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      容災(zāi)技術(shù)在醫(yī)院信息化建設(shè)中的應(yīng)用研究

      2012-09-09 04:09:48韓愛華
      中國醫(yī)學(xué)裝備 2012年8期
      關(guān)鍵詞:容災(zāi)異地災(zāi)難

      韓愛華

      容災(zāi)技術(shù)在醫(yī)院信息化建設(shè)中的應(yīng)用研究

      韓愛華①

      目的:探索建立醫(yī)院信息系統(tǒng)(HIS)核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用級別的容災(zāi)架構(gòu)與模式。方法:從容災(zāi)相關(guān)概念與技術(shù)指標(biāo)、容災(zāi)的目標(biāo)與分類、容災(zāi)規(guī)范、容災(zāi)技術(shù)與關(guān)鍵技術(shù)分析以及容災(zāi)系統(tǒng)建設(shè)方案與選擇入手,通過容災(zāi)技術(shù)與容災(zāi)系統(tǒng)的深入研究,從低級到高級設(shè)計出多種醫(yī)院信息系統(tǒng)容災(zāi)架構(gòu)與模式。結(jié)果:選擇適合的容災(zāi)模式,可以達(dá)到容災(zāi)應(yīng)用要求,做到數(shù)據(jù)0丟失、服務(wù)0中斷、業(yè)務(wù)0間斷。結(jié)論:一地兩中心的“2+2”模式在現(xiàn)實中具有實現(xiàn)成本低、容災(zāi)級別高、實用的優(yōu)點(diǎn),值得推廣應(yīng)用。

      容災(zāi);全冗余;園區(qū)級容災(zāi);一地兩中心;“2+2”模式

      [First-author's address]Department of Equipment Management, Lanshan People’s Hospital, Linyi 276001, China.

      隨著信息技術(shù)的發(fā)展,信息化的應(yīng)用越來越廣泛,各行業(yè)對信息技術(shù)的依賴性越來越強(qiáng),信息服務(wù)和數(shù)據(jù)已成為賴以生存的生命源泉。對醫(yī)院來講,其業(yè)務(wù)具有數(shù)據(jù)量大、類型復(fù)雜和事務(wù)并發(fā)多、實時性強(qiáng)、緊密相關(guān)生命與健康的特殊性,任何人為或自然因素所導(dǎo)致的應(yīng)用中斷、數(shù)據(jù)丟失,都可能造成醫(yī)院巨大的經(jīng)濟(jì)和名譽(yù)損失甚至產(chǎn)生嚴(yán)重的法律后果。因此,醫(yī)院信息系統(tǒng)不但應(yīng)具有防止單點(diǎn)故障的高可用系統(tǒng),還需具備應(yīng)對災(zāi)難發(fā)生的容災(zāi)能力,以保障業(yè)務(wù)的連續(xù)性和提升業(yè)務(wù)體系的安全度,容災(zāi)建設(shè)已成為醫(yī)院信息安全管理工作的重中之重[1]。

      1 容災(zāi)相關(guān)概念與技術(shù)指標(biāo)

      1.1 災(zāi)難(Disaster)

      所謂災(zāi)難,通常是指引起關(guān)鍵業(yè)務(wù)的信息服務(wù)中斷、業(yè)務(wù)功能停頓或服務(wù)水平不可接受、達(dá)到特定時間的突發(fā)性事件。典型的災(zāi)難事件是自然災(zāi)難,如火災(zāi)、地震等;還有業(yè)務(wù)運(yùn)營所需服務(wù)的中斷,如硬件故障、軟件錯誤、網(wǎng)絡(luò)中斷和電力故障等;人為的因素如操作員錯誤、破壞、植入有害代碼和恐怖襲擊;與IT系統(tǒng)相關(guān)的計劃外宕機(jī)也可視作災(zāi)難[2]。

      1.2 容災(zāi)(disaster recovery,DR)

      容災(zāi)是指在各種災(zāi)難事件發(fā)生后,通過特定的容災(zāi)機(jī)制防止用戶業(yè)務(wù)系統(tǒng)遭受各種災(zāi)難的破壞,在可以容忍的時間內(nèi)恢復(fù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行,最大限度地保障計算機(jī)信息系統(tǒng)提供正常的應(yīng)用服務(wù)和保障業(yè)務(wù)的連續(xù)性[3-4]。

      1.3 容災(zāi)系統(tǒng)(disaster recovery system, DRS)

