医院信息中心虚拟化方案.docx
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医院信息中心虚拟化方案
医院信息中心
虚拟化整体解决方案
V1.0
2022年3月22日
一、概述
1.1需求分析
目前主要针对HIS及PACS两大应用进行建设，新项目第一阶段需要将HIS,EMR,检验以及LIS,RIS进行整合；随着一分院各类系统数据存储量和数据调用频率的几何级增长，我们注意到，医院的很多系统目前仍然单独部署在X服务器置硬盘上，尚无较好的业务及数据冗余措施，这意味着医院数据中心和IT系统面临着硬件规模的提升和软件更新换代的紧迫性，这为IT预算本就有限的医院带来压力。
同时，数据中心规模的提升也为医院IT运维人员增加了管理的工作量——病毒的破坏、软件的安装与升级、硬件的管理与维护等等，都给运维人员提出了更高的技术和专业要求。
针对所出现的一系列问题，EMC团队和医院沟通后推荐目前业界最新的解决方案——建设新一代云数据中心。
云计算能够实现资源共享，包括计算机硬件资源（如计算机硬件设备、存储设备、服务器集群等）和软件资源（如机房要使用的各种应用软件和集成开发工具）等，降低了运维人员的工作量。
同时，通过云计算服务模式，医院的新数据中心不再形成资源孤岛——所有数据可以存储在云数据中心，各种应用软件运行于云数据中心，这就降低了数据中心建设的成本。
同时，由于安全隔离和多重权限的设置，数据的安全性也能得到保障。
本次项目规划中计划对后端HIS及PACS存储系统实施新建和虚拟化整合；同时为了保障全院业务系统虚拟化的顺利推广实施，使工作在虚拟化平台上的业务系统都能高性能、稳定可靠地运行，需要添置高性能的存储阵列以提供足够的IO吞吐性能；在同机房围实现数据中心部的双活（未来可扩展到不同数据中心之间的双活），保证设备故障时数据的高可用，以及应用的无缝透明切换系统，实现应用随时在线。
同时，为保证数据在事故发生时能实现快速有效的恢复，在本地部署快速备份恢复系统。
鉴于此，本解决方案将提供以下特征和功能：
∙自助服务和自动化资源调配
∙多租户和安全隔离
∙安全性与法规遵从性
∙灵活性和服务保障
∙监视
∙可用性和数据保护
EMC混合云解决方案支持客户构建可扩展的企业级多租户基础架构，从而实现以下优势：
∙全面管理基础架构服务生命周期
∙按需访问和控制网络带宽、服务器、存储以及安全性
∙由业务部门终端用户调配、监视和管理基础架构服务，无需IT管理员参与，最大限度地提高资产利用率
∙应用程序服务：
适用于业务关键型应用程序和新一代云应用程序的单个平台
二、虚拟化方案整体介绍
2.1整体方案拓扑图及分析
基于上述分析，我们给出医院整体方案拓扑图如下所示：
方案中的存储部分关键解决方案组件包括：
∙VMWare前端虚拟化部分
∙EMC统一存储Unity高性能解决方案
∙EMCVPLEX业务连续性（双活）解决方案
2.2服务器虚拟化部分：
2.2.1设计和建设思路
1、对于HIS和PACS核心应用以及其他业务系统均采用虚拟化部署方式，并且利用VMWare软件的高可用特性（HA、FT、DRS、vMotion等技术）来保证这些应用系统的高可靠性及实现双机热备等；
2、医生和护士的桌面应用系统均采用虚拟桌面方式部署，即采用VMwarevSphere对服务器端进行虚拟化提供计算资源、采用VMwareHorizonview进行桌面服务的交付；并且利用VMWare软件的高可用特性（HA、FT、DRS、vMotion等技术）来保证这些桌面服务应用系统的高可靠性、高性能以及计算和存储资源的平衡以提高整体资源的利用率。
3、业务应用系统可靠、高性能的运行是业务运营成功的保证，而保障这些需要一个完善的覆盖虚拟资源（计算、存储、网络）的端到端的监控解决方案，从而可以及时的发现问题和警告、修正问题、从而让系统可靠、高性能的运行。
4、在医院信息化的过程当中，应用开发是需要开发和测试环境以让应用开发商更好、更快地开发和维护相应的业务应用系统；所以我们将利用本次项目硬件环境构建一个满足小规模开发测试环境。
