三甲医院虚拟化技术的研究与实践

■ 李先锋 王凯芸 吕 强 查佳凌 陈 睦

医疗行业的信息化建设经过多年的发展，信息系统在医院的应用越来越复杂，医院整体业务对信息系统的依赖程度也越来越高。信息化几乎已经普及到医院的每项业务和每一个员工。如何利用先进的信息化手段来优化信息管理，提高服务器的利用率，甚至实现节能减排，也是当前热门的一个话题。本文以上海交通大学医学院附属新华医院虚拟化项目为例，对大型三甲医院的服务器虚拟化与桌面虚拟化技术的应用做进一步的研究与分析。

1 服务器和终端系统现状

新华医院现有的信息系统主要包括面向临床医疗的医院信息系统（HIS）、检验信息系统（LIS）、护理信息系统（NIS）、放射管理系统（RIS）、体检系统、手术麻醉及重症监护等系统和面向管理的协同办公系统、HRP系统、网站等系统。运行这些系统的服务器近50台。核心的HIS、LIS、RIS系统为高可用性双机环境，数据存储在统一的共享磁盘阵列中。其它系统均为单机运行，数据基本都是在服务器的内置硬盘存放。

随着新华医院规模的扩大和业务量的不断提升，医疗业务系统对信息系统的要求将越来越高，新的电子病历系统、综合预约系统、移动医疗、一站式付费、ESB平台等系统将陆续建设，对服务器的需求会不断的增长。目前新华医院的终端办公电脑与医生护士工作站的总台数已经近2000台，随着19层干保楼和儿外科大楼的陆续建成，终端设备的数量还会大量增加。

1.1 服务器与桌面终端问题总结

1.1.1 一个应用系统对应一台物理服务器，中央处理器（CPU）资源浪费严重。医院的应用系统除了HIS，LIS和PACS外，多为功能性应用，数据量小，并发小。普遍服务器的CPU平均负载都低于5％。

1.1.2 单台物理机无法解决服务器冗余问题，主机发生故障，应用系统即瘫痪，单点故障隐患严重。如果双机运行，服务器的数量要翻一倍，资源浪费情况更严重，而且为了实现高可用性双机配置，还必须要有外置的磁盘阵列。

1.1.3 每部署一套新的应用都要触发一次设备采购。每次采购都有采购周期和成本增加，软件应用所需的平台部署周期长。

1.3.4 用电量不断增长，2000台电脑终端和几十台服务器耗电量巨大，医疗计算成本居高不下。

1.3.5 2000台终端管理难度和工作量都很大，每天都要有数次软硬件故障报修，维护人员疲于奔命。

1.3.6 一些敏感数据可能通过终端泄漏。

1.2 耗电量总体分析

以50台服务器，2000台电脑终端进行计算，每台服务器功耗400W，每台终端功耗150W。IDC的PUE（Power Usage Effectiveness的简写，是评价数据中心能源效率的指标，PUE=数据中心总设备能耗/IT设备能耗）假设为2.5，服务器24小时运行，终端12小时运行，50台服务器一年耗电：400W*24*365*50/1000＝175200度，IDC制冷耗电：175200*1.5＝262800度，2000台终端：150W*12*365*2000/1000＝1314000度，以工业用电每度电1RMB计算，服务器和终端一年电费为1752000RMB。

2 项目目标

一是实现所有软件应用的高可用性，排除服务器的单点故障；二是提高服务器的利用率，节省服务器对数据中心（IDC）空间占用；三是实现部署医疗服务应用的时间从工作日降到分钟量级；四是降低信息设备总功耗，节能减排；五是减少数据安全隐患；六是实现移动办公和移动医疗。

