服务器虚拟化在医院信息化系统中的研究与应用

2019-04-04王淑平刘杉

微型电脑应用 2019年3期

王淑平，刘杉

(湖北省肿瘤医院，武汉 430079)

0 引言

医院信息系统是支撑医院发展的重要工具，在医院整体规划和信息化建设中占有重要的地位。近年来，医院建设面临的信息化需求越来越多，需要上线的信息系统也越来越多，而每套信息系统都需要配套进行相应的软硬件环境，如物理服务器、操作系统等。随着不同厂商的信息系统的使用，硬件环境也越来越复杂，物理服务器的数量从几台到十几台，再到几十台，甚至上百台，给运维和管理带来了极大的困难，物理服务器数量的不断增加和较低的资源利用率是当前医院信息系统建设面临的现实问题，将物理服务器进行虚拟化是解决该问题的有效途径。

1 医院信息系统建设现状分析

1.1 医院信息系统建设现状

随着信息技术的不断发展，医院的业务和管理需求也逐渐从传统的单一化向多元化转变，医院的信息化系统也从原始的以手工为主的方式转变为计算机系统辅助为主的多系统融合。医院信息化系统建设主要包括电子病历系统(EMR)、医院信息管理系统(HIS)、医学影像存档与通讯系统(PACS)、实验室信息管理系统(LIS)、办公自动化系统(OA)、财务管理系统、人力资源管理系统及物资管理系统等等。其中，医院信息系统(HIS)是医院信息系统中的核心组成部分，基本覆盖了医院所有的业务流程，主要包括医护工作站、门急诊挂号、病人住院收费等。图1是医院信息系统建设图。一般来说，随着医院信息化发展进程的快慢，不同的信息系统上线的时间点不同，开发部署的公司不同，运行的软硬件环境也有很大差异。

1.2 系统部署存在的问题

医院信息系统的建设通常对系统的稳定性要求很高，往往要求系统能提供7*24小时不间断服务，在医院信息化发展早期，大部分信息系统基本都采用的是单一应用部署模式，即一台物理服务器只安装一种操作系统支撑一套信息系统软件。随着业务量需求的提升，软件规模也越来越大，对硬件的要求也越来越高，部分系统迁移到了高可用集群上部署。不管是单一应用部署还是集群部署，随着系统数量的增加，都越来越需要大量的硬件设施，尤其是物理服务器的数量剧增，也因此造成了很多问题：(1)运营成本增加，大量的物理服务器购买，不仅耗费了大量的资金，同时对机房占地、耗电、维护等带来了高额消耗；(2)资源利用率低，一般的系统部署都是单一应用部署模式，对于业务量较少的系统，物理服务器的硬件资源如CPU、内存等利用率很低，造成了系统资源的浪费；(3)运维难度增加，物理服务器台数的不断变多，品牌杂乱，分布方式由集中变得分散，给服务器的运维带工作来了难度，尤其当服务器发生故障时候，解决问题的成本耗费很大。

图1 医院信息化系统建设框图

2 服务器传统部署架构分析

2.1 服务器物理部署架构

医院信息中心机房运行着大量的物理服务器，支撑着数量众多的医院业务系统，核心业务系统如HIS，一般是物理双机环境，其他大部分信息系统一般是单机运行，一个应用系统对应一台物理服务器。图2是医院信息系统服务器物理部署架构图。物理服务器大多以单台分散独立式部署为主，架构特点是需要大量的物理服务器,如图2所示。

图2 服务器物理部署架构

单一应用部署模式简单易行，尤其是在信息化建设过程中逐步部署系统时，针对单一系统，采购单台服服务器，部署单服务，可以很快地实现业务应用。但是当单台服务器数量达到一定规模时，单一应用部署模式的弊端就体现出来了，主要集中在资源利用率不均衡的情况。绝大部分系统应用对服务器的资源利用和性能要求都不高，导致服务器长期处于空负荷状态，而一些业务量大的系统应用长期超负荷运行，处于卡、慢状态，资源负载不能均衡分配。随着物理服务器数量的不断增加，信息中心管理维护人员需要应对多种不同型号品牌的硬件设备以及操作配置，提高了运维环境的复杂度。服务器物理部署架构扩展性较差，尤其当医院部署新的应用系统时候，通常都需要重新单独采购硬件，耗费时间长花费大，导致系统部署周期长，效率低下。

2.2 服务器虚拟化部署架构

服务器虚拟化是一种将物理服务器通过虚拟化软件虚拟成多台虚拟服务器的技术，通过虚拟化后的虚拟服务器可以无感知的与物理服务器相同的方式提供服务，每台虚拟服务器可以通过资源池动态分配资源，兼容不同的操作系统，支撑不同的系统应用。图3是医院信息系统服务器虚拟化部署架构图。如图3所示。