从上面阐述的容，我们将得出我们的整体架构概览如下图所示：
2.2.2硬件基础设施的选型
站在应用的角度，根据应用的行为、类型和数量、架构，以及依赖的数据库、中间件等方面去考虑规划和设计硬件的选型，并且我们将会采用虚拟化技术从而提高服务器的利用率和整合率，以降低服务器的数量。
核心应用区的硬件选型
按照医院新数据中心计划部署的HIS和PACS等核心应用区的硬件选型我们将采用4路的x86机架式服务器，以及相应的SAN存储（配置固态硬盘），并且我们都知道如果存储设备采用了SSD的话，将大幅提高数据库的I/O性能，当然数据库的性能决定权也不是完全由SSD来决定，对于查询来说（特别是小查询以及能够对到索引的查询）数据库的数据缓存（即存）中更加重要。
所以对于核心应用区的硬件选型的话我们将采用4路的x86机架式服务器，以及相应的SAN存储（配置固态硬盘）。
并且我们也知道x86服务器的芯片E748**V2有很多型号，并且不同型号的价格和性能差距是巨大的，示例如下图所示，并且现在新版本的数据库（例如SQLServer2012，OracleDatabase12C,SAPHANA）要实现较好的性能都对芯片的提出了较高的要求所以我们不可能采用廉价性能较差的E748**V2芯片，而是选择一个性价比好的芯片。
我们可以做个简单的比较：
E74850v2vsE74870v2
芯片类型
Cache大小
SystemBus
Cores&Thread
存带宽
价格
总结
E74850v2
24
7.2
12&24
68
2837
虽然4870价格比较贵，但是它的性能在采用一些新版本的软件（例如存数据库）比4860要高的多。
并且4870芯片的性能更强更好，可以虚拟出更多高可靠，高性能的VM来支撑业务应用的需要
E74870v2
30
8
15&30
85
4394
所对相应的核心区的硬件选型如下：
作用域
类型
配置
数量
核心应用区
x86服务器
4U，4路机架式服务器，配置4个IntelE74870v2芯片，256G存,2块SAS盘，2块HBA卡，6个千兆或2个万兆以太网卡
3
虚拟桌面服务应用区的硬件选型
我们还存在很多的终端用户业务应用系统，所以对于桌面应用区我们将采用vSphere对服务器进行虚拟化提供计算资源、采用SAN存储提供存储资源从而给应用提供计算资源、和存储资源；并且利用VMWare软件的高可用特性（HA、FT、DRS、vMotion等技术）来保证这些桌面应用系统的高可靠性、高性能以及计算和存储资源的平衡以提高整体资源的利用率。
对于虚拟桌面x86机架式的服务器的芯片选择，我们将会选择性价比高E52670V2的芯片。
所对相应的桌面和测试开发应用区的硬件选型如下：
作用域
类型
配置
数量
虚拟云服务和开发测试区
x86服务器
2U，2路机架式服务器
芯片：
配置2个IntelE52670v2芯片
存：
256G存（每个CPUSolt配置128G）
以太网卡：
6个千兆或2个万兆以太网卡
磁盘：
2块SAS盘，2块HBA卡
4
2.2.3虚拟化基础设施监控
用户的业务应用系统可靠、高性能的运行是业务运营成功的保证，而保障各个业务区域需要一个完善的覆盖虚拟资源（计算、存储、网络）端到端的监控解决方案，从而可以及时的发现问题和警告、修正问题、从而让系统可靠、高性能的运行。
所以我们必然需要相应的统一监控解决方案来进行支撑，因此，我们建议采用vSpherewithOperationsmanagement来进行，从而可以实时故障排除，如下信息所示：
•查看有问题的虚拟机和查看在GuestOS中发生了什么（例如哪些进程消耗资源等）
•确定出是哪个问题进程是根源以及把这个问题交给合适的团队去处理
对于这方面来说我们需要做如下几个方面的监控和运维：
1、就是发现现存的问题和风险，可以方便的找出问题的根源；从而让对出现问题的时候排错更加方便、快速。
并且能够对相应的优化提供建议等。
从而能全方位了解和洞悉基础架构及关键业务应用的性能、容量和运行状况；它的几个功能特性如下简要所示：
