虚拟医院（精选8篇）
虚拟医院 篇1
数年前,301医院在国内同行中率先上线电子病历系统,成为业内首个吃螃蟹者。
就在众多的医疗机构正在为“信息孤岛”和信息资源不共享而头疼不已的时候,记者了解到,作为国内重点的三甲医院,中国人民解放军总医院(以下简称301医院)的信息化建设正在走向时下热门的云计算、虚拟化之路。
医院信息化“风云”变幻
“我们医院信息化发展得非常早,是国内最早发展医疗信息化的一代。”301医院医学信息所所长史洪飞表示。据了解,301医院从1978年开始引进针对计算机方面的人才,1986年引进一台惠普3000小机开始医院的信息化工作。1992年进入了集中分布式环境。1997年与卫生部开发“军卫一号”工程,由此进入第三代信息系统,运转到现在。2012年拥有终端5500多台,覆盖了医院的所有信息系统。
记者了解到,从早期的“军卫一号”到后来的HIS、PACS、电子病历、银医卡、HRP等系统逐步展开,形成了301医院信息化的独特发展历程,也为医院后期信息化的虚拟化提升打下了良好的基础。
数年前,301医院在国内同行中率先上线电子病历系统,成为业内首个吃螃蟹者。据当时的计算机应用与管理科主任、如今的医学信息所副所长薛万国介绍,一些大的检查科室,像检验、放射、超声、病理、核医学、内镜等大部分检查实现了电子化,大约占到所有检查的70%以上。在临床这块,门诊医生站、住院医生站、处方、医嘱、护理记录这些都已经完成。在一些小的科室,301医院还没有实现电子化的覆盖,比如一些小的实验室。301医院共有三大检验科室,分别是临检科、生化科、微生物科,它们的电子化覆盖到了80%。
在301医院历任信息化主管史洪飞、薛万国、刘敏超等人的努力下,目前医院的信息化水平已经在国内同类医院中处于领先水平。特别是医院信息化总体建设情况规模很大,应用面很广。当人们进入到301医院所能看到的,想到的任何业务都有可能涉及到信息化。甚至于排班表的制作都有单独的软件,可以说信息化早已经深入到301医院业务层的方方面面了。
处于信息化“临界点”
在新的医 疗改革推 动下 ,信息化对于医疗行业的重要性更为突出了。而医院的信息化却面临巨大的挑战。正如史洪飞谈到的,“医疗行业的信息化正处于一个临界点”。
所谓的“临界点”,其实不难理解。新医改是以信息化为支撑的,因此,几乎所有的医院都在发展信息化。而医疗行业信息化最大的问题就是“烟囱式”基础架构,也就是每一个应用拥有一套独立的设备,无法实现新医改趋势下的流程再造和数据的融合需求。然而,如果直接把所有的老系统全部换掉,投资将会非常巨大,因而医院又非常希望能把原有的老旧系统利用起来,实现逐渐过渡。而事实上,新技术对于老系统的支撑力度并没有想像的那么高。
具体到301医院,IT运营面临的挑战是:在共有服务器(168台)、存储(总量超过140TB,日增量200GB)、网络(超80台)、终端设备(超过5500台)和应用系统(超过160个)无限扩张的同时,物理服务器的低利用率,分散存储设备的维护和扩容,以及对数据全面的安全审计,开发商已死的系统的维护等问题日益突出……要紧的当然还有IT投入,“医院毕竟是医院,在IT方面的投入尤其是基础设施投入远小于需求。”史洪飞说,医院希望通过云计算能够给IT运营解决这些问题。
虚拟化之路
相比Google、Amazon、阿里、百度等云计算企业都有强大的技术团队,传统行业要拥抱云计算比想象中要难得多,人才、资金、技术,都是短板。因为是“颠覆性技术”,云和大数据的应用更需要谨慎测试和验证,大部分的传 统大中型 企业很难 做到,尤其是行业用户,对高集成度解决方案的需求更为迫切,云基础设施厂商无法满足,有志于此的细分云应用提供商同样也难处颇多。
“目前医院的多数服务器利用率不超过20%,物理设备更新难度加大;存储设备分散;全面信息审计无法实现;大量基础设备对机房提出挑战;以及终端设备数量膨胀增加了维护成本与难度。”史洪飞说,“从2012年开始,我们对云计算进行深入调研。主要从四大领域进行探讨:公有云、服务器虚拟化、存储虚拟化与桌面云。”
最终,301医院选择了服务器虚拟化方案,将非核心业务的服务器进行池化,保证数据的平稳运转。史洪飞解释道,“服务器虚拟化目前还只能实现由大到小的虚拟化,并且不适用于跨硬件的情况。另有两个问题导致我们最终放弃存储虚拟化:一方面,虚拟化网关会成为单点故障的隐患 , 可靠性有 所怀疑 , 另一方面,存储虚拟化将会导致资源不可知,也就是数据的具体存储位置是不确定的,医院觉得心里不踏实。桌面云方面,其方便维护和应用的移植的特性非常具有诱惑力,然而,前提是IT投入非常高,需要购置终端、操作系统、云管理软件、大型的服务器和存储等等,如果要实现800台门诊站的规模,预计需要投入240万元。而医院的IT预算80%都是用于终端设备的更新。”
“我们主要在Nutanix上进行技术测试。”史洪飞介绍,“测试环境是4台Nutanix 3450刀片服务器的环境、2TB内存,15TB存储。运行系统是基于CS架构的应用系统,包括收费、入住转等基础HIS模块,还有基于BS架构应用系统,包括OA、门急诊实时监控等系统。”
史洪飞表示:“虚拟化能有效地满足我们在数字化医院和区域医疗上的部署需求。而且该解决方案从测试到上线应用的周期缩减了1/2,其开发、验证的速度之快,也大大出乎我们的预料。”据了解,未来301医院将会对服务器虚拟化作进一步的研究,并且希望借助公有云解决远程医疗问题,桌面云也会进一步考虑。
虚拟医院 篇2
【摘要】建设含虚拟医院及SNS（社会性网络服务）模块的教学资源平台，是为了更好地整合利用网络教学资源，进一步加强师生间交流互动。拟建设的该平台主体包括：虚拟医院、在线课堂、互动空间三个部分，可以达成在线模拟医学操作、在线自学及考试、师生互动交流等教学目标，拓展医学教育的发展空间。