      容災(zāi)系統(tǒng)是指在相隔較遠(yuǎn)的“異地”,建立兩套或多套功能相同的IT系統(tǒng),互相之間可以進(jìn)行健康狀態(tài)監(jiān)視和功能切換,當(dāng)一處系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)難事件時,整個應(yīng)用和業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以切換到另一處,使得該業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能可以繼續(xù)正常工作,即利用地理上的分離來保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)對災(zāi)難事件的抵御能力。

      1.4 容災(zāi)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)[5]

      恢復(fù)時間目標(biāo)(recovery time objective, RTO):是指所能容忍的業(yè)務(wù)停止服務(wù)的最長時間。RTO針對的是服務(wù)丟失,系統(tǒng)服務(wù)的緊迫性要求越高,RTO的值越小。

      數(shù)據(jù)恢復(fù)點(diǎn)目標(biāo)(recovery point objective, RPO):是指代表了當(dāng)災(zāi)難發(fā)生時能夠容忍丟失的數(shù)據(jù)量。RPO針對的是數(shù)據(jù)丟失,系統(tǒng)容忍丟失的數(shù)據(jù)量越小,RPO的值越小。

      網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)目標(biāo)(network recovery objective, NRO):是指災(zāi)難發(fā)生后的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時間,即用戶在災(zāi)難后可以連接到災(zāi)備中心的時間。

      2 容災(zāi)的目標(biāo)與分類

      2.1 容災(zāi)的目標(biāo)

      容災(zāi)的實質(zhì)是確保永不停頓的業(yè)務(wù)運(yùn)營,容災(zāi)系統(tǒng)的核心在于使用各種技術(shù)和管理手段將災(zāi)難的影響化解。一是保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的安全,即“數(shù)據(jù)不丟失”;二是保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性,即“應(yīng)用不間斷”。真正意義上的容災(zāi),必須具備同時保證數(shù)據(jù)不丟失和應(yīng)用不間斷的能力,這也是容災(zāi)的最基本的目標(biāo)[6]。

      2.2 容災(zāi)分類

      容災(zāi)分為3類:數(shù)據(jù)容災(zāi)、應(yīng)用容災(zāi)和業(yè)務(wù)容災(zāi)[7]。對應(yīng)3個級別:數(shù)據(jù)級別、應(yīng)用級別和業(yè)務(wù)級別。從對用戶整個業(yè)務(wù)連續(xù)性的保障程度來看,它們的高可用級別也逐漸提高。數(shù)據(jù)容災(zāi)是抗御災(zāi)難的基礎(chǔ)保障;應(yīng)用容災(zāi)是容災(zāi)系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo);業(yè)務(wù)容災(zāi)是最高級別容災(zāi)。

      (1)數(shù)據(jù)層容災(zāi)。是指建立一個異地的數(shù)據(jù)系統(tǒng),該系統(tǒng)是本地關(guān)鍵應(yīng)用數(shù)據(jù)的一個實時復(fù)制。在本地數(shù)據(jù)及整個應(yīng)用系統(tǒng)出現(xiàn)災(zāi)難時,系統(tǒng)至少在異地保存有一份可用的關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)級別容災(zāi)的關(guān)注點(diǎn)在于數(shù)據(jù),即災(zāi)難發(fā)生后可以確保用戶原有的數(shù)據(jù)不會丟失或者遭到破壞。

      (2)應(yīng)用層容災(zāi)。是在數(shù)據(jù)容災(zāi)的基礎(chǔ)上,在異地建立一套完整的與本地生產(chǎn)系統(tǒng)相當(dāng)?shù)膫浞輵?yīng)用系統(tǒng),它們可以是互為備份,在災(zāi)難情況下,遠(yuǎn)程系統(tǒng)迅速接管業(yè)務(wù)運(yùn)行。應(yīng)用級容災(zāi)系統(tǒng)不僅需要一份可用的數(shù)據(jù)復(fù)制,還要有包括網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)、應(yīng)用、甚至IP等資源,以及各資源之間的良好協(xié)調(diào),以保證提供不間斷的應(yīng)用服務(wù)。

      (3)業(yè)務(wù)級別容災(zāi)。除了為IT業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供容災(zāi),還包括一系列非IT系統(tǒng),如電話、辦公地點(diǎn)等。當(dāng)一場大的災(zāi)難發(fā)生時,用戶原有的辦公場所都會受到破壞,除了數(shù)據(jù)和應(yīng)用系統(tǒng),更需要一個備份的工作場所能夠正常的開展業(yè)務(wù)。

