基于虚拟化的医院数字中心建设实践

王永艳 鱼兆虎

摘要：随着云技术、雾计算时代的到来，虚拟化正在成为各个行业IT基础架构的标配。随着业务的增长，我院的数据中心面临着越来越大的压力。本文主要介绍我院对数据中心进行改造过程中，利用虚拟化技术构建新型医院数据中心的实践经验，此次改造解决了数据中心在规模不断扩大过程中空间、能耗、维护等方面的诸多难题。

关键词：虚拟化;数据中心;VMware;IRF2

中图分类号：R197.324                                 文献标识码：B                               DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2019.11.006

文章編号：1006-1959（2019）11-0019-03

Abstract：With the advent of cloud technology and fog computing era， virtualization is becoming the standard for IT infrastructure in various industries. As the business grows， our data center is facing increasing pressure. This paper mainly introduces the practical experience of using virtualized technology to build a new hospital data center in the process of transforming the data center. This transformation solves many problems in the space， energy consumption and maintenance of the data center in the process of expanding scale.

Key words：Virtualization;Data center;VMware;IRF2

随着医院建设规模的不断扩大，传统的数据中心面临很大的挑战。除了核心的HIS系统部署了双机环境，RIS、LIS、EMR、PIVAS等主要业务均部署在单机环境，数据及备份均在本地服务器硬盘，一旦发生单点故障，重新部署该业务或者重新采购硬件所需要的时间周期会很长。如果实施双机备份机制，则需要巨大的硬件投入。同时核心交换机没有热备双机机制，存在很大的安全隐患，核心交换机一旦出现单点故障，将会出现大面积的业务瘫痪。2016年我院对数据中心进行改造，利用虚拟化技术构建新型医院数据中心，解决了数据中心在规模不断扩大过程中空间、能耗、维护等方面的诸多难题。

1虚拟化架构设计

武警上海总队医院的核心业务是“军卫一号”HIS系统。数据中心改造之前，HIS服务器部署在两台HP DL580 G9服务器做数据库集群管理。从服务器性能和数据库集群管理的稳定性考虑，HIS的部署不做改变，作为数据中心核心业务的安全性已经能够得到充分保障。购置了3台3台物理主机（2台HPDL580G9、1台HPDL580G10）做虚拟化集群，将HIS之外的主要业务RIS、LIS、EMR、后台计价以及HIS备份库等部署在虚拟化集群里。购置两套EMC VNX5400存储，用于对HIS及其他应用系统的数据做在线存储。4台光纤交换机级联形成SAN的存储架构。虚拟化平台的建设、使用、管理、维护都依赖于良好的网络设备和合理的网络规划[1]，SAN便于集成，能改善数据可用性及网络性能，而且还可以减轻管理作业。新购置2台H3C千兆核心交换机做虚拟化，采用IRF2技术做虚拟化改造后，两台核心可看作1台交换机，这时，两个核心连接至汇聚的两根线就可以做成链路捆绑，交换机就可以不用生成树而实现链路冗余，且两根链路带宽会叠加。数据中心改造后的拓扑图见图1。

2虚拟化的实现过程

2.1服务器虚拟化的实现   我院采用VMware vCenter 6.0来实施服务器虚拟化，该软件具有的HA集群、vMotion、DRS等功可以为医院构建高效稳定的数据环境。在服务器上安装ESXi，成为ESXi主机，vCenter Server用来管理一个或多个ESXi主机，并指导虚拟机及其主机上的操作。vSphere Client是虚拟机的操作控制台，管理vCenter Server系统和ESXi主机的管理界面。数据库用来组织VMware vSphere环境的所有配置，存放着在vCenter Server环境下管理的每个虚拟机、主机和用户状态[2]。

实施步骤：对服务器、网络交换机及存储的安装和配置确认后，第一步：在3台物理服务器安装VMware ESXi 6.0.0来搭建虚拟化平台，安装过程中的参数按照项目规划内容进行配置。第二步：在1台物理机上安装VMware vCenter服务器。安装SQL Server数据库确保与VMware vCenter及相关组件相连。第三步：安装和配置VMware vCenter Update Manager。第四步：安装VMware vCenter Converter。通过该工具可以将原有应用服务器上的数据库及数据在线迁移到虚拟化平台中，保证业务运行不中断。第五步：按照规划方案配置VMware Data Center。配置HA和DRS，开启VMotion等功能。HA不间断地监控集群中所有的ESXi主机并检测故障，负责将所有检测到的故障虚拟机在其他主机上重启。VMware DRS监控群集内所有主机和虚拟机的CPU 和内存资源的使用情况，动态地实现服务器资源负载平衡。VMware vMotion可以使运行中的虚拟机从一台物理服务器实时迁移到另一台物理服务器，它实现了零停机时间和连续可用的服务，能全面的保证服务的完整性。第六步：将已经安装完成的3台ESXi服务器添加到VMware vCenter内进行管理。第七步：将ESXi主机添加至Cluster。第八步：配置虚拟机部署模板[3]。

