǎn)要能夠體現(xiàn)在系統(tǒng)中。比如能夠支持系統(tǒng)的橫向擴(kuò)展，用戶能夠根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行擴(kuò)展，以節(jié)省成本。設(shè)備資源及存儲的橫向擴(kuò)展也使得壓力分擔(dān)到每一個節(jié)點(diǎn)上，這就解決了單點(diǎn)性能問題。

新的數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)應(yīng)該具備一定的應(yīng)急接管功能和仿真測試功能，所以系統(tǒng)應(yīng)該由客戶端Web 管理功能、管控平臺、監(jiān)控預(yù)警、恢復(fù)功能、接管功能、遷移功能、仿真功能、快照管理以及存儲節(jié)點(diǎn)九部分組成。

3.1 Web 管理功能

構(gòu)架基于B/S，用戶在客戶端通過Web 網(wǎng)頁方式進(jìn)行整個災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)的管理與操作。

3.2 管控平臺

數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)具備獨(dú)立物理服務(wù)器實(shí)體，架構(gòu)于醫(yī)院信息中心機(jī)房，負(fù)責(zé)各種物理主機(jī)和虛擬主機(jī)的鏡像化復(fù)制，能夠?qū)υ葱畔⑾到y(tǒng)服務(wù)器的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時的捕捉，并存入自身虛擬化存儲池。

3.3 監(jiān)控預(yù)警

該功能作用于監(jiān)控災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)的實(shí)體服務(wù)器資源情況，包括硬件資源、軟件資源以及業(yè)務(wù)的可用狀態(tài)等。當(dāng)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，監(jiān)控預(yù)警功能即可觸發(fā)告警，通過短信方式通知用戶，讓用戶能及時了解掌握災(zāi)備系統(tǒng)問題。

3.4 恢復(fù)功能

該功能是讓災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)能通過快照掛載的方式，把備份數(shù)據(jù)卷有效地掛載給源信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)瞬間恢復(fù)數(shù)據(jù)的能力。

3.5 存儲節(jié)點(diǎn)

數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)在日常的數(shù)據(jù)備份過程中，數(shù)據(jù)傳輸需要分發(fā)處理，這就需要擁有足夠的存儲能力和空間。存儲節(jié)點(diǎn)則對此提供了基礎(chǔ)保障。

3.6 接管功能

接管功能用于應(yīng)急接管，當(dāng)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)檢測前端應(yīng)用服務(wù)的業(yè)務(wù)發(fā)生故障時，接管系統(tǒng)則通過最近同步的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，啟動應(yīng)急業(yè)務(wù)接管功能，并且虛擬服務(wù)器信息數(shù)據(jù)和原信息數(shù)據(jù)服務(wù)器相同。應(yīng)急接管功能除了自動接管外，也可以手動接管，最大限度地保證業(yè)務(wù)正常運(yùn)行。

3.7 遷移功能

遷移功能用于離線遷移主業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)，平時對源數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行在線備份，在源機(jī)離線時能恢復(fù)數(shù)據(jù)到異構(gòu)平臺上，進(jìn)行整機(jī)的數(shù)據(jù)遷移。

3.8 仿真功能

該功能負(fù)責(zé)系統(tǒng)環(huán)境的測試和數(shù)據(jù)的仿真模擬，這對于業(yè)務(wù)需要、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)開發(fā)以及業(yè)務(wù)培訓(xùn)等都有著極大幫助。

3.9 快照管理

快照管理功能可以根據(jù)系統(tǒng)所設(shè)置的數(shù)據(jù)備份策略而自動生成數(shù)據(jù)時間節(jié)點(diǎn)快照，各個快照節(jié)點(diǎn)互相獨(dú)立，且是云鏡像。在快照系統(tǒng)下的用戶可以根據(jù)不同的時間節(jié)點(diǎn)，產(chǎn)生應(yīng)急演練的虛擬機(jī)，以此來測試源機(jī)服務(wù)器數(shù)據(jù)，驗(yàn)證正確性。

4 數(shù)據(jù)備份研究

數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份，應(yīng)該包括數(shù)據(jù)捕獲、數(shù)據(jù)恢復(fù)、應(yīng)急接管以及仿真測試四個環(huán)節(jié)部分。

4.1 數(shù)據(jù)捕獲環(huán)節(jié)

數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)應(yīng)該具備把源機(jī)數(shù)據(jù)服務(wù)器的操作系統(tǒng)、服務(wù)器上的各種應(yīng)用以及數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)打包成云鏡像文件的能力，這樣系統(tǒng)可以通過全量或者增量的方式去鏡像化復(fù)制到自身的災(zāi)備系統(tǒng)中。

4.2 數(shù)據(jù)恢復(fù)環(huán)節(jié)

