超融合架构在医院信息化建设中的实践

季敏

随着医院信息化需求的提升及相关信息化方面技术的发展，医院对于以往的信息支持技术的改进要求不断提升，以往的信息支持运维成本较高，利用率低，传输瓶颈等多方面不足，而超融合架构即可有效弥补上述不足，可达到有效控制运维成本、提高稳定性及应用安全性的目的。临床中关于超融合架构在医院信息化建设中的实践是保证其运营的基础与前提，也是研究的重点。本文中就超融合架构在医院信息化建设中的实践进行探究，现分析如下。

1 超融合的架构及特点

1.1 超融合的架构

融合技术作为信息化建设中的一个重要方面，其在计算与存储的融合中的作用显著，其主要为通过虚拟化软件的形式将资源进行整合处理[1]，效果较好，而超融合架构则是将计算、网络、存储等资源在同一套单位设备中实现有效整合，同时对多个方面（软件备份、数据快照、重复数据删除和在线数据压缩）进行更为有效的处理，且其生产厂家多相同，因此在融合方面的效果较好，在无缝横向扩展方面优势突出，形成有效统一的资源池[2]，且本类设备的预先配置为应用的便捷提供了前提。而医院的应用过程中，对于便捷及稳定性的要求较高，因此在医院中的应用优势突出。

1.2 超融合的主要特点

超融合的特点较多，且其中较多为优点，对于资源的整合与无缝化处理效果突出。（1）医院中的资料数据一体化要求较高，各个科室及部门之间的配合要求较高，因此在资源池化方面的要求较高，而超融合技术则通过软件的方式将各种计算资源、存储资源和网络资源进行整合，因此为各部门的配合工作与应用奠定了基础[3]。（2）设备部署效率是设备应用前的一个重要环节，医院的工作性质决定了对于时效性的要求较高，而超融合一体机的此方面特点突出，部署时间约为6～8 h，显著短于同量级服务器的2周及以上的时间，对于时效性要求较高的医院具有特定优势。（3）医院的资料较多，且涉及多科室及部门的应用，较多工作人员对于系统的应用知识掌握仍相对欠缺，需逐步学习强化，因此对于运维的便捷性要求较高，而超融合一体机各部分多出自一个厂家，在维护与操作方面具有统一性，在资源调整方面优势突出，且启动较快、硬件增改更为快捷，因此适合医院的应用环境。（4）医院对于细节的繁琐控制要求较高，超融合结构的资源是池化的，节点出现问题的情况下可有效避免系统的中断，在系统建立的同时即实现了系统镜像的建立，因此在提高冗余方面的作用显著。

2 本院超融合技术的应用基础与问题

2.1 本院超融合技术的应用基础与需求

航天七三一医院信息中心核心机房建于2009年，建筑面积40平方米，容纳16个机柜，UPS容量为30 KV。医院信息化建设经过近7年的快速发展，已建成为以电子病历为核心，多种系统整合的医院信息系统，涵盖了患者就诊的各个环节和医院办公、管理的各个方面，信息化建设已经成为医院发展的重要助力，然而服务器的需求却成为信息化建设的瓶颈和巨大安全隐患。

运行有HIS系统、PACS系统、LIS系统、电子病历系统等45个应用系统，占用27台服务器、13个机柜，由于服务器、机柜、存储、UPS负载资源有限，仅对HIS系统和PACS系统进行了双机热备，其他应用系统的高可用性及数据安全无法保证。医院目前采用的是一台服务器安装多个非核心应用系统的方式，充分利用服务器资源，减少机房空间占用和UPS负载。根据医院信息化建设发展规划，至2020年，每年将开展3～5个应用系统的实施，重要业务系统需要进行备份，而现有服务器中有9台已到使用年限，维修较为频繁，面临更换。按照现有的系统部署方式，至2020年医院将需要新增、更新服务器30台，以及配套的交换、存储设备。但医院核心机房的空间有限，无法容纳足够数量的机柜，且现有UPS负载量在服务器平稳运行状态下已达65%，已经无法应对紧急情况下服务器重启对UPS负载的要求，更无法再承受因服务器数量而增加的负载量。现有的应用系统部署模式，增加了服务器和应用系统运维管理难度，无法确保数据安全和提高应用系统的可靠性，各服务器资源利用率不均衡，造成资源浪费和能源消耗。同时，随着信息化应用的深入，医院的日常业务已经无法离开信息系统的支撑，需要实现重要业务系统备份，并且保持不间断运行。因此，现有核心机房的可容服务器、存储、交换设备数量、UPS容量设计已经不能满足医院信息化建设的需求。

