醫(yī)院數(shù)據(jù)中心虛擬化建設(shè)

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醫(yī)院數(shù)據(jù)中心虛假化建設(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、儲藏、網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)中心有限的空間內(nèi)迅速增加，引起了很多的問題。而虛假化技術(shù)的產(chǎn)生，使多臺服務(wù)器整合到一臺物理服務(wù)器上，不但提升了服務(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)中心的管理和保護。

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、地域醫(yī)療和基礎(chǔ)架構(gòu)五大領(lǐng)域，包括73個系統(tǒng)以及205

個子系統(tǒng)。由于采用“一套應(yīng)用系一致套服務(wù)器”的傳統(tǒng)發(fā)展模式，為了支撐弘大的信息系統(tǒng)，服務(wù)器、儲藏、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施在數(shù)據(jù)中心計房有限的空間內(nèi)迅速增加，引起了場所不足、能耗巨大、資源利用率低下、難于管理和保護等一系列

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

虛假化改造，建設(shè)虛假化計算平臺，裁汰老舊物理服務(wù)器，將各應(yīng)用系統(tǒng)的服務(wù)器遷移到虛假機上。

數(shù)據(jù)中心的虛假化趨勢

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。而計算資源固定分派的傳統(tǒng)發(fā)展模式，經(jīng)常會造成服務(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)中心計房的供電、制冷、空間等問題日益突顯。

使用虛假化技術(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)約數(shù)據(jù)中心的空間，大大減少許據(jù)中心的能耗，也帶來了管理和保護的便利，服務(wù)器虛假化技術(shù)所擁有的封裝性、硬件獨立性和隔斷性也為保證業(yè)務(wù)連續(xù)性供應(yīng)了新的手段。因此，虛假化技術(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)中心的虛假化水平也成為衡量企業(yè)生產(chǎn)力的重要標準。

虛假化方案的擬定

為了擬定吻合醫(yī)院實質(zhì)情況的虛假化解決方案，我們第一對醫(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)上提出了虛假化平臺的建設(shè)目標，最后依照建設(shè)目標的要求、經(jīng)過科學(xué)計算擬定出了詳細的虛假化解決方案。

調(diào)研情況

經(jīng)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：

資源利用率有待提升隨著各種信息系統(tǒng)的建立，機房

內(nèi)設(shè)施數(shù)量越來越多，以致供電負荷與空調(diào)制冷量“捉襟見

肘”。可是，各應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、儲藏的資源

利用率很低，急需經(jīng)過虛假化平臺來整合資源、提升利用率，

裁汰老舊服務(wù)器，緩解機房空間、電力負荷以及空調(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，只相要點業(yè)務(wù)采用了雙機熱備、互備、多備一等方式，其他多數(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。虛假化技術(shù)可經(jīng)過高可用和動向遷移技術(shù)降低運行風(fēng)險，提升系統(tǒng)可用性。

對新增應(yīng)用系統(tǒng)的響應(yīng)能力有待提升傳統(tǒng)模式下，每新增一套業(yè)務(wù)系統(tǒng)，都要需經(jīng)過立項、采買服務(wù)器、到貨上架、操作系統(tǒng)安裝、應(yīng)用軟件部署等多個環(huán)節(jié)，周期較長，難以滿足那些迫切需要上線的業(yè)務(wù)需求。我們希望利用虛假平臺靈便的資源分派能力，迅速部署虛假機，供新增業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用。

虛假化平臺建設(shè)目標

人民醫(yī)院數(shù)據(jù)中心虛假化改造的整體目標是建設(shè)一個

以虛假化技術(shù)為基礎(chǔ)的，可以整合各種資源，提升服務(wù)器、

儲藏、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等硬件的利用率，便于管理，綠色環(huán)保，并

且擁有高靈便性、高可用性和高安全性的數(shù)據(jù)中心。

軟件的選擇

在服務(wù)器虛假化領(lǐng)域內(nèi)VMware企業(yè)處在當先的地位。

與其他虛假化軟件對照，VMwarevSphere虛假化軟件更加成

熟，功能上更加全面，運行時更加牢固，安全系數(shù)更高。因

此我們決定采用VMwarevSphere虛假化軟件來搭建虛假化

平臺。

VMwarevSphere在邏輯上由三層組成：虛假化層、管理

層和接口層。

虛假化層由VMwareESXi組件實現(xiàn)，包括基礎(chǔ)架構(gòu)和

應(yīng)用程序?；A(chǔ)架構(gòu)服務(wù)可以虛假化、聚合和分派硬件資源。

應(yīng)用程序服務(wù)是用于保證應(yīng)用程序可用性、安全性和可擴展

性的服務(wù)集，包括vSphereHighAvailability、vMotion和Fault

Tolerance等。

管理層由VMwarevCenterServer組件組成的，它是配

置、分派和管理虛假化環(huán)境的中心。

接口層由各種客戶端組成，用戶可經(jīng)過GUI客戶端訪

問VMwarevSphere數(shù)據(jù)中心。

虛假化平臺架構(gòu)設(shè)計

虛假化平臺的整體架構(gòu)由六臺高性能服務(wù)器、兩臺互為

鏡像的儲藏以及交融SAN與LAN交換能力的Nexus5000

交換機組成。六臺高性能x86服務(wù)器安裝ESXi虛假化軟件組成一個ESXi服務(wù)器群集中，由一臺vCenterServer管理服務(wù)器一致管理，所有的虛假機都運行在這個群集上。

