醫(yī)院數(shù)據(jù)中心虛擬化建設(shè)

1、醫(yī)院數(shù)據(jù)中心虛擬化建設(shè)隨著醫(yī)院信息化的發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)的不斷增加使服務(wù) 器、存儲、網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)中心有限的空間內(nèi)迅速增長，引起了 較多的問題。而虛擬化技術(shù)的產(chǎn)生，使多臺服務(wù)器整合到一 臺物理服務(wù)器上，不僅提高了服務(wù)器的利用率，還增強了系 統(tǒng)的可用性，同時也方便了數(shù)據(jù)中心的管理和維護。北京大學(xué)人民醫(yī)院（以下簡稱“人民醫(yī)院” ）的信息系 統(tǒng)經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)涵蓋了信息交換、臨床信息、運營管 理、區(qū)域醫(yī)療和基礎(chǔ)架構(gòu)五大領(lǐng)域， 包含 73 個系統(tǒng)以及 205 個子系統(tǒng)。由于采用“一套應(yīng)用系統(tǒng)一套服務(wù)器”的傳統(tǒng)發(fā) 展模式，為了支撐龐大的信息系統(tǒng)，服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè) 備在數(shù)據(jù)中心機房有限的空間內(nèi)迅速增長，引起

2、了場地不 足、能耗巨大、資源利用率低下、難于管理和維護等一系列 問題。因此，醫(yī)院信息中心決定在 2012 年對數(shù)據(jù)中心進行 虛擬化改造，建設(shè)虛擬化計算平臺，淘汰老舊物理服務(wù)器， 將各應(yīng)用系統(tǒng)的服務(wù)器遷移到虛擬機上。數(shù)據(jù)中心的虛擬化趨勢 信息化發(fā)展的一個副產(chǎn)品是企業(yè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)服務(wù)器數(shù) 量劇增。而計算資源固定分配的傳統(tǒng)發(fā)展模式，往往會造成 服務(wù)器忙閑不均、容災(zāi)能力差、系統(tǒng)繁忙時響應(yīng)速度慢等問 題。同時，越來越多的服務(wù)器使得數(shù)據(jù)中心機房的供電、制 冷、空間等問題日益凸顯。使用虛擬化技術(shù)，可以把計算資源利用率低的多臺服務(wù) 器整合到一臺服務(wù)器上，從而節(jié)省數(shù)據(jù)中心的空間，大大減 少數(shù)據(jù)中心的能耗，也帶來了

3、管理和維護的便利，服務(wù)器虛 擬化技術(shù)所具有的封裝性、硬件獨立性和隔離性也為保證業(yè) 務(wù)連續(xù)性提供了新的手段。因此，虛擬化技術(shù)成為提升企業(yè) 數(shù)據(jù)中心適應(yīng)能力、建設(shè)高適應(yīng)性 IT 基礎(chǔ)設(shè)施的必由之路。 數(shù)據(jù)中心的虛擬化水平也成為衡量企業(yè)生產(chǎn)力的重要標(biāo)準(zhǔn)。虛擬化方案的制定 為了制定符合醫(yī)院實際情況的虛擬化解決方案，我們首 先對醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的現(xiàn)狀進行了調(diào)研，在調(diào)研的基礎(chǔ)上提出 了虛擬化平臺的建設(shè)目標(biāo)，最后依據(jù)建設(shè)目標(biāo)的要求、通過 科學(xué)計算制定出了詳細(xì)的虛擬化解決方案。1. 調(diào)研情況通過調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)醫(yī)院數(shù)據(jù)中心存在三個急需解決的 問題：資源利用率有待提高 隨著各種信息系統(tǒng)的建立，機房 內(nèi)設(shè)備數(shù)量越來越多，

4、導(dǎo)致供電負(fù)荷與空調(diào)制冷量“捉襟見 肘”然而，各應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、存儲的資源利用率很低， 急需通過虛擬化平臺來整合資源、 提高利用率， 淘汰老舊服務(wù)器，緩解機房空間、電力負(fù)荷以及空調(diào)制冷的壓力系統(tǒng)可用性有待提升 在醫(yī)院信息系統(tǒng)中，只有關(guān)鍵業(yè) 務(wù)采用了雙機熱備、互備、多備一等方式，其它多數(shù)業(yè)務(wù)服 務(wù)器沒有備機。一旦這些業(yè)務(wù)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，需要較長時間 才能恢復(fù)。 同時， 有些服務(wù)器已經(jīng)超期服役， 存在運行風(fēng)險。 虛擬化技術(shù)可通過高可用和動態(tài)遷移技術(shù)降低運行風(fēng)險，提 高系統(tǒng)可用性。對新增應(yīng)用系統(tǒng)的響應(yīng)能力有待提高 傳統(tǒng)模式下，每 新增一套業(yè)務(wù)系統(tǒng)，都要需經(jīng)過立項、采購服務(wù)器、到貨上 架、操

