基于云計算的醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建

加強(qiáng)信息建設(shè)是醫(yī)院科學(xué)發(fā)展的必然意義。建設(shè)優(yōu)質(zhì)、高效、安全的信息平臺是醫(yī)院信息化建設(shè)的核心內(nèi)容。而數(shù)據(jù)中心是醫(yī)院信息平臺的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),其建設(shè)質(zhì)量直接影響應(yīng)用系統(tǒng)效能的發(fā)揮和運(yùn)維管理水平的提升。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心在醫(yī)院信息化發(fā)展中發(fā)揮了非常重要的作用,但還存在著一些問題和可以改進(jìn)的地方。針對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的不足,構(gòu)建云計算數(shù)據(jù)中心已成為一種趨勢。近年來,醫(yī)院在信息化建設(shè)和應(yīng)用方面發(fā)展迅速,醫(yī)院數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用需求日益增長。多年的信息化建設(shè),醫(yī)院數(shù)據(jù)中心已積累了大量的IT基礎(chǔ)設(shè)施。而隨著醫(yī)院信息化建設(shè)的逐步深入,各應(yīng)用系統(tǒng)不斷上線和完善,數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)量隨之不斷增加,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和終端數(shù)量不斷擴(kuò)大。而核心系統(tǒng)一般為雙機(jī)環(huán)境,數(shù)據(jù)存儲在統(tǒng)一的共享磁盤陣列中,其他系統(tǒng)一般均為單機(jī)運(yùn)行,數(shù)據(jù)基本都是在服務(wù)器的內(nèi)置硬盤存放,一個應(yīng)用系統(tǒng)對應(yīng)一臺物理服務(wù)器。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心保障醫(yī)院業(yè)務(wù)正常運(yùn)營,但其存在的問題也很明顯,具體表現(xiàn)為:一是服務(wù)器利用率不高,系統(tǒng)運(yùn)行可用性低。醫(yī)院數(shù)據(jù)中心有各種各樣的服務(wù)器,數(shù)量眾多的業(yè)務(wù)系統(tǒng)在運(yùn)行,但是單服務(wù)器單應(yīng)用的部署模式,導(dǎo)致大部分服務(wù)器在大部分工作時間,其系統(tǒng)資源利用率都在10%以下,資源浪費嚴(yán)重。并且應(yīng)用系統(tǒng)單機(jī)運(yùn)行,單點故障隱患嚴(yán)重,其可用性、安全性較低。為了實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的高可用性,需投入成倍的服務(wù)器,造成投資成本加大,且資源得不到充分利用。二是數(shù)據(jù)存放較為分散,安全保護(hù)可靠性弱。醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器及應(yīng)用系統(tǒng)分布較廣,數(shù)據(jù)存放較為分散,存儲設(shè)備沒有得到充分利用,數(shù)據(jù)不能在存儲系統(tǒng)或者不同磁盤之間自由流動,同時缺乏科學(xué)合理的備份恢復(fù)機(jī)制,數(shù)據(jù)安全保護(hù)可靠性較弱。一些數(shù)據(jù)存放在服務(wù)器本機(jī)磁盤,一旦設(shè)備出現(xiàn)損壞,數(shù)據(jù)都有可能被破壞,從而造成不可挽回的損失。如果數(shù)據(jù)遭到病毒破壞,或者被誤操作刪除,同樣會造成巨大的數(shù)據(jù)災(zāi)難。三是數(shù)據(jù)中心運(yùn)維困難,平臺可服務(wù)性較差。醫(yī)院數(shù)據(jù)中心設(shè)備大量增加使得對設(shè)備的運(yùn)行、監(jiān)控和管理變得日益復(fù)雜,對機(jī)房空間布局、設(shè)備能源消耗、日常管理維護(hù)無疑是個挑戰(zhàn),運(yùn)行和維護(hù)成本較高。各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)形成了獨立的平臺,不能靈活地相互調(diào)整資源、相互切換,可服務(wù)性較差。硬件故障維護(hù)、升級或者擴(kuò)容時需要停機(jī)進(jìn)行操作,影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)正常使用。在新業(yè)務(wù)系統(tǒng)上線時,需要做大量重復(fù)的工作,實施周期較長。醫(yī)院數(shù)據(jù)中心包括服務(wù)器、存儲系統(tǒng)、交換設(shè)備等內(nèi)容,對整個信息平臺具有支撐作用?；谠朴嬎愕臄?shù)據(jù)中心使用“池”的概念,把各種IT資源都放在云計算平臺中統(tǒng)一管理,將各種資源實現(xiàn)整合,通過虛擬化技術(shù)形成標(biāo)準(zhǔn)化的虛擬計算池、存儲池、網(wǎng)絡(luò)池等資源池,每個池均可實現(xiàn)動態(tài)的資源調(diào)整,能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬資源池中資源的動態(tài)調(diào)度,以達(dá)到調(diào)度過程中充分利用資源的能力,徹底消除了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的不足。2.1構(gòu)建存儲輔助平臺通過服務(wù)器虛擬化,把物理服務(wù)器的資源抽象成邏輯資源,構(gòu)建虛擬計算池,進(jìn)而把服務(wù)器虛擬成多臺相互隔離的虛擬服務(wù)器即虛擬機(jī)。