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虚拟化技术在构建医院信息基础架构中的应用

发布时间:2019-10-09 19:46:04 编辑:笔名

1.引言

随着医院信息化的发展,医院内部使用的业务系统也逐步增加,HIS、LIS、PACS、EMR、OA等应用系统已经在很多医院得到广泛应用,医院往往同时运行几十甚至上百个应用系统。软件系统的不断上线应用能够带来医疗质量和患者满意度的提高,与此同时,对繁多的系统进行部署、运维和管理也是医院需要面临的严峻挑战。

在医院的信息基础架构建设中,传统建设模式是“烟囱式”的:每上线一个新应用,都需要为其配置独立的服务器、存储、网络和安全等基础设施。这样的建设模式存在很多问题。

1.1 运行成本高。不断上线应用系统,也就需要不断一对一的配置硬件设备。除了购置硬件的一次性投入,大量的服务器运行和散热带来了持续的电力消耗,日常运维的能耗成本不断攀升。

1.2 资源利用率低。每个应用系统独占一台或多台服务器,配置单独的存储,但往往利用率很低。例如某些应用对CPU资源利用率长期保持在低于5%的水平,硬盘的存储总体利用率也在30%左右,造成了大量的资源浪费。

1.3 业务连续性差。应用系统都由一台服务器单独提供服务时,存在单点故障,服务器一旦宕机就会直接导致业务中断,从而影响业务流程的运转。而为每个非关键应用都配置冗余服务器,会带来大量的资源浪费,从成本上来说不切实际。

1.4 扩展灵活性差。由于应用系统对服务器计算能力和存储能力需求的不断提升,一般硬件在服役5年左右就需要升级换代,这种硬件设备的升级过程复杂、耗时多、易出问题。

1.5 业务上线周期长。每上一个应用系统,就需要采购和部署新的硬件等设施,购置及部署周期长,严重制约了应用系统的上线进度。

1.6 管理复杂。每个应用系统与其使用的基础设施紧密捆绑,相互独立,无法形成统一的管理平台,配置、备份、容灾、恢复等大量工作都需要针对每个应用分别实施。

虚拟化为这些问题的解决提供了可能。应用虚拟化技术来构建医院的信息基础架构,将CPU、内存、存储、网络等资源池化,每个池均可实现资源按需分配、动态调整和动态调度,可以随时应变地充分满足医院信息系统建设的需求。

2.虚拟化技术简介

本文所指的虚拟化主要是指平台虚拟化,即基本思想是利用虚拟化技术将物理的服务器、存储、网络资源抽象成逻辑资源,消除这些计算资源物理上的界限, 将它们变成可以动态管理的“ 资源池” , 对于“ 池”中的资源可以按需求分配给应用,从而提高资源的利用率, 避免了资源浪费。虚拟化主要包括服务器虚拟化、网络虚拟化、存储虚拟化和桌面虚拟化。

2.1 服务器虚拟化。服务器的虚拟化就是通过基于裸设备的虚拟化软件将服务器物理资源抽象为逻辑资源,让一台服务器变成几台甚至更多台相互隔离的虚拟服务器,或者把几台物理服务器变成一台逻辑服务器来用,使服务器资源得到融合。

每个逻辑服务器都有自己的一套虚拟硬件,实现与物理硬件的分离,可以运行相同或不同类型的操作系统。逻辑服务器可根据应用负载情况动态调整计算资源,并可在不同物理服务器之间动态迁移,以达到资源利用最大化与零停机的服务器维护。

2.2 存储虚拟化。通过存储虚拟化,将实际的物理存储实体与存储的逻辑表示分离,通过建立一个虚拟抽象层,将多种或多个物理存储设备映射到一个单一逻辑资源池中,构建虚拟存储池。用户可随意使用存储空间而不用关注底层物理设备的类型和特性形成统一存储。

