Article Info

[摘要]目的利用服务器虚拟技术，确保医院信息系统7×24 h不间断运行。方法我院通过VMware虚拟化技术，在4台服务器上安装VMware ESX系统，并在ESX/ESXi主机上创建虚拟机，根据业务系统的需要分配相应的CPU、内存等资源，并利用虚拟存储网关VPLEX实现两台存储之间数据双活。结果该方案的设计和实施能够达到数据安全存储和数据的快速恢复，保证了我院关键业务的连续性、可靠性。结论通过服务器虚拟化及存储双活容灾架构，在满足业务连续性需求的前提下，以有限的成本投入，可提高硬件资源利用率，降低运维及管理成本。

[关健词]虚拟服务器；虚拟机；网络安全；系统数据备份；虚拟化存储池

引言

随着医院信息化迅速发展，了解国际医疗信息化发展动态，吸收新的技术和管理经验，提高医卫系统信息化应用的管理水平，加快医院的信息化建设步伐是医院信息化持之以恒的工作。目前，国内外大部份医院都建设有各种信息系统，包括医院信息管理系统（HIS）、医学影像存储与传输系统（PACS）、放射信息管理系统（RIS）、实验室信息管理系统（LIS）、电子病历（EMR）系统、手术麻醉系统、体检系统等大大小小的应用近几十个 [1]。随着应用数量的不断增加，相关信息化设备及投入也越来越多，如服务器、存储器、光纤交换机等。随之而来的是如何保障应用的安全、数据的安全；如何合理利用计算资源、存储资源等相关问题逐步显现。因此，如何破解上述难题是当前医院信息化运行急需解决的问题。服务器虚拟化技术的成熟与广泛应用，无疑为这一问题的解决提供了良好的解决方案 [2]。

1 我院目前信息化建设状况分析及需求

医院的各业务系统都非常关键，对于业务的连续性要求非常高，需要确保7×24 h不间断运行。但是，我院目前除了HIS、EMR系统配置有集群系统外，其他系统都没有做集群高可用部署，其应用系统安装在X86的单台服务器上 [3]。这将带来很多弊端：若这些物理服务器发生硬件故障，将直接导致在其之上运行的业务系统无法使用，给医院的正常业务运行带来巨大危害；同时，按照传统的标准应用部署方式，一个应用占用一台硬件服务器 [4]，一个医院需要多台低端服务器，如果部署高可用性集群，则需要的服务器更多 [5]。如此多数量的服务器，将会造成如下的众多问题：

（1）无备用系统。现在医院的应用情况是，当某个应用系统发生故障时，没有备用系统可以快速部署来启用此应用系统。

（2）成本高。各系统硬件成本较高，运营和维护成本也较高，包括数据中心空间、机柜、网线，耗电量，冷气空调和人力成本等 [6]。

（3）可用性低。因为每个服务器都是单机运行，且单套系统的硬件性能要求均较低，如果都配置为双机模式成本更高，系统维护和升级或者扩容时候需要停机进行，会造成应用中断 [7]。

（4）缺乏可管理性。服务器数量太多难以管理，不但新服务器和应用的部署时间长，大大降低服务器重建和应用加载时间，而且硬件维护需要数天/周的变更管理准备和数小时的维护窗口。

（5）兼容性差。系统和应用迁移到新的硬件必须要和旧系统兼容。

为了更好地解决上述传统单一物理服务器部署应用方式所造成的弊端，我院决定采用VMware虚拟软件的服务器虚拟架构部署虚拟化服务器，确保我院信息系统安全可靠稳定运行。

2 服务器虚拟化实现的关键技术

虚拟化技术是指将一台物理的计算机软件环境分割为多个独立分区，每个分区均可以按照需求模拟出一台完整计算机。模拟出来的计算机称为虚拟机。虚拟化技术的实质是通过中间层次实现计算机资源的管理和再分配，实现资源利用的最大化。虚拟化分区带来的最大好处是使同一物理平台能够同时运行多个同类或不同类型的操作系统，以分别作为不同业务和应用的支撑平台 [8]。

VMware vSphere是目前较可靠的虚拟化平台，vSphere将应用程序和操作系统从底层硬件分离出来，从而简化了系统操作，而ESXi是一款可以独立安装运行在裸机上的系统，安装好后可以通过平台客户端（vSphere Client）远程连接控制，在ESXi服务器上创建多个虚拟机，再为这些虚拟机安装各种系统使之成为能提供各种服务的虚拟服务器。

3 系统总体方案设计

本次我院以4台联想X3850 X6服务器作为主机资源，通过2台MDS 9148光纤交换机和2台VNX 5400高性能存储作架构连接，通过VPLEX网关实现存储双活，并针对平台所有重要业务使用备份一体机进行了整机备份。通过新建的虚拟化平台架构整合多个应用服务，同时能区分应用服务的优先次序，将服务器资源分配达到最大效率化，并简化系统管理和提高效率。服务器虚拟化信息平台总体架构图，见图1。