Ø运营控制面板：
运营控制面板可提供虚拟基础架构的运行状况、风险和能效的概览视图。
Ø运行状况和工作负载视图：
快速发现异常、故障和可能影响基础架构性能和运行状况的过重工作负载。
Ø工作负载详细信息视图：
深入分析正在影响虚拟机、主机、数据存储和集群的性能及运行状况的因素。
Ø主动智能警报：
自动化根本原因分析可针对正在形成的问题提供事先通知，以免终端用户受到影响。
2.2.4产品配置（推荐）
硬件配置
各业务区域硬件配置
作用域
类型
配置
数量
核心业务区
x86服务器
4U，4路机架式服务器，配置4个IntelE74870v2芯片，256G存,2块SAS盘，2块HBA卡，2个万兆以太网卡
3
桌面服务区
x86服务器
2U，2路机架式服务器
芯片：
配置2个IntelE52670v2芯片
存：
256G存
以太网卡：
2个万兆以太网卡
2块SAS盘，2块HBA卡
4
VMWare软件配置
名称
作用
数量
VMwarevSpherewithOperationsManagementEnterprisePlus6.0
对各个业务区服务器进行服务器虚拟化提供计算资源，并利用它的高可用特性（HA、FT、DRS、vMotion等技术）来保证这些应用系统的高可靠性、高性能以及计算和存储资源的平衡以提高整体资源的利用率，从而降低服务器数量以及降低运维成本，同时可对数据中心虚拟机运行状况进行监控和性能分析、提供容量管理和优化能力。
12
VMwarevCenteServer6.0标准版
单一控制台统一管理数据中心的所有vSphere主机和虚拟机
1
VMwareHorizonview6.0高级版
提供统一的虚拟桌面交付和终端用户管理
150
2.3存储部分：
上述拓扑图的数据存储部分整体思路大致为：
Ø服务器虚拟化，桌面虚拟化操作系统映像数据及医院信息系统基础架构整合与优化--—高性能存储架构VNX5600
Ø存储高可用与双活数据中心------EMCVPLEX
Ø桌面虚拟化个性化用户数据以及LIS,RIS,PACS等系统非结构化数据存储------EMCIsilon
Ø数据备份与恢复-------EMCDataDomain+NetWorker+RP4VM
以下我们针对方案中各个关键部分进行详细阐述如下：
2.3.1前端虚拟化数据及医院信息系统基础架构的整合与优化
医院信息系统通常由两大系统组成，即HIS系统和PACS系统，同时并存多类重要系统，诸如LIS,RIS,EMR等。
在医院中，HIS和PACS等系统是分开建设和维护的。
随着医院信息化程度的不断深入，为了简化IT流程，提高医疗效率，就需要将这两个原本相对独立系统有机的融合到一个完整的医院信息管理平台中。
这就使得越来越多的医院开始考虑将HIS系统与PACS进行整合，并交由医院信息中心统一建设和维护。
整合后的医院信息中心将为数字化医院提供HIS、LIS、CIS、EMR、RIS、PACS等等业务系统，为了确保整个系统能够提供最快的响应速度、最大的数据吞吐、最安全的数据保护。
这就要求医院信息中心建立一套先进的存储系统，为医院的各种业务系统提供最安全、最高性能的医院信息基础架构平台。
通常情况下，HIS、LIS、EMR、RIS、PACS、EMR等系统是在不同时期分步建设的，一般都会建立独立的应用服务器系统环境和存储系统环境，这就造成服务器及存储资源的浪费，同时增加了整个系统的维护难度，增加了业务系统宕机的风险。
虚拟化环境则包括服务器虚拟化以及大规模的前端虚拟化桌面，此类应用也对性能有着非常高的需求，尤其面临诸如启动风暴，病毒扫描以及更新等海量IO需求，需要后端存储提供高性能，高可靠的应对；
根据数字医院的各应用系统对存储设备性能要求的不同级别，将不同的应用系统采用不同的部署方式：
•针对实时响应速度要求最快的基于数据库应用的业务系统，如HIS、EMR、LIS、RIS、PACS等系统，采用FC-SAN进行，提供最高的主机访问速度。
•服务器虚拟化及桌面虚拟化操作系统映像需要快速响应，建议部署在阵列的闪盘上，以实现高性能；