3 虚拟化设计方案

3.1 总体设计思路

3.1.1 利用服务器虚拟化技术把分布在几十台物理服务器上的各种应用合并到2-3台服务器上，提高主机CPU利用率，降低服务器使用的空间与能耗。

3.1.2 利用虚拟化中的群集技术，解决服务器单点故障问题。

3.1.3 数据集中存放共享的磁盘阵列上，彻底解决数据存放服务器内置硬盘上导致的性能低下与安全问题。

3.1.4 利用桌面虚拟化技术减少数据安全隐患，将敏感数据从所有终端系统上移除。

3.1.5 利用桌面虚拟化技术降低终端能耗与管理成本。

3.1.6 利用桌面虚拟化技术实现移动办公与医疗。

3.2 服务器虚拟化设计拓扑（图1）

图1 服务器虚拟化设计拓扑

3.3 服务器虚拟化方案摘要

3.3.1 在2台4U PC服务器上部署Vmware ESXi主机虚拟化软件。

3.3.2 每台ESXi上运行20-30个虚拟机。

3.3.3 2台ESXi双机HA方式运行，互为备份，实现所有虚拟化应用的高可用性。

3.3.4 虚拟机对应的数据存放在核心存储设备上，保证数据安全性并提高了I/O性能。

3.4 桌面虚拟化方案拓扑（图2）

图2 桌面虚拟化方案拓扑

3.5 桌面虚拟化设计摘要

3.5.1 采用瘦客户端替换大部分桌面工作站，降低能耗和空间占用。

3.5.2 利用桌面Vmware View虚拟化解决方案，在刀片服务器的每个刀片上部署40-50个虚拟桌面。

3.5.3 引进手持设备实现移动医疗与办公［2］。

3.5.4 由于桌面在服务器端存放，因此保证各类终端设备访问医疗信息系统体验上的一致性。

3.5.5 利用Windows AD实现桌面安全管理与标准化，防止了敏感数据的泄露。

4 项目成果

4.1 服务器虚拟化成果

4.1.1 实现了应用的高可用性。

4.1.2 降低IDC的空间占用，2台4U的服务器替换了几十台共计占用100U以上空间的服务器。

4.1.3 降低了信息人员的维护工作量，从维护几十台服务器到维护2-3台服务器。

4.1.4 节能减排，降低信息运行成本。以4U服务器1000W功耗计算，每台服务器运行25台虚拟机计算，每年可节电15.76万度，以IDC PUE为2.5计算，节省制冷耗电23.65万度；以每节约一度电减少二氧化碳排放1千克计算，全年可以减少二氧化碳排放394吨。

4.2 桌面虚拟化成果

4.2.1 降低终端故障率。瘦客户端由于没有内存，硬盘，功耗不足10W，故障率远低于电脑台式机，降低了信息人员的维护工作量［3］。

4.2.2 优化办公环境。瘦客户端占用空间小，低功耗，低辐射，低散热。

4.2.3 移动办公与医疗。医生和护士不再受限于某台电脑的性能和具体位置，由于桌面在服务器端存放，只需以自己身份登录桌面终端，随时随地可以继续进行未完成的工作。

4.2.4 节能减排，降低信息运行成本。完成800台电脑工作站的瘦客户端替换，每台工作站功耗150W，每个瘦客户端功耗20W，每个刀片运行40的虚拟化桌面，电脑终端的每天运行时间为12小时，刀片每片功耗300W，瘦客户端的与刀片服务器的运行时间为24小时。每年节电33.28万度；以每节约一度电减少二氧化碳排放1千克计算，全年可以减少二氧化碳排放332吨。

新华医院目前在两台4U的计算机服务器运行了近40台虚拟主机，并且仍在逐步替换已在运行的近30台物理服务器上的应用，至2011年底将在两台服务器上运行80台左右的虚拟主机。同时桌面虚拟化项目也在试点阶段，随着桌面虚拟化的全面推广，在信息化领域新华医院将逐渐转变成绿色医院。

［1］温剑，李毓忠.我院PACS存储优化的实施.医疗卫生装备［J］.2009，30（12）：51-52.

［2］郑树森，移动医疗在医院管理中的突破［J］.中国数字医学，2009，4（5）：21-22.

［3］李雅丽，陈珊.浅谈瘦客户端的网络技术［J］.科技信息，2008，（23）：69.

［4］莫神星.节能减排机制法律政策研究［M］.北京：中国时代经济出版社，2010.

陈睦：副研究员，副主任医师，上海交通大学医学院附属新华医院副院长。

E-mail：chen-mu@sh163.net