      3 容災(zāi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

      3.1 國際標(biāo)準(zhǔn)SHARE 78

      根據(jù)Anaheim制定的國際標(biāo)準(zhǔn)SHARE 78的定義,容災(zāi)備份中心自動異地遠(yuǎn)程恢復(fù)任務(wù)被定義有7種層次從低到高:層次0-本地數(shù)據(jù)備份與恢復(fù);層次1-批量存取訪問方式;層次2-批量存取訪問方式+熱備份地點(diǎn);層次3-電子鏈接;層次4-工作狀態(tài)的備份地點(diǎn);層次5-雙重在線存儲;層次6-零數(shù)據(jù)丟失。

      3.2 《信息系統(tǒng)災(zāi)難恢復(fù)規(guī)范》(GB/T 20988-2007)

      根據(jù)國務(wù)院制定的《信息系統(tǒng)災(zāi)難恢復(fù)規(guī)范》,災(zāi)難恢復(fù)從高到底分為6級:6級-數(shù)據(jù)零丟失和遠(yuǎn)程集群支持;5級-實時數(shù)據(jù)傳輸及完整設(shè)備支持;4級-電子傳輸及完整設(shè)備支持;3級-電子傳輸和部分設(shè)備支持;2級-備用場地支持;1級-基本支持。

      4 容災(zāi)技術(shù)與技術(shù)方案以及容災(zāi)方案選擇

      4.1 容災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)分析

      容災(zāi)涉及到多種技術(shù)[8]:如集群、存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(storage area network, SAN)、存儲多路徑(multipathing)、備份、恢復(fù)、快照、鏡像、遠(yuǎn)程復(fù)制技術(shù)、持續(xù)數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)(continuous data protection, CDP)、虛擬化技術(shù)[9]等。

      一種技術(shù)能減少或防止某些類型的災(zāi)難的影響。每種技術(shù)解決問題的側(cè)重不同,如存儲快照技術(shù)用來防范應(yīng)用邏輯錯誤以及人為失誤帶來的存儲數(shù)據(jù)不可用風(fēng)險;鏡像技術(shù)側(cè)重防范磁盤或磁盤陣列失效帶來的存儲系統(tǒng)不可用風(fēng)險;存儲多路徑技術(shù),用來防范因光纖故障或者板卡端口故障帶來的存儲不可用風(fēng)險;數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)用來防范災(zāi)難事件帶來的數(shù)據(jù)損毀風(fēng)險;備份、恢復(fù)軟件提供裸設(shè)備級的快速恢復(fù)能力;HA群集軟件,可以讓備份系統(tǒng)迅速接管不可用的應(yīng)用系統(tǒng);SAN技術(shù)可以方便實現(xiàn)數(shù)據(jù)保護(hù)、數(shù)據(jù)遷移、災(zāi)難恢復(fù)、構(gòu)建數(shù)據(jù)倉庫;CDP技術(shù)能夠捕捉到一切文件級或數(shù)據(jù)塊級別的數(shù)據(jù)寫改動,并提供記錄所有歷史數(shù)據(jù)狀態(tài)的動態(tài)恢復(fù)日志,使得恢復(fù)到任意時刻的數(shù)據(jù)成為可能;存儲虛擬化技術(shù),可用于解決存儲設(shè)備復(fù)雜多樣、操作系統(tǒng)復(fù)雜、對容災(zāi)級別要求較高的難題。

      4.2 容災(zāi)技術(shù)方案

      容災(zāi)技術(shù)方案分為基于應(yīng)用的容災(zāi)方案、基于主機(jī)的容災(zāi)方案和基于存儲(包括虛擬存儲技術(shù))等,這些方案各有其適用的范圍,適用于不同的災(zāi)難保護(hù)需要。比較通用的和實用的容災(zāi)技術(shù)方案主要有兩類,基于主機(jī)的跨陣列數(shù)據(jù)鏡像容災(zāi)方案和基于磁盤系統(tǒng)的數(shù)據(jù)復(fù)制的容災(zāi)方案。