2.2 存在的主要问题

对于医院信息系统的存在问题分析显示，其问题较多。主要为以下几项：（1）需要更换的服务器较多，购买成本较高，利用率低，部署困难。根据统计，航天七三一医院信息中心，需要新增和替换40多台服务器，如此多的服务器单独部署需要很长的时间，而且不便于管理，服务器的资源也没有办法进行有效的利用。（2）机房空间不足，电源后备能力有限。现在的核心机房于2010年建成，当时预留了16路电源为16个机柜供电，但是由于一些核心设备占用了多路供电，目前预留的16路电源已被全部占用；机柜13个也基本饱和，无法支撑如此多的服务器。（3）重要业务系统无系统备份，存在安全隐患。如LIS系统和电子病历系统等目前还没有建立系统备份，一旦服务器出现故障，将会直接影响到治疗工作的开展。（4）部分重要业务系统没有测试环境，对于系统升级和系统更改都不能提前在测试环境中进行测试，存在安全隐患。

2.3 医院信息化相关问题的解决

随着信息化技术和虚拟化技术的不断发展，有效利用服务器的各种资源，减少资源浪费、同时能够建立可靠的应用备份是当今服务器技术的一个重要发展方向，融合一体机在这样的历史条件下产生，有效整合多台服务器的资源，同时能够互为备份，便于管理和操作系统复用，方便建立各种测试环境。

利用虚拟化技术，可以解决目前航天七三一医院信息中心发展的瓶颈，不需要对信息中心的核心机房进行改造，不影响目前的业务使用，有效分离应用系统并建立测试环境和备份系统。

2.3.1 基本设备的问题解决 （1）替换常规服务器：目前医院的主要的业务服务器购置时间都超过5年，硬盘空间、内存和CPU都不能满足现有业务的需求，很多服务器较为平凡的出现宕机和硬件故障，影响了医院业务的正常进行。更换融合一体机后，可以在不影响生产业务的情况下，用较快的时间将这些系统转移到新的服务器上。（2）服务器应用备份：目前航天七三一医院除了HIS系统外，其他系统都是单机运行，如果出现服务器宕机，将会影响到业务的正常进行，融合一体机本身对建立的服务器会有一个镜像备份，如果系统出现了宕机不会影响到业务的使用，也确保了数据的安全[4]。（3）应用分离：解决多个服务器在同一台服务器上不稳定的问题，因为融合一体机在部署方面非常方便，建立以个虚拟的系统只需要很短时间，方便我们将原有的多个系统进行分离，建立属于自己的服务器，提高稳定性和安全性。（4）建立最佳测试环境：因为服务器环境限制的因素，航天七三一医院80%的系统没有测试环境，因为搭建测试环境的周期较长，而且与生产环境也是脱节的；但是没有测试环境，系统进行更新和变更的时候，无法提前对系统变更的有效性进行测试，会对系统的使用产生隐患，融合一体机可以通过复制镜像建立与生产环境完全一样的测试库，只需要用十几分钟的时间就能够建立起一套测试环境。（5）减小能耗、增加核心机房可用空间：替换不能满足需求的老旧服务器，减少能耗；重新整合服务器机柜，将核心机房的可用年限扩大[5]。

2.3.2 设备选型与项目实施方面问题解决 设备选型应做到简单易用、快速部署，产品应具有统一存储架构，能够将服务器、存储和网络集成放置在统一的机框或机架中，高度融合集成，简单易用。

