醫(yī)院信息系統(tǒng)服務(wù)器虛擬化改造實例

孫 穎

天津市中心婦產(chǎn)科醫(yī)院信息科， 天津 300100

醫(yī)院信息系統(tǒng)服務(wù)器虛擬化改造實例

孫 穎

天津市中心婦產(chǎn)科醫(yī)院信息科， 天津 300100

為解決醫(yī)院現(xiàn)行信息系統(tǒng)條件下服務(wù)器多、管理難、維護(hù)量大、硬件利用率低等難題，利用虛擬化技術(shù)對醫(yī)院IT環(huán)境中的服務(wù)器設(shè)備進(jìn)行了整合和優(yōu)化配置，同時根據(jù)醫(yī)院信息系統(tǒng)的特點合理地將各應(yīng)用系統(tǒng)在虛擬化環(huán)境中部署，實現(xiàn)在降低醫(yī)院IT運(yùn)營成本的同時，使信息系統(tǒng)更加可靠、高效地運(yùn)行。實踐表明，這次改造實現(xiàn)了多操作系統(tǒng)共存、硬件性能提升、維護(hù)量減少、投資降低的效果。

醫(yī)院信息系統(tǒng)；服務(wù)器；虛擬化；Vmware

天津市中心婦產(chǎn)科醫(yī)院歷經(jīng)幾十年的建設(shè)與發(fā)展，目前已發(fā)展成為集醫(yī)、教、研、防于一體，天津市惟一一家婦產(chǎn)科專科三級甲等醫(yī)院。隨著醫(yī)院規(guī)模的不斷擴(kuò)大及醫(yī)院信息化建設(shè)要求的進(jìn)一步發(fā)展，現(xiàn)代醫(yī)院對醫(yī)療信息系統(tǒng)的依賴程度越來越高，隨之產(chǎn)生各類紛繁復(fù)雜的醫(yī)療信息系統(tǒng)、醫(yī)院管理信息系統(tǒng)和影像系統(tǒng)，等。信息系統(tǒng)的增多，醫(yī)院機(jī)房里的服務(wù)器也就越多，導(dǎo)致機(jī)房在越來越多的設(shè)備面前顯得力不從心。面對上述諸多問題，我們利用近些年來蓬勃發(fā)展的虛擬化技術(shù)高效地對服務(wù)器設(shè)備進(jìn)行整合和優(yōu)化配置，淘汰掉老舊服務(wù)器，在降低醫(yī)院IT運(yùn)營成本的同時使信息系統(tǒng)更加可靠高效地運(yùn)行。

1 信息系統(tǒng)服務(wù)器改造前情況

天津市中心婦產(chǎn)科醫(yī)院運(yùn)行的IT系統(tǒng)為2010年搬遷至新址時建設(shè)，至今已4年多時間。除HIS、EMR核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)外，其他重要業(yè)務(wù)系統(tǒng)還有LIS、PACS、RIS等多個關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)，等，且又在近兩年添加了助孕系統(tǒng)及手術(shù)麻醉系統(tǒng)，等。

醫(yī)院原運(yùn)行的HIS、EMR系統(tǒng)服務(wù)器為2臺HP RX8640小型機(jī)，采用Intel聯(lián)合制造的安騰(itanium)處理器，操作系統(tǒng)為微軟Windows Server 2008 R2 for Itanium 版，2臺機(jī)器采用微軟MSCS群集系統(tǒng)與微軟的AD(active dicrectory)域組成雙機(jī)群集結(jié)構(gòu)，其他重要業(yè)務(wù)系統(tǒng)同樣采用微軟的MSCS雙機(jī)群集結(jié)構(gòu)在運(yùn)行，并依托于AD域。同時，雙機(jī)熱備的方式對服務(wù)器資源造成巨大的浪費(fèi)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署復(fù)雜，管理維護(hù)困難，靈活性、可靠性差。系統(tǒng)長時間運(yùn)行后，AD域的不穩(wěn)定在故障切換時會導(dǎo)致不可預(yù)知的問題，資源無法在群集間進(jìn)行交換，致使雙機(jī)群集不可用，系統(tǒng)只能單機(jī)運(yùn)行。一旦系統(tǒng)宕機(jī)，無法短時間恢復(fù)運(yùn)行，無法保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性，影響全院業(yè)務(wù)開展進(jìn)而造成惡劣影響。因此，如何使服務(wù)器的資源被更有效地利用起來，如何提高單機(jī)服務(wù)的安全性，成為醫(yī)院迫切需要解決的問題。

對此，院領(lǐng)導(dǎo)決定對一些關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，以解決現(xiàn)在所遇到的問題，同時規(guī)避后期未知的風(fēng)險。

經(jīng)過分析，最終決定購買高配置服務(wù)器，整合原有服務(wù)器，以VMware虛擬服務(wù)器軟件平臺，搭建醫(yī)院的虛擬化服務(wù)器構(gòu)架，解決現(xiàn)階段醫(yī)院服務(wù)器資源緊張、使用不平衡，及安全性不足的問題。