數(shù)據(jù)恢復(fù)應(yīng)該分為兩種方式，瞬時恢復(fù)和不間斷恢復(fù)。瞬時恢復(fù)可以基于任意不同的快照時間節(jié)點(diǎn)，通過TCP 協(xié)議，進(jìn)行分區(qū)的掛載，在這個過程中，不需要去移動原始數(shù)據(jù)，相對應(yīng)的時間快照節(jié)點(diǎn)信息也不會改變。不間斷恢復(fù)是指當(dāng)源機(jī)數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)發(fā)生異常時，災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)先通過接管系統(tǒng)進(jìn)行及時、有效的業(yè)務(wù)接管，不間斷日常數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行，當(dāng)源機(jī)數(shù)據(jù)服務(wù)器恢復(fù)正常后，災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)進(jìn)行增量數(shù)據(jù)的回傳，同時應(yīng)急虛機(jī)保持在線運(yùn)行。

4.3 應(yīng)急接管環(huán)節(jié)

當(dāng)源機(jī)數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)生異常時或者用戶想根據(jù)實(shí)際需要測試備份數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性時，用戶要能在數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)中生成應(yīng)急接管虛擬化服務(wù)器，對源機(jī)的業(yè)務(wù)進(jìn)行一鍵接管，以此來保證源機(jī)數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

4.4 仿真測試環(huán)節(jié)

數(shù)據(jù)備份的環(huán)節(jié)必須要有仿真測試這個流程部分。綜上所述，災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)應(yīng)該具備與源機(jī)實(shí)時同步的時間節(jié)點(diǎn)備份策略，在這些不同的快照時間節(jié)點(diǎn)上，必須要能生成跟源機(jī)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)環(huán)境隔離的仿真測試環(huán)境，在這個環(huán)境下，對備份的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證完成后，可刪除仿真環(huán)境，確保數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)的流暢運(yùn)行。

5 系統(tǒng)用戶管理研究

用戶管理是每個系統(tǒng)都應(yīng)具備的功能。用戶管理權(quán)限的明確劃分，可以確保數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)的操作安全性以及操作規(guī)范性。不同的用戶管理權(quán)限，可以相互監(jiān)督制約，以確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)應(yīng)該支持系統(tǒng)管理員、審查管理員、系統(tǒng)存儲管理員、應(yīng)急系統(tǒng)管理員四個角色：①系統(tǒng)管理員。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)的日常維護(hù)與管理工作，對整個系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌管理，這包括數(shù)據(jù)備份查看、應(yīng)急演練功能的測試、數(shù)據(jù)的恢復(fù)、計算節(jié)點(diǎn)存儲節(jié)點(diǎn)的隨時監(jiān)測以及系統(tǒng)運(yùn)行日志告警查看等。②審查管理員。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)的運(yùn)行日志的審查。③系統(tǒng)存儲管理員。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)的存儲恢復(fù)等權(quán)限。④應(yīng)急系統(tǒng)管理員。負(fù)責(zé)在數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)急演練等權(quán)限部分。

6 系統(tǒng)日志研究

數(shù)據(jù)災(zāi)備應(yīng)急系統(tǒng)應(yīng)該具備詳細(xì)的系統(tǒng)的日志報表。日志報表記錄著系統(tǒng)中所有用戶的操作及系統(tǒng)運(yùn)行問題，這能夠確保所有用戶在系統(tǒng)中操作都有記錄監(jiān)管，因人為操作原因而引起的系統(tǒng)故障，能夠根據(jù)日志報表及時查出原因，或者系統(tǒng)自身運(yùn)行出現(xiàn)的錯誤，通過系統(tǒng)運(yùn)行日志報表可以及時修復(fù)改進(jìn)。日志類型包括：①數(shù)據(jù)備份日志，記錄數(shù)據(jù)備份相關(guān)信息；②警告日志，記錄系統(tǒng)告警信息；③應(yīng)急數(shù)據(jù)日志，記錄系統(tǒng)中應(yīng)急接管操作信息；④存儲及恢復(fù)日志，記錄系統(tǒng)的數(shù)據(jù)恢復(fù)以及系統(tǒng)存儲的信息。

7 小結(jié)

目前，人類社會比以往任何時候都更加依賴于計算機(jī)系統(tǒng)，計算機(jī)系統(tǒng)在迅猛發(fā)展提供技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)的同時，由于用戶業(yè)務(wù)處理的高度集中以及不可預(yù)見的故障和災(zāi)難，導(dǎo)致整個系統(tǒng)存在災(zāi)難性破壞的隱患，有可能成為整體系統(tǒng)中的單故障點(diǎn)[3]。信息數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)成為醫(yī)院信息工作中不可或缺的部分。新型、完善的信息數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)可使醫(yī)院在信息化的運(yùn)行中事半功倍、穩(wěn)定運(yùn)行。