【关键词】虚拟医院 虚拟医学操作SNS
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）01 （B）-0000-00
随着科学技术的发展，互联网已经渗透到我们生活的方方面面，也对传统的医学教学方式提出了新的挑战。传统医学教育多是利用标本挂图等传统教学载体.受到出版周期、资源来源等因素影响.资源的数量和更新速度受到限制。而学生在日常生活中已经能熟练运用电脑、手机、平板智能设备获取互联网上庞大的信息，互联网无线高速接入也成为目前互联网技术的发展主流方向。因此.利用现代教育技术建立以网络为基础的教学资源平台成为教学改革与发展的新趋势[1]。
1 教学资源平台的设计
本平台按功能分类包括：虚拟医院、在线课堂、互动空间三部分。虚拟医院主要由FLASH交互式动画开发，绘制出医院结构，学生可以点击各个科室查看相关的内容。我们还开发临床操作的模拟动画，学生可以进行交互式的操作，学习各项临床操作的基本步骤。在线课堂为教师和学生提供各类资源的上传和分享。互动空间参考SNS类网站，构建师生间互动交流平台。所有模块都将提供手机等多种接入方式。
本资源平台的设计理念，与传统精品课程网站不同。传统的精品课程网站仅仅提供教学资源的存放和下载，展示内容相当有限，无法实现师生交流互动，更新周期长，后期维护困难，缺乏对学生的吸引力。本资源平台强调互动，仿真，在学生参观虚拟医院、进行模拟操作同时可以随时向在线的老师提问，增加了学习的乐趣。
2 教学资源平台的建设
2.1 虚拟医院开发
虚拟医院前期的构建考虑使用FLASH技术开发，绘制出医院全貌，包括住院部、门诊、手术室、病房等，再往这些虚拟房间中加入基于FLASH的互动动画模拟操作。这些医学操作主要參考《中国大学生临床技能操作指南》中的操作步骤而制作。后期考虑引入3D建模虚拟人体，以求更加贴近真实的操作体验。虚拟医院建设完成后，学生可以在仿真的医疗环境中漫游，并参与仿真诊疗活动。
2.2 在线课堂的开发
在线课堂开发拟采用.NET十SQL Sever数据库技术构建，主要目的是为了共享各类教学资源，如教学视频、课件等，设计按照科目进行分类，并且教师和学生都有权限上传和下载各类资源。针对专科层次学生，我们拟添加职业助理医师考试相关的试题系统，以供学生们练习。
2.3 基于SNS技术的互动空间的开发
SNS全称Social Network Site，即“社会性网络”。 1967年，哈佛大学教授Stanley Milgram创立了六度分割理论：“你和任何一个陌生人之间所间隔的人不会超过六个，也就是说，最多通过六个人你就能够认识任何一个陌生人。”后来有人根据这种理论，创立了面向社会性网络的互联网服务，通过“熟人的熟人”来进行网络社交拓展，比如ArtComb 等[2]。
引入SNS作为本教学资源平台的特色板块，可以激发学生的学习兴趣，师生间可以自由分享学习经验、教学资源，而且经管理员审批后还可导入在线课堂的资源库中以供其他同学和老师使用，是本资源平台的一个资料来源的宝库。
2.4 教学资源平台后台管理系统开发
本资源平台是一个开放式的网站，所有内容均可自由修改，就需要开发后台管理系统。具体包括了会员管理，资源内容的审核、编辑、上传，通知公告发布等等功能。
3 教学资源平台的应用前景
临床医学是一门实践性很强的应用学科，传统的医学教育是采用学徒式教育，即“See one， Do one， and Teach one”，但是随着医学模式的转变，这种经验式的学习变得越来越困难。理论上最好的学习对象是病人或真实的人体，但是就目前的医疗环境，在病人身上演练临床技能暴露出越来越多的困难。因此，我们开发出模拟操作动画，以及虚拟医院，能让学生对行医环境有更加直观的认识，并且规避医疗风险。
既往很多学生提出，医学操作仅凭有限的实验课时间练习，远不能满足学习的需要。我们开发虚拟医院，让学生在课余时间也可登陆虚拟医院，进行各种医学操作的练习，让学生更好地掌握各项医学操作的具体步骤，对学生将来顺利进入临床环境有着很好的衔接作用。
我校教学均已使用多媒体。但其中存在各种不足。医学课程之间存在互相联系和内容交叉，但是教师间缺乏交流沟通，课件无法互相参考，造成重复劳动，甚至某些内容存在矛盾。因此，建立统一的教学资源平台，教师就能随时调用课件，互相参考，从而进一步提升教学质量[3]。在线考试功能的建设，为学生的复习迎考提供了非常好的平台。基于无线互联技术的资源平台，让学生可以使用手机、平板电脑等无线终端登陆在线课堂模块，进一步提高了教学效率[4]。
互动空间板块参考目前社会上流行的SNS类网站的思路，建立了师生为主体的社交类模块。在互动空间中，教师可以建立自己的个人主页，上传学习资料，布置学习任务，而学生可以在教师主页探讨专业问题，还能通过@功能请求其他师生加入讨论，其应用前景非常新颖独到，有利于调动学生的学习积极性[5]。
4 结语
本教学资源平台建设，尚处于开发的初期阶段，需要各方面的力量予以支持。因此，希望在开发过程中能够调动起多方的力量，努力将我们的教学资源平台打造成一个高水平的医学教育技术网站。
待本教学资源平台相关板块建设完成后，我们将对平台的运行情况及学生的反馈做进一步调研，以不断完善我们的教学资源平台。
参考文献
[1]彭才洪等.医学教学资源库的开发与应用[j].中国现代教育装备，2007（11）：163-164
[2]李萌.SNS的经济学分析.科技资讯.2007.6.229.23
[3]余远波，黄民慧.基于Web的医学教学资源库的研究与应用[J].计算机与信息技术，2008（3）. 21-22
[4]陈慧.Web2.0及其典型应用研究.上海.华东师范大学.2006.10.
