可靠与高效 虚拟化带来的医院信息化变革

医院简介

海军总医院数据中心从1999年启动，至今已运行14 余年，通过不断的探索和实践，信息化在医院运行的各个方面发挥了重要的作用。截止目前，海军总医院的信息系统共有二十余个，除了主要的HIS、PACS、LIS 等系统外， 还有医保、合理用药、miniPACS、临床移动医护等多个业务系统，对于HIS 系统，通过采用双机和磁盘阵列之间的数据同步，实现了应用级的高可用，但是面对其他的业务系统，如何建立一套完善的保护机制，关系到各个业务的可靠和高效的开展，在技术选择上，虚拟化技术为这个问题提供了答案。虚拟化建设的模式。

海军总医院虚拟化探索

医疗对数据的需求不断增加，从量的变化到质的变化，不断衍生出大量的业务系统，多个业务系统的相对独立性以及归属部门的不同，使得系统建设保持着交叉渗透性但必须要具有独立的载体，从系统上来看，就是存在多个主机和存储，而资源的利用率也不尽相同，无论是初期的建设还是后续的维护，都需要大量的投入。海军总医院从2009 年开始利用Vmware 对业务系统进行了虚拟化改造，通过对主机的虚拟化的探索，明显提升了系统的整合度，对于空间、用电、管理等，特别是资源利用率方面，得到了切实的提升。其次，对于数据保护系统，为了保证软件系统的延续性，同时为了减小数据备份窗口，采用了虚拟带库产品，利用VTL（Virtual Tape Library）自身的虚拟化特性，满足了对备份系统的延续性和性能的要求。

一、虚拟化探索

医疗对数据的需求不断增加，从量的变化到质的变化，不断衍生出大量的业务系统，多个业务系统的相对独立性以及归属部门的不同，使得系统建设保持着交叉渗透性但必须要具有独立的载体，从系统上来看，就是存在多个主机和存储，而资源的利用率也不尽相同，无论是初期的建设还是后续的维护，都需要大量的投入。

我院从2009年开始利用Vmware对业务系统进行了虚拟化改造，通过对主机的虚拟化的探索，明显提升了系统的整合度，对于空间、用电、管理等，特别是资源利用率方面，得到了切实的提升。其次，对于数据保护系统，为了保证软件系统的延续性，同时为了减小数据备份窗口，采用了虚拟带库产品，利用VTL（Virtual Tape Library）自身的虚拟化特性，满足了对备份系统的延续性和性能的要求。

二、存储虚拟化技术的应用

按照虚拟化技术的深化，存储虚拟化逐渐从设备管理层面出现，将虚拟化推入了系统架构的后端。存储虚拟化技术，从设备层面讲就是指卷的管理，利用对卷的整合和改造，使改造后的信息系统可以更好的满足业务的需要。

权威组织SNIA(存储网络工业协会)对存储虚拟化的定义是：通过对存储(子)系统或存储服务的内部功能进行抽象、隐藏或隔离，使存储或数据的管理与应用、服务器、网络资源的管理分离，从而实现应用和网络的独立管理。

存储虚拟化把多个、多种存储设备通过一定的方式统一管理起来，提供大容量、高数据传输性能的存储系统。存储虚拟化技术代表了一种实实在在的领先技术，这种技术带来的好处主要是：减少存储设备数量，提高资产利用率，增加可管理性、灵活性和可扩展性，降低成本、绿色运营。存储虚拟化既方便了管理，提高了设备利用率，同时又降低了管理、维护和运作成本，可谓是一举两得。

根据在网络中实现位置的不同，目前存储虚拟化技术主要分为三种：基于主机侧、基于存储设备侧、基于网络层实现的，如图1所示。基于网络层实现的存储虚拟化技术运用的比较广泛。

图1  存储虚拟化示意图

1)     基于主机侧的存储虚拟化

实现方式：由主机操作系统下的逻辑卷管理软件（UNIX家族系统）或者安装专门卷管理软件（windows等）方式来实现，不同操作系统使用的卷管理系统软件也不相同。

主要用途：使服务器的存储空间可以跨越多个异构的磁盘阵列，常用于在不同磁盘阵列之间做数据镜像保护。

优点：支持异构的存储系统，比较容易实现。

缺点：部分主机需要更换卷管理软件，对现有系统修改较大；需要在每台安装数据保护软件；系统运行需要占用主机资源，会影响主机的系统运行性能；操作系统的版本和存储软件的版本兼容性需要一一确认，可能会需要主机系统升级，对现有业务冲击非常大，部署时间长，后续维护和扩展非常复杂都将非常复杂。

