基于VMware vSphere云计算技术构建医院虚拟化信息平台

陈雷

东南大学附属中大医院江北院区 信息中心,江苏 南京 210044

[摘 要]目的 利用虚拟化技术整合医院业务信息系统,优化医院管理,保证医院业务系统的稳定运行。方法 使用VMware vSphere云计算将多台物理服务器组建成高可用性(HA)集群,将医院信息系统原有的21台服务器缩减至7台,再根据具体应用重新分配服务器工作任务。结果 大大提高了硬件服务器的资源利用率,为医院节约了建设成本,并且使系统易于管理和维护。通过HA的构建,有效地保障了医院各信息系统运行的连续性、稳定性及系统安全。结论 集团化医院虚拟化信息平台的建设,实现了集团医院内各医院资源的高度共享、统一调度,提高了医院现代化管理水平。

[关键词]云计算;虚拟服务器;物理服务器;医院信息系统

引言

我院以引进高新技术为突破口,以信息化管理为先导,充分发挥技术优势,结合医院信息化实际情况构建云计算虚拟化平台。目前该平台运行稳定可靠,具有良好的经济性和扩展性,且成本低、易维护。

1 服务器虚拟化技术概述

服务器虚拟化技术(VMware vSphere)由VMware公司推出,被称为第一款云计算操作平台。VMware vSphere技术能将系统中应用部分和操作程序与底层分开,从而简化计算机操作流程。根据应用程序需求调配专用资源,并通过硬件服务器对系统资源实施有效管理。对比ESX Server,VMware vSpher可以承载更多虚拟机。

该平台主要由3部分组成: VMware ESX4、VMware vCenter以及VMware Infrastructure CIient[1]。其中VMware ESX4负责整合硬件服务器资源,把硬件资源统筹合理分配到各虚拟机中,并保证全部虚拟机正常并行;VMware vCenter负责VMM的管理与整合,提升虚拟构架的可见性,进行可视管理,集中控制,充分发挥VMware vCenter的优势;VMware Infrastructure CIient是一款管理客户端的应用软件。

VMware vSphere是利用虚拟化技术[2],将信息数据中心转化为云计算架构,并通过虚拟化技术手段提供调配及部署功能,实现资源智能化迁移、实现硬件资源负载平衡,优化资源配置,根据业务优先级别分配资源,VMware vSphere的基本框架,见图1。

图1 VMware vSphere基本框架图

2 我院虚拟化系统建设规划解决方案

目前,医院日门诊量达3580人次,住院人数约1907人。医院各信息系统共有硬件服务器21台,实施服务器虚拟化使硬件服务器缩减至7台(服务器型号是HP DL580G7)。作为安装VMware vSphere虚拟化平台的物理服务器,配备两颗10核至强处理器E7-4850、128 G内存、4块300 G 10K 6 G 2.5 SAS热插拔硬盘,2块双口8 G FC HBA卡,双通道光纤连接存储服务器。

使用VMware vSphere将多台物理服务器组建成高可用性(HA)集群[3],通过服务器有效整合,从而大大降低总体建设成本。严格控制和减少物理服务器的数量,明显提高了每个物理服务器的资源利用率,也降低医院运营和维护成本。VMware vSphere的在线动态迁移技术,可将现有应用系统平稳迁移到虚拟化平台[4]。VMware的ESX的高可用HA技术保护,可杜绝因服务器硬件故障而造成业务系统的停机,其高可用技术可以在最短的时间内自动恢复业务运行,实现零停机保护[5],高度实现业务系统的可用性,让医院信息系统永不止步。当虚拟机负载很高的时候,平台会自动迁移到新的硬件,实现更高的运行负载能力。虚拟平台扩展性,可以通过增加硬件服务器的方式来扩展。

2.1 系统总体功能结构

为了整合医院目前的业务系统,优化科学管理,保证医院业务系统的稳定、高可用、可迁移、可适应未来的高负载运行要求,方案主要针对目前医院的各信息系统资源进行整合,见图2。医院未来将会把更多的服务器整合上线管理,初期选用7台四路服务器作为VMware ESX服务器,再利用2台独立物理服务器作为重要的PACS和HIS的主工作服务器,外加1台VMware vCenter管理中心虚拟服务器[6],所有的服务器都接上FC-SAN共享存储,VMware虚拟化平台方案拓扑图,见图2。平台使用ESX Server作为服务器虚拟化的主要底层的支撑系统[7],安装在4台高性能的服务器上,并在4台高性能的服务器上加装双网口网卡,加上原有服务器上的4个网卡,平台服务器上总共有8个网卡可以使用。其中的6个网卡分别进行网络聚合,是对外服务的网卡,联接2个不同的交换机;另外2个网卡分别用于做心跳网、VMware的核心交换网,而VC Server用于管理所有的ESX Server。