虚拟野战医院技术架构及实现分析 篇3
Internet和网络交互式多媒体等技术的快速发展进一步拓展了我们的视野、学习和交流的手段,使我们有可能实现不受时间和地域限制的知识学习和指导技能训练信息平台。虚拟野战医院是为适应现代和未来战场以及执行多样化军事任务条件下医疗救治的需要而建立的交互式学习训练网络信息平台,其目标是利用嵌入网络的各类交互式多媒体、过程处置步骤和模拟技术等指导和训练军队医疗人员学习、掌握和改善战创伤救治技能,为未来战场医疗救治做好准备,并为基层部队提供更加优质的诊疗服务[1]。
虚拟医院最早由爱荷华(Iowa)州立大学于1992年提出并建立,当时它仅是一个通用数字健康科学图书馆(DHSL)[1],目的是使医学专家信息数字化,以达到轻松访问治疗点医疗人员信息的目的。1997年,在其内部又分离创建了一个虚拟儿童医院[2]。美国海军于1997年在Internet上建立了类似的虚拟医院———虚拟海军医院(The virtual naval hospital)[3,4],其目的是为了满足美国海军各个治疗点的海军医务人员对相关医疗信息的需求。它通过知识管理工具进行管理,已经成为美国海军有用的医学参考工具,为各个治疗点医务人员更好地诊治患者提供了帮助,同时也为舰艇海员提供相应的保健信息,提高了他们的健康水平。
这些传统意义上的虚拟医院均为数字健康科学图书馆,为医疗工作者及相关人员提供医学信息资源服务,具体包含数以千计的电子教科书和小册子。
目前,虚拟医院的发展趋势之一是提供交互式远程医疗资源服务概念集成平台[5],它可让患者体验近乎真实的实际医疗过程。其近期目标是与高质量媒体、可靠的关键治疗及重症治疗试验相结合,建立虚拟关键治疗和重症治疗单元。
当前正处于发展阶段的虚拟医疗学习训练技术主要有基于VR的模拟技术以及严肃游戏技术。如“Pulse!!”虚拟临床训练工具借用了射击游戏的设计和游戏元素[6],建立了医疗和护理学生通过游戏重复学习、练习某一临床技能的单机虚拟医院概念原型。
本文所设计和提出的虚拟野战医院信息平台对传统虚拟医院进行了延伸和扩充,它包含基本的战场诊断救治知识,主要提供针对战场伤病员、战创伤类型的交互式医疗救治及紧急救治过程的模拟训练等。在虚拟野战医院中可以随时随地进行战创伤医疗诊断和救治学习训练的相关项目,同时,可为特殊条件下(CBRNE:化学,生物,放射,核,爆炸等)的战场医疗救治做好准备。在虚拟野战医院环境中,可不断重复学习和练习各种战创伤的救治技能,从而达到熟记和快速反应的能力。本文探讨了虚拟野战医院的技术架构,并就其实现要素进行了分析。
2 虚拟野战医院技术架构及其要素
虚拟野战医院采用了基于Web面向服务的知识库管理技术架构,后台采用Sql-Server数据库对战创伤知识技能库进行分类管理。为了方便管理,便于快速进入相应知识技能的学习训练过程模块,架构采用了层次性结构化的设计理念,并具有可伸缩性,如图1所示。
虚拟野战医院信息平台形成了一个系统战创伤技能分类学习训练架构,每一类技能学习训练基于相关知识库所对应的模块组件进行构造。在该平台中,可进行战场创伤救治技能练习,重复战场特定伤类的学习和训练,从而达到掌握和提高战创伤救治操作技能和分析决策技能的目的。对于平时很难遇到的特殊战场环境(如CBRNE、高寒、冰雪、水中等场合)或特别的战创伤处置和救治方法,也可通过该平台进行预先的技能学习和练习,以便为未来的高技术非常规医疗救治做好准备。
首先,为了便于管理,虚拟野战医院技术架构按管理类对各类不同场合条件和情况下的救治进行分类,以便按情形进入不同的指导和训练科目。具体包括:常规急救以及各类战创伤救治的知识技能学习和训练;特殊战场环境下的紧急救治;能够在战场上及时挽救战士生命的自救互救技能学习和训练。同时,其具有为多学科之间通过网络进行战创伤协作救治技能训练提供的网络团队协同训练、提高救治时效性的战创伤类管理以及远程医疗交互式平台。
其次,虚拟野战医院针对各类不同侧面的救治技术,建立了相应知识库或索引库,以方便受训人员根据需要进行相关部分的知识和技能学习训练。例如:战场关键救生技能知识库包含了战场上可能遇到的基本但关键的救生技能;判断救治基本原则知识库包括了对战创伤进行快速判断和救治的规范性原则;快速处置步骤知识库可提供迅速处置战创伤基本技能方法步骤;救治技能方法知识库含有规范化的战创伤救治技能方法的学习和练习;技能训练索引库则包含规范化战创伤救治技能训练模块或步骤的索引,并可通过多种媒体技术手段实现过程或模拟训练。
最后,由功能实现层具体实现各类救治技术所对应知识技能的具体功能实现。它针对每一种战创伤救治的基本原则、方法、步骤和技能,以知识库检索或组件功能模块的形式,实现一个个具体的战创伤方法和技能学习训练过程。如:战场关键救生技能包含的心肺复苏术、气道管理、休克防止以及夹板固定术等技能学习训练模块;快速处置步骤包含各类战创伤(头部伤、胸部伤、腹部伤、骨折伤、烧灼伤等)的处置过程训练的内容或实现模块等。
远程医疗交互式平台提供了语音视频交互式会诊以及远程外科指导等功能,并可进行诊断图文资料和检查影像图片的即时传输。交互式平台可通过专门设计的对等程序组件模块实现,也可利用QQ聊天室、BBS以及Email等方式实施。
虚拟野战医院信息平台技术架构的各个层次可根据需要进行相应的扩展,从而能够较好地适应技术和应用的发展。
3 基本实现技术和方法分析
虚拟野战医院的实现需要综合性的技术集成,它涉及到多种计算机软件和网络技术。本文主要采用基于Web的数据库信息管理架构,并结合交互式多媒体图文和视频技术、Flash媒体技术、决策支持技术(decision-making support)、基于VR的医学模拟技术、知识管理技术、安全认证技术以及搜索引擎技术等。