      4.3 容災(zāi)方案選擇

      不同的用戶、不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)、不同應(yīng)用對容災(zāi)的要求不同,要求不同的容災(zāi)服務(wù)等級,需要根據(jù)具體的實際需求來選擇合適的容災(zāi)方案。選擇容災(zāi)方案時要充分考慮現(xiàn)狀、容災(zāi)要求和容災(zāi)級別以及資金投入、異地容災(zāi)中心的管理;還要考察方案在技術(shù)上是否成熟、穩(wěn)定、可靠,性能和靈活性是否滿足要求,是否有成功案例等等。

      5 醫(yī)院信息系統(tǒng)應(yīng)用容災(zāi)模式

      5.1 一地一中心的“2+1”模式

      目前絕大多數(shù)醫(yī)院都采用了傳統(tǒng)的群集技術(shù)[10],實現(xiàn)了“2+1”的“雙機(jī)熱備份”模式,這種基于共享磁盤陣列[11]的集群解決方案在應(yīng)對服務(wù)器故障方面效果顯著,但存在著一個非常明顯的缺陷,那就是作為存儲數(shù)據(jù)的磁盤陣列是一個“單點(diǎn)”。任何單點(diǎn)故障都可能對業(yè)務(wù)產(chǎn)生災(zāi)難性影響,數(shù)據(jù)中心存儲數(shù)據(jù)的磁盤陣列故障同樣如此。因此,這種模式僅僅是一種服務(wù)器高可用方案,容災(zāi)能力非常有限。

      5.2 一地兩中心或兩地兩中心的“2+2”模式[12]

      在“2+1”群集模式的基礎(chǔ)上,增加一臺磁盤陣列,將一臺服務(wù)器定義為一個“運(yùn)算節(jié)點(diǎn)”,將一臺磁盤陣列定義為一個“存儲節(jié)點(diǎn)”,所謂“2+2”的意思是“兩個運(yùn)算節(jié)點(diǎn)+兩個存儲節(jié)點(diǎn)”。采用先進(jìn)的光纖SAN架構(gòu),并采用管理軟件(如Symantec Storage Foundation)實現(xiàn)2臺磁盤陣列之間的鏡像關(guān)系,每一次I/O的寫入都分別通過2條主機(jī)通道到達(dá)2臺磁盤陣列的控制器,并當(dāng)2個I/O都返回正確的結(jié)果之后,操作才算完成。所以,2臺磁盤陣列中的數(shù)據(jù)完全保持實時同步,不用擔(dān)心任何的數(shù)據(jù)一致性問題。數(shù)據(jù)復(fù)制采用同步傳輸?shù)姆绞交蛘弋惒絺鬏敺绞剑絺鬏敺绞阶钸h(yuǎn)距離在50 km內(nèi),超過50 km采用異步方式傳輸。

      當(dāng)生產(chǎn)中心的磁盤系統(tǒng)發(fā)生故障時,由于容災(zāi)中心的磁盤是它的鏡像,操作系統(tǒng)會自動隔離生產(chǎn)中心的磁盤,轉(zhuǎn)而對容災(zāi)中心的數(shù)據(jù)通過SAN網(wǎng)絡(luò)直接進(jìn)行訪問,不需要有任何針對業(yè)務(wù)系統(tǒng)的動作。就是說,生產(chǎn)中心磁盤系統(tǒng)的災(zāi)難,對業(yè)務(wù)系統(tǒng)是透明的,應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫不會因為生產(chǎn)中心磁盤系統(tǒng)的故障而停止;同時也避免了數(shù)據(jù)庫損壞及數(shù)據(jù)一致性風(fēng)險。

      這種解決方案實現(xiàn)了最少硬件的全冗余鏈接,無任何單點(diǎn)故障,系統(tǒng)中任意一個組件的損壞都不會影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行,鏡像的存儲節(jié)點(diǎn)為系統(tǒng)的關(guān)鍵在線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提供了雙重保障,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)和應(yīng)用的高級容災(zāi)。

      兩個節(jié)點(diǎn)可以分別部署在兩地(異地),成為異地兩地兩中心模式;亦可分別部署在同城不同的兩地機(jī)房,構(gòu)建“同城兩地兩中心容災(zāi)模式”,適合于具有分院的醫(yī)院集團(tuán);亦可部署在醫(yī)院內(nèi)不同的建筑內(nèi),如門診樓和住院樓,構(gòu)建一地兩中心架構(gòu),也就是當(dāng)前非常熱門的“園區(qū)級容災(zāi)”模式,適用于沒有分院的醫(yī)院[13]。這幾種模式下,其中一地或者其中一棟樓發(fā)生災(zāi)難性的事故(如火災(zāi)等),醫(yī)院的業(yè)務(wù)和應(yīng)用仍然能夠繼續(xù)正常運(yùn)行,不會有任何數(shù)據(jù)丟失的情況發(fā)生(如圖1所示)。

