VMware虚拟软件在医院数据中心建设中的应用研究

巴江波，陈江，淡攀东，张江江

华中科技大学同济医学院附属荆州医院 信息科，湖北 荆州 434020

VMware虚拟软件在医院数据中心建设中的应用研究

巴江波，陈江，淡攀东，张江江

华中科技大学同济医学院附属荆州医院 信息科，湖北 荆州 434020

0 前言

随着医院信息化建设的不断深入，国内大多数医院都建立起了医院信息系统（HIS）、实验室信息系统（LIS）、影像归档和通信系统（PACS）、电子病历（EMR）和办公自动化系统（OA）等。信息化在为医院发展提供有力技术保障的同时，信息系统和各类设备的运行和维护也为医院管理带来了一定的困惑[1]。我院自1999年启动信息化建设，逐步完善了HIS、LIS、PACS、健康体检系统和OA系统，但由于各系统建立的时间和建设的部门不同，特别是由于医院机房空间和管理手段的限制，一直未能建立全院性的数据中心，各个信息系统都有独立的服务器和存储设备，分布于不同部门，使得信息系统间数据交互性差，硬件设备使用率低，管理难度高。

1 传统医院数据中心的弊端

传统医院数据中心的建设主要是解决设备的统一管理，建设与管理的重点集中在保障设备稳定、安全和可靠地运行。随着医院信息系统的不断扩展，传统的数据中心逐渐开始暴露出其弊端。

1.1 资源利用率低

每个应用系统使用1个或多个服务器和存储设备，多项调查数据表明企业数据中心的服务器的平均利用率普遍低于15%，据美国《网络世界》提供的数据显示，在美国很多企业的数据中心，对于许多应用来说，CPU使用率均低于25%；在许多情况下，即使是信息化程度很高的企业，其IT资源利用率也仅为20%左右[2]。

1.2 业务连续性差

大多数医院在信息化建设总投入有限，医院除少数核心系统（HIS、PACS等）采用双机热备的方式外，绝大多数系统采用单服务器模式，服务器发生故障，不可避免宕机，可能对医院业务产生影响。如果每个业务系统都按传统模式升级为双机模式，则需要大量的硬软件投入[3]。

1.3 管理复杂和运行成本高

传统数据中心中各应用系统建设相对独立、各自为政，其基础设施相当于一个个独立的“孤岛”，资源配置和部署过程多采用人工方式，没有相应的平台支持，使大量人力资源耗费在繁重的重复性工作上，没有自动服务和自动部署的能力[4]。

随着医院信息化应用的深入，医院的服务器数量成倍增长，机房面积也成为数据中心建设的瓶颈，同时机房能源消耗包括设备和制冷的电力消耗也急剧增加。

2 虚拟化技术

2.1 虚拟化技术应用简介

虚拟化是一个广义的术语，在计算机方面通常是指计算元件在虚拟的环境上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。

CPU的虚拟化技术是以单CPU模拟多CPU并行，允许1个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。

虚拟化包括服务器虚拟化、桌面虚拟化、网络虚拟化和存储虚拟化等[5]。

2.2 主要服务器虚拟化产品比较

X86服务器虚拟化产品主要包括VMware、Microsoft和Citrix，占据96%的市场份额。3种主流产品的对比见表1。

3种平台中，VMware发展时间最长，核心架构更合理，产品成熟性高，对硬件兼容性较好，适合于医院虚拟化数据中心的的建设[6-7]。

表1 主流虚拟化产品对比

3 基于VMware的虚拟化数据中心建设

基于虚拟化技术构建医院数据中心的核心在于构建多个资源池，并根据医院各信息系统的功能及重要程度合理化分配资源池。在本方案设计中，我院选择使用VMware EXI与HP刀片服务器、EMC存储为硬软件平台，构建CPU池、内存池、存储池和网路池等；把2套刀片服务器虚拟化成为30余台虚拟服务器，取代以前各系统独立的服务器，运行于医院各核心系统或者重要业务系统。替换下来的服务器被虚拟化后应用于非关键性应用系统。数据中心结构拓扑图，见图1。

图1 基于虚拟化的数据中心的结构拓扑图

数据中心以6台高性能HP BL680c刀片服务器和2套EMC2 VNX5300存储为核心，利用冗余SAN网络设计，保障了数据中心的稳定性；2套存储采用镜像的方式满足数据中心数据安全。

数据中心日常的管理主要是通过VMware vCenter Server对数据中心的虚拟服务器实现有效地管理：虚拟服务器的建立、动态资源的配置、系统资源的监控和虚拟机迁移等管理。将30多台虚拟服务器建立一个HA（HighAvailab，HA）集群，当集群中任何一台服务器发生硬件故障或者非正常关机的时候， vSphere HA和DRS （分布式资源调度程序）会自动将故障主机中的虚拟机迁移到其他主机，再生成一个新的平衡集群。利用HA和DRS技术，我院大多数的核心业务和重要业务信息系统均实现了高可用性和虚拟化的双机热备。

利用VMware实现虚拟化后，医院数据中心的稳定性显著提升，运行成本得到有效降低（表2）。

表2 虚拟化实施前后效果对比

医院自2012年开始建立虚拟化数据中心建设，系统运行稳定，维护管理方便、高效。由于数据中心的建设，节约了机房空间，电力消耗减低50%以上，提高了资源利用率，综合运行成本降低50%左右。

4 虚拟化在医院应用展望

经过2年医院数据中心的建设，虚拟化技术在我院信息化建设提供了强大、稳定和高效的技术支持，缓解了我院数字化医院建设过程中服务器资源需求大，但资源利用率低、机房维护困难和响应时间长等问题，促进了我院数字化医院建设进程。但是服务器虚拟化只是虚拟化应用的一部分，未来医院在虚拟化技术的应用方向主要在桌面虚拟化、网络虚拟化和云存储等方面。