2 實現(xiàn)服務(wù)器虛擬化

2.1 服務(wù)器的虛擬化技術(shù)

所謂服務(wù)器虛擬化就是將服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源，讓一臺服務(wù)器變成幾臺甚至上百臺相互隔離的虛擬服務(wù)器，或者讓幾臺服務(wù)器變成一臺服務(wù)器來用。我們不再受限于物理上的界限，而是讓CPU、內(nèi)存、磁盤、I/O等硬件變成可以動態(tài)管理的“資源池”，從而提高資源的利用率，降低硬件采購成本和運(yùn)行成本，簡化系統(tǒng)管理，實現(xiàn)服務(wù)器整合，讓IT對業(yè)務(wù)的變化更具適應(yīng)力[1]。

2.2 服務(wù)器虛擬化技術(shù)在醫(yī)院信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.2.1 搭建虛擬化服務(wù)器集群 該院服務(wù)器虛擬化改造利用VMware vSphere整合x86服務(wù)器，從而更充分地利用了現(xiàn)有的資源[2]。首先建立名稱為zxfc的數(shù)據(jù)中心，將服務(wù)器虛擬化環(huán)境劃分為X和Y兩個虛擬化服務(wù)器群集，根據(jù)群集環(huán)境及性能將可用性要求不高、負(fù)載較低的系統(tǒng)部署在X服務(wù)器群上，而高可用和高性能的系統(tǒng)部署在Y服務(wù)器群上。虛擬化軟件選用VMware vSphere，群集啟用VSphere High Availability(HA)、VSphere Distributed Resource Sched- uler(DRS)解決方案。

X服務(wù)器群集由醫(yī)院現(xiàn)有的4臺HP DL580服務(wù)器組成，對其進(jìn)行擴(kuò)容升級，增加必要的內(nèi)存與網(wǎng)卡部件后，將4臺主機(jī)安裝VMware ESXi添加到X群集中，運(yùn)行助孕、HIS測試庫、HIS備用庫、EMR備用庫、超聲系統(tǒng)，等。

VMware ESXi是在通用環(huán)境下分區(qū)和整合系統(tǒng)的虛擬主機(jī)軟件。它具有高級資源管理功能，靈活的虛擬主機(jī)平臺。再通過服務(wù)控制臺來合理分配資源給上面的虛擬機(jī)使用，以達(dá)到資源最大化。

在X群集穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間后，該院又進(jìn)行了高性能和高可用的應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器升級改造工作。

Y服務(wù)器群由新購置的2臺HP DL980服務(wù)器與原有的一臺H3C Flexserver R390服務(wù)器組成。首先創(chuàng)建一個群集Y，將A、B、C三臺主機(jī)安裝VMware ESXi添加到Y(jié)群集中，如圖1所示。

圖1 虛擬化服務(wù)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

打開群集X中的“VMware HA”功能，在“‘VMware HA’的配置選項中啟用主機(jī)監(jiān)控”，在“接入控制策略”中指定故障切換主機(jī)為服務(wù)器C。在部署虛擬機(jī)過程中，將HIS、EMR.LIS等分別部署在服務(wù)器A和B上，服務(wù)器C同時作為服務(wù)器A和B的備援主機(jī)。這樣當(dāng)服務(wù)器A或B因硬件故障發(fā)生宕機(jī)時，故障主機(jī)上的虛擬機(jī)將自動漂移到服務(wù)器C上，從而實現(xiàn)了對應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)連續(xù)性保護(hù)?！癡Mware HA”功能如圖2所示。

圖2 故障主機(jī)上的虛擬機(jī)自動漂移

除了在Y群集中建立備援主機(jī)外，我們還在X群集HIS、EMR備用庫虛擬機(jī)上啟用Vmware fault tol- erance(FT)功能[3]。FT建立在ESX/ESXi主機(jī)平臺上，通過創(chuàng)建和維護(hù)等同于主虛擬機(jī)并可在發(fā)生故障切換時替換主虛擬機(jī)的輔助虛擬機(jī)來為虛擬機(jī)提供連續(xù)可用性。FT啟動后，VM Tools從每個虛機(jī)中發(fā)送心跳信號到VMM，此心跳信號與HA的心跳信號類似。VMM檢查以確保主要和次要副本都在運(yùn)行。如果主副本所在的host丟失，VMM將不再發(fā)送心跳信號。此時，次要副本立刻變?yōu)榛顒拥?，并成為主要副本，服?wù)不會經(jīng)歷任何中斷，以確保HIS、EMR等主要業(yè)務(wù)的連續(xù)性，最大限度地縮短停機(jī)時間。