图1 服务器虚拟化信息平台总体架构图

通过构建了一套完成的虚拟化信息系统平台，为医院目前业务系统需求提供以下功能。

虚拟化服务器主要是由物理服务器和虚拟化程序构成，通过把一台物理服务器划分为多个虚拟机，或者把若干个分散的物理服务器虚拟为一个整体逻辑服务器，从而将多个操作系统和应用服务整合到强大的虚拟化架构上。

动态迁移主要是指虚拟机到虚拟机的迁移技术 [9]。当某一个服务器因故障停机时，其承载的虚拟机可以自动切换到另一台虚拟服务器，而在整个过程中应用服务不会中断，实现系统零宕机在线迁移。

虚拟化架构技术中引入了动态资源调度技术，系统将所有虚拟服务器作为一个整体资源统一进行管理，并按实际需求自动进行动态资源调配，在保证系统稳定运行的前提下，实现资源利用最大化。

通过可视化界面实时监控物理服务器以及各虚拟机的运行情况，实现对全部虚拟资源的管理、维护及部署等操作。

4 虚拟化应用方案的实现

虚拟化平台采用4台联想X3850 X6服务器提供虚拟机的创建，该物理服务器的具体配置 [10]：4个8核Xeon E7-4820 v2处理器（256 GB、1600 MHz DDR3），配置2 块600 GB SAS 10 K容量的硬盘，配置4个900 W冗余热插拔电源。其服务器虚拟化的实施步骤归纳如下：

（1）设置主机输入输出系统（BIOS），升级至最新BIOS，服务器启动设置独立冗余磁盘阵列（RAID）信息。

（2）在Lenovo X3850 X6服务器上安装配置VMware ESX Server操作系统。

（3）通过在客户机上安装虚拟化管理中心客户端（VMware vCenter Client）来对服务器进行访问和综合调配，并在ESX/ESXi主机上创建虚拟机 [11]，并依据各个业务系统的需要分配相应的CPU、内存等资源。

（4）通过在虚拟机上重新安装数据库及部署应用，实现物理服务器向虚拟机的迁移。

表1 主机和集群设计

表2 物理服务器设计

我院业务系统需处理的数据量和业务众多，且I/O要求高，因此对存储系统的性能要求非常高，所以存储设备需要满足高性能处理，保证业务处理系统持续、安全、稳定工作。通过部署数据中心LOCAL VPLEX存储网关搭建双活存储系统 [12]，能够将两台存储整合成一个虚拟化存储池,并且实现两台存储的数据镜像（RAID 1） [13]。通过存储网关能够将关键业务系统的数据库数据在两台存储阵列上实现同步镜像，不论哪台存储系统出现故障退出服务，另一台存储都能继续提供数据IO服务 [14]。从而达到在线数据高可用的目的。

目前在数据中心部署1台VPLEX存储网关，2台EMC VNX 5400存储。该存储的配置为：2个存储控制器，8个8 GB FC 端口；配置3块200 GB固态硬盘，配置22块 900 GB 10Krpm SAS机械盘。配置高级存储功能可数据消重、LUN级别压缩、虚拟资源调配、自动存储分层、数据快照、多路径冗余软件等。用2台Cisco MDS 9148光纤交换机来进行主机和存储端互联。存储系统具体设计，见表3。

表3 存储系统设计

为确保应用和数据的安全可靠，防止逻辑错误及人为误删除操作，通过新增的一台爱数VX1200备份一体机设备作为备份服务端，在一体机中安装了AnyBackup 6.0的备份软件，负责管理备份系统，实现信息中心业务系统数据库数据的安全备份，保证业务系统数据有很高的安全性。客户端无需安装代理即可通过网络将数据备份到备份一体机中。充分利用磁盘读写数据快的优点实现数据的快速备份和恢复，可以在很短的时间内实现大容量数据的备份和恢复。

通过备份服务器来制定备份策略。制定备份策略时结合完全备份、差别备份、增量备份等备份方式灵活设置。另外在备份时间上也可以考虑分时间段进行备份，这样可以减少由于备份产生的数据流对网络的影响。结合我院实际情况，每周六凌晨2:00对全部虚拟机做完全备份，每周其他时间对虚拟机做增量备份，增量备份最大保存副本数设为3份。

5 虚拟化建设的意义

通过将核心应用系统迁移至虚拟化平台上，为医院应用系统提供了一个技术先进、布局合理、高效稳定、安全可靠的存储系统，为现有的应用及将来可能的应用提供安全可靠的保障，并取得良好的经济效益和社会效益。

充分利用医院应用系统资源，节能降耗显著：① 大幅减少服务器数量，本次信息系统仅投入4台服务器；② 减少机房设备占地空间，从原先的两位数机柜整合到目前2个机柜；③ 有效节省相关供电等配套设施的使用，从减少设备达到相关能源的节省 [15]；④ 相关管理人员需求也得以明显降低，原先需要花大量人力对庞大数据中心设备进行管理，该系统能有效降低管理人员需求。