4.1桌面虚拟化

桌面虚拟化依赖于服务器虚拟化，在数据中心的服务器上进行服务器虚拟化，生成大量的独立的桌面操作系统（虚拟机或者虚拟桌面），同时根据专有的虚拟桌面协议发送给终端设备。用户终端通过以太网登录到虚拟主机上，只需要记住用户名和密码及网关信息，即可随时随地通过网络访问自己的桌面系统，从而实现单机多用户[8]。

医院信息化程度的深入，医院客户端的应用越来越广泛，但是客户端计算机的稳定性较差，设备管理工作量大，难度高。利用桌面虚拟化技术，能够实现医院桌面终端简单化，并实现集中管理，从而有效降低维护量和维护成本。

4.2 云存储建设

医院存储数据量及传输数据量比之前有爆炸式的增长，对数据中心存储设备的容量和稳定性等提出了更高的要求。建立医院的私有存储云提供存储空间，并且其中的数据可以做到随时访问，就像访问本地的存储一样。作为云端，在不影响用户的情况下，提供了很多的附加功能，使得云成为高效、可靠、安全的存储池[9]。结合我院存储使用实际，我院未来将尝试基于EMC VPLEX的双活云存储中心（图2）。

图2 基于EMC VPLEX的双活云存储中心

4.3 网络虚拟化

随着云计算的高速发展，虚拟化应用已成为近几年在企业级环境下广泛实施的技术，除了服务器/存储虚拟化之外，在2012年SDN（软件定义网络）和OpenFlow大潮的进一步推动下，网络虚拟化又再度成为热点[10]。我院主要网络设备采用H3C设备，其专有的设备虚拟化技术为IRF（Intelligent Resilient Framework，即智能弹性架构）。IRF2.0将多个设备虚拟为单一设备，而且形成的虚拟设备具有更高的扩展性、可靠性，从而提高了资源利用率，简化了网络规划和管理（图3）。

图3 基于IRF的虚拟化网络结构

5 结语

基于VMware虚拟化平台建立医院数据中心，能够有效地提高设备的利用率，降低数据中心总所有成本；集中化的管理平台能够有效简化数据中心管理，提高了系统部署的效率；通过虚拟化高可靠集群（HA）的构建有效保障了系统运行的连续性。

[1] 黄影,孙立淼．新医改背景下医院数据中心建设的现状与发展[J]．医疗卫生装备,2012,33(6):33-36．

[2] 陈一君,韩雄．南京军区“医云工程”数据中心建设解决方案[J]．中国数字医学,2013,8(7):11-14．

[3] 吴艳君．基于虚拟化技术的医院信息平台设计[J]．中国医疗设备, 2014,29(1):41-44．

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

[5] 朱海涛．VMware虚拟化系统在高校图书馆中的构建与应用[J]．现代图书情报技术,2012,28(1):68-72．

[6] 张钧,於煌．基于VMware虚拟化技术的医院信息化系统的实现[J]．中华医院管理杂志,2013,29(2):103-104．

[7] 马博峰．VMware、Citrix和Microsoft虚拟化技术详解与应用实践[M]．北京:机械工业出版社,2013．

[8] 姜昌金,陶桦．桌面虚拟化技术在校园网环境的应用[J]．实验技术与管理,2011,28(5):103-105．

[9] 刘思得．基于网络的云存储模式的分析探讨[J]．科技通报, 2012,28(10):206-209．

[10] 王颖,关璐．网络虚拟化环境下的故障管理[J]．电信科学,2013, 29(5):44-48．

Research on the Application of the VMware Virtual Software in Data Centre Construction in the Hospital

BA Jiang-bo, CHEN Jiang, DAN Pan-dong, ZHANG Jiang-jiang
Department of Information, Affiliated Jingzhou Hospital of Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Jingzhou Hubei 434020, China

目的 探讨VMware虚拟化平台在医院数据中心建设与管理中的应用方式。方法 分析传统医院数据建设模式的弊端和主流X86服务器虚拟化产品特点，选择VMware虚拟化平台方案建设医院新一代数据中心；利用该平台将刀片服务器、SAN存储和网络系统建立虚拟化HA（High Available，HA）集群，用于集中部署医院各种信息系统，提高业务系统运行的连续性。结果 采用VMware虚拟化平台建设医院数据中心能够在降低综合运行成本的同时，优化数据中心管理，有效保障信息系统运行的稳定性。结论 VMware虚拟化平台适合用于医院新一代数据中心的建设与管理。

VMware虚拟软件；医院信息系统；服务器虚拟化；桌面虚拟化；虚拟机

Objective To explore the application method of the VMware virtual platform in construction and management of the data center in the hospital. Methods Through analyzing the shortcomings of the traditional data construction pattern and the main X86 server virtual products, the VMware virtualization platform was selected to construct a new-generation data center. Then, the virtual HA (High Available) cluster of the blade server, SAN storage and network system was created through the platform. The virtual HA cluster can be used to centralized deployment of various hospital information systems and improve the continuity in the operation of the system. Results Application of the VMware virtual platform in data center construction in the hospital reduced the overall operation costs and optimized management of the data center, which ensured the stability in the operation of the information system. Conclusion The VMware virtual platform is suitable for construction and management of a newgeneration data center in the hospital.

VMware; hospital information system; server virtualization; desktop virtualization; virtual machine

TP391.9

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.02.021

1674-1633(2015)02-0078-03

2014-08-24

本文作者：巴江波，硕士，工程师。

作者邮箱：bjb1234@163．com