面向虚拟化技术下构建医院数据中心的研究

摘  要：随着现代信息技术的高速发展，我国各行各业都开始步入数据化、科技化的行列。虚拟化技术作为计算机资源管理技术，在社会的各个领域得到广泛的应用。应用虚拟化技术，医院的数据中心得到迅速的发展和完善，构建起来的虚拟化数据平台对医院发展具有重要意义。但虚拟化技术在医院的应用中还存在着诸多的问题，例如整合度不够、资源利用率低下等。

关键词：虚拟化技术;医院信息系统;医院数据中心;应用研究

中图分类号：TP308;R197.324      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）07-0092-03

Research on Building Hospital Data Center under Virtualization Technology

DUAN Qian

（Huadu District，Guangzhou City Peoples Hospital，Guangzhou  510800，China）

Abstract：With the rapid development of modern information technology，all walks of life in China are beginning to enter the ranks of data and technology. As a computer resource management technology，virtualization technology has been widely used in various fields of society. With the application of virtualization technology，the hospitals data center has been rapidly developed and improved. The constructed virtualized data platform is of great significance to the development of the hospital. But there are still many problems in the application of virtualization technology in hospitals，such as insufficient integration，low resource utilization and other disadvantages.

Keywords：virtualization technology;hospital information system;hospital data center;application research

0  引  言

在現代医疗理念中，医院不仅要拥有医术高超的医生、服务优良的护士，更要有科技含量高的现代化的设施，而医院的信息系统更新、完善正是医院现代化建设的基础和技术支撑。随着医院信息系统规模的日趋扩大，医院数据中心的服务器也要相应地增加，随之而来的是维护成本的增加、管理难度的自然加大。所以，怎样建造一个稳定、安全、高效的数据中心，是医院在新形势下亟待解决的问题。本文将以广州花都区人民医院为例，对虚拟化技术下怎样构建医院的数据中心进行详细的分析和研究。

1  现状的分析

在传统的医院数据信息管理系统中，一台数据服务器必须配置相关的操作系统，运行单独应用模式，而且还要为每一个应用配备单独的储存设备，这样的管理机制，导致管理部门必须经常采购和规划设备。尽管在虚拟化技术的完善过程中，系统服务器和桌面设备的数量在不断增加，但在应用过程中并没有发挥容量和性能的优势。另外，随着日新月异的信息技术，每个医院对信息化管理的依赖程度都在与日俱增，尤其是对虚拟化技术应用的深度和广度都在增加。而服务器的每一次停止运行，对医院的损失都是很大的，怎样把系统停机的概率降到最低，是医院IT管理人员迫切需要解决的问题。由此可见，医院的信息管理系统怎样融合虚拟化技术，是医院信息化建设的重中之重，也是医院和现代化接轨的必由之路。

2  医院数据中心建设原则

2.1  先进性

以虚拟化技术为依托，构建与世界标准接轨的高性能、容易运作和管理的数据平台，以满足医院全部应用系统改造和升级的资源需求。

2.2  实用性

构建能满足新时期业务需求以及未来发展趋势、具备现代化管理手段的数据中心，集中调度所有应用系统的资源。

2.3  安全性

同步实施系统安全建设，除了实现诸多层次的安全指标外，更要注重管理体系的完善，确保医院数据系统的安全运行。

3  传统医院数据中心架构及其存在的问题

3.1  系统架构

通常情况下，医院信息管理系统包括以下这些方面：HIS、LIS、PACS、EMR、财务系统、人力资源管理系统、OA系统、物资设备管理系统、手术麻醉系统、重症监护管理系统、消毒供应追溯系统、体检系统以及官网等。

在传统医院的数据中心采用双机热备系统的只是具备HIS、LIS、PACS、EMR等数据库服务器中的一个或者几个而已，其余的服务器基本都是单机运行模式。例如，某医院虚拟化前的传统数据中心拓扑架构，如图1所示。

3.2  存在的问题

3.2.1  资源利用率低

通常情况下，三级以上的医院的信息系统都会超过40个应用系统类型，数据中心具备20台以上的物理服务器。在以往的服务器及相关产品的采购存储中，必须要对未来的发展趋势和现实的应用进行分析，然后根据单个项目进行产品采购，如果预估不准确和现实使用中有其他变化，浪费资源的现象就会发生。同时，随着医院整体的发展，信息系统在不断地扩大规模，与之相适应的就是增加服务器的数量，而在实际的应用中很多服务器的利用率十分低下，从而造成机房空间、电力、冷却等资源浪费，进而提升了管理的成本。

