面向虛擬化技術(shù)下構(gòu)建醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的研究

摘? 要：隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展，我國各行各業(yè)都開始步入數(shù)據(jù)化、科技化的行列。虛擬化技術(shù)作為計(jì)算機(jī)資源管理技術(shù)，在社會的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用虛擬化技術(shù)，醫(yī)院的數(shù)據(jù)中心得到迅速的發(fā)展和完善，構(gòu)建起來的虛擬化數(shù)據(jù)平臺對醫(yī)院發(fā)展具有重要意義。但虛擬化技術(shù)在醫(yī)院的應(yīng)用中還存在著諸多的問題，例如整合度不夠、資源利用率低下等。

關(guān)鍵詞：虛擬化技術(shù);醫(yī)院信息系統(tǒng);醫(yī)院數(shù)據(jù)中心;應(yīng)用研究

中圖分類號：TP308;R197.324? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）07-0092-03

Research on Building Hospital Data Center under Virtualization Technology

DUAN Qian

（Huadu District，Guangzhou City Peoples Hospital，Guangzhou? 510800，China）

Abstract：With the rapid development of modern information technology，all walks of life in China are beginning to enter the ranks of data and technology. As a computer resource management technology，virtualization technology has been widely used in various fields of society. With the application of virtualization technology，the hospitals data center has been rapidly developed and improved. The constructed virtualized data platform is of great significance to the development of the hospital. But there are still many problems in the application of virtualization technology in hospitals，such as insufficient integration，low resource utilization and other disadvantages.

Keywords：virtualization technology;hospital information system;hospital data center;application research

0? 引? 言

在現(xiàn)代醫(yī)療理念中，醫(yī)院不僅要擁有醫(yī)術(shù)高超的醫(yī)生、服務(wù)優(yōu)良的護(hù)士，更要有科技含量高的現(xiàn)代化的設(shè)施，而醫(yī)院的信息系統(tǒng)更新、完善正是醫(yī)院現(xiàn)代化建設(shè)的基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。隨著醫(yī)院信息系統(tǒng)規(guī)模的日趨擴(kuò)大，醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器也要相應(yīng)地增加，隨之而來的是維護(hù)成本的增加、管理難度的自然加大。所以，怎樣建造一個(gè)穩(wěn)定、安全、高效的數(shù)據(jù)中心，是醫(yī)院在新形勢下亟待解決的問題。本文將以廣州花都區(qū)人民醫(yī)院為例，對虛擬化技術(shù)下怎樣構(gòu)建醫(yī)院的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究。

1? 現(xiàn)狀的分析

在傳統(tǒng)的醫(yī)院數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)中，一臺數(shù)據(jù)服務(wù)器必須配置相關(guān)的操作系統(tǒng)，運(yùn)行單獨(dú)應(yīng)用模式，而且還要為每一個(gè)應(yīng)用配備單獨(dú)的儲存設(shè)備，這樣的管理機(jī)制，導(dǎo)致管理部門必須經(jīng)常采購和規(guī)劃設(shè)備。盡管在虛擬化技術(shù)的完善過程中，系統(tǒng)服務(wù)器和桌面設(shè)備的數(shù)量在不斷增加，但在應(yīng)用過程中并沒有發(fā)揮容量和性能的優(yōu)勢。另外，隨著日新月異的信息技術(shù)，每個(gè)醫(yī)院對信息化管理的依賴程度都在與日俱增，尤其是對虛擬化技術(shù)應(yīng)用的深度和廣度都在增加。而服務(wù)器的每一次停止運(yùn)行，對醫(yī)院的損失都是很大的，怎樣把系統(tǒng)停機(jī)的概率降到最低，是醫(yī)院IT管理人員迫切需要解決的問題。由此可見，醫(yī)院的信息管理系統(tǒng)怎樣融合虛擬化技術(shù)，是醫(yī)院信息化建設(shè)的重中之重，也是醫(yī)院和現(xiàn)代化接軌的必由之路。

2? 醫(yī)院數(shù)據(jù)中心建設(shè)原則

2.1? 先進(jìn)性

以虛擬化技術(shù)為依托，構(gòu)建與世界標(biāo)準(zhǔn)接軌的高性能、容易運(yùn)作和管理的數(shù)據(jù)平臺，以滿足醫(yī)院全部應(yīng)用系統(tǒng)改造和升級的資源需求。

2.2? 實(shí)用性

構(gòu)建能滿足新時(shí)期業(yè)務(wù)需求以及未來發(fā)展趨勢、具備現(xiàn)代化管理手段的數(shù)據(jù)中心，集中調(diào)度所有應(yīng)用系統(tǒng)的資源。