高可用性、高可靠性及高安全性也是重要方面，实现所有部件及节点的冗余配置是重点，磁盘阵列系统具有高可靠性、可用性。能够自动监控资源和系统运行状态，具有管理分权分域、日志记录、日志审计等功能。具有双机集群功能、容错机制，保障业务连续性。具备快照功能，保存基于时间点的运行状况和数据，作为导出数据、恢复数据之用[6-7]。

资源池化及资源自动分配也是必要基础条件，其能够实现设备资源池化，对资源进行共享，提高现有医院数据资源利用率。系统扩展能力强，可根据业务量弹性扩容，适应业务系统突发需求。资源能够自动分配，缩短系统部署周期，加快业务上线速度。当集群资源不足时，可对集群增加计算或存储资源，方便医院数据自动化、合理化分配及应用[8]。

即插即用的优势能够支持在正在运行的物理主机上热插拔PCIe SSD驱动器的功能，即无需中断或停机即可根据需要向虚拟机添加CPU，磁盘和内存，以保证医院数据的稳定性、安全性。

提供统一的图形界面管理软件，方便在一个地点完成所有虚拟机的日常管理工作。操作界面尽量简单易用，确保安全性。

2.3.3 设备部署方面的问题解决 管理节点部署在虚拟机上，利用2台物理服务器做主备部署。管理节点使用两块本地硬盘做RAID1管理节点虚机的存储，除系统使用外，所有服务器的其他本地硬盘都可组成分布式存储池，非管理节点刀片可用于部署应用虚拟机，应用虚拟机使用分布式存储池资源。

2.3.4 系统迁移方面的问题解决 业务迁移服务主要内容是将现网业务平滑的迁移到虚拟化一体机上，尽量减少系统迁移对业务的影响。现在目前医院在用的应用系统中，有两种情况：（1）供应商能够提供支持的应用系统。（2）供应商无法提供支持或供应商已经联系不上的。对于供应商能够提供支持的，我们采用的方式是先在虚拟机中部署好应用系统的环境，再从原服务器中将数据迁移到新的服务器中。此种方式可以避免原服务器的操作系统有问题或者有病毒。对于供应商无法提供支持或者已经联系不上的应用系统服务器，可以利用超融合厂家提供的镜像工具，将现有的系统制作成为镜像，再加载到虚拟机上，此种方式虽然不能将操作系统更新，但是能够提升系统的安全性和硬件性能。

3 结论

通过实施虚拟化融合一体机，能够对现有服务器进行整合，减少服务器数量，不仅节省了硬件设备资金投入，并且延长了机房的使用寿命，降低能源消耗，节约了机房扩建和能源资金投入。同时，虚拟化融合一体机能够快速的部署各类服务器和应用，能够为重要业务系统建立备份，大大提升了医院信息系统的可靠性、安全性、稳定性和故障恢复的时效性，确保医疗工作的正常开展。

综上，虚拟化融合一体机不仅能减少硬件资源的浪费，而且能提升医院业务系统整体运营效率，为医疗工作提供了有力的支撑。

[1] 张光华. 超融合系统架构在数据中心的应用研究[J]. 通讯世界，2017，34（18）：85.

[2] 杨怡萌，王勐. 超融合架构技术研究与实现[J]. 科技展望，2017，27（2）：113，115.

[3] 钱朝阳，陆明胜. 浅谈超融合基础架构[J]. 数字技术与应用，2016，34（9）：216-217，220.

[4] 冷迪. 企业数据中心超融合架构的特点和发展趋势研究[J]. 科技创新与应用，2015，5（35）：37-38.

[5] 罗力，陈翔. 医院数据中心引入超融合基础架构所带来的优势[A].中华医学会（Chinese Medical Association）、中华医学会医学信息学分会. 中华医学会第二十一次全国医学信息学术会议论文汇编[C]. 中华医学会（Chinese Medical Association）、中华医学会医学信息学分会，2015：1.

[6] 王盈. 超融合让云计算回归本质[J]. 软件和集成电路，2016，33（7）：46-49.

[7] 李志远，杨文静，温钰. 基于超融合的存储架构研究[J]. 电信快报，2016，53（7）：14-17.

[8] 张翔. 超融合数据服务平台在融合媒体的应用[J]. 广播与电视技术，2016，43（6）：48-50.