基于Web的知识库信息管理架构使用户能够不受时间和地域限制地通过浏览器访问虚拟野战医院。在Web架构中主要采用ASP、XML、VRML(虚拟实境构模语言)以及VB Script或Java等语言实现具体的学习技能训练等功能。XML可实现对图文、Flash媒体、影像和音视频文件、处置训练交互式过程模块以及虚拟实境(virtual reality,VR)模拟组件程序等的标记和链接,VRML则用于构造基于VR的战创伤模拟训练模块。战创伤知识以及技能训练信息和数据的存储管理则采用通用、功能比较强大的Sql-Server数据库结构实现。
虚拟野战医院中的战创伤救治方法或技能训练可采用多种表现方式实现,包括基于多媒体图文展示的救治操作方法训练,例如大腿骨裂伤、烧伤以及截肢[7,8,9]等的医疗救治过程指导;视频指导式的学习训练;基于处置步骤过程的提示训练等。交互式训练可以是多媒体图文的交互式学习练习,也可为Flash形式或过程模拟仿真等。基于VR的模拟训练则是在虚拟实境中进行模拟训练,VR采用3D可视、触摸反馈等技术实现了对真实环境的再现,使战创伤救治训练更具有真实感。
交互式多媒体技术提供了战创伤救治虚拟训练的交互式互动,医护人员可以通过多媒体信息的过程提示,一步一步地学习或练习相关的医疗救治方法和技能。交互式多媒体的发展方向是通过网络上多台计算机实施的分布式网格多媒体交互仿真技术,它是网络、多媒体与计算机仿真技术的结合,可以实现在计算机网络的虚拟空间中,通过3D多媒体信息交互模拟仿真现实中的战创伤救治和特殊救治训练。这一分布式虚拟环境可实现多学科合作的战创伤救治知识和技能训练。
战创伤救治知识和技能训练方面可采用以下几种技术实现:
(1)图文多媒体交互式学习指导和练习。通过战创伤图文知识和技能要点提示,进行相应的选择性操作,对于每一项知识技能学习训练步骤,可根据操作结果进入后续步骤或重复当前操作等。该技术可用来实现比较简捷的技能学习和操作,其实现方法可采用在网页中直接呈现或嵌入PPT组件等。其中,PPT可结合多媒体图文和视听,并在幻灯片之间使用暗示。
(2)基于视频演示的学习指导训练。通过战创伤救治方法的视频演示操作过程,并附加相关提示进行紧急救治的指导学习和训练。虚拟野战医院信息平台在初期实现时主要采用以上2种技术。
(3)基于Flash媒体的演示或交互式训练。Flash多媒体动画的应用越来越广泛,随着技术的发展,其灵活性和交互性也日益提高,可以作为虚拟野战医院中战创伤处置和技能学习及训练的一个主要实现部分。虚拟野战医院中的多类技能学习训练组件模块可逐步采用Flash技术设计实现。
(4)基于过程的技能训练程序组件模块。通过编程将相关多媒体信息进行组合和控制,实现战创伤紧急救治过程的学习训练。基于过程的训练可采用真实照片的3D交互式图像,它允许用户进行多视角查看、旋转图像以及使用透视来理解隐藏结构间的关系。
(5)基于VR的战创伤模拟训练模块。基于VR的医疗技能模拟训练是当前研究和实现的热点,如环甲状腺切开插管术、头部创伤处置技能模拟以及腹腔镜手术模拟训练等。基于VR的医学模拟可以有效地缩短医疗技能或手术等的学习和训练时间,并取得与实际操作类似的效果。与单纯的VR模拟相比,基于Web的VR模拟操作则可实现不受时间和地域限制的学习训练。Web可提供进行外科技能模拟训练的一个有效环境,它通过组合VR构模语言(VRML)实施3D远程呈现和Java代码实现模拟引擎构成。使用Web传递战创伤操作技能训练模拟器具有简单有效的优点,只需要PC机和Web浏览器即可。基于VR的战创伤模拟训练进一步加深了受训者的现场感,它通过附加的特殊外部设备,使用户仿佛置身相应的战场救治真实环境,具有相应的各种感觉(如触觉、操作深度感等)。通过基于VR的沉浸式虚拟环境可以更为逼真地进行各类战创伤救治项目的仿真训练。
上述各类技术可根据应用需求组合使用,与标准化的战创伤救治过程或案例结合则可更为灵活地实现各类战创伤的知识学习和技能训练。图2是战创伤处置或技能训练步骤的实现方法和布局示例之一。
在实现方法和设计上,遵循简洁、易于使用的原则,并可在处置或技能步骤间方便地切换,同时提供相应的快速信息提示。如在非常规战场创伤案例中,神经毒气中毒伤[12]救治的训练过程可能包括了气道和呼吸复苏、解毒以及治疗致命的常规与化学复合创伤等。
其他的辅助支持技术,如决策支持技术采用人工智能推理规则及推理演算机制,有助于进行快速战创伤诊断救治决策;安全认证技术提供访问虚拟野战医院信息平台不同入口的安全保障,针对不同的人员类型提供相应信息或学习训练模块的访问权限;搜索引擎技术则可快速定位用户所关心的特定知识和训练内容。
4 知识数据库实现框架及构成
基于Web面向服务的方式与Sql-Server数据库结合能够灵活地实现层次性结构中的各类战创伤技能学习训练内容和模块管理,并可以根据信息的变化及技术的发展方便地更新相应的知识、技能训练内容以及组合所需的先进软件组件工具(如多媒体软件插件)。这一架构具有较好的可伸缩性、互操作性和可修改性,易于使用、管理和维护,能够适应知识的扩充以及新技术的发展。
为了便于管理,本文根据虚拟野战医院架构的层次分类,首先将数据库分为管理类和知识数据库类。管理类针对信息类型和知识库进行分类管理,知识数据库则按类存放相应的战创伤救治标准原则和技能训练的内容或链接,如图3所示。
管理类的用户信息表存放各种权限等级的用户信息,管理类别信息表包含按管理类型区分的战创伤救治技能学习和训练项目,知识库分类表则存放各类战创伤救治知识库的基本信息。知识数据库按照战创伤救治学习的标准规则、技能、步骤过程及训练组件模块等进行分类存储,以便于管理。特殊战创伤类(如CBRNE、环境伤、气候伤、叮咬伤、中毒伤等)的急救技能也存放于单独的知识库中。此外,还包括各类战创伤诊断救治的案例知识库,例如特定战创伤救治案例、联合救治案例以及多创伤综合救治案例等。知识库可根据需要和发展进行相应扩充。以下是战场关键救生技能知识库的表结构形式:
救生技能功能项编号:N(4)
救生技能名称:VC(20)
存储类型:C(1)(直接内容或链接)
媒体类型标识:C(1)(文字、图像、视频、FLASH、训练过
程组件、VR模拟组件…)
救生技能媒体运行方式:C(1)(显示、运行…)
救生技能内容:VC(4000)
救生技能媒体链接:VC(40)
救生技能媒体文件名称:VC(20)
…
知识库可定义各类战创伤诊断救治基本措施、处置技能等的标准化规则,并与对应案例相关联。以这些战创伤救治及相关医疗操作案例知识数据库为基础,则可配置和构建各种类型的战创伤知识和技能学习训练的过程、场景或任务训练器。
通过有机地集成各类虚拟媒体技术和战创伤救治知识库,虚拟野战医院可有效地实现集各类战创伤救治学习训练为一体的综合信息平台。通过在虚拟野战医院环境中反复学习和练习各类救治规则和案例,可以更好地掌握和提高真实的战创伤救治技能,并可安全地练习新技能及罕见和特殊的战创伤救治过程,从而保持知识和技能使用的流利性,增强战场救治能力,提高应用战场救治知识和技能的自信心。
虚拟野战医院通过基于结构化的层次类型和功能的集成接口进行组织和链接,使不同类型的战创伤训练科目和相应人员类型能够通过相应接口快速、方便地访问所需知识,解决相关问题,进行相关战创伤诊治技能的学习训练等。虚拟野战医院中各类知识技能学习训练的评估是一个有待解决的难题。开辟用户意见区收集使用者的反馈意见,并据此进行相应的分析是评估的简化方法之一。
5 结束语
虚拟野战医院提供了一种不受时间和地点限制的学习和训练战创伤医疗救治技术和特殊环境救治技能的综合信息平台,本文描述并分析了其实现技术架构及知识数据库的构成。通过在该平台上反复进行各种环境下的战创伤诊疗和救治技能学习训练,能够有效地改善和提高受训人员战场医疗救治能力和水平。同时,虚拟野战医院具有方便和有效缩短战创伤训练周期的优势,对于未来可能出现或新出现的战创伤类型以及特殊环境下的紧急救治技能等,则可在该平台中形成相应的虚拟学习训练环境,进行反复预先演练,以便为未来高技术战争条件下的战创伤救治做好准备。该平台也可为基层部队提供远程医疗及相关医疗和健康指导等,以提高边远地区的诊疗技术和水平。
参考文献
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[6]Ronald Bergman.Anatomy of First Aid:A Case Study Approach:Burns(by degree)[EB/OL].[2010-03-16].http://www.anatomyatlases.org/firstaid/Burns.shtml.
[7]Ronald Bergman.Anatomy of First Aid:A Case Study Approach:Amputation[EB/OL].[2010-03-16].http://www.anatomyatlases.org/firstaid/Amputation.shtml.
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虚拟化技术在医院的应用分析 篇4
1.1 医院信息系统业务复杂
医院信息系统 (HIS) 是企事业单位信息系统中最繁多、最复杂的系统之一。以我院为例, 已建立HIS、医学影像存储与传输系统 (PACS) 、检验信息系统 (LIS) 、电子病历 (EMR) 、血库系统、病理系统、数据挖掘等30多个应用系统。多系统就需要多服务器与存储的支持, 大型医院现在面临的问题之一是众多服务器与存储管理和维护困难。
1.2 服务器资源使用率低下
据了解, 很多三甲医院的服务器, 除HIS外大部分在业务高峰期的CPU使用率不足15%, 内存使用率不足40%。也就是系统资源的60%以上处于闲置状态, 而通常使用传统双机热备的冗余架构中还有1台处于STAND BY的服务器, 按2台服务器来计算相当于服务器硬件资源的80%是闲置的, 不能被充分利用。
1.3 高成本高风险问题
据CHIMA全国医院调查2011~2012年度调查结果显示医院经费投入比例中62.86%是用于硬件的采购[1]。一方面大量服务器的部署维护需要高成本;另一方面多台处于单机独立运行的系统, 一旦出现问题就面临停机、操作系统数据库重新安装、数据丢失的风险加大。
2 虚拟化技术特点及在医院部署要点
2.1 VMware服务器虚拟化技术特点
服务器虚拟化是将服务器物理资源抽象为逻辑资源, 实现1台服务器转变为多台相互隔离的虚拟服务器, 从而简化系统管理, 提高资源利用率。以VMware公司的VSphere ESX/ESXi为例, VMware v Sphere虚拟化操作系统可大幅度整合应用, 降低物理服务器整体拥有成本[2,3], 只需15 min就可部署1台虚拟服务器。虚拟化技术独特的分层文件封装技术使各个系统互不影响 (表1) , 不会因1台虚拟机感染病毒而使全部业务服务器受影响。VMware v Center可集中管理VMware v Sphere环境, 可以提高IT管理员对虚拟环境的控制。在v Center的管理下, 可实现很多虚拟化功能, 例如VMware VMotion, 可以在不中断用户使用、不丢失服务的情况下在服务器间实时迁移虚拟机, VMware HA可以实现多台物理服务器组成高可用群集, 避免因物理服务器硬件故障带来的服务中断[4]。而这一切为服务器虚拟化应用的发展打下良好的基础。
2.2 医院虚拟化环境部署中的要点
2.2.1 资源评估与业务匹配