2.3? 安全性

同步實(shí)施系統(tǒng)安全建設(shè)，除了實(shí)現(xiàn)諸多層次的安全指標(biāo)外，更要注重管理體系的完善，確保醫(yī)院數(shù)據(jù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3? 傳統(tǒng)醫(yī)院數(shù)據(jù)中心架構(gòu)及其存在的問題

3.1? 系統(tǒng)架構(gòu)

通常情況下，醫(yī)院信息管理系統(tǒng)包括以下這些方面：HIS、LIS、PACS、EMR、財(cái)務(wù)系統(tǒng)、人力資源管理系統(tǒng)、OA系統(tǒng)、物資設(shè)備管理系統(tǒng)、手術(shù)麻醉系統(tǒng)、重癥監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)、消毒供應(yīng)追溯系統(tǒng)、體檢系統(tǒng)以及官網(wǎng)等。

在傳統(tǒng)醫(yī)院的數(shù)據(jù)中心采用雙機(jī)熱備系統(tǒng)的只是具備HIS、LIS、PACS、EMR等數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的一個(gè)或者幾個(gè)而已，其余的服務(wù)器基本都是單機(jī)運(yùn)行模式。例如，某醫(yī)院虛擬化前的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心拓?fù)浼軜?gòu)，如圖1所示。

3.2? 存在的問題

3.2.1? 資源利用率低

通常情況下，三級以上的醫(yī)院的信息系統(tǒng)都會超過40個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)類型，數(shù)據(jù)中心具備20臺以上的物理服務(wù)器。在以往的服務(wù)器及相關(guān)產(chǎn)品的采購存儲中，必須要對未來的發(fā)展趨勢和現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用進(jìn)行分析，然后根據(jù)單個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行產(chǎn)品采購，如果預(yù)估不準(zhǔn)確和現(xiàn)實(shí)使用中有其他變化，浪費(fèi)資源的現(xiàn)象就會發(fā)生。同時(shí)，隨著醫(yī)院整體的發(fā)展，信息系統(tǒng)在不斷地?cái)U(kuò)大規(guī)模，與之相適應(yīng)的就是增加服務(wù)器的數(shù)量，而在實(shí)際的應(yīng)用中很多服務(wù)器的利用率十分低下，從而造成機(jī)房空間、電力、冷卻等資源浪費(fèi)，進(jìn)而提升了管理的成本。

3.2.2? 安全性差

傳統(tǒng)的醫(yī)院信息系統(tǒng)安全性不高，會對醫(yī)院的正常醫(yī)療工作造成影響。但醫(yī)院為保障安全、可靠性所采取的措施是有限的，只能是對冗余備份系統(tǒng)進(jìn)行加增或者是采用雙機(jī)系統(tǒng)。而多數(shù)醫(yī)院實(shí)施的安全冗余方案只是針對最重要、最核心、利用率高的系統(tǒng)，而其他系統(tǒng)依舊處于缺乏安全性的單機(jī)模式。而隨著醫(yī)院整體信息系統(tǒng)應(yīng)用復(fù)雜性增加，相應(yīng)地提高了信息交互和集成度，系統(tǒng)的利用率也在逐步提高。由此，安全性的提升已經(jīng)是醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的當(dāng)務(wù)之急。

3.2.3? 管理難度大

傳統(tǒng)醫(yī)院數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器都是通過手工管理的，會暴露長時(shí)間的宕機(jī)、故障節(jié)點(diǎn)多、維護(hù)成本高的問題;而且，一組服務(wù)器管理一個(gè)系統(tǒng)，在備份數(shù)據(jù)、系統(tǒng)切換方面存在困難;另外，不均衡的負(fù)載也是很大問題，還很多瓶頸存在，更有閑置浪費(fèi)的現(xiàn)象。基于醫(yī)院晝夜不間斷工作的特征，讓維護(hù)管理沒有最佳的時(shí)間和時(shí)機(jī)，造成數(shù)據(jù)積壓嚴(yán)重、不能正常地遷移、演練和優(yōu)化，嚴(yán)重影響硬件的資源利用，導(dǎo)致醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的管理監(jiān)控效能低下。

4? 虛擬化技術(shù)概況

4.1? 服務(wù)器虛擬化

虛擬化技術(shù)的核心特征就是服務(wù)器的虛擬化，也就是服務(wù)器抽象化的過程，從物理資源變化為邏輯資源，讓一臺服務(wù)器發(fā)揮幾臺甚至是幾十臺服務(wù)器的功能，也就是相互隔離虛擬的特征，促使I/0、內(nèi)存、CPU、磁盤等硬件成為動態(tài)控制的“資源池”。每臺虛擬后的邏輯服務(wù)器對不同的應(yīng)用實(shí)施運(yùn)行，既有效提升了資源的利用率，也大大簡化了管理系統(tǒng)。同時(shí)也可以虛擬化相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，虛擬的模式有兩種：即單一的物理設(shè)備虛擬為多個(gè)設(shè)備、多個(gè)物理設(shè)備虛擬成單一的設(shè)備。第一種虛擬起到提升設(shè)備利用率的作用，第二種發(fā)揮冗余度強(qiáng)化的功能，確保網(wǎng)絡(luò)安全性。

