虚拟化技术助力医院实现服务器整合

杨 眉，潘晓雷

虚拟化技术助力医院实现服务器整合

杨 眉，潘晓雷

目的：为保证医院IT系统的高可用性、业务的连续性和实现节能减排，利用虚拟化技术，实现服务器整合。方法：采用评估当前环境、规划虚拟平台、构建虚拟环境等步骤实现服务器虚拟化。结果：实现了服务器虚拟化，服务器利用率从5%～20%提高至70%～80%。结论：服务器虚拟化的实现，提升了系统的可用性、可靠性，减少了医院每年对IT设施的投入。

虚拟化；服务器整合；高可用性；运维成本

0 引言

虚拟化是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行[1]。通过在系统中加入一个虚拟化层，将下层的资源抽象成另一种形式的资源供上层使用。在IT领域，可以把有限的固定资源根据不同需求进行重新规划，以达到最大利用率，从而简化管理、优化资源。

服务器虚拟化是将服务器物理资源抽象成逻辑资源，让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器，不再受限于物理上的界限；让CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的“资源池”；通过区分资源的优先次序，动态地运用硬件资源，随时随地将服务器资源分配给最需要的进程，从而提高资源的利用率、简化系统管理、实现服务器整合，让IT对业务的变化更具适应力[2]。

1 服务器虚拟化的建设需求

经过多年的发展，信息系统在医院的应用越来越广泛，医院整体业务对信息系统的依赖程度也越来越高[3]。随着医院信息化进程的加快，新的应用不断增加，服务器数量激增，使机房在空间、电力、管理、安全等方面面临更大的压力。当前的IT基础架构已无法满足医院未来的发展需求，主要存在4个方面的问题，现分别介绍如下。

1.1 服务器数量众多，利用率低，能耗高

医院IT传统的部署模式是一台服务器对应一套应用，对于一家三甲医院而言，为了满足几十个乃至上百个应用系统，在机房中至少集中几十台服务器。大量的设备不仅使机房的空间变得日益紧张，而且还使用电、维护人力成本以及维保成本等居高不下。大多数单台物理服务器的负载只是在一天中的某个时段会出现使用高峰，其他时候使用率只有5%～20%，资源浪费严重。

1.2 服务器维保过期，维修困难，缺支持

医院IT经过十几年的发展，有的服务器已经购买不到原厂的金牌服务，但仍在继续使用。部分服务器属于超龄服务，故障率上升，一旦硬件出现故障，将很难修复。一些老业务系统仍在使用，但找不到原有开发人员的支持，如果出现结构性破坏，将很难修复。

1.3 服务器备份不一致，系统灾备难统一

医院的业务系统有的有数据库，有的无数据库，各种业务系统的灾备技术方案并不完全一致，需要为每套业务系统设计相应的备份和容灾方案。

1.4 服务器分布式部署，日常监控难管理

采用分布式部署的物理服务器数量增多，造成系统架构复杂，难以进行日常监控。各应用服务器的健康状态、资源情况靠人工巡视。在故障率一定的情况下，系统管理员只能忙于“救火”。

如何很好地解决以上问题，是目前摆在信息科管理者面前比较急迫的问题。虚拟化技术的出现，使提高服务器的利用率，提升服务管理水平和降低风险管理的难度，提升系统的可用性、可靠性，实现节能减排成为了现实。

2 服务器虚拟化的实施步骤

针对上述难题，采用服务器虚拟化整合方案来解决，现主要从3个方面介绍服务器虚拟化的实施步骤。

2.1 评估当前环境

评估当前环境是实施服务器虚拟化的关键步骤。收集各服务器的配置及资源利用率数据，对收集的数据进行分析，确定虚拟化范围和目标，并对服务器虚拟化进行可行性分析[4]。充分了解服务器和应用的性能参数，决定转换多少物理服务器及医院业务系统到虚拟机上运行。使用性能监控工具测量物理服务器上CPU、内存、网络和磁盘资源的平均值和峰值，收集1周以上的数据进行彻底分析。I/O负载是实施虚拟化的一个重点，严重依赖于数据交换的服务器不容易迁移，如数据库和邮件服务器。虚拟化在一定程度上增加了I/O开销，对性能有明显的影响，有时导致迁移不成功，因此对于需要大量I/O负载的应用不适合采用服务器虚拟化技术[5]。不需要特别努力地对所有服务器进行虚拟化，只有当虚拟机达到双倍的期望资源时，迁移才是成功的。

2.2 规划虚拟平台

2.2.1 选择虚拟化软件

目前市场上可供选择的虚拟化软件有不少，下面4款是服务器虚拟化部署较常使用的软件。

（1）VMware：VMware是目前x86虚拟化市场上的佼佼者，VMware vSphere的发布有相当的竞争力，其功能丰富，软件许可按物理服务器的CPU个数购买，但有些版本比较昂贵，尤其是功能较多的版本。