虛假化的數(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

VMwarevSphere虛假化套件的集群技術(shù)，實現(xiàn)高可用性和資源的動向分派。

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Nexus5000交換機，將以太網(wǎng)與儲藏網(wǎng)絡(luò)一致，采用雙核心、

多鏈路的設(shè)計，實現(xiàn)高可用性。

儲藏部分使用高性能、高容量、高可用性的院級儲藏陣列，將虛假化平臺下所有的服務(wù)器文件以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)都集中儲藏到該臺儲藏設(shè)施中。實現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致管理以及儲藏空間

的一致分派。儲藏介質(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，其上運行的虛假機自動遷移到余下五臺主機上運行。儲藏：兩臺儲藏互相進行同步復(fù)制。一臺儲藏故障，不

影響數(shù)據(jù)完滿性和業(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，兩條鏈路接在不同樣的交

換機上，互為備份。

SAN：主機與儲藏采用多路徑方式連接，每臺物理主機

有4條fc鏈路，每臺儲藏有8條fc鏈路。

高可用架構(gòu)設(shè)計

虛機文件被一致存放在大容量儲藏陣列之上，而儲藏陣

列被共享給了虛假化集群中的六臺ESXi主機同時接見，因

此虛假機可以依照需要自由的遷移到任意一臺

ESXi

主機中

運行。使用

VMwarevSphereHA

技術(shù)監(jiān)控群集中的所有

ESXi

主機，當某一臺ESXi主機發(fā)生故障時，虛假機自動遷移到

其他ESXi主機上運行。

虛假化平臺的部署與推行

虛假化平臺的搭建

將虛假化平臺涉及的硬件產(chǎn)品包括服務(wù)器、儲藏和交換

機安裝到位并加電測試，爾后在六臺DL980服務(wù)器上部署

VMWareESXi虛假化層，此后在一臺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)器中增加由六臺DL980服務(wù)器組成的ESXi主機，并配置成HA高可用集群。

服務(wù)器的遷移

虛假化平臺搭建好今后，需要將已有的物理服務(wù)器遷移

到虛假機中，這個過程被稱為P2V。VMWare供應(yīng)了一個工

具，即VMwarevCenterConverter。它使用戶可以迅速、簡

單、輕松地實現(xiàn)基于MicrosoftWindows的物理機變換和將

第三方映像格式變換為VMware虛假機。

利用此工具，我們先將輕負載、非核心的業(yè)務(wù)服務(wù)器遷

移到虛假平臺下運行，經(jīng)過一段時間考據(jù)了虛假平臺的性能

和牢固性后，漸漸將核心業(yè)務(wù)及高負載的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器遷移

過來。最后我們共遷移了109臺已有物理服務(wù)器到虛假平臺

下。

3.虛假服務(wù)器的創(chuàng)辦

隨著各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)的擴大，需要不斷地創(chuàng)辦虛假服務(wù)器來滿足需求。為了提升創(chuàng)辦虛假機的速度，并規(guī)范一致虛假

機的配置，我們使用了VMWare的模板宣布功能。創(chuàng)辦各種操作系統(tǒng)版本的虛機模板，每個模板都起初安裝好防病毒軟

件和VMwaretools，并打好補丁，因此可在五分鐘內(nèi)滿足各種虛假機的申請。

虛假化帶來的見效

虛假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)供應(yīng)了高可用的解決方案。經(jīng)過使用虛假化平臺，還實現(xiàn)了醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的精巧化管理。經(jīng)過湊近兩年的實質(zhì)運行，證了然虛假化平臺擁有牢固、可靠、降低成本、節(jié)約能耗、方便管理等優(yōu)勢，同時硬件資源也獲取了充分的利用。

虛假化平臺的運維管理

虛假化技術(shù)為數(shù)據(jù)中心的運行帶來的諸多利處的同時，也需要科學(xué)的運維和管理。為了保證虛假化平臺的平穩(wěn)運行，需要依照虛假化平臺的特點擬定運維工作規(guī)范：

巡檢制度每天準時檢查虛假平臺的運行情況，經(jīng)過

vCenter查察虛假化平臺的軟硬件有無報警，儲藏和以太網(wǎng)絡(luò)