基于云計(jì)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(tái)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(tái)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(wèn)題和可以改進(jìn)的地方。針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的不足,構(gòu)建云計(jì)算數(shù)據(jù)中心已成為一種趨勢(shì)。近年來(lái),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(zhǎng)。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(chǔ)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(chǔ)在統(tǒng)一的共享磁盤(pán)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(pán)存放,一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)應(yīng)一臺(tái)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(yíng),但其存在的問(wèn)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(shí)間,其系統(tǒng)資源利用率都在10%以下,資源浪費(fèi)嚴(yán)重。并且應(yīng)用系統(tǒng)單機(jī)運(yùn)行,單點(diǎn)故障隱患嚴(yán)重,其可用性、安全性較低。為了實(shí)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(chǔ)設(shè)備沒(méi)有得到充分利用,數(shù)據(jù)不能在存儲(chǔ)系統(tǒng)或者不同磁盤(pán)之間自由流動(dòng),同時(shí)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(pán),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(huì)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(tái)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(duì)設(shè)備的運(yùn)行、監(jiān)控和管理變得日益復(fù)雜,對(duì)機(jī)房空間布局、設(shè)備能源消耗、日常管理維護(hù)無(wú)疑是個(gè)挑戰(zhàn),運(yùn)行和維護(hù)成本較高。各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)形成了獨(dú)立的平臺(tái),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(jí)或者擴(kuò)容時(shí)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(shí),需要做大量重復(fù)的工作,實(shí)施周期較長(zhǎng)。醫(yī)院數(shù)據(jù)中心包括服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)、交換設(shè)備等內(nèi)容,對(duì)整個(gè)信息平臺(tái)具有支撐作用。基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心使用“池”的概念,把各種IT資源都放在云計(jì)算平臺(tái)中統(tǒng)一管理,將各種資源實(shí)現(xiàn)整合,通過(guò)虛擬化技術(shù)形成標(biāo)準(zhǔn)化的虛擬計(jì)算池、存儲(chǔ)池、網(wǎng)絡(luò)池等資源池,每個(gè)池均可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的資源調(diào)整,能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬資源池中資源的動(dòng)態(tài)調(diào)度,以達(dá)到調(diào)度過(guò)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(chǔ)輔助平臺(tái)通過(guò)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(jì)算池,進(jìn)而把服務(wù)器虛擬成多臺(tái)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(gè)虛擬機(jī)就像一臺(tái)獨(dú)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(lái),它們就是一臺(tái)臺(tái)相對(duì)獨(dú)立的服務(wù)器。不同的虛擬機(jī)可以運(yùn)行相同或不同類(lèi)型的操作系統(tǒng),作為不同業(yè)務(wù)的支撐平臺(tái)。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(duì)空間的占用。通過(guò)存儲(chǔ)虛擬化,將實(shí)際的物理存儲(chǔ)實(shí)體與存儲(chǔ)的邏輯表示分離開(kāi),建立一個(gè)虛擬抽象層,將多種或多個(gè)物理存儲(chǔ)設(shè)備映射到一個(gè)單一邏輯資源池中,構(gòu)建虛擬存儲(chǔ)池。這個(gè)虛擬層向用戶(hù)提供了一個(gè)統(tǒng)一的接口,向下隱藏了存儲(chǔ)的物理實(shí)現(xiàn)。用戶(hù)可隨意使用存儲(chǔ)空間而不用關(guān)注底層物理設(shè)備的類(lèi)型和特性。通過(guò)構(gòu)建存儲(chǔ)虛擬化平臺(tái),整合和充分合理利用存儲(chǔ)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)遷移,保證前端業(yè)務(wù)不會(huì)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(duì)網(wǎng)絡(luò)虛擬化來(lái)說(shuō),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(gè)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(mǎn)足其獨(dú)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(wèn)題,靈活調(diào)整網(wǎng)絡(luò)邊界,從容面對(duì)云計(jì)算應(yīng)用引起的突發(fā)流量問(wèn)題,保障業(yè)務(wù)無(wú)間斷運(yùn)行,滿(mǎn)足業(yè)務(wù)和服務(wù)器虛擬化對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求。3云計(jì)算數(shù)據(jù)中心主要特點(diǎn)經(jīng)過(guò)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(jì)算系統(tǒng)、EMC存儲(chǔ)設(shè)備以及Vplex存儲(chǔ)虛擬化設(shè)備、F5負(fù)載均衡器、DeepSecurity趨勢(shì)服務(wù)器深度安全防護(hù)系統(tǒng),構(gòu)建了一個(gè)全冗余架構(gòu)的醫(yī)院云計(jì)算數(shù)據(jù)中心,把8個(gè)刀片服務(wù)器整合成一個(gè)虛擬計(jì)算池,把3臺(tái)存儲(chǔ)設(shè)備整合成一個(gè)虛擬存儲(chǔ)池,新增了一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)池。采用基于云計(jì)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(jì)算和存儲(chǔ)資源,把虛擬化的資源以一種動(dòng)態(tài)的最優(yōu)化方式由系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)業(yè)務(wù)需求來(lái)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(shí)現(xiàn)了以下目標(biāo):一是充分滿(mǎn)足醫(yī)院各類(lèi)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(huì)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(chǔ)和傳輸系統(tǒng)(PACS)等應(yīng)用負(fù)載較高;白天,檢驗(yàn)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(tái)的多個(gè)虛擬機(jī)中,實(shí)時(shí)監(jiān)控它們的負(fù)載、動(dòng)態(tài)調(diào)度資源,實(shí)現(xiàn)IT資源與工作負(fù)載的一致性,無(wú)需增加資源、即能同時(shí)滿(mǎn)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(lèi)業(yè)務(wù)高峰時(shí)出現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行速度緩慢的問(wèn)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(huì)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(shí)現(xiàn)醫(yī)院應(yīng)用系統(tǒng)的高可用性,排除設(shè)備的單點(diǎn)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(shí),高可用集群自動(dòng)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(shí)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(shí)施成本。三是大大簡(jiǎn)化了管理程序并且減少了運(yùn)維成本。云計(jì)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(jiǎn)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