2.3 网络虚拟化。目前绝大多数医院的数据中心内部通信网络仍然主要依赖以太网,而光纤通道(FC)网络主要用于存储系统。“ 统一网络” 充分利用基于以太网的光纤通信技术(FCoE)和10Gb以太网技术把LAN、SAN等整合为一个统一的网络架构,从而大幅度降低网络建设的复杂度和成本,并且在技术层面实现更高的带宽、更低的延迟、更好的安全性和可管理性,消除虚拟化平台对网络的压力。同时让医院能够保护对光纤存储的现有投资,降低数据中心的成本和复杂性,并简化网络管理。

2.4 桌面虚拟化。桌面虚拟化是将桌面的软件进行虚拟化改造的技术,即在服务器上构建虚拟桌面池,提供给用户使用,使用户仍然像使用桌面系统一样,但软件程序的执行却不是在本地进行的方式。桌面虚拟化将桌面与原来的物理硬件进行分割,实现更灵活的使用,可以实现移动医疗和移动办公。

3.虚拟化技术在医院的应用

我院信息系统规模大、复杂性高,目前使用的各类业务系统约100多个,各类业务终端4000余台。我院将30多个业务系统迁移到虚拟化环境中,收到了良好应用效果。在虚拟化环境的建设过程中,采用VMware公司的vSphere虚拟化平台,对服务器进行统一规划和虚拟化,提供虚拟资源的申请规范与管理流程,建立统一的资源池,在相应的资源池上实现相关业务系统的统一部署和运行,并且做到各业务系统间相互独立、共享硬件资源。

整个虚拟化环境的结构见图1。

图1 虚拟化环境结构图

3.1 计算池。采用了虚拟化5台IBMX3850服务器来搭建计算池,从计算池中虚拟出三十余台虚拟服务器,其性能足够用来运行各类业务系统,服务器只做运算工作,不存放数据,借助VMWare软件的HA和Vmotion特性,可以让虚拟服务器根据应用负载的情况动态调整计算资源,并且可以在不同的物理服务器之间动态迁移。通过虚拟化的应用,原来需要几十台服务器支撑的应用系统现在使用5台服务器就可以支撑,不仅有效地提高了硬件的使用效率,而且大大降低了能耗和成本。

3.2 存储池。为了保证数据的安全性,新购入两套EMC VNX5300存储,实现全冗余的虚拟化存储架构,实现高性能SAN网络的统一部署和集中管理,用于各个业务系统的数据高性能存取。

为了达到好的应用效果,还综合采用了自动精简配置技术、自动分层技术、分布式存储等技术来提高应用性能、提高存储空间的利用率。

3.3 网络池。将部分核心和主要汇聚交换机进行了虚拟化,使用虚拟堆叠技术(IRF2)将两台双活的物理交换机合并为一台,服务器都是通过双网卡方式冗余上联,同样采用双活模式,提高了带宽利用率,使用虚拟局域网(Vlan)等虚拟网络技术,使网络池化,从而保证网络的有效虚拟、安全隔离和智能通路。

3.4 虚拟桌面池。应用VMWare的虚拟桌面套件,构建了虚拟桌面池,在部分科室上线了虚拟桌面系统。虚拟桌面与虚拟服务器的方案类似,不同在于虚拟出来的是用户的桌面环境,在这种情况下,用户看起来是在使用一台实实在在存在的计算机,但实际上是使用的服务器资源。虚拟桌面的终端有多种选择,可以是PC、瘦客户机,也可以是IPad等移动终端,我院选择利用旧PC来作为虚拟桌面的客户端,同时为部分有需要的医护人员配备了IPad终端。虚拟桌面环境下,医生和护士等工作人员不再受限于某台电脑的性能和具体位置, 只要有网络支持,利用任何终端设备都可以以自己身份登录自己的虚拟桌面终端, 随时随地工作, 从而实现移动医疗和移动办公。

4.结语

医院的信息化环境复杂,应用繁多,传统的IT基础架构方式已经不能适应其发展要求。使用虚拟化技术可以提高资源利用率,加快软件系统的上线速度,增强软件系统的可用性和可扩展性,大大降低运维成本,降低功耗、节能减排,实现移动办公和移动医疗,是医院构建IT基础架构的必然趋势

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