服务器虚拟化技术在数字化医院中的应用

杨叔颖

(郑州大学第一附属医院信息处 郑州 450052)



服务器虚拟化技术在数字化医院中的应用

杨叔颖

(郑州大学第一附属医院信息处 郑州 450052)

在全面分析国内现有医院信息平台服务器部署现状的基础上，探讨虚拟化技术在医院服务器资源整合中的优势，以郑州大学第一附属医院为例，阐述服务器虚拟化实施方案以及实施过程中应注意的问题，为加快医院医疗信息化建设提供高效、便捷的途径。

医院信息化；服务器虚拟化；虚拟化架构

1 引言

随着医院信息化建设的深入，信息系统在医院的应用越来越复杂，医疗信息系统的分类也越来越细化，从原来仅需要一套病区护理系统和收费系统演变成医院信息系统(HIS)、图像存储与传输系统(PACS)、检验信息系统(LIS)、电子病历系统(EMRS)等几十套系统。按照传统的模式部署，一个应用系统根据不同的系统构架往往需要独占一台或数台服务器，加之业务量的逐年递增，必须增加相应数量的服务器[1]。而日益增多的服务器增加了相当大的管理和维护工作量，同时也对机房、机柜、空调、电力消耗、设备管理提出了新的要求。如何更为有效地整合服务器资源，提高设备利用率以及单机服务器的安全性，成为医院迫切需要解决的问题。

郑州大学第一附属医院作为省部级共建的现代化大型综合医院，信息化建设一直走在全国前列，但目前进入了制约发展的瓶颈期。随着新门诊医技楼的投入使用，医院综合分析了医院住院人次、再用信息系统数量以及高峰期服务器负载情况等因素，制定了以高配置服务器、虚拟机软件平台为基础，搭建医院虚拟化服务器构架的解决方案，为加快医院医疗信息化建设提供了高效、便捷的途径，既有利于数据安全和系统稳定，又能大幅度降低数据中心的运营成本和总体拥有成本，从而更好地承载医院的应用。

2 服务器虚拟化技术简介

2.1 服务器虚拟化

虚拟化是一个广义的术语，在计算机方面通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是在真实的基础上运行。虚拟化技术包括服务器虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化、应用虚拟化和桌面虚拟化[2]，这里主要论述服务器虚拟化。服务器虚拟化是把物理服务器的资源抽象整合成一个逻辑资源，然后虚拟成多台相互隔离的虚拟服务器即虚拟机[3]。通过这种技术，在一台机器上可以支持Linux，Windows，UNIX等操作系统同时运行，而不需要重启机器就能切换操作系统。简单来讲，就是指多个操作系统在同一时间运行在同一台主机上。

2.2 医院服务器系统应用现状

随着应用的不断深入、服务器设备的不断增加以及系统配置管理的时间增多，医院服务器系统资源闲置的问题日益明显。缺乏统筹规划、大功率消耗、医院的快速发展与应用服务系统脱节是造成这些服务器利用率低下、适应能力差的主要原因[4]。基础设施的增加为医院业务的扩展提供了硬件平台，但同时也给医院应用系统及信息相关的安全防护造成了新的压力，对于这种系统架构越来越复杂的现状，单纯机械地堆积服务器是不能解决问题的，最有效的办法就是进行服务器虚拟化，服务器虚拟化技术以其独有的特点和优势为上述问题的解决提供了高效、便捷的途径。

2.3 服务器虚拟化技术应用于医疗系统中的优势

医疗信息系统由多个不同类型的服务组成，服务间的联系相对松散，且资源基础、运行模式、环境相对独立，这就必然造成信息传输、管理和融合上的瓶颈[5]；同时一旦系统崩溃或者宕机，将会影响到医院的日常运作。因此将服务器虚拟化技术应用于医院建设主要有以下几方面优势：(1)提高应用兼容性和加速应用部署。改进管理的方式，可部署多套不同的系统，将因兼容性造成问题的可能性降至最低；虚拟化整合后，通过预先制定好的操作系统、应用模板或拷贝虚拟机，快速部署了数据库、中间件等各类服务器和开发测试环境，用虚拟架构预备新的项目，可以主动地提前规划硬件资源[6]。(2)提高资源利用率，降低能耗。利用统一的虚拟管理平台，可以将所有服务器作为统一资源，按需自动进行动态管理，提高系统的运行效率；智能化的电源管理，在应用程序负载低时，减少运行的物理服务器数量以降低各单元的耗电量，实现节能的绿色计算。(3)实现在线式动态迁移，保障业务连续[7]。在灾难恢复中使用虚拟环境可使虚拟机从一个执行环境迁移到另外一个数据中心的备份介质上执行，而服务不中断，不影响医疗业务的正常开展，从而无需为计划内的服务器维护安排应用程序停机，确保了业务的连续性。

3 医院服务器虚拟化平台设计与实现

3.1 概述

2011年郑州大学第一附属医院9万平方米的新门诊医技楼竣工，在正式投入使用前，医院决定对信息化系统进行一次大的升级改造。随着医院信息化的不断深入以及新应用的不断部署，医院的信息系统日益庞大、复杂，并不断扩容，这就对机房建设提出了“功能齐全、运行高效、易于扩展、维护方便”等目标。为了实现这个目标，综合分析了再用信息系统数量、高峰期服务器负载情况以及医院住院人次等因素，最终制定了购买高配置服务器、以虚拟机软件平台为基础、搭建医院虚拟化服务器架构的解决方案。