服务器虚拟化技术的实现, 对应用系统的IO性能等级、内存需求、可用性及存储容量有着一定的要求, 在进行服务器虚拟化之前, 需要根据各系统的应用情况对软件系统进行评估。虚拟机相对于IO性能要求高的应用程序而言, 内存需求大的应用程序执行效率较低[5], 根据评估情况确定是否适合使用虚拟机及虚拟机资源分配。我院部分软件系统的评估情况, 见表2。
虚拟机内部的应用与数据库系统备份一直存在有待提高的空间, 特别是数据库系统, 目前的虚拟化备份多数仅局限在针对独立虚拟机的备份, 且不能实现数据变化后的增量备份, 可能存在部分数据丢失的风险。而且同配置情况下, 虚拟机的性能比物理机要低10%左右[6]。所以从以上角度考虑, 服务器虚拟化并不适用于大型医院业务数据交互频繁、连续性要求高的HIS。
PACS的特点是生产多文件数据, PACS会产生大量的DICOM标准的文件, 而在实践中发现虚拟化应用在管理超过2T的多文件时就会出现一些问题, 比如磁盘碎片增多, 系统性能下降, 备份易出现中断等问题。我院每年PACS的数据量在3T以上, 此时独立出PACS将是非常有必要的。经过探索, 我们设计出一种新的存储架构, 即服务器主机使用虚拟机, 外挂物理存储阵列的方式进行存储, 这样可以有效解决多文件系统在虚拟机环境出现的上述问题。
2.2.2 存储配置优化
虚拟化应用的前提需要有共享存储阵列支持, 新部署环境的存储设备选择可根据医院内部业务系统资源消耗情况而定, 对于部署I/O读写要求较高的信息系统, 除了选择高性能的存储阵列以外, 还可以对存储内部的配置做进一步调整, 例如:增大存储控制器缓存, 配置高速HBA卡, 还可以采用高速硬盘, 例如:SSD盘 (Solid State Drive, 固态硬盘) +SAS盘 (Serial Attached SCSI) +NL-SAS盘 (Near Line-Serial Attached SCSI) 的组合模式。综合考虑磁盘冗余和空间利用率, 通常情况下根据存储扩展柜的容量不同, 采用15、16或20块盘做1个RAID5为较优选择, 可减少硬盘故障带来的风险。
2.2.3 网络冗余配置
服务器配置时应添加多块网卡用于解决网络端口的冗余及带宽问题[7], 因医疗应用环境复杂, 在虚拟化部署时要提前考虑多个不同网段的应用规划, 例如:物理隔离内外网、专线交互等, 通过构建虚拟化中的分布式交换机, 为不同的网段提供服务。
2.2.4 存储与备份方案设计
当虚拟化应用建设完成后, 会出现多应用系统集中依赖1台存储设备的现象。虽然存储设备一般都会有双控制器做冗余, 但基于业务应用的安全性考虑还是需要建设容灾备份系统。备份软件根据应用的数据库特性选择, 如Golden Gate或VMware的SRM工具都可进行同步数据镜像, 实现数据的灾备。其中, Golden Gate可支持ORACLE、DB2、SQL Server等数据库的备份[8], 不受限于虚拟化应用环境;而SRM是专业的虚拟机应用备份软件, 也有很多性能优势。
基于以上描述, 构建了我院应用系统生产及备份环境方案, 即核心应用系统采用IBM小型机做双机热备和异地灾备, 形成两地三中心的数据灾备方案, 极大提高了系统的可用性。PACS生产环境独立在虚拟机应用外, PACS数据库备份服务器采用虚拟机, 而影像文件数据备份在灾备存储系统独立划分的物理磁盘阵列中, 而不使用虚拟机磁盘文件。机房结构, 见图1。
3 虚拟化应用与管理
虚拟化部署完成后, 日常的应用与管理维护工作也非常重要。主机具有自动冗余备份的功能, 发生硬件故障往往不容易被发现, 应定期主动巡检硬件设备。VMware v Center提供的管理平台是日常维护的重要工具。首先, 为方便日常的应用部署, 应根据应用实际情况把常用的操作系统及数据库做成虚拟机模板;其次, 需要通过v Center定期管理每台物理机下运行的虚拟机数量, 整个物理机的性能、配置、警报信息等;最后, 每台虚拟机的资源情况应定期查看, 做好性能评估, 避免资源不足造成效率低下。
4 总结
经过近1年时间对我院物理服务器和现有存储设备的整合, 把原有的24个应用系统成功迁移到6台虚拟机中, 提高了资源利用率[9]。往年单机运行服务器故障停机平均都在3次以上, 而实施虚拟化应用1年以来未出现过单点故障停机, 进一步证明了虚拟化可以提高IT系统的灵活性, 达到医疗行业信息系统7×24 h业务连续性要求[10]。随着虚拟化技术的发展, 相信未来医院选择低成本、高可靠、可订购、高容量、易管理的托管式云存储模式将成为主流[11]。
服务器虚拟化应用对节能减排做出的贡献非常重要, 如使用6台普通服务器做虚拟化, 部署30个虚拟机, 粗略计算每年至少可节省电费10万元以上[12]。
虚拟化应用存在一定的局限性, 针对业务连续性要求高的HIS与存储容量要求高的PACS需要特别谨慎, 否则可能出现效率低的情况。另外, 个别系统使用USB外接物理密钥的形式作为信息环境加密措施, 当应用VMware虚拟化中的VMotion自动漂移功能时, 由于物理原因的限制将会因找不到加密盘而出现无法使用的故障。
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虚拟医院 篇5
近些年来医院信息化建设发展很快, 软件系统已经覆盖了医疗、财务、行政、后勤及IT系统管理等诸多领域, 各系统分散在不同的物理服务器上。使得服务器和存储架构运营维护十分不便。发生灾难时应用数据有完整备份, 但服务器需重新安装、调配, 运行环境恢复周期长。
相当多的软件属于中小型软件系统, 规模较小, 并发用户少, 对服务器的利用率很低, 一般只单机运行。但服务器发生故障, 医疗业务同样受到影响。采用双机热备系统方式应用于每个业务, 将占用大量的机房空间, 同时电源布线、机房通风、空调散热等方面面临更大压力。如果将多套软件安装在一台物理服务器上, 各软件系统之间难免会相互影响产生冲突。