      圖1 2+2容災(zāi)示意圖

      另外這個“2+2”的架構(gòu)具有非常好的可擴(kuò)展性,不僅可以“2+2”,還可以做到“N+2”,甚至“N+N”,把醫(yī)院的所有信息系統(tǒng)進(jìn)行整合,有效減少硬件投資、提高系統(tǒng)可維護(hù)性。

      5.3 同城-異地(遠(yuǎn)程)的兩地三中心模式[14]

      兩地三中心模式分為3種方式:①在同城異園區(qū)建立災(zāi)備中心,然后遠(yuǎn)程異地災(zāi)備中心實現(xiàn)對同城異園區(qū)災(zāi)備中心的備份;②在同城同園區(qū)建立災(zāi)備中心,然后異地災(zāi)備中心實現(xiàn)對同城同園區(qū)災(zāi)備中心的備份;③同城災(zāi)備中心與遠(yuǎn)程異地災(zāi)備中心分別獨(dú)立為生產(chǎn)中心實施備份。當(dāng)生產(chǎn)中心出現(xiàn)嚴(yán)重故障時,可通過同城災(zāi)備中心實現(xiàn)對業(yè)務(wù)的迅速接管,而出現(xiàn)區(qū)域性重大災(zāi)難時,可通過生產(chǎn)中心的遠(yuǎn)程異地災(zāi)備中心實現(xiàn)業(yè)務(wù)的恢復(fù)。這種模式因為建設(shè)和管理成本太高,在醫(yī)院應(yīng)用不多。

      6 結(jié)語

      容災(zāi)建設(shè)是一項系統(tǒng)工程,需要IT技術(shù)、管理、政策法規(guī)共同配合。全系統(tǒng)的容災(zāi)建設(shè)工程復(fù)雜、成本高昂、管理壓力大。當(dāng)前的解決方案大部分都是面對HIS核心業(yè)務(wù)系統(tǒng),保證數(shù)據(jù)的完整和應(yīng)用的連續(xù),其他重要系統(tǒng)只是進(jìn)行數(shù)據(jù)異地備份。隨著HIT的不斷發(fā)展,特別是虛擬主機(jī)、虛擬計算、虛擬桌面、虛擬存儲等虛擬化技術(shù)[15]和云計算、云存儲[16]技術(shù)等的融合,容災(zāi)技術(shù)和應(yīng)用有著廣泛的前景。參考文獻(xiàn)

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      [11]何鵬,吳青.醫(yī)院信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程容災(zāi)方案設(shè)計分析[J].中外醫(yī)療,2010(13):150-151.

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      [15]謝乍晴,陳章清.虛擬化技術(shù)在構(gòu)建數(shù)字化醫(yī)院中的應(yīng)用[J].醫(yī)學(xué)信息學(xué)雜志,2011,32(9):28-30.

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      Application of disaster recovery technology in establishment of hospital informatization

      HAN Ai-hua

      Objective: To explore how to establish application level disaster recovery framework and mode based on HIS core system in hospital. Methods: The author researched correlative conception, technique data, target and classification, standard, technique and key technical analysis as well as system development scheme and choice of disaster recovery, and thoroughly studied disaster recovery technology and disaster recovery system, and designed all kinds of disaster recovery framework and mode of hospital information system. Results: Selecting proper disaster recovery mode could meet disaster recovery application requirements, and there was no data lose and no service break and no professional work interruption. Conclusion: A ground of "2+2" mode of two centers has the advantage of low cost, high level of disaster recovery, practicality in the reality, and it was worthy of being widely used.

      Disaster recovery; Fully redundant system; Disaster recovery of Park level; One ground of two centers; "2+2" mode

      1672-8270(2012)08-0019-04

      TN915.08

      A

      韓愛華,女,(1969- ),本科學(xué)歷,主管技師。臨沂市蘭山區(qū)人民醫(yī)院設(shè)備科,從事生物醫(yī)學(xué)工程與計算機(jī)醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究。

      2012-04-02

      ①臨沂市蘭山區(qū)人民醫(yī)院設(shè)備科 山東 臨沂 276001

      China Medical Equipment,2012,9(8):19-22.

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