１医院应用信息系统存在问题
应用系统及服务器数量众多，软硬件资源无法实现动态调配，资源浪费严重。很多业务系统的软件架构和运行环境各不相同，对服务器的配置要求也不相同，为减少各系统的相关影响，保证其独立性，就需要将各系统相互隔离，通常采用的办法是采用一个物理服务器只运行单个应用，造成资源浪费，某些服务器的负载多数时候只有３０％左右，另一些服务器却硬件资源严重不足［２］。由于物理服务器之间彼此独立隔离，闲置资源无法实现动态调配和充分利用。另外由于一些重点应用系统稳定性、安全性要求较高，还采用了双机热备技术，也增加了服务器数量。以上情况都会造成硬件及运行成本提高、管理及维护难度增大，而且导致电力、制冷压力大、机房空间饱和等一系列问题。医院业务的特殊性对信息系统的业务连续性、各种软硬件故障响应速度的要求很高，而庞大杂乱的物理服务器集群难以达到相应要求。医院的ＨＩＳ、ＰＡＣＳ、电子病历等系统是在信息化建设过程中的不同时期分批建成的，各系统分散在不同的物理服务器上，这种分散式布局和存储架构造成运营维护不便、备份方案复杂；发生灾难时需重新安装服务器、配置运行环境，恢复周期长。另外老服务器上的软件无法与新型服务器高度兼容，也导致进行旧系统迁移时产生很多问题［３］。
２虚拟技术简介
２．１虚拟技术的含义虚拟技术将操作系统、应用软件与物理硬件隔离，允许多个操作系统独立、并行运行在同一物理服务器上，使得资源利用率更高，管理更灵活更有效，其包括桌面、服务器、应用程序的虚拟化等。利用虚拟技术可以将一台物理机划分为多个虚拟主机，当不同的用户使用或者运行不同的应用程序时，每个虚拟机都有一套各自专属的虚拟硬件，用来加载各自的操作系统，运行相应的应用程序［４］。各虚拟机的运行和管理与一台物理主机几乎完全相同，均可独立享有自己的用户、系统函数库、访问权限、网络地址、应用程序以及配置文件等。２．２虚拟化技术的发展趋势虚拟化软件自从诞生以来，已经历了三代发展历程。第一代利用主机的架构可以提供服务器的分区能力。第二代在第一代基础之上提供了应用软件的虚拟化管理、物理服务器动态迁移等功能。能够整合标准服务器和存储虚拟化的第三代虚拟化技术，通过可集中管理的动态资源池，可持续优化任何应用或操作系统并保持其可用状态［５］。目前市面上应用较为普及的有：ＶＭｗａｒｅ公司的Ⅵ３、Ｃｉｔｒｉｘ公司的Ｘｅｎ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ公司的Ｈｙｐｅｒ－Ｖ、ＳＷｓｏｆｔ公司的Ｖｉｒｔｕｏｚｚｏ。２．３虚拟化软件的发展历程一是基础平台开放化。基础平台的封闭架构必然带来不兼容性，既无法对异构虚拟机系统有良好的支持，也难以支撑目前业界产业链的开放合作需求。随着信息技术进入云计算时代，虚拟化软件的管理平台应该向开放性兼容平台架构发展，以使得多种厂家的虚拟机能够更好的兼容共存，更有利于不同的软件公司和应用厂商基于这一开放平台架构不断丰富云应用，满足用户更加多元的需求。二是连接协议标准化。在未来的云计算时代，多种连接协议运行在公有桌面云的情况下，设备终端的兼容性将会越来越复杂，所以各种终端必须要支持多种不同的虚拟化客户端软件，才能够满足用户需求。但是嵌入式的云终端却使客户采购的选择性和替代性受到了限制。通过标准化桌面连接协议，能够获得终端和云平台的广泛兼容性，形成良性的产业链结构。
３虚拟技术在医院的应用