（2）Microsoft Hyper-V：微软的Hyper-V是内嵌在Windows2008服务器上的，只需要购买HYPER-V管理软件VMM的license即可[6]。如果医院信息系统以微软产品作为系统的主要构成部分，与微软管理工具的集成度很高的话，那么可以考虑选择Hyper-V。

（3）Xen Server：思杰的Xen Server是一款基于Xen hypervisor的开源虚拟化产品，与Linux保持了高度的集成性。如果使用Linux服务器的话，可以考虑选择Xen Server。

（4）Oracle VM：Oracle VM是Oracle公司主打的服务器虚拟化产品，该产品是基于服务器虚拟化市场上流行的Xen开源虚拟化技术开发的。根据物理服务器数量定价，得到了Oracle全线产品的认证支持以及各个主流PC服务器厂家的认证。

选择哪一款产品需要综合考虑虚拟化软件的功能特点、自身的生产环境、总体拥有成本等因素，并对各产品进行比较后，选择符合预算并且满足需求的虚拟化软件。

2.2.2 设计部署硬件

购置实施虚拟化的物理机，需要认真设计部署硬件性能，从而决定其大小，这是服务器虚拟化的另一个关键步骤。

当决定虚拟主机大小时，要考虑主机发生故障时给额外虚拟机预留的空间。此外，要为未来架构的扩展预留空间。通常，在主机服务器上要达到70%～80%的资源利用率。如果利用率低于70%，则没有达到服务器资源利用最大化的目的。

硬件的平衡也很关键，涉及内存、CPU、磁盘、网络等，不能存在资源开销的瓶颈。为虚拟主机选择存储方式对性能有很大的影响，因为不同的存储解决方案对环境有不同要求。

2.3 构建虚拟环境

将单台物理机虚拟出多个主机，在各个虚拟主机上安装各自的操作系统，也可以将多个物理主机组成一个虚拟的服务器池，在同一服务器上的虚拟机之间相互隔离，多个虚拟机之间互不干扰。

服务器虚拟化将物理服务器、操作系统及其应用程序封装成可移动的一个或多个档案文件，即可移动的虚拟机，每个虚拟机作为一组文件存在。这些文件模拟整个硬件平台，包括CPU、RAM和网络端口，在服务器池之间的物理主机之间进行无缝迁移，因此可以方便地通过移动和复制这些文件的方式来移动和复制该虚拟机。这种强有力的技术打破了“一台服务器一个应用程序”的传统体制[7]。

一个好的虚拟化平台其实就是一个医院内部的“云计算”服务平台。对于即将上线的新的业务系统，只要告知所需的CPU、内存、存储等资源后，即可方便地从现有的虚拟化平台中划出一个虚拟机。这样，不需要购置硬件设备即可快速实施。医院信息系统在新服务器和应用部署上采用虚拟化技术，用模版和自动部署向导生成一台虚拟机环境只需20 min左右，服务器重建和应用的加载时间明显缩短[8]。相对于传统的应用部署方式，缩短了部署时间，降低了部署成本，提高了工作效率。

虚拟化前后对比如图1所示。

实施服务器虚拟化应用，可以解决服务器无序扩张问题；可将服务器利用率从5%～20%提高至70%～80%；改善管理灵活性，集中、统一地对各种平台进行控制、管理和维护；提高系统可用性，在宕机等灾难情况下缩短恢复时间，确保业务的连续性以及处理过程的完整性；加快新服务器和应用的部署，大大缩短服务器重建和应用加载时间；降低运维成本，包括机房空间、机柜、网线、耗电量、冷气空调和人力成本等；使“老”的应用可以在新的硬件上以建立一个虚拟机的方式运行，而不废弃原有的软件投资。

图1 虚拟化前后对比

3 虚拟化平台建设的要点

移动一台物理计算机的活动目录是一个复杂的技术操作，需要花费时间和金钱。一切建设都要从实用出发，建设虚拟化平台也是这样。为此，在建设过程中需要考虑3个方面的问题。

3.1 建设多机集群

当前服务器虚拟化技术存在不能跨越单台物理机边界的限制，因为底层的操作系统不能安装在多台物理机上，因此不能将机房内“老”、“旧”的服务器整合成虚拟服务器使用。至于一个应用系统可以跨越不同的物理机做负载均衡，这涉及的是集群的概念，是应用层的问题，而不是虚拟化架构的问题。