图3 服务器虚拟化部署架构

在图3中，将医院一定数量的高性能服务器虚拟出多台服务器，按需分配给医院各个应用系统。

服务器虚拟化部署方式可以实现少量的物理服务器支撑多个应用系统，为服务器层面管理提供一个集中的图形化管理界面，便于管理和管理。在众多的医院信息系统中，并非所有的系统都需要高性能服务器支持，有些业务量较小的系统如人力资源管理系统属于部门级系统，数据访问量有限，因此可以通过虚拟化的方式为其提供虚拟化服务器。同时，医院还会存在一些老旧系统在与新操作系统的兼容性方面存在问题，通过虚拟化服务器方式可以很好的解决兼容性问题，对异构操作系统具有良好的支持。服务器虚拟化技术虽然可以通过管理少数的物理服务器来实现应用部署问题，但是也面临着集中式架构的通病，即支撑虚拟化服务器的物理服务器一旦崩溃，会造成众多的应用系统不能使用，此外还存在I/O瓶颈等问题，因为虚拟化服务器适合部署一些非核心关键类信息系统。

2.3 服务器物理架构和虚拟化架构比较

服务器物理部署架构是早期信息化建设采用的主要模式，随着虚拟化技术的不断发展，医疗领域也越来越多的使用服务器虚拟化架构部署方式，但是二者各有优劣，如表1所示。

服务器物理架构和虚拟化架构比较，从服务器数量、服务器质量、资源利用率、运维管理及适用场景等方面进行了比较。服务器物理部署架构需要服务器数量多、管理复杂，但对核心业务系统如HIS能提供较好的性能。服务器虚拟化部署架构需要的服务器数量较少、管理相对集中简单，能很好的支持业务量较小的应用系统如OA等，但可能会存在I/O瓶颈等。

表1 服务器物理架构和虚拟化架构比较

3 基于服务器虚拟化的混合架构设计与应用

3.1 基于服务器虚拟化混合架构设计

纯物理服务器部署架构或纯虚拟化服务器部署架构都不能完全满足医院信息系统的全部署，基于服务器虚拟化的混合架构部署是可以有效的发挥两者的优势，将业务量大数据访问频繁的关键核心应用部署在物理服务器集群上，将业务量小数据访问频率低的非核心业务部署在虚拟机服务器上，图4是基于服务器虚拟化混合架构图,如图4所示。

图4 基于服务器虚拟化混合架构

在图4中，将服务器划分为物理集群和虚拟化服务器，分别支持不同的应用系统，如医院信息系统(HIS)、电子病历系统(EMR)和医学影像存档与通讯系统(PACS)等关键业务可以部署在物理集群环境以保证业务系统的高性能，而办公自动化系统(OA)、财务管理系统及人力资源管理系统等非关键业务可以部署在虚拟服务器上以保证可用性。此外，虚拟服务器可以实现快速部署新的业务系统，当有新的非关键业务系统需要上线时，可以迅速划分虚拟服务器，进行快速部署。

3.2 基于服务器虚拟化混合架构实例应用

作为医院的信息系统核心关键系统的HIS系统以及围绕着HIS的接口系统，是各医院正常业务的基础保证，保障其稳定高效的运行是重点工作，架构设计和部署方面需要重点考虑。HIS系统数据量大、实时访问量多，较适合部署在物理双机中，其他的如医保支持系统、OA报表系统等业务访问量较小，可以部署在虚拟服务器中。基于服务器虚拟化混合架构的医院信息系统实际部署图,如图5所示。

图5 基于服务器虚拟化混合架构的医院信息系统实际部署

在图5的实际部署图中，服务器被划分为物理集群和虚拟化服务器两大部分。物理双机实现采用的是ORACLE 11G RAC技术，用来向核心系统系统HIS提供高效可靠的服务。服务器虚拟化采用是市场上主流的VMware vSphere商业软件，通过在物理服务器上部署ESXi产品，实现物理服务器的虚拟化，通过vCenter对虚拟服务器进行统一的管理。在实际应用过程中，虚拟化服务器在支持新系统上线方面效果明显，通过克隆镜像等能快速提供测试环境以及正式部署，极大了提升了效率。通过服务器虚拟化混合架构部署，不仅保障了核心业务系统HIS的高效持续运行，同时实现了非核心系统的集中整合，医保支持系统和OA报表等系统均可部署在虚拟服器上，打破了单一服务器仅支持单一应用的模式。服务器虚拟化减少了物理服务器的数量，实现了一台服务器多种应用的模式。