5、作系統(tǒng)安裝、應(yīng)用軟件部署等多個環(huán)節(jié)，周期較長， 難以滿足那些急切需要上線的業(yè)務(wù)需求。我們希望利用虛擬 平臺靈活的資源調(diào)配能力，快速部署虛擬機，供新增業(yè)務(wù)系 統(tǒng)使用。2. 虛擬化平臺建設(shè)目標(biāo) 人民醫(yī)院數(shù)據(jù)中心虛擬化改造的總體目標(biāo)是建設(shè)一個 以虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)的，能夠整合各種資源，提高服務(wù)器、 存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等硬件的利用率，便于管理，綠色環(huán)保，并 且具有高靈活性、高可用性和高安全性的數(shù)據(jù)中心。3. 軟件的選擇在服務(wù)器虛擬化領(lǐng)域內(nèi) VMware 公司處在領(lǐng)先的地位。 與其他虛擬化軟件相比， VMware vSphere 虛擬化軟件更加成 熟，功能上更加全面，運行時更為穩(wěn)定，安全系數(shù)更高。因 此我們決

6、定采用 VMware vSphere 虛擬化軟件來搭建虛擬化 平臺。VMware vSphere 在邏輯上由三層構(gòu)成： 虛擬化層、 管理 層和接口層。虛擬化層 由 VMware ESXi 組件實現(xiàn)，包含基礎(chǔ)架構(gòu)和 應(yīng)用程序。 基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)可以虛擬化、 聚合和分配硬件資源。 應(yīng)用程序服務(wù)是用于確保應(yīng)用程序可用性、安全性和可擴展 性的服務(wù)集，包括 vSphere High Availability 、vMotion 和 Fault Tolerance 等。管理層 由 VMwarevCenter Server 組件構(gòu)成的，它是配 置、調(diào)配和管理虛擬化環(huán)境的中心。接口層 由各種客戶端組成， 用戶可通過

7、 GUI 客戶端訪 問 VMware vSphere 數(shù)據(jù)中心。4. 虛擬化平臺架構(gòu)設(shè)計 虛擬化平臺的總體架構(gòu)由六臺高性能服務(wù)器、兩臺互為 鏡像的存儲以及融合 SAN 與 LAN 交換能力的 Nexus 5000 交換機組成。六臺高性能 x86 服務(wù)器安裝 ESXi 虛擬化軟件 組成一個 ESXi 服務(wù)器群集中， 由一臺 vCenter Server 管理服 務(wù)器統(tǒng)一管理，所有的虛擬機都運行在這個群集上。虛擬化的數(shù)據(jù)中心物理架構(gòu)服務(wù)器部分采用 6 臺高性能 x86 服務(wù)器，組成 ESXi 服 務(wù)器集群，滿足業(yè)務(wù)系統(tǒng)對運算能力的要求。同時利用VMware vSphere 虛擬化套件的集群技術(shù)，

8、實現(xiàn)高可用性和資 源的動態(tài)調(diào)配。網(wǎng)絡(luò)部分使用支持以太網(wǎng)光纖通道（FCoE）技術(shù)的思科Nexus 5000 交換機，將以太網(wǎng)與存儲網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一， 采用雙核心、 多鏈路的設(shè)計，實現(xiàn)高可用性。存儲部分使用高性能、高容量、高可用性的院級存儲陣 列，將虛擬化平臺下所有的服務(wù)器文件以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)都集中 存儲到該臺存儲設(shè)備中。實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理以及存儲空間 的統(tǒng)一調(diào)配。存儲介質(zhì)部分使用 SSD 固態(tài)硬盤，以滿足 IO 密集型應(yīng)用的性能需求。冗余架構(gòu)設(shè)計 主機：六臺物理主機組成高可用集群。一旦某一臺主機 宕機，其上運行的虛擬機自動遷移到余下五臺主機上運行。存儲：兩臺存儲互相進行同步復(fù)制。一臺存儲故障，不 影響數(shù)據(jù)完