因为单台物理机无法达到业务高可用性的要求，因此至少需要2台物理机建成一个集群。集群CPU及内存为各个服务器CPU及内存的总和，运行在集群之上的虚拟主机共享集群资源，各个虚拟主机之间相互隔离，虚拟机可以在这个集群内部进行迁移，达到业务的高可用性要求[9]。

3.2 使用高配置的物理服务器

从性价比的角度出发，对于部分性能较低的物理服务器则不建议作为虚拟平台服务器。尽量使用高配置的物理服务器，这样才能将尽可能多的业务系统放在虚拟机环境中，从而减少了物理机数量，达到降低运维成本的目的，产生良好的扩展性。

对于资源利用率本来就很高的应用（如安装在高性能物理服务器上、平均CPU占用率已经大于75%的应用）没有必要虚拟化，否则加大了运行风险，而且虚拟化之后势必会影响与之处于同一服务器上的其他应用的运行速度。对于负载很高的业务系统，需要单独搭建符合其特性的物理机系统，如Oracle RAC集群架构等，而不适合将这些应用放到虚拟机平台上。如果医院信息系统使用了小型机，业务很稳定，并不需要将高端的应用迁移到PC服务器上。应避免将相同的系统资源密集型应用和在相同时段有较高资源使用率的应用系统整合到一台物理服务器上，应保留基于原有物理服务器的应用[10]。

3.3 制定整体的服务器整合解决方案

利用一些服务器性能监测工具，监控一定时期内的现有基础架构，得出相应的报告，显示需要托管多少虚拟机、虚拟机的类型、虚拟机相对物理机的期望托管比例。哪些业务系统要放到虚拟化平台上、使用什么性能的虚拟机，对不同的负载采用不同的方案，在硬件、基础架构方面作出更多的深入分析和优化的投入等等。对于服务器少于20台的医院而言，服务器虚拟化带来的效益可能和部署一台服务器对应一套应用带来的成本持平，甚至倒挂。因此，不必跟风实施，需要结合实际，对服务器、负载、应用和业务需求、安全管理等方面作出全面研究和规划，深思熟虑后再确定。

4 结语

服务器虚拟化技术的出现为医院的IT架构带来了新的选择，更灵活的资源调配、更高效的管理控制、更高的可靠性和可用性，大大降低了医院每年对IT设施的投入。通过虚拟化技术，可以成功地实现服务器整合，将服务器数量减到最少，加速了应用业务和测试环境的部署，降低了服务器的管理难度，降低了风险管理的难度，有效地提升了系统的可用性、可靠性，为医院IT系统的业务连续性和节能减排做出贡献。

[1]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）：54-55，63．

[2]韩爱华．虚拟化技术与在构建数字化医院中的应用研究[J]．医疗装备，2012，25（8）：16-18．

[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]．中国医院，2012，16（2）：12-14．

[4]孟群，屈晓晖．虚拟化技术在医院信息平台服务器整合中的应用[J]．中国数字医学，2011，6（7）：8-12．

[5]李波．服务器的虚拟化技术在医院信息系统中的应用[J]．医疗装备，2010，23（12）：15-16．

[6]缪一峰．医院虚拟化服务器部署[J]．计算机应用与软件，2011，28（8）：206-208．

[7]石磊，耿子平，孙文桥，等.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．

[8]李楠，闫军玲，杜小加，等．数据中心服务器虚拟化部署成本效率分析[J]．中国数字医学，2013，8（6）：95-97．

[9]吴邦华，李玉明，金晖，等．虚拟技术在医院信息系统中的应用[J]．中国数字医学，2012，7（7）：55-57．

[10]陈利佳，李刚荣，汪鹏，等．服务器虚拟化技术在临床信息中心的应用探索[J]．中国数字医学，2012，7（9）：65-67．

（收稿：2014-04-10 修回：2014-08-20）

Virtualization technology enabling hospital server consolidation

YANG Mei,PAN Xiao-lei
（Department of Information,Guangdong Provincial Corps Hospital of the CAPF,Guangzhou 510507,China）

ObjectiveTo apply virtualization technology to server consolidation in order to realize high availability of hospital IT system,continuity of operation,energy saving and pollutant reduction.MethodsThe server was virtualized by evaluating the existing environment,planning virtual platform,constructing virtual environment and etc.ResultsThe utilization ratio of the server was increased from within 5%and 20%to within 70%and 80%.ConclusionServer virtualization increases system availability and reliability while decreases the investment on hospital IT infrastructure.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（3）：121-123]

virtualization;server consolidation;high availability;operation and maintenance costs

R318；TP393.1

A

1003-8868（2015）03-0121-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.03.121

杨 眉（1974—），副主任，工程师，主要从事医院信息化建设方面的研究工作，E-mail：amei_yang@163.com。

510507广州，武警广东省总队医院信息科（杨 眉，潘晓雷）