因此医院迫切需要搭建一个可持续发展的基础平台, 有利于数据安全和系统稳定, 更好地承载医院的应用。
2 整合服务器的目的
提高单台服务器的使用效率, 整合医院非核心的中小业务应用, 并确保各业务系统的孤立性, 减少不比要的相关影响;增加双机热备功能, 消除业务的单点故障, 减少数据安全隐患, 保证了业务的连续性;将敏感数据从所有终端系统上移除, 提升数据安全;实现对各种异构服务器系统的统一管理;提高服务器重新安装、恢复的效率;节省网络机房的占用空间以及用电负荷;解决超龄的老旧服务器硬件损坏无法维修的问题;快速为新增业务应用分配计算和存储资源。
3 虚拟技术概念
3.1 虚拟服务器
虚拟化将物理硬件与操作系统分开, 使得具有不同操作系统的多个虚拟服务器在同一个物理服务器上独立运行, 极大的提高了服务器硬件利用率, 并可有效的减少服务器购置及基础设施的投入。虚拟化技术可以轻松实现多个操作系统在同一时间一起运行在同一台主机上, 基于不同操作系统的应用同时为用户提供服务, 减少了系统管理的复杂度。
3.2 虚拟存储
所谓虚拟存储, 就是把多个存储介质模块进行集中管理, 为使用者提供大容量、高数据传输性能的存储系统就是虚拟存储。将不同类型的存储物理媒介和不同层面的存储子系统通过软硬件技术转化统一到用户存储应用界面, 而后台存储设备的变更以及数据的迁移不会对前台用户应用造成影响。
4 VMware vSphere组件结构
vSphere在逻辑上由三个层构成:虚拟化层、管理层和界面层。
(1) 虚拟化层:Vmotion, 实现虚拟机的动态迁移, 保证服务不中断, 主要应用在服务器的硬件设备维护升级等场景。
分布式资源调度DRS, 能够动态的调整虚拟机需要的资源, 保证应用有足够的资源, 根据预先制定的规则触发资源调整, 比如说设定设定并发连接超过一个上限值, 自动触发分配计算资源, 内存给该虚拟机, 这属于一个粗粒度的调整, 负载均衡厂商radware有一款设备和vm有一个联动的效果, 该设备通过网络延迟, 并发连接数, 服务器负载等一些参数来自动调整虚拟机资源大小。
分布式电源管理DPM, 当整个群集需要的资源减少时, 整合应用到少数几个服务器上, 别的服务器自动处于睡眠状态, 当负载增加时自动唤醒, 尽最大可能来节能。
Storage Vmotion存储迁移, 无需停机, 让虚拟机迁移到新的存储设备上。
VM HA高可用性, 当一个承载关键业务的物理服务器或虚拟服务器down掉以后, 在别的服务器上会自动启动新的服务, 降低业务中断带来的损失。有网友拿两台普通台式机测试, 中断时间两分钟后新的服务器将会启动。这个功能还是很强大的, 不需要独立的硬件设备来做stand-by, 也不需要再买独立的集群软件。
VMware Fault Tolerance, 这个是比ha更高级的功能, 通过在两个虚拟机上跑同样的应用, 同步操作, 保证在主虚拟机down掉后, 备份虚拟机即时启动, 据说是零停机时间。
(2) 管理层:vCenter Server位于vSphere的管理层下。vCenter Server对数据中心进行便捷的单点控制。它运行于Windows 64位操作系统上, 可提供许多基本的数据中心服务, 例如:访问控制、性能监视以及配置。它可将各个计算服务器的资源整合起来, 以供整个数据中心内的虚拟机共享。实现方法为:根据系统管理员设定的策略, 管理分配给计算服务器的虚拟机以及分配给特定计算服务器内虚拟机的资源。
(3) 界面层:vSphere Client是界面层必备组件, 也是创建、管理和监视ESXi主机、虚拟机及其资源的主界面。另外, 它还提供对虚拟机的控制台访问。vSphere Client安装在可通过网络访问ESXi主机或vCenter Server系统的Windows计算机上。根据vSphere Client是连接到ESXi主机还是连接到vCenter Server系统, 界面显示的选项会略有不同。尽管所有管理活动均由vCenter Server执行, 但必须使用vSphere Client监视、管理和控制服务器。管理员可登录单一的vSphere Client对多个vCenter Server或ESXi主机进行管理。这是通过一种称为vCenter Linked Mode的技术实现的。
vSphere Web Client是一个基于浏览器的界面, 用于配置和管理虚拟机。使用该界面, 您可以通过浏览器连接到vCenter Server系统以管理ESXi主机。
5 医院信息系统中使用虚拟技术的优势
(1) 极大地降低了成本。
使每台服务器资源都能得到充分的利用从而降低了硬件成本、降低运营和维护成本。
(2) 提高了运营效率。
系统能够在极短的时间轻松建立多个新服务器并实现快速部署。
(3) 提高了服务水平。
将所有服务器进行统一管理, 通过HA, 实现业务的快速恢复。
(4) 对旧系统的保护。
使旧的应用程序继续使用, 保护了前期投资, 及数据的完整性。
(5) 建立虚拟机模板。
模板提高了工作效率, 对缩短新系统开发、测试周期也有相当的帮助。
6 结语
虚拟化是一种能够节省资金和提高效率的IT战略。通过将应用程序和操作系统从底层硬件中分离出来, 可以减少设备和管理费用, 实现以前因过于昂贵和复杂而难以部署的高可用性和灾难恢复功能, 并且能够根据用户要求和形势变化快速作出响应。在考虑虚拟化的优势时, 不仅要考虑硬件和能源成本节约, 还应看到业务正常运行时间方面的优势, 尤其是可以优化导致实际收益减少的停机事件。上述这些优势使许多单位能很容易论证虚拟化实施的合理性, 从而开始虚拟化进程。
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虚拟化在医院信息系统中的优势 篇6