３．１虚拟化架构设计３．１．１虚拟化主机程序的设计虚拟化主机程序是整个系统虚拟化架构的基础及核心部分，其采用的软件技术基于底层硬件系统，直接在物理服务器裸机上安装虚拟化主机程序，然后再创建出满足各种应用的虚拟服务器［６］。虚拟化主机程序负责根据不同应用将物理服务器上的处理器、存储器、内存和网络资源按需求划分到各个虚拟服务器中。各虚拟服务器之间基本互不影响、相对独立，因此能够将诸如Ｗｉｎｄｏｗｓ、Ｕｎｉｘ或者Ｌｉｎｕｘ多种操作系统安装配置在各个不同的虚拟服务器上，在不同的操作系统上安装运行相应的业务软件。为支持需强劲处理能力和耗费巨大硬件资源的应用系统，单个虚拟服务器也能同时利用多个ＣＰＵ。系统采用虚拟化架构后可以通过创建资源池，在运行过程中根据实际使用情况和资源占用情况实时为虚拟服务器调配硬件资源。当硬件和其他资源不足时，可以暂时将未满负荷的虚拟服务器闲置资源借用过来；待应用程序运行压力降低后，再归还相应的虚拟服务器资源，从而大幅度提高物理服务器硬件资源的利用率。３．１．２存储系统的设计在虚拟化架构的服务器系统中，由磁盘文件与配置文件两部分共同构成了虚拟服务器，这些文件有本地存储和共享存储两种类型，存放于数据存储系统中的虚拟存储空间内。本地存储的虚拟化存储空间大小由虚拟化服务器所配置的硬盘容量决定，其直接建立在安装了虚拟化主机程序的物理服务器上。本地存储的结构比较简单，并且建设初期的投入成本较低，但是随着应用拓展和需求增加，其并不能满足功能性和扩展性的需求。共享存储与多台安装了虚拟化主机程序的物理服务器进行连接之后，将虚拟存储系统创建在专用共享存储设备上，就能够在同一时间与建立连接的多台服务器进行数据交互。共享存储能够集中虚拟化服务器的各种资源，使其更专注于应对处理应用软件，从而降低对存储的要求；当应用程序负担较重导致存储容量不够用时，还可以在线实时进行扩容。虽然结构比较复杂且初期投入成本较高，但共享存储的功能性和扩展性都更优越［７］。３．１．３集中管理平台的设计为高效管理虚拟化架构系统，并更好的监控其性能，设计搭建专门平台用以集中管理所有安装了虚拟化主机程序的服务器，该平台需在中心机房独立配置一台集中管理独立服务器。通过该平台，共享数据存储配合虚拟化主机程序可以实现许多高级功能，例如虚拟服务器故障切换与动态迁移、虚拟资源的动态调度与分配等。在相互连接构成网络的物理服务器之间，该平台还可以通过共享存储设备，进而共享各服务器的硬件资源，实现资源的动态调度与分配；管理平台还能对中心机房进行不间断地实时监测，甚至可以在出现硬件故障和问题，或各物理服务器任务量差异过大时，实现故障机上的或负载过大的虚拟服务器跨物理服务器动态迁移，实现自动化的故障切换和负载均衡。３．２虚拟化的实施３．２．１存储整合采用ＳＡＮ（ＳｔｏｒａｇｅＡｒｅａＮｅｔ－ｗｏｒｋ，存储区域网络）存储架构，如图１所示。组建ＳＡＮ后，将所有存储资源进行整合，优化成一个存储池，可实现服务层中的物理服务器与虚拟服务器同时对不同阵列上的磁盘空间进行访问，从而避免了因存储设备相互独立造成的不可共享等问题。在此基础之上，还可将不同阵列上的存储空间进行整合，供同一台虚拟服务器使用，从而在存储级别实现资源整合与优化。图１ＳＡＮ存储构架示意图３．２．２服务器整合物理服务器的虚拟化整合，采用ＶＭｗａｒｅ公司的ｖＳｐｈｅｒｅ套件进行。首先进行分类整理，利用性能较好的服务器作为虚拟平台服务器，并安装配置ＶＭｗａｒｅ公司出品的虚拟架构套件ｖＳｐｈｅｒｅ，经过相应的配置，就可以在单个物理服务器上生成多台相互独立的虚拟服务器。在每台虚拟服务器上，都可以安装配置各不相同、独立运行的操作系统，运行各种应用软件，实现业务系统的整合。利用与物理机连接的ＳＡＮ存储，还能为每一台虚拟服务器分配诸如计算和存储等各种资源。３．２．３应用扩展基础架构虚拟化整合完毕后，可以获得灵活快捷的应用扩展，各种应用不需重新进行安装部署，就能够直接对其进行计算、存储资源的扩展。