3.2 软硬件配置

HIS作为医院运作最根本的一个信息系统，其安全性和运维的延续性是属于最高级别的，暂时还不考虑将其安置在虚拟化服务器上。EMRS、LIS、PACS等有大量图形或数据写入的系统，对硬件需求特别严格，对存储空间要求很高，也无法运行在现有的虚拟机环境中。如今仅使用虚拟服务器运行如重症手麻、护理管理、院前急救、医务管理、合理用药等一些二线系统。硬件配置：医院根据应用规模和需求，在原有设备基础上，新购置4台IBM X3850X5高端机架式服务器、 2台IBM X3650X5服务器、2台CISCO7600交换机、1台IBM DS4200光纤磁盘阵列和1台IBM DS3200光纤存储。软件配置：虚拟化套件VMware Sphere 4.1、备份管理软件Commvault。

3.3 虚拟化设计与实现

3.3.1 系统拓扑图 本方案中服务器分布在两个地点，一部分在3号楼住院中心主机房，另一部分在门诊分机房。系统拓扑图，见图1。

图1 系统拓扑图

3.3.2 中心机房 中心机房的核心系统设计采用4台IBM X3850X5高端服务器构建虚拟化系统架构平台。使用高性能的IBM DS4200光纤磁盘阵列作为虚拟系统架构的共享数据存储，4台服务器均安装使用VMware虚拟化软件建立重业务系统的虚拟机集群。在此方案中，中心机房4台IBM X3850X5服务器组成一个集群，集群内建立多个虚拟主机分别运行各个应用程序，每一应用系统运行在自己的独立虚拟机内，因此任意一个应用程序出现故障，都可以独立地重启、挂起、灾难/恢复、迁移和备份自己所在的虚拟主机，而不影响其他应用程序和虚拟机的运行。集群内任一台物理服务器故障，不会影响各虚拟机及虚拟机内应用程序的运行；如任何一个应用程序所在的物理机故障，不需人工干预，VMware vCenter Server会自动判断并指定其他计算资源接管该故障物理机。

3.3.3 门诊分机房 门诊分机房的2台lBM X3650X5服务器安装有VMware虚拟软件，建立了和中心机房相同架构的虚拟机集群，以备中心机房停电或其他不可抗拒因素发生时，系统架构中的虚拟机集群整体出现故障，门诊机房集群内的备用虚拟机实现无缝隙接管，保证业务使用的连续性。同时借助Commvault数据管理软件实现前端门诊系统数据与中心机房的数据同步，在中心机房安装虚拟化和服务器管理软件VMware vCenter Server进行整个系统集中监管，实现资源自动调配、虚拟机的自动迁移等，从而组建高可靠性、高可用性及负载均衡的医院信息化平台。

3.3.4 虚拟化前后对比 在医院的虚拟架构下，数据存储方面采用SAN技术，中心机房采用的IBM DS4200与门诊分机房采用的IBM DS3200光纤存储同时连接在整个虚拟化架构中。利用虚拟技术生成的Windows主机作为备份服务器，安装Commvault备份管理软件，同时备份各个应用程序的数据库里面的内容和虚拟机的配置、硬盘等数据。服务器实现虚拟化后，郑州大学第一附属医院的在线服务器数量由原来的37台减少到现在的 10台，原来的应用全部展开，而且运行平稳，至今运行良好，前后对比，见表1。

4 结语

医院的信息化建设经多年发展，形成了许多相互协作的业务系统，在实现统一的临床信息系统之前，对这些分散系统进行管理和整合的难度大、任务重。通过服务器虚拟化方案的实施，郑州大学第一附属医院实现了对门诊和住院硬件设备的资源重组、系统服务优化的目的。帮助医院升级和管理这些分散的基础业务系统，实现系统整合，进而实现有效集成，使医院能掌握信息系统发展的主动权，特别是在构建医院IT基础架构、制定IT长远发展规划时发挥重要作用。可以说随着虚拟化技术的不断发展和成熟以及机构对灾难恢复和业务连续性的日益重视，虚拟环境在架构设计中会变得越来越普遍。

1 刘萧萧.当虚拟化溶于现实[J].中国信息化,2006，(8):80- 83.

2 丁佐杉,满喜东,许新房.服务器虚拟化部署研究与分析[J].计算机光盘软件与应用,2012，(5)：43-44.

3 鲁松.计算机虚拟化技术及应用[M].北京:机械工业出版社,2008.

4 缪一峰.医院虚拟化服务器[J].计算机应用与软件,2011,28(8):206- 208.

5 周瑜霞,郝玉清,顾凤君.虚拟化服务器技术实现医院信息系统安全可靠[J].医疗卫生装备,2010,31(9):50-64.

6 陈国耿.服务器虚拟化部署成功的关键[J].北方药学,2012,9(9):70-71.

7 赖汉伟.虚拟化系统所引起的风险浅析[J].计算机安全,2011,29(11):54-56.

Application of Server Virtualization Technology in Digital Hospital

YANGShu-ying，

InformationDepartment,TheFirstAffiliatedHospitalofZhengzhouUniversity，Zhengzhou450052,China

Based on analyzing the server deployment status of existing domestic hospital information platform, the paper discusses the advantages of virtualization technology in the server resources integration of hospital. Taking the first Affiliated Hospital of Zhengzhou University as an example, it elaborates the problems that should be noted in the server virtualization implementation scheme and the implementation process，providing an efficient and convenient way to speed up the hospital informatization.

Hospital informatization; Server virtualization; Virtualization architecture

2014-08-30

杨叔颖，硕士，工程师，发表论文5篇。

R-058

A 〔DOI〕10.3969/j.issn.1673-6036.2015.02.008