4.2? 虛擬機(jī)遷移

利用構(gòu)建絕對的隔離、安全虛擬機(jī)對操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序?qū)嵤┓庋b，把硬件的物理資源變化為虛擬機(jī)資源。統(tǒng)一管理、配置所有的虛擬機(jī)，實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)控資源的目的，促使虛擬機(jī)的遷移。由此，災(zāi)難恢復(fù)就完全可以通過虛擬機(jī)的轉(zhuǎn)移和復(fù)制完成，其可用性大大提升。虛擬服務(wù)器擁有均衡負(fù)載的透明度、隔離故障的自動化等性能。利用虛擬化技術(shù)整合網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，大大地提升了醫(yī)院信息系統(tǒng)服務(wù)器資源的利用率，既增加了信息系統(tǒng)的管理效益，更縮減了管理成本。

5? 虛擬化數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)和安排

5.1? 醫(yī)院虛擬化數(shù)據(jù)中心架構(gòu)

最大限度地冗余了所有物理設(shè)備，是虛擬化后的醫(yī)院數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的明顯特點(diǎn)。真正實(shí)現(xiàn)了雙鏈路的格局優(yōu)勢，即物理服務(wù)器與存貯柜之間的雙鏈路、物理服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)之間的雙鏈路;諸多物理服務(wù)器構(gòu)成的集中的資源池保證所有虛擬服務(wù)器暢通運(yùn)行，就算其中的任何物理服務(wù)器發(fā)生故障，相關(guān)的虛擬服務(wù)器都可以向其他正常服務(wù)器遷移，確保繼續(xù)運(yùn)行。

5.2? 服務(wù)器資源整合

虛擬服務(wù)器優(yōu)于傳統(tǒng)服務(wù)器的最大特征是有效整合了原有的物理服務(wù)器資源，讓原來資源利用率低下的服務(wù)器對諸多虛擬機(jī)實(shí)施運(yùn)行，同時(shí)在資源豐富的物理機(jī)上運(yùn)行那些資源匱乏的服務(wù)器，完全解決了遷移前服務(wù)器CPU、內(nèi)存等缺少的問題。同時(shí)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心使用的服務(wù)器不是配置虛擬化的，其CPU和內(nèi)存配置還有很大的拓展空間，在虛擬化的過程中，將這些主板上的空間進(jìn)行滿配，就徒增了很多服務(wù)器資源，而其配置的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于購買新的服務(wù)器。由此，整合后的醫(yī)院數(shù)據(jù)中心就擁有更多的服務(wù)器資源，逐步實(shí)現(xiàn)服務(wù)器集群、容災(zāi)廣闊功能。

5.3? 優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置

虛擬化后的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，切實(shí)減少了物理服務(wù)器的數(shù)量，也節(jié)省了很多接入用的服務(wù)器端口。同時(shí)為保證運(yùn)行的穩(wěn)定性，要對接入網(wǎng)絡(luò)配置實(shí)施必要的強(qiáng)化：（1）確保全部物理服務(wù)器最低實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接的雙鏈路;（2）基于服務(wù)器遷移必須配備高網(wǎng)速，建議使用的端口最低是千兆的，萬兆端口最佳;（3）業(yè)務(wù)用的網(wǎng)絡(luò)端口不能與虛擬服務(wù)器管理用的網(wǎng)絡(luò)端口混在一起，防止虛擬服務(wù)器的相關(guān)操作影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行;（4）一些程序要求服務(wù)器與多個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，這就要求物理服務(wù)器適當(dāng)增加網(wǎng)絡(luò)端口，讓不同虛擬服務(wù)器連接更多的網(wǎng)絡(luò)。總之物理服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)端口要從虛擬化前的每臺2～4個(gè)，增加到虛擬化后的8～10個(gè)或者更多。另外，為了更好發(fā)揮連接的冗余效果，并實(shí)現(xiàn)在不斷網(wǎng)的情況下切換故障，本文建議利用另一種虛擬技術(shù)，即將兩臺物理接入交換機(jī)虛擬成一臺智能彈性架構(gòu)雙機(jī)的技術(shù)。