我院核心业务连续性依赖于信息化系统，通过虚拟系统架构的高可用性及数据备份技术安全地备份和迁移整个业务信息系统而不会出现服务中断，有效消除计划内停机，并可从计划外故障中快速恢复，平均恢复时间缩短了85%。

我院原系统现状中服务器属于独立运行模式，很难实现不同系统间资源的共享和调度，管理员无法及时根据实际情况对不同应用资源使用进行调整。本次信息系统则可以将一组物理硬件资源重新组织为逻辑的资源池，然后根据业务需求和业务重要性预定义相应的资源分配原则，实现动态均衡分配这些资源，并监控资源池的使用率，自动地为相关虚拟机分配资源，持续地优化硬件使用率，进一步优化了系统配置资源 [16]。

通过单一虚拟控制平台，可集中管理所有X86服务器，包括部署、监视和定义操作。部署更新工作由原来数天/周缩短为只需几分钟即可完成；操作实现自动化，资源统一调度，控制安全访问，并可全面支持现有管理平台。

[1] 孙雪梅.医院虚拟化建设中的服务器配置方案[J].中国医疗备, 2013,28(12):81-82.

[2] 林国全.基于VMware 服务器虚拟化在医院信息化建设中的应用[J].中国管理信息化,2014,(9):51-52.

[3] 李先锋,王凯芸,吕强,等.三甲医院虚拟化技术的研究与实践[J].医院数字化,2012,(2):12-14.

[4] 游世军,王珊,赵慧芳.构建虚拟化及存储高可用性平台对我院信息系统的支持[J].网络安全技术与应用,2014,(10):138-140.

[5] 鲁长滨,郭云龙,张雨.虚拟化服务器在医院信息化中的探索与应用[J].医疗卫生装备,2013,34(7):54-55.

[6] 吴艳君,于京杰,马锡坤.基于虚拟化技术的医院信息化平台设计[J].中国医疗设备,2014,29(1):42-44.

[7] 杨照岩,滕红丽,谷小青,等.服务器虚拟化技术在高校数据中心建设中的应用[J].农业网络信息,2013,(11):107-109.

[8] 潘欣.服务器虚拟化技术在医院信息系统中的应用[J].中国卫生产业,2013,(1):184-185.

[9] 马锡坤,张稳.服务器虚拟化技术及其在医院的应用[J].中国医疗设备,2013,28(5):60-62.

[10] 尚进,张玉振.西安电子科技大学数据中心服务器虚拟化建设实践[J].中国教育信息化,2015,(3):57-59.

[11] 钱磊.基于Vmware虚拟化技术服务器虚拟化的设计与实现[J].网络通讯及安全,2013,(7):1519-1523.

[12] 汪兆来.基于存储虚拟化技术的双活数据中心医院信息系统容灾平台研究与设计[J].中国医学装备,2015,(9):65-68.

[13] 许强.实施存储虚拟化及应用容灾保障医院信息系统业务连续性[J].江苏卫生事业管理,2013,6(24):164-166.

[14] 李宏伟,肖伟.存储虚拟化技术在双活数据中心中的应用[J].邮电设计技术,2013,(9):9-13.

[15] 汪蔓.VMware 服务器虚拟化技术研究[J].电脑知识与技术, 2014,(12):65-68.

[16] 石磊,耿子平,孙文.虚拟化技术在军队医院信息系统中的实施[J].医疗卫生装备,2013,34(10):54-56.

Design and Implementation of Server Virtualization in Hospital Information System

HONG Huai-jiang, SU Xiao-guang
Information Center, Lishui Municipal Central Hospital, Lishui Zhejiang 320000, China

Abstract：ObjectiveTo make sure that the hospital information system keeps working continuously for 24 h every day by adopting server virtual technology. MethodsUsing virtualization technology, the VMware ESX system was installed in four servers and the virtual machine was built in mainframe. According to the needs of the business system, the corresponding central processing unit, memory and other resources were allocated. In addition, the virtual storage gateway VPLEX was utilized to realize “double-live” between one storage date and the other. ResultsThe design and implementation of the scheme achieved security storage and quick recovery of data, thus ensured the continuity and reliability of key business in our hospital. ConclusionUnder the premise of satisfying the continuity need of business, and with limited cost, application of the server virtualization and storage “double-live” disaster recovery framework could improve the utilization rate of hardware resources and reduce maintenance and management costs.

Key words：virtual server; virtual machine; network security; system data backup; virtualization storage pool

服务器虚拟化在医院信息系统中的设计与实现

引言

1 我院目前信息化建设状况分析及需求

2 服务器虚拟化实现的关键技术

3 系统总体方案设计

4 虚拟化应用方案的实现

5 虚拟化建设的意义