由于vCenter运行需要的数据库与vCenter服务器安装在同一个物理机上，使用SQL Server备份工具每周备份vCenter数据库，并对vCenter服务器做整机异地备份。

2.2核心交换机虚拟化的实现过程  网络的虚拟化技术主要依托于交换机来实现，交换机的主流厂商都推出了自己的虚拟化解决方案，我们利用IRF2（Intelligent Resilient Framework2）技术来实现2台H3C核心交换机的虚拟化。IRF2是 H3C的硬件虚拟化技术。它可以将多台设备通过IRF2物理端口连接在一起，进行必要配置后，虚拟化成一台“分布式设备”，主要有以下特点：①简化管理，对IRF2内所有成员（master和slave）设备进行统一管理。如果某成员设备down，其邻居设备会立即将down的这台设备的信息广播通知给IRF2中的其他设备，获取到离开消息的成员设备会根据本地维护的IRF拓扑信息来判断离开的是master或slave，如果down的设备是master，则触发新的角色选举，再更新本地的IRF拓扑，如果down的设备是slave，则直接更新本地的IRF拓扑，以保证IRF拓扑能迅速收敛。②高可靠性：master设备负责IRF的运行、管理和维护。slave设备在作为备份的同时可处理业务。成员设备之间的IRF链路支持聚合功能。IRF之间的物理链路也支持聚合功能，多条链路之间可以互为备份和负载分担。③强大的网络扩展能力：增加成员设备，可扩展IRF的端口数和带宽。各成员设备可独立处理协议报文及进行报文转发。

实施步骤：第一步：配置IRF成员编号。两个交换机分别改名为：Switch01和Switch02，并配置IRF成员编号。第二步： IRF端口并激活：将两台交换机断电，按照下图连接IRF链路。然后再启动，修改交换机Switch01的IRF优先级5。注意：连接IRF链路时，要选择万兆以太网端口。第三步：配置LACP MAD检测 ：为了防止万一IRF链路故障导致IRF分裂，网络中存在两个冲突的IRF。需要启用LACP MAD检测功能。第四步：查看和维护IRF。交换机虚拟化示意图见图2。

3应用效果分析

服务器虚拟化集群最显著的功能之一就是可以在主机集群内瞬间迁移虚拟机，减少服务器或应用系统的停机时间[4，5]。在当前的环境中，当内存不足、CPU负载偏高或者虚拟主机遇到较高I/O压力时，我们会收到警报，如果在短时间内无法确定真正原因，我们可以主动将虚拟机迁移到集群内的其他主机。服务器虚拟化的另一个优点就是主动管理。在传统的工作环境中给服务器打补丁和升级必须采取严格的管理，协调1～2台物理主机的停机维护时间已经比较困难，更何况是关闭位于同一个物理主机的多个虚拟机的复杂性就更高了。当改造成虚拟主机集群后，给某个主机打补丁或重启时，可以将它上面的虚拟机迁移到替代的主机，打完补丁再迁移回来。服务器虚拟化集群环境有着令人瞩目的优点，但它同样存在一些实施和管理上的缺点，比如实施和配置的复杂性以及虚拟主集群各组件间会发生大量的、复杂的交互，对升级产品和硬件组建可能引起诸多困难等。

作为虚拟化网络的一部分，交换机虚拟化实现了虚拟机VM的无感知迁移。在使用中，交换机虚拟化提升了设备的可维护性，便于管理，同时也提升了交换机的冗余性，加强了设备运行的稳定性。

4总结

虚拟化技术给我院数据中心的建设带来了革命性的变革，通过利用虚拟化技术，可以节省基础设施投资和维護成本，同时也给数据中心的管理带来了便利。本文主要介绍了服务器集群的虚拟化技术及核心交换机虚拟化技术推动了我院数据中心的优化建设。相信虚拟化技术的成熟将会为医院信息化建设提供更大的助力。

参考文献：

[1]沈碧飞.利用虚拟化技术构架医院数据中心[J].医学信息学杂志，2014，35（1）：22-25.

[2]张晓.服务器虚拟化在数字图书馆建设中的应用[J].信息技术，2014，12（58）：174-176.

[3]张炜.虚拟化技术在医疗行业应用研究[J].科学技术创新，2018（28）：82-83.

[4]丁勇.校园网虚拟化数据中心的构建与应用[J].价值工程，2018，37（25）：234-235.

[5]周海波，潘峰，黄垚.基于虚拟化的医院数据中心资源整合平台构建[J].中国数字医学，2014，9（6）：58-61.

收稿日期：2019-3-14;修回日期：2019-3-24

编辑/钱洪飞