3.2.2  安全性差

传统的医院信息系统安全性不高，会对醫院的正常医疗工作造成影响。但医院为保障安全、可靠性所采取的措施是有限的，只能是对冗余备份系统进行加增或者是采用双机系统。而多数医院实施的安全冗余方案只是针对最重要、最核心、利用率高的系统，而其他系统依旧处于缺乏安全性的单机模式。而随着医院整体信息系统应用复杂性增加，相应地提高了信息交互和集成度，系统的利用率也在逐步提高。由此，安全性的提升已经是医院数据中心的当务之急。

3.2.3  管理难度大

传统医院数据库的服务器都是通过手工管理的，会暴露长时间的宕机、故障节点多、维护成本高的问题;而且，一组服务器管理一个系统，在备份数据、系统切换方面存在困难;另外，不均衡的负载也是很大问题，还很多瓶颈存在，更有闲置浪费的现象。基于医院昼夜不间断工作的特征，让维护管理没有最佳的时间和时机，造成数据积压严重、不能正常地迁移、演练和优化，严重影响硬件的资源利用，导致医院数据中心的管理监控效能低下。

4  虚拟化技术概况

4.1  服务器虚拟化

虚拟化技术的核心特征就是服务器的虚拟化，也就是服务器抽象化的过程，从物理资源变化为逻辑资源，让一台服务器发挥几台甚至是几十台服务器的功能，也就是相互隔离虚拟的特征，促使I/0、内存、CPU、磁盘等硬件成为动态控制的“资源池”。每台虚拟后的逻辑服务器对不同的应用实施运行，既有效提升了资源的利用率，也大大简化了管理系统。同时也可以虚拟化相关的网络设备，虚拟的模式有两种：即单一的物理设备虚拟为多个设备、多个物理设备虚拟成单一的设备。第一种虚拟起到提升设备利用率的作用，第二种发挥冗余度强化的功能，确保网络安全性。

4.2  虚拟机迁移

利用构建绝对的隔离、安全虚拟机对操作系统和应用程序实施封装，把硬件的物理资源变化为虚拟机资源。统一管理、配置所有的虚拟机，实现动态调控资源的目的，促使虚拟机的迁移。由此，灾难恢复就完全可以通过虚拟机的转移和复制完成，其可用性大大提升。虚拟服务器拥有均衡负载的透明度、隔离故障的自动化等性能。利用虚拟化技术整合网络服务器，大大地提升了医院信息系统服务器资源的利用率，既增加了信息系统的管理效益，更缩减了管理成本。

5  虚拟化数据中心设计和安排

5.1  医院虚拟化数据中心架构

最大限度地冗余了所有物理设备，是虚拟化后的医院数据中心架构的明显特点。真正实现了双链路的格局优势，即物理服务器与存贮柜之间的双链路、物理服务器与网络之间的双链路;诸多物理服务器构成的集中的资源池保证所有虚拟服务器畅通运行，就算其中的任何物理服务器发生故障，相关的虚拟服务器都可以向其他正常服务器迁移，确保继续运行。

5.2  服务器资源整合

虚拟服务器优于传统服务器的最大特征是有效整合了原有的物理服务器资源，让原来资源利用率低下的服务器对诸多虚拟机实施运行，同时在资源丰富的物理机上运行那些资源匮乏的服务器，完全解决了迁移前服务器CPU、内存等缺少的问题。同时传统数据中心使用的服务器不是配置虚拟化的，其CPU和内存配置还有很大的拓展空间，在虚拟化的过程中，将这些主板上的空间进行满配，就徒增了很多服务器资源，而其配置的成本要远远低于购买新的服务器。由此，整合后的医院数据中心就拥有更多的服务器资源，逐步实现服务器集群、容灾广阔功能。