由很多臺設(shè)備組成的虛擬化技術(shù)系統(tǒng)，其中的主體設(shè)備負(fù)責(zé)擬化運(yùn)行、維護(hù)和管理的任務(wù)，而處理業(yè)務(wù)也可以是次設(shè)備進(jìn)行，前提是在主設(shè)備不能正常運(yùn)行的情況下，系統(tǒng)會自動推選次設(shè)備進(jìn)行工作，保證工作的正常開展。這樣的模式遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的虛擬路由冗余協(xié)議（VRRP）雙機(jī)模式更具優(yōu)勢：（1）不受環(huán)路限制，點(diǎn)對點(diǎn)組網(wǎng)更輕松自由，且不需要啟動STP;（2）倍增的寬帶鏈路達(dá)到了負(fù)載的均衡，虛擬化交換機(jī)可以跨設(shè)備對鏈路實(shí)施捆綁，可以把不同交換機(jī)上的四條鏈路捆綁在一起，一旦故障出現(xiàn)，毫秒間就可以收斂;（3）交換機(jī)的性能無限增大，因?yàn)樨?fù)載均衡的兩臺交換機(jī)，都在進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換轉(zhuǎn)發(fā)工作;（4）虛擬交換機(jī)技術(shù)與服務(wù)器虛擬化技術(shù)的融合，讓管理更便捷。

5.4? 數(shù)據(jù)存貯及備份優(yōu)化

基于醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)多為光纖，本文利用了FC SAN架構(gòu)對醫(yī)院數(shù)據(jù)中心虛擬化實(shí)施的設(shè)計(jì)，將數(shù)據(jù)中心的全部存貯柜與所有的物理服務(wù)器通過兩個(gè)光交換機(jī)進(jìn)行雙鏈路連接。其中容量大、性能好的作為主存，輔助存貯利用其他的。虛擬化實(shí)施以后，數(shù)據(jù)中心的所有存貯柜都可以被連接使用，與此同時(shí)，也可以對那些老存貯柜的主板實(shí)施擴(kuò)充，拓展出來的硬盤空間資源可以對更多虛擬服務(wù)器實(shí)施運(yùn)行，為數(shù)據(jù)中心的所有應(yīng)用數(shù)據(jù)做各種備份。

6? 花都區(qū)人民醫(yī)院的應(yīng)用效果

6.1? 提高了擴(kuò)展性和并行處理能力

虛擬云平臺接收到用戶遷移過來的數(shù)據(jù)分析后，根據(jù)不同的應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)構(gòu)建獨(dú)立的系統(tǒng)虛擬機(jī)，為宿主服務(wù)器群資源以及虛擬機(jī)資源的靈活高擴(kuò)展提供強(qiáng)力的支持，在云平臺內(nèi)部，系統(tǒng)按照資源的利用狀態(tài)實(shí)施在線遷移，提供業(yè)務(wù)服務(wù)。

6.2? 總成本顯著降低

經(jīng)過對服務(wù)器的合理整合，物理服務(wù)器的數(shù)量得到控制和精簡，顯著提升了各個(gè)物理服務(wù)器效率以及利用CPU資源的效率，讓硬件的維護(hù)運(yùn)營成本明顯降低，其中包括人力、冷氣空調(diào)、耗電、網(wǎng)線、數(shù)據(jù)中心空間、機(jī)柜等成本，同時(shí)解決了舊程序的兼容性、升級維護(hù)等難題，使運(yùn)維成本大大降低。

6.3? 運(yùn)營效率明顯提升

虛擬系統(tǒng)讓新服務(wù)器和應(yīng)用程序得到快速部署，縮短了重建服務(wù)器和加載應(yīng)用的時(shí)間。對資源增長實(shí)施提前規(guī)劃，能以最快的速度響應(yīng)用戶和應(yīng)用的需求，縮短了以往的采購流程和時(shí)間。同時(shí)對硬件維護(hù)和升級的速度加快。

6.4? 系統(tǒng)服務(wù)水平有所提高

IT資源和業(yè)務(wù)之間的關(guān)系得到良好的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級對應(yīng)的IT資源和業(yè)務(wù)。以大資源管理的模式對所有服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)等實(shí)施統(tǒng)一的管理，然后按不同的需求分配資源。

7? 結(jié)? 論

綜上所述，在傳統(tǒng)的醫(yī)院管理中，基于人力、物力和財(cái)力的限制，對醫(yī)院的信息管理系統(tǒng)總體的規(guī)劃不足，以及醫(yī)院面臨的信息管理人才缺乏等因素，造成硬件設(shè)施淘汰頻繁，軟件升級面臨困難和壓力。而對虛擬化技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，在改造舊的數(shù)據(jù)中心設(shè)備的基礎(chǔ)上，醫(yī)院可以構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，不僅提升了管理效率，更節(jié)約了成本。由此可見，在醫(yī)院的信息管理中應(yīng)用虛擬化技術(shù)，將是現(xiàn)代醫(yī)院信息化建設(shè)的大勢所趨。

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作者簡介：段茜（1988.10—），女，漢族，江西萍鄉(xiāng)人，高級工程師，畢業(yè)于海南大學(xué)，研究生，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)知識工程。