医院数据中心虚拟化建设

医院数据中心虚拟化建设

北京大学人民医院医学信息中心 任大桅

北京大学人民医院（以下简称“人民医院”）的信息系统经过多年发展，已经涵盖了信息交换、临床信息、运营管理、区域医疗和基础架构五大领域，包含73个系统以及205个子系统。由于采用“一套应用系统一套服务器”的传统发展模式，为了支撑庞大的信息系统，服务器、存储、网络设备在数据中心机房有限的空间内迅速增长，引起了场地不足、能耗巨大、资源利用率低下、难于管理和维护等一系列问题。因此，医院信息中心决定在2012年对数据中心进行虚拟化改造，建设虚拟化计算平台，淘汰老旧物理服务器，将各应用系统的服务器迁移到虚拟机上。

数据中心的虚拟化趋势

信息化发展的一个副产品是企业数据中心内服务器数量剧增。而计算资源固定分配的传统发展模式，往往会造成服务器忙闲不均、容灾能力差、系统繁忙时响应速度慢等问题。同时，越来越多的服务器使得数据中心机房的供电、制冷、空间等问题日益凸显。

使用虚拟化技术，可以把计算资源利用率低的多台服务器整合到一台服务器上，从而节省数据中心的空间，大大减少数据中心的能耗，也带来了管理和维护的便利，服务器虚拟化技术所具有的封装性、硬件独立性和隔离性也为保证业务连续性提供了新的手段。因此，虚拟化技术成为提升企业数据中心适应能力、建设高适应性IT 基础设施的必由之路。数据中心的虚拟化水平也成为衡量企业生产力的重要标准。

虚拟化方案的制定

为了制定符合医院实际情况的虚拟化解决方案，我们首先对医院数据中心的现状进行了调研，在调研的基础上提出了虚拟化平台的建设目标，最后依据建设目标的要求、通过科学计算制定出了详细的虚拟化解决方案。

1. 调研情况

通过调研我们发现医院数据中心存在三个急需解决的问题：

资源利用率有待提高 随着各种信息系统的建立，机房内设备数量越来越多，导致供电负荷与空调制冷量“捉襟见肘”。然而，各应用系统服务器的CPU 、内存、存储的资源利用率很低，急需通过虚拟化平台来整合资源、提高利用率，淘汰老旧服务器，缓解机房空间、电力负荷以及空调制冷的压力。

系统可用性有待提升 在医院信息系统中，只有关键业务采用了双机热备、互备、多备一等方式，其它多数业务服务器没有备机。一旦这些业务系统出现故障，需要较长时间才能恢复。同时，有些服务器已经超期服役，存在运行风险。虚拟化技术可通过高可用和动态迁移技术降低运行风险，提高系统可用性。

对新增应用系统的响应能力有待提高 传统模式下，每新增一套业务系统，都要需经过立项、采购服务器、到货上架、操作系统安装、应用软件部署等多个环节，周期较长，难以满足那些急切需要上线的业务需求。我们希望利用虚拟平台灵活的资源调配能力，快速部署虚拟机，供新增业务系统使用。

2. 虚拟化平台建设目标

人民医院数据中心虚拟化改造的总体目标是建设一个以虚拟化技术为基础的，能够整合各种资源，提高服务器、存储、网络设备等硬件的利用率，便于管理，绿色环保，并且具有高灵活性、高可用性和高安全性的数据中心。

3. 软件的选择

在服务器虚拟化领域内VMware 公司处在领先的地位。与其他虚拟化软件相比，VMware vSphere 虚拟化软件更加成熟，功能上更加全面，运行时更为稳定，安全系数更高。因此我们决定采用VMware vSphere 虚拟化软件来搭建虚拟化平台。

VMware vSphere 在逻辑上由三层构成：虚拟化层、管理层和接口层。

虚拟化层 由VMware ESXi 组件实现，包含基础架构和应用程序。基础架构服务可以虚拟化、聚合和分配硬件资源。应用程序服务是用于确保应用程序可用性、安全性和可扩展性的服务集，包括vSphere High Availability 、vMotion 和 Fault Tolerance 等。

管理层 由VMwarevCenter Server 组件构成的，它是配置、调配和管理虚拟化环境的中心。

接口层 由各种客户端组成，用户可通过 GUI 客户端访问 VMware vSphere 数据中心。

4. 虚拟化平台架构设计

虚拟化平台的总体架构由六台高性能服务器、两台互为镜像的存储以

随着医院信息化的发展，应用系统的不断增加使服务器、存储、网络在数据中心有限的空间内迅速增长，引起了较多的问题。而虚拟化技术的产生，使多台服务器整合到一台物理服务器上，不仅提高了服务器的利用率，还增强了系统的可用性，同时也方便了数据中心的管理和维护。