2.2.2 從物理機(jī)向虛擬機(jī)遷移 當(dāng)VMware vSphere基礎(chǔ)架構(gòu)搭建好后，如何把現(xiàn)有跑在物理機(jī)上的應(yīng)用遷移到虛擬機(jī)上呢？這就需要運(yùn)用VMware vCenter Converter工具。此工具可以實現(xiàn)P2V(物理機(jī)在線或離線遷移到虛擬機(jī))、V2V(VMware各虛擬機(jī)產(chǎn)品之間或和hyper-V之間的轉(zhuǎn)換)，以及把第三方的備份鏡像遷移入虛擬機(jī)。Converter雖然可以完整地將物理機(jī)克隆成虛擬機(jī)映像，但系統(tǒng)遷移花費(fèi)的時間較長，不太適合對HIS、LIS、RIS和電子病歷這些計劃內(nèi)停機(jī)時間要求較高的系統(tǒng)，這部分系統(tǒng)應(yīng)采用數(shù)據(jù)庫的遷移方式[4]。開始遷移前在虛擬化環(huán)境中創(chuàng)建好符合應(yīng)用運(yùn)行要求的虛擬機(jī)并分配一個臨時IP地址，然后在虛擬機(jī)上安裝好與原系統(tǒng)版本完

全一致的數(shù)據(jù)庫軟件并進(jìn)行相應(yīng)配置，遷移開始時關(guān)閉數(shù)據(jù)庫并將數(shù)據(jù)文件拷貝到虛擬機(jī)上的同一路徑下，拷貝完成后斷開原物理服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接，將虛擬機(jī)IP地址修改為原地址，打開數(shù)據(jù)庫后完成遷移工作[5]。

3 服務(wù)器虛擬化的優(yōu)點

服務(wù)器虛擬化具有以下優(yōu)點：

①物理機(jī)的移動、復(fù)制不便，且受制于特定的硬件集合。虛擬機(jī)獨(dú)立于物理硬件，因此更易于復(fù)制和移動。此外，虛擬機(jī)獨(dú)立于運(yùn)行在相同物理硬件上的其他虛擬機(jī)，并且不受物理硬件變化的影響，因此非常易于管理。

②業(yè)務(wù)系統(tǒng)由物理環(huán)境遷移到虛擬環(huán)境，系統(tǒng)部署時間縮短，系統(tǒng)可靠性提高，易用、易維護(hù)，在故障時可以有多種方式保證業(yè)務(wù)快速恢復(fù)運(yùn)行。

③以極少或零停機(jī)時間備份和恢復(fù)。我們可以只對虛擬機(jī)配置一次操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，然后進(jìn)行多次克隆。備份虛擬機(jī)就像備份幾個文件一樣簡單。因此，虛擬機(jī)可確?？旖莶渴鸷涂煽啃?。

④更佳的資源利用率。多臺虛擬機(jī)可在同一臺物理服務(wù)器上運(yùn)行。此外，將計算能力整合到數(shù)量更少的物理機(jī)上可為我們的企業(yè)節(jié)約大量電能。

⑤支持異構(gòu)操作系統(tǒng)的整合，支持老應(yīng)用的持續(xù)運(yùn)行。

我們利用虛擬化技術(shù)有效地整合了醫(yī)院信息系統(tǒng)的服務(wù)器資源，淘汰了一大批老舊服務(wù)器，消除了因服務(wù)器硬件故障造成的系統(tǒng)停機(jī)隱患，節(jié)省了大量機(jī)柜空間，降低了中心機(jī)房耗電量和制冷能耗。另一方面，借助虛擬化架構(gòu)提供的自動故障切換，我們還實現(xiàn)了對關(guān)鍵系統(tǒng)主機(jī)的自動化容錯，顯著提高了整個醫(yī)院信息系統(tǒng)的可用性等級。

[1]馬錫坤,于京杰,楊國斌.存儲虛擬化技術(shù)在醫(yī)院信息系統(tǒng)平臺中的作用[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2011,26(10):39-40

[2]陳宇斯.淺談虛擬化在醫(yī)院信息系統(tǒng)的應(yīng)用[J].中外健康文摘,2012,09(15):386-387

[3]潘世成.服務(wù)器虛擬化安全機(jī)制研究[J].計算機(jī)安全,2011,(1):58-60

[4]吳邦華,李玉明,金暉,等.虛擬技術(shù)在醫(yī)院信息系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國數(shù)字醫(yī)學(xué),2012,7(7)：55-57

[5]陳國耿.服務(wù)器虛擬化部署成功的關(guān)鍵[J].北方藥學(xué),2012,9(9):70-71

An example of hospital information system based on server virtualization technology

SunYing

InformationDepartment,TianjinCentralHospitalofGynecologyandObstetrics,Tianjin300100,China

To solve the problems in the existing hospital information system (HIS), including multiple servers, difficult management, heavy maintenance workload and low hardware utilization rate, we integrated and optimized configuration of server equipment of our hospital IT environment by using virtualization technology. Meanwhile we integrated various application systems in the virtual environment based on the characteristics of HIS so as to reduce the cost of hospital IT operation and make HIS run more reliably and efficiently. Practice shows that this transformation has realized the co-existence of various operation systems, enhanced hardware performance, and decreased maintenance workload and investment cost.

hospital information system; server; virtualization; Vmware

2015-01-09

孫穎(1972-)，女，天津人，本科，工程師，主要研究方向：醫(yī)院信息管理及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。

R-058

A

1004-5287(2015)03-0305-03

：10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201503019