9、整性和業(yè)務(wù)連續(xù)性。網(wǎng)絡(luò)：兩臺 Nexus5000 交換機，采用多鏈路方式連接主機。LAN ：每臺主機的網(wǎng)絡(luò)分為三組， 管理網(wǎng)、 內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)。 每組由兩條物理鏈路承載數(shù)據(jù)傳輸，兩條鏈路接在不同的交 換機上，互為備份。SAN ：主機與存儲采用多路徑方式連接，每臺物理主機有4條fc鏈路，每臺存儲有8條fc鏈路。高可用架構(gòu)設(shè)計虛機文件被統(tǒng)一存放在大容量存儲陣列之上，而存儲陣 列被共享給了虛擬化集群中的六臺 ESXi 主機同時訪問，因 此虛擬機可以根據(jù)需要自由的遷移到任意一臺 ESXi 主機中 運行。使用 VMware vSphere HA 技術(shù)監(jiān)控群集中的所有 ESXi 主機，當(dāng)某一臺 ESXi 主機

10、發(fā)生故障時，虛擬機自動遷移到 其他 ESXi 主機上運行。虛擬化平臺的部署與實施1. 虛擬化平臺的搭建 將虛擬化平臺涉及的硬件產(chǎn)品包括服務(wù)器、存儲和交換 機安裝到位并加電測試，然后在六臺 DL980 服務(wù)器上部署 VMWareESXi 虛擬化層， 之后在一臺 ESXi 主機上新建虛機， 并配置成 vCenter 管理服務(wù)器， 最后在 vCenter 管理服務(wù)器中 添加由六臺 DL980 服務(wù)器組成的 ESXi 主機，并配置成 HA 高可用集群。2. 服務(wù)器的遷移 虛擬化平臺搭建好以后，需要將已有的物理服務(wù)器遷移 到虛擬機中，這個過程被稱為P2V。VMWare提供了一個工具，即 VMware v

11、Center Converter 。它使用戶可以快速、簡 單、輕松地實現(xiàn)基于 Microsoft Windows 的物理機轉(zhuǎn)換和將 第三方映像格式轉(zhuǎn)換為 VMware 虛擬機。利用此工具，我們先將輕負(fù)載、非核心的業(yè)務(wù)服務(wù)器遷 移到虛擬平臺下運行，經(jīng)過一段時間驗證了虛擬平臺的性能 和穩(wěn)定性后，逐步將核心業(yè)務(wù)及高負(fù)載的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器遷移 過來。最終我們共遷移了 109 臺已有物理服務(wù)器到虛擬平臺 下。3. 虛擬服務(wù)器的創(chuàng)建 隨著各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)的擴張，需要不斷地創(chuàng)建虛擬服務(wù)器 來滿足需求。為了提高創(chuàng)建虛擬機的速度，并規(guī)范統(tǒng)一虛擬 機的配置，我們使用了 VMWare 的模板發(fā)布功能。 創(chuàng)建各種 操作系統(tǒng)版

12、本的虛機模板，每個模板都預(yù)先安裝好防病毒軟 件和 VMware tools ，并打好補丁，因此可在五分鐘內(nèi)滿足各 種虛擬機的申請。虛擬化帶來的成效 虛擬化平臺整合了各種硬件資源，提升了系統(tǒng)運行效 率，并且為應(yīng)用系統(tǒng)提供了高可用的解決方案。通過使用虛 擬化平臺，還實現(xiàn)了醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的精細(xì)化管理。通過接近 兩年的實際運行，證明了虛擬化平臺具有穩(wěn)定、可靠、降低 成本、節(jié)約能耗、方便管理等優(yōu)勢，同時硬件資源也得到了 充分的利用。虛擬化平臺的運維管理 虛擬化技術(shù)為數(shù)據(jù)中心的運行帶來的諸多益處的同時， 也需要科學(xué)的運維和管理。為了保證虛擬化平臺的平穩(wěn)運 行，需要根據(jù)虛擬化平臺的特性制定運維工作規(guī)范：巡檢制度 每天定時檢查虛擬平臺的運行狀況，通過 vCenter 查看虛擬化平臺的軟硬件有無報警， 存