5.3  优化网络配置

虚拟化后的网络系统，切实减少了物理服务器的数量，也节省了很多接入用的服务器端口。同时为保证运行的稳定性，要对接入网络配置实施必要的强化：（1）确保全部物理服务器最低实现网络连接的双链路;（2）基于服务器迁移必须配备高网速，建议使用的端口最低是千兆的，万兆端口最佳;（3）业务用的网络端口不能与虚拟服务器管理用的网络端口混在一起，防止虚拟服务器的相关操作影响业务系统的运行;（4）一些程序要求服务器与多个网络进行连接，这就要求物理服务器适当增加网络端口，让不同虚拟服务器连接更多的网络。总之物理服务器的网络端口要从虚拟化前的每台2～4个，增加到虚拟化后的8～10个或者更多。另外，为了更好发挥连接的冗余效果，并实现在不断网的情况下切换故障，本文建议利用另一种虚拟技术，即将两台物理接入交换机虚拟成一台智能弹性架构双机的技术。

由很多台设备组成的虚拟化技术系统，其中的主体设备负责拟化运行、维护和管理的任务，而处理业务也可以是次设备进行，前提是在主设备不能正常运行的情况下，系统会自动推选次设备进行工作，保证工作的正常开展。这样的模式远比传统的虚拟路由冗余协议（VRRP）双机模式更具优势：（1）不受环路限制，点对点组网更轻松自由，且不需要启动STP;（2）倍增的宽带链路达到了负载的均衡，虚拟化交换机可以跨设备对链路实施捆绑，可以把不同交换机上的四条链路捆绑在一起，一旦故障出现，毫秒间就可以收敛;（3）交换机的性能无限增大，因为负载均衡的两台交换机，都在进行数据的交换转发工作;（4）虚拟交换机技术与服务器虚拟化技术的融合，让管理更便捷。

5.4  数据存贮及备份优化

基于医院数据中心的网络系统多为光纤，本文利用了FC SAN架构对医院数据中心虚拟化实施的设计，将数据中心的全部存贮柜与所有的物理服务器通过两个光交换机进行双链路连接。其中容量大、性能好的作为主存，辅助存贮利用其他的。虚拟化实施以后，数据中心的所有存贮柜都可以被连接使用，与此同时，也可以对那些老存贮柜的主板实施扩充，拓展出来的硬盘空间资源可以对更多虚拟服务器实施运行，为数据中心的所有应用数据做各种备份。

6  花都区人民医院的应用效果

6.1  提高了扩展性和并行处理能力

虚拟云平台接收到用户迁移过来的数据分析后，根据不同的应用系统数据构建独立的系统虚拟机，为宿主服务器群资源以及虚拟机资源的灵活高扩展提供强力的支持，在云平台内部，系统按照资源的利用状态实施在线迁移，提供业务服务。

6.2  总成本显著降低

经过对服务器的合理整合，物理服务器的数量得到控制和精简，显著提升了各个物理服务器效率以及利用CPU资源的效率，让硬件的维护运营成本明显降低，其中包括人力、冷气空调、耗电、网线、数据中心空间、机柜等成本，同时解决了旧程序的兼容性、升级维护等难题，使运维成本大大降低。

6.3  运营效率明显提升

虚拟系统让新服务器和应用程序得到快速部署，缩短了重建服务器和加载应用的时间。对资源增长实施提前规划，能以最快的速度响应用户和应用的需求，缩短了以往的采购流程和时间。同时对硬件维护和升级的速度加快。

6.4  系统服务水平有所提高

IT资源和业务之间的关系得到良好的构建，实现优先级对应的IT资源和业务。以大资源管理的模式对所有服务器、存储、网络等实施统一的管理，然后按不同的需求分配资源。

7  结  论

综上所述，在传统的医院管理中，基于人力、物力和财力的限制，对医院的信息管理系统总体的规划不足，以及医院面临的信息管理人才缺乏等因素，造成硬件设施淘汰频繁，软件升级面临困难和压力。而对虚拟化技术进行应用，在改造旧的数据中心设备的基础上，医院可以构建一个统一的数据中心，不仅提升了管理效率，更节约了成本。由此可见，在医院的信息管理中应用虚拟化技术，将是现代医院信息化建设的大势所趋。

参考文献：

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[5] 刘芙蓉.医院信息化建设之数据安全策略[J].医学信息学杂志，2010，31（11）：31-33.

作者简介：段茜（1988.10—），女，汉族，江西萍乡人，高级工程师，毕业于海南大学，研究生，研究方向：计算机应用技术知识工程。