2)     基于存储设备侧的存储虚拟化

实现方式：在存储控制器上添加虚拟化功能，常见于中高端存储设备。这种虚拟存储一般是存储厂商实施的。

主要用途：在同一存储设备内部，进行数据保护和数据迁移。

优点：与主机无关，不占用主机资源；容易实现。                                               

缺点：要求存储设备必须具备所需功能，否则就需要数据迁移，使部署时间长而且迁移后的阵列可能造成浪费；有设备配对的限制，一般要求组网存储设备为同一厂家甚至同一系列的；扩展性差，扩容特别是在线扩容只有部分存储支持

3)     基于网络层实现存储虚拟技术

实现方式： 通过在存储域网（SAN）中添加虚拟化硬件实现。

主要用途：整合异构存储系统和统一数据管理。

优点：与主机无关，不占用主机资源；能够支持异构主机、异构存储设备；提高存储设备总的利用率，减少设备数量，降低TCO；构建统一管理平台，简化管理；存储扩容操作简单，对原网改动小，不中断业务，可扩展性好。

缺点：适合于现网复杂、有异构和统一管理的应用；对于单机单存储应用成本偏高。

三、虚拟化平台建设

1）存储虚拟化技术选型

我院现有的业务平台主要是依托于现有的网络环境，如果采用主机层的虚拟化，则必须要考虑后期整个虚拟化平台的扩展，这种建设模式势必会造成多种主机环境下的虚拟化管理，特别是系统中存在小机、X86服务器和虚拟机时，部署和管理难度将会极大的影响系统的正常运行；采用存储层虚拟化，也就是在磁盘阵列层考虑虚拟化建设，则会存在品牌、性能等各方面的受限，并且还需要引入高端的存储系统，增加投入和维护成本；在这样的环境下，采用网络层的虚拟化，可以有效的解决上层主机异构的问题，也不会存在品牌限制和对性能的影响，同时可以利用网络的扩展性，将单业务的虚拟化建设成平台的虚拟化。

2）存储虚拟化建设方案

通过对现有的业务进行梳理和整合，对其中的满足条件的业务进行虚拟化，同时利用虚拟化建立本地的数据高可用。建设后的网络拓扑如图2所示：

图2  网络拓扑图

利用虚拟化网关，对现有的部分业务进行整合，将现有的应用服务器阵列1和新增的应用服务器阵列2添加到虚拟化平台中，同时利用虚拟化网关的镜像功能，实现上层应用数据的高可用，对于虚拟化平台中业务的任何一个I/O，都可以在虚拟化网关层实现实时的复制，从而可以保证任何一台后端存储的故障不会引起数据的不可用。

现有的虚拟化只是将现有的六台服务器和后端的两个磁盘阵列进行了虚拟化，数据也只是考虑了本地的高可用，整个基本的虚拟化平台已经建设完成，后续的虚拟化平台扩展可以直接将需要扩展的存储设备从逻辑上映射给虚拟化网关，同时在服务器层增加一些配置，从而可以实现整个平台的虚拟化。

对于新增业务系统对于硬件设备的需求，可以在服务器层面增加新的虚拟机，存储容量或者性能不够时，可以增加任意品牌磁盘阵列，通过选择该磁盘阵列的规格和硬盘类型，以满足新增业务对容量和性能的需求。虚拟化网关也可以实现集群式的扩展，通过虚拟化网关自身的扩展，不仅可以提升虚拟化平台的可靠性，还可以提升平台的性能。

生产机房与容灾机房之间的距离不超过3km，将高可用的盘阵部署在另外一个机房，以此进一步减少数据可靠性对单一机房的可靠性依赖，实现异地的容灾。

虚拟化技术逐渐提升了我院的信息化水平，并且虚拟化已经从传统的主机虚拟化和设备级的虚拟化延伸到了存储的虚拟化。通过主机的虚拟化，减少了多台服务器的额外采购，同时使得单台服务器的资源利用率从20%上升到了70%；通过存储层的虚拟化，对后端的存储资源进行了初步的整合，并且实现了本地的数据高可用，更重要的是，对于后续的资源整合，搭建了一个可靠的平台，从业务实现到资源管理都提升了效率。