图2 VMware虚拟化平台方案拓扑图

2.2 角色分配

ESX服务器,在这次的架构中使用3台服务器用于支撑医院信息系统的正常运行,在日常的正常运行中两台服务器同时工作,并且互为备份,两台服务器配置为HA的高可用[8-9]工作方式,当其中任意一台出现故障,上面运行的虚拟机都可以自动切换过来,保证业务系统在几分钟之内就可以恢复正常运行。

HIS与PACS所承载的物理服务器,架构中设置了两台专用的服务器,一般情况下HIS与PACS服务器主要用于支撑日常的工作,同时与虚拟服务器的HIS与PACS做为群集,只有当前面的物理服务器出现了故障后,才需要切换到虚拟服务器中的HIS或PACS。当物理服务器修复后,可以把工作负载重新在切换回物理服务器,通过使用物理与虚拟机的群集来做HIS与PACS的高可用,从而保障医院业务系统正常运行。平台硬件配置,见表1。

2.3 虚拟服务器的网络设计方案

vSphere 4.0的企业增强版的虚拟交换机是分布式交换机,平台对分布式交换机的配置进行统一管理配置,考虑到医院各个业务系统对于网络的要求较高,方案中采用4个网卡进行聚合使用,充分保证业务系统网络带宽的需求。鉴于医院各个系统的独立性,使用VMware的虚拟交换机[10],把各个虚拟的服务器进行逻辑隔离。VMware虚拟交换机支持802.11Q的虚拟局域网(VLan)技术,只需要把VLan号设置在虚拟的交换机内,通过这个交换机的数据包都会自动在IP包头附加上VLan号,从而实现VLan的技术支持。此时,旧的三层交换机的VLan,可以把虚拟服务器上的网卡独立对应一个物理网卡,从而可以适应任何的网络要求(图3)。

表1 硬件配置

图3 VMware网络设计方案

2.4 ESX主机层HA高可用解决方案

本次方案运用了目前最先进的VMware 云计算平台,这个平台提供了平台硬件的HA高可用解决方案,当平台内的硬件服务器出现故障时,原运行在这个硬件服务器上的所有虚拟机都会自动切换到其他可正常工作的硬件服务器上,所以通过使用HA技术,可以为所有运行在这个VMware云计算平台内的所以虚拟机提供HA高可用的解决方案,充份保证医院信息系统高效、稳定地运行。

2.5 存储方案设计

FC-SAN存储通过光纤连到光纤交换机,VMware ESX可以支持管理多通道的负载均衡与失效转移,不需要安装额外的多通道管理软件。此VMware ESX使用的VMFS磁盘格式可以支持新型分布式服务,虚拟机完全封装在虚拟磁盘文件中,这些文件集中存储在共享的SAN存储中。集中存储方式在企业环境中更为常见,这样,其他ESX也可以使用共享的SAN来集中访问各个虚拟机。这种配置功能很强大,因为它允许资源池中包含多个ESX并行访问若干相同的文件来引导和运行虚拟机,并能够对虚拟机存储进行有效的虚拟化(图4)。

3 平台建设效果

通过VMware vSphere云计算技术构建的信息化平台,整合了系统硬件资源,根据具体应用分配虚拟服务器,大大提高了硬件服务器的资源利用率,不但为医院节约了成本,并且易于管理和维护系统数据,通过HA的构建有效保障了医院系统运行的连续性[11-16]

图4 存储方案设计图

(1)通过服务器整合,控制和减少了物理服务器的数量,明显提高每个物理服务器及其CPU的资源利用率,从而降低硬件成本和运营维护成本。

(2)加快了服务器和应用的部署,大大降低服务器重建和应用加载时间。同时,快速进行硬件的维护和升级,提高了运营效率。

(3)建立医院业务和IT资源之间的关系,使IT和业务优先级对应。将所有服务器作为大的资源统一进行管理,并按需进行资源调配,提高了服务水平。

(4)虚拟化打破了操作系统和硬件的必然联系,实现了对旧硬件和操作系统的投资保护。

(5)为以后的集中网络存储提供可能。利用网络存储的优势,将分散的数据集中管理备份,为服务器和应用以及以后的容灾打下了基础。同时,通过虚拟机的特有功能和网络存储的有效结合,提高了应用的可用性,移动性和灵活性。