并且当基础计算或存储资源难以满足需求时，只需购买新的服务器或ＳＡＮ阵列，并将其加入现有虚拟服务器群集或者ＳＡＮ网络就可增加计算、存储资源，满足不断增长的应用需求。３．３运用虚拟技术的优点３．３．１高效整合和充分利用资源美国能源部的统计数据显示，电力资源输送到数据中心后，大部分被消耗在照明、冷却、监控等设备上，信息设备所使用的平均只有４５％左右；而这其中大部分又被用于内存、硬盘和风扇等，只有３０％被ＣＰＵ使用。而ＣＰＵ很多时候又处于闲置状态，平均负载只有５％～２０％。在这个前提下，若一台服务器仅仅就只部署一个业务应用系统，必然会导致能源、软硬件、资金等资源的大量浪费。通过虚拟化技术，利用强大的虚拟化架构，能够在一台物理服务器上构建多个虚拟服务器，或把多个分散的物理服务器整合为一个逻辑虚拟服务器，从而实现对多个操作系统和应用服务的高度整合［８］。虚拟化整合之后，还可以按实际需求自动进行资源调配，从而实现资源利用最大化，大幅提升服务器硬件资源的平均利用率。采用虚拟化技术还可以缩减医院在硬件采购中的开支，并大幅减少物理服务器的配置数量。综上所述，虚拟技术的采用，不仅能够大大的降低能源消耗，更能为医院节约大笔资金和机房空间。３．３．２动态迁移超强容错由于医疗行业的极其特殊性，某些重要服务的短暂中断也会导致极其严重的后果，这是必须要杜绝出现的。然而传统服务器通常需要几天的筹备期以进行硬件维护，维护窗口期还另外需要数小时，且由于硬件故障导致的非计划停机也无法避免。而采用虚拟化技术后，可以根据需要在服务器群集中创建安装部署不同系统和应用的主从虚拟机，能够在发生故障的时候自动进行动态迁移，将整个服务无缝转移到无故障的物理服务器上，从而能在不中断业务的前提下，对出现故障的服务器和硬件进行维护，在维护过程中用户丝毫不会受到任何影响，既能降低管理维护工作量，又大大提高系统运行连续性。运用虚拟技术之后所获得的高连续可用性能够为医疗行业的特殊应用需求提供可靠保障，是传统服务器所无法比拟的。另外，目前一些厂商已将数据快照及虚拟存储等安全机制引入其虚拟化平台中，较大提高了数据的安全等级和系统的容灾能力。快照只备份虚拟机增量因此运行速度非常快，并可根据需要对备份内容进行增减，能够按照备份时间快速还原到所需要的快照点［９］。３．３．３集中管理平台实现高效的数据维护与管理管理控制平台通过友好可视、功能强大的界面，不仅可以对物理服务器及各虚拟机的运行情况进行实时监控，还能方便地对系统中的全部虚拟资源进行管理、部署以及维护。通过配置文件和模板，可以快速将主机的标准化配置和虚拟机模板批量部署在需要的物理服务器和虚拟机上。动态资源分配能根据预先定义的调配规则和业务需求的变化，在互联互通的虚拟机之间动态智能调配资源，并合理调整优先级，实现内置负载的智能平衡，高度的自我管理和优化。分布式的优化电源管理通过动态监控系统资源和能量消耗，可以实现工作负载的优化整合，既确保服务达到要求，又减少能耗，节约资金［１０］。在整合服务器的同时，虚拟化还提供管理工具，能够减少管理维护人员在以太网路、电线网络以及软硬件维护等方面的工作量，使其节省出更多的时间和精力，用于推动工作创新和业务增长，为医院带来实际的效益。
４结语
未来医院的信息化建设，“虚拟化”必将是大势所趋。虚拟化技术能够帮助医院提高资源利用率，可进行多种异构信息系统的有效整合，提升资源调配和管理灵活性、且节能环保，已成为信息化技术发展的一项具有战略意义的新技术。构建高效、高可控的虚拟化信息系统应用基础架构和虚拟化集中管理平台，可使医院掌握信息系统发展的主动权［１１］。引入虚拟化技术，构建系统资源池，实现信息系统资源的按需分配和动态共享，是未来实现云计算的基础。
作者：罗阳 刘家红 周娅 单位：广州军区联勤部卫生部信息中心