虛擬機(jī)并不是真正的機(jī)器,但它能像真正的機(jī)器一樣工作,每個虛擬機(jī)就像一臺獨立運(yùn)行的服務(wù)器,有自己的一套虛擬硬件,在上層操作系統(tǒng)和軟件看來,它們就是一臺臺相對獨立的服務(wù)器。不同的虛擬機(jī)可以運(yùn)行相同或不同類型的操作系統(tǒng),作為不同業(yè)務(wù)的支撐平臺。服務(wù)器虛擬化技術(shù)可以更加合理地分配資源,提高服務(wù)器的利用率,其數(shù)量的減少節(jié)省對空間的占用。通過存儲虛擬化,將實際的物理存儲實體與存儲的邏輯表示分離開,建立一個虛擬抽象層,將多種或多個物理存儲設(shè)備映射到一個單一邏輯資源池中,構(gòu)建虛擬存儲池。這個虛擬層向用戶提供了一個統(tǒng)一的接口,向下隱藏了存儲的物理實現(xiàn)。用戶可隨意使用存儲空間而不用關(guān)注底層物理設(shè)備的類型和特性。通過構(gòu)建存儲虛擬化平臺,整合和充分合理利用存儲系統(tǒng),實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中存儲和保護(hù),減少數(shù)據(jù)安全隱患;能夠在不影響應(yīng)用系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下,實現(xiàn)存儲系統(tǒng)遷移,保證前端業(yè)務(wù)不會受到任何影響。2.3物理元素配置網(wǎng)絡(luò)虛擬化是使用基于軟件的抽象,從物理網(wǎng)絡(luò)元素中分離網(wǎng)絡(luò)流量的一種方式。對網(wǎng)絡(luò)虛擬化來說,抽象隔離了網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)端口、路由器以及其他物理元素的網(wǎng)絡(luò)流量。每個物理元素被網(wǎng)絡(luò)元素的虛擬表示形式所取代,能夠?qū)μ摂M網(wǎng)絡(luò)元素進(jìn)行配置以滿足其獨特的需求。將網(wǎng)絡(luò)整合成按需調(diào)度的大型虛擬資源池,提高交換能力,消除虛擬化部署所擔(dān)心的I/O瓶頸問題,靈活調(diào)整網(wǎng)絡(luò)邊界,從容面對云計算應(yīng)用引起的突發(fā)流量問題,保障業(yè)務(wù)無間斷運(yùn)行,滿足業(yè)務(wù)和服務(wù)器虛擬化對網(wǎng)絡(luò)的需求。3云計算數(shù)據(jù)中心主要特點經(jīng)過充分調(diào)研論證,我們采用VMwarevSphere服務(wù)器虛擬化軟件、CiscoUCS統(tǒng)一計算系統(tǒng)、EMC存儲設(shè)備以及Vplex存儲虛擬化設(shè)備、F5負(fù)載均衡器、DeepSecurity趨勢服務(wù)器深度安全防護(hù)系統(tǒng),構(gòu)建了一個全冗余架構(gòu)的醫(yī)院云計算數(shù)據(jù)中心,把8個刀片服務(wù)器整合成一個虛擬計算池,把3臺存儲設(shè)備整合成一個虛擬存儲池,新增了一個虛擬網(wǎng)絡(luò)池。采用基于云計算技術(shù)架構(gòu)的醫(yī)院數(shù)據(jù)中心(其結(jié)構(gòu)如圖1所示),高度共享計算和存儲資源,把虛擬化的資源以一種動態(tài)的最優(yōu)化方式由系統(tǒng)自動根據(jù)業(yè)務(wù)需求來調(diào)用,以靈活安全的方式達(dá)到快速擴(kuò)展和縮減的效果,提高了服務(wù)質(zhì)量。除了提高服務(wù)器利用率、減少數(shù)據(jù)安全隱患、提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行性能以外,還實現(xiàn)了以下目標(biāo):一是充分滿足醫(yī)院各類應(yīng)用系統(tǒng)的資源需求。醫(yī)院信息系統(tǒng)中各種應(yīng)用一天會有很大變化。例如:上午8:00到10:00,電子病歷系統(tǒng)(EMR)等應(yīng)用負(fù)載較高;10:00到12:00,影像存儲和傳輸系統(tǒng)(PACS)等應(yīng)用負(fù)載較高;白天,檢驗信息系統(tǒng)(LIS)等應(yīng)用負(fù)載較高,晚上則負(fù)載下降;把它們放置在同一硬件平臺的多個虛擬機(jī)中,實時監(jiān)控它們的負(fù)載、動態(tài)調(diào)度資源,實現(xiàn)IT資源與工作負(fù)載的一致性,無需增加資源、即能同時滿足這些信息系統(tǒng)的資源需求,確保系統(tǒng)高效運(yùn)行,避免了以往由于資源的缺乏和不合理分配而造成各類業(yè)務(wù)高峰時出現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行速度緩慢的問題。二是有效保障醫(yī)院所有應(yīng)用系統(tǒng)的安全運(yùn)行。醫(yī)院服務(wù)中斷往往會造成許多的負(fù)面影響,因此醫(yī)院應(yīng)用系統(tǒng)不論規(guī)模大小,絕大部分都要求7×24h不間斷運(yùn)行。利用虛擬機(jī)構(gòu)建虛擬服務(wù)器集群,能夠有效地實現(xiàn)醫(yī)院應(yīng)用系統(tǒng)的高可用性,排除設(shè)備的單點故障,保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。當(dāng)物理服務(wù)器出現(xiàn)故障時,高可用集群自動切換服務(wù),使故障服務(wù)器的業(yè)務(wù)迅速平穩(wěn)地遷移到虛擬機(jī),實現(xiàn)服務(wù)不中斷,確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,并且顯著降低實施成本。三是大大簡化了管理程序并且減少了運(yùn)維成本。云計算數(shù)據(jù)中心具有很好的可服務(wù)性,虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)簡化了數(shù)據(jù)中心的管理,消除了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心運(yùn)維和管理的復(fù)雜性,降低了系統(tǒng)維護(hù)和管理的技術(shù)要求,使