医 院 信 息 化

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及融合SAN与LAN交换能力的Nexus 5000交换机组成。六台高性能x86服务器安装ESXi 虚拟化软件组成一个ESXi服务器群集中，由一台vCenter Server管理服务器统一管理，所有的虚拟机都运行在这个群集上。

虚拟化的数据中心物理架构服务器部分采用6台高性能x86服务器，组成ESXi服务器集群，满足业务系统对运算能

力的要求。同时利用VMware vSphere 虚拟化套件的集群技术，实现高可用性和资源的动态调配。

网络部分使用支持以太网光纤通道（FCoE）技术的思科Nexus 5000交换机，将以太网与存储网络统一，采用双核心、多链路的设计，实现高可用性。

存储部分使用高性能、高容量、高可用性的院级存储阵列，将虚拟化平台下所有的服务器文件以及业务数据都集中存储到该台存储设备中。实现数据的统一管理以及存储空间的统一调配。存储介质部分使用SSD固态硬盘，以满足IO密集型应用的性能需求。

冗余架构设计

主机：六台物理主机组成高可用集群。一旦某一台主机宕机，其上运行的虚拟机自动迁移到余下五台主机上运行。

存储：两台存储互相进行同步复制。一台存储故障，不影响数据完整性和业务连续性。

网络：两台Nexus 5000交换机，采用多链路方式连接主机。

LAN：每台主机的网络分为三组，管理网、内网、外网。每组由两条物理链路承载数据传输，两条链路接在不同的交换机上，互为备份。

SAN：主机与存储采用多路径方式连接，每台物理主机有4条fc链路，每台存储有8条fc链路。

高可用架构设计

虚机文件被统一存放在大容量存储阵列之上，而存储阵列被共享给了虚拟

化集群中的六台ESXi主机同时访问，因

此虚拟机可以根据需要自由的迁移到任

意一台ESXi主机中运行。使用VMware

vSphere HA技术监控群集中的所有

ESXi主机，当某一台ESXi主机发生故

障时，虚拟机自动迁移到其他ESXi主机

上运行。

虚拟化平台的部署与实施

1. 虚拟化平台的搭建

将虚拟化平台涉及的硬件产品包括

服务器、存储和交换机安装到位并加电

测试，然后在六台DL980服务器上部署

VMWareESXi虚拟化层，之后在一台

ESXi主机上新建虚机，并配置成vCenter

管理服务器，最后在vCenter管理服务器

中添加由六台DL980服务器组成的ESXi

主机，并配置成HA高可用集群。

2. 服务器的迁移

虚拟化平台搭建好以后，需要将已

有的物理服务器迁移到虚拟机中，这个

过程被称为P2V。VMWare提供了一个

工具，即VMware vCenter Converter。

它使用户可以快速、简单、轻松地实现

基于 Microsoft Windows 的物理机转换

和将第三方映像格式转换为 VMware 虚

拟机。

利用此工具，我们先将轻负载、非

核心的业务服务器迁移到虚拟平台下运

行，经过一段时间验证了虚拟平台的性

能和稳定性后，逐步将核心业务及高负

载的数据库服务器迁移过来。最终我们

共迁移了109台已有物理服务器

到虚拟平台下。

3.虚拟服务器的创建

随着各种业务系统的扩张，

需要不断地创建虚拟服务器来满

足需求。为了提高创建虚拟机的

速度，并规范统一虚拟机的配

置，我们使用了VMWare的模板

发布功能。创建各种操作系统版

本的虚机模板，每个模板都预

先安装好防病毒软件和VMware

tools，并打好补丁，因此可在五

分钟内满足各种虚拟机的申请。

虚拟化带来的成效

虚拟化平台整合了各种硬件资源，

提升了系统运行效率，并且为应用系统

提供了高可用的解决方案。通过使用虚

拟化平台，还实现了医院数据中心的精

细化管理。通过接近两年的实际运行，

证明了虚拟化平台具有稳定、可靠、降

低成本、节约能耗、方便管理等优势，

同时硬件资源也得到了充分的利用。

虚拟化平台的运维管理

虚拟化技术为数据中心的运行带来

的诸多益处的同时，也需要科学的运维

和管理。为了保证虚拟化平台的平稳运

行，需要根据虚拟化平台的特性制定运

维工作规范：

巡检制度每天定时检查虚拟平台的

运行状况，通过vCenter查看虚拟化平

台的软硬件有无报警，存储和以太网络

的冗余链接是否失效，各虚拟机的资源

配置是否不足或过剩。防患于未然，遇

到问题及时处理。

变更管理虚拟机承载着不同的业务

和应用，经常需要更改虚拟机的配置以

满足业务对性能与容量的需求。为此，

我们建立了评估和审批的流程。

应急预案虚拟化技术有诸多优点但

也增加了出现问题时排错的复杂度，为

了将虚拟平台出现故障时对业务的影响

降到最低，我们建立了故障排查及快速

恢复的预案。

责任编辑：郑序颖zheng_xuying@

虚拟化带来的成效。

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