•虚拟化桌面中的个性化用户数据可部署在大数据横向扩展的集群NASIsilon存储上，实现性能和成本的最佳组合；
•针对响应速度要求一般，且压力不大的系统如门户、电子、OA等应用，可以通过采用虚拟化的技术将这些业务系统进行服务器虚拟化，并将此类数据部署在Isilon上，在确保主机访问性能的同时，最大限度的节省成本。
•PACS系统中拥有千万级别的有海量医学影像文件，采用NAS功能，通过CIFS及NFS等文件传输协议，在提供文件共享服务的同时，节省了大量的服务器硬件设备投入；
对于上述高性能需求，我们建议采用EMC全新一代统一存储VNX5600作为基础架构，提供高性能，高可靠及极简管理的数据存储服务；
2.3.2存储高可用与双活数据中心（VPLEX虚拟化存储引擎）
随着医疗服务业务的进一步发展，医疗信息系统要求提供7*24小时的高可用性服务，业务运行不允许中断，系统一旦停机会给医院造成巨大的损失。
为了应对系统停机、业务中断等风险，多数医院建设了容灾数据中心，传统的以数据复制技术为基础的多数据中心架构均以灾难情况下的站点整体切换为第一目标，这种技术强调灾难情况下的站点恢复能力，但往往由于底层数据复制配置、网络环境、相互依存服务等方面的限制，无法顺利实现单个业务应用系统或主机的透明切换和迁移；
另一方面容灾站点的服务器、存储、网络等资源长期处于闲置状态，并且长期占用机房场地并耗费大量能源，所以大部分医院并没有建立一个高效的容灾机制，一旦应用系统或机房硬件出现故障，将会造成业务中断，影响医院运营。
如何构建一个在发生故障时提供保护并使关键应用程序保持在线，尽可能减少人工干预的高可用性解决方案，成为本方案的最大挑战。
针对以上需求，EMC推荐采用以下数字化医院存储高可用与双活数据中心解决方案，确保当单个系统或整个数据中心出现故障时，最大限度减少数据的丢失量（包括RPO=0），最快速度的恢复关键应用系统（RTO接近零），提高信息系统的整体服务级别。
EMCVPLEX存储高可用与双活数据中心解决方案用于在数据中心、数据中心之间进行信息虚拟化、访问、共享和迁移。
∙本地存储高可用：
在数据中心提供存储间的高可用和透明协作，适用于联合EMC和非EMC存储的解决方案。
VPLEXLocal用于管理单个VPLEX群集各存储阵列间的数据移动和访问，配置定义为有一、二或四个VPLEX引擎，通过其充分冗余的引擎间结构互连集成到单个群集中。
此群集互连功能支持在线添加VPLEX引擎，提供了优异的可扩展性，同时确保了针对存储单点故障的保护。
∙双活数据中心：
远距离扩展两个数据中心之间的随处访问能力，保持服务级别，即使一个数据中心发生故障，系统仍可继续运转并且数据和应用程序将保持在线和可用，无需人工干预。
VPLEXMetro用于在同步距离（往返延迟最多5毫秒）的两个VPLEX群集之间的数据移动和访问，系统包含两个群集，每个群集有一、二或四个引擎。
通过VPLEXMetro提供的分布式联合能力，扩展了同步距离两个位置间的访问能力。
VPLEXMetro支持跨远距离共享、访问单个数据拷贝。
实现主备主机同时访问同一套卷的愿望，也就是所谓的“双活”架构。
2.4存储关键组件
以下针对本解决方案的关键组件作一简单回顾：
1.EMC统一存储VNX存储平台
2.业务连续性（双活）VPLEX
3.数据保护EMCDataDomain+NetWorker+RecoverPointforVM
4.大数据平台Isilon
2.4.1业务连续性（双活）VPLEX
EMCVPLEX提供了完整的独立于应用系统之外的数据容灾体系，这样对应用系统的影响被降低到最低。
利用VPLEX中的设备虚拟化功能，可将异构以及异地存储设备虚拟化整合为统一的虚拟化存储池，并在此将它们分割或封装为扩展区，用于构成复合设备，然后将这些设备作为虚拟卷呈现给主机。
这种方式保证了即使存储池的某一个或某几个设备损坏，也不会影响前端主机对后端数据的访问，从而实现了数据及业务的极高可靠性。
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