4 问题与思考

VMware vSphere虚拟化平台为医院提供一个可靠、高效、灵活的运行平台,但该平台也有它的局限性以及待改进的内容。

(1)在当前的虚拟化环境中,为实现虚拟化的一些高级特性而必须采用共享存储方式存储虚拟化环境中的所有数据,这也导致了关键数据的单点问题,这种问题只能通过存储容灾方式解决。

(2)虚拟化的架构中把多个应用放到一台服务器上,类似于多个鸡蛋放在一只篮子里,一旦出现重大硬件故障的状况下,虽然有HA保护,但也可能会短时间影响到多个应用,尤其是对服务级别要求较高的应用。这种应用只能通过在虚拟化环境中同时加入双机热备的方式加以避免。

(3)虚拟化在实际中,并不是百分之百兼容的解决方案,它并不能和所有的应用程序或者所有硬件协调工作,比如有些应用要直接访问硬件资源,或者需要特定的硬件加密狗等问题,只能采取比较折中的办法牺牲一些虚拟化的特性加以解决。

[参考文献]

[1] 张巍.企业虚拟化实战-Vmware篇[M].北京:机械工业出版社,2009.

[2] 薛秀珍.利用VMware部署图书馆服务器虚拟化解决方案[J].信息技术,2010,(4):151-154.

[3] 冯陈伟.利用VMware构建虚拟网络平台[J].信息系统工程, 2009,(8):78-81.

[4] 任星,李青荣.基于Vmware vSphere虚拟化资源管理平台研究[J]. 2012,(29):219-237.

[5] 胡嘉玺.虚拟智慧-VMware vSphere运维实录[M].北京:清华大学出版社,2011.

[6] Vmware,Inc.ESX配置指南[EB/OL].[2009-5-21](2016-09-21).http://www.Vmware.com/files/cn/pdf/vsp_40_esx_server_ config_cn.pdf.

[7] 徐立冰.腾云:云计算和大数据时代网络技术揭秘[M].北京:人民邮电出版社,2013.

[8] 谭文辉.利用VMware实现数据中心服务器虚拟化[J].舰船电子工程,2008,(6):156-159.

[9] 虚拟化与云计算小组.虚拟化与云计算[M].北京:电子工业出版社,2009.

[10] 蔡宏宇.基于VMware vSphere5虚拟平台搭建企业门户网站[J].中国科技信息,2013,(12):102-103.

[11] 李桂林.VMware vSphere在云平台系统搭建中的应用[J].电子技术与软件工程,2014,(29):91.

[12] 段卫军.云桌面虚拟化架构的研究与应用[D].呼和浩特:内蒙古农业大学,2014

[13] 范宁军.网管支撑系统云计算与虚拟化桌面的研究与应用[J].电信科学,2013,29(5):143-153.

[14] 高杨.基于云计算技术的桌面虚拟化研究[J].科技创新与应用,2015,(34):93.

[15] 蒋建峰.基于Citrix的桌面虚拟化技术研究与应用[J].苏州市职业大学学报,2015,(2):16-18.

[16] 陈金雄,刘宝妹,钟俊华.基于云计算的军人电子健康档案平台架构的设计与实现[J].中国医疗设备,2014,29(2):53-55.

本文编辑 韩淑英

Construction of Virtual Hospital Information Platform Based on VMware vSphere Cloud Technology

CHEN Lei
Information Center, Zhongda Hospital Southeast University(Jiangbei), Nanjing Jiangsu 210044, China

Abstract:Objective Using virtualization platform to integrate hospital information system, this study optimizes hospital management and ensures the stable operation of the hospital business system. Methods With VMware vSphere, this study assembled several physical servers into a high availability (HA) cluster and integrate system hardware resources, which reduced the number of servers to 7 from original 21. Then, server tasks were redistributed according to specific application. Results Resource utilization of hardware servers was improved greatly, which saved the construction cost for hospital and made management and maintenance easy. The construction of HA guaranteed the continuity, stability and security of each hospital information systems effectively. Conclusion Grouping virtual hospital information platform realized resource sharing and unified dispatches among the group hospitals, and enhanced the hospital modern management level.

Key words:cloud computing; virtual server; physical server; hospital information system

[中图分类号]TP391.9

[文献标识码]C

doi:10.3969/j.issn.1674-1633.2017.06.032

[文章编号]1674-1633(2017)06-0121-03

收稿日期:2016-09-22

修回日期:2016-10-12

作者邮箱:33879141@qq.com