随着近年来医院信息系统的发展, 涉及资料与提供应用数量的日益增加导致服务器数量快速上升。为了使医院数据中心具备高度的可靠性、可管理性、可伸缩性, 同时在降低成本和节能环保上满足新一代数据中心的需求, 引入服务器虚拟化技术是非常必要的。由于VMware常年在Gartner魔力象限的x86服务器虚拟化基础架构领域中处于领导者地位, 故本文提到的功能主要为VMware产品所提供。虚拟化能带来的好处如下。
1 节 能
据美国能源部统计, 电力输送到数据中心后平均只有45%被IT设备使用, 其余则用于冷却、照明、监控等设备。用于IT设备部分只有30%被CPU使用, 其余用于风扇、内存、硬盘等。而CPU的平均负载只有5%～20%。若以一台物理服务器安装一个操作系统的传统方式来部署应用, 必然会导致能源的大量浪费, 可见提高服务器硬件资源利用率变成了降低能耗的主要手段。VMware ESXi是一种裸金属架构虚拟化解决方案, 它将虚拟层内核直接构建在硬件上, 在减小虚拟层开销的同时将多个虚拟服机安装在一个物理服务器上, 多个应用共享一台物理服务器的硬件资源, 保证CPU不会过度空闲, 从而达到提升服务器资源利用率的目的。
2 容 错
众所周知, 由于医疗行业的特殊性, 某些重要服务是不允许出现中断的, 然而由于硬件故障导致的非计划停机却无法避免。VMware vSphere提供的HA, 容错等功能通过在群集中创建主从虚拟机, 并且能在发生故障时自动进行透明的无缝切换, 使网络管理员能在不中断业务的前提下对故障硬件进行维护, 用户不会感觉到任何影响。虚拟化群集提供的这种高连续可用性是传统服务器部署方案所无法比拟的。
3 管 理
现今数据中心管理人员不得不面对迅速扩大的数据量和越来越多的关键应用任务, 这使得高效管理和自动化管理变得重要起来。VMware vCenter Server是用于管理和监控虚拟基础架构的集中式可扩展平台, 管理员借助它可以简化和自动化对虚拟环境的控制。
3.1 标准化主机配置和虚拟机模板
可以通过配置文件和模板快速批量部署可用于虚拟环境的物理服务器和虚拟机。
3.2 动态资源分配
vSphere DRS能根据管理员定义的规则在多个虚拟机之间智能分配可用资源, 在业务需求变化的同时合理调整优先级, 从而形成一个具有内置负载平衡能力的自我管理、高度优化且高效的 IT 环境。
3.3 高能效资源优化
vSphere分布式电源管理通过监控DRS集群中资源和和能耗, 在业务不繁忙的时段整合工作负载, 并将闲置主机置于待机模式减少能耗。当业务繁忙时段待机的主机恢复为联机状态, 确保服务达到要求。
3.4 集中化控制与可见性
可实时监控虚拟机、资源池和服务器的利用率及可用性, 包括硬件监控、存储映射和报告、警报和通知等。通过VMware vCenter Server理论上一个管理员甚至能监控和管理数百个工作负载, 在管理物理基础架构方面的工作效率提高了数倍之多。
4 小 结
虚拟医院 篇7
关键词：虚拟化,服务器整合,高可用性,运维成本
0引言
虚拟化是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行[1]。通过在系统中加入一个虚拟化层, 将下层的资源抽象成另一种形式的资源供上层使用。在IT领域,可以把有限的固定资源根据不同需求进行重新规划,以达到最大利用率,从而简化管理、 优化资源。
服务器虚拟化是将服务器物理资源抽象成逻辑资源,让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器,不再受限于物理上的界限;让CPU、 内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的“资源池”;通过区分资源的优先次序,动态地运用硬件资源,随时随地将服务器资源分配给最需要的进程,从而提高资源的利用率、简化系统管理、实现服务器整合,让IT对业务的变化更具适应力[2]。
1服务器虚拟化的建设需求
经过多年的发展,信息系统在医院的应用越来越广泛,医院整体业务对信息系统的依赖程度也越来越高[3]。随着医院信息化进程的加快,新的应用不断增加,服务器数量激增,使机房在空间、电力、管理、安全等方面面临更大的压力。当前的IT基础架构已无法满足医院未来的发展需求,主要存在4个方面的问题,现分别介绍如下。
1.1服务器数量众多,利用率低,能耗高
医院IT传统的部署模式是一台服务器对应一套应用,对于一家三甲医院而言,为了满足几十个乃至上百个应用系统,在机房中至少集中几十台服务器。大量的设备不仅使机房的空间变得日益紧张,而且还使用电、维护人力成本以及维保成本等居高不下。大多数单台物理服务器的负载只是在一天中的某个时段会出现使用高峰,其他时候使用率只有5%~ 20%,资源浪费严重。
1.2服务器维保过期,维修困难,缺支持
医院IT经过十几年的发展,有的服务器已经购买不到原厂的金牌服务,但仍在继续使用。部分服务器属于超龄服务,故障率上升,一旦硬件出现故障, 将很难修复。一些老业务系统仍在使用,但找不到原有开发人员的支持,如果出现结构性破坏,将很难修复。
1.3服务器备份不一致,系统灾备难统一
医院的业务系统有的有数据库,有的无数据库, 各种业务系统的灾备技术方案并不完全一致,需要为每套业务系统设计相应的备份和容灾方案。
1.4服务器分布式部署,日常监控难管理
采用分布式部署的物理服务器数量增多,造成系统架构复杂,难以进行日常监控。各应用服务器的健康状态、资源情况靠人工巡视。在故障率一定的情况下,系统管理员只能忙于“救火”。
如何很好地解决以上问题,是目前摆在信息科管理者面前比较急迫的问题。虚拟化技术的出现,使提高服务器的利用率,提升服务管理水平和降低风险管理的难度,提升系统的可用性、可靠性,实现节能减排成为了现实。
2服务器虚拟化的实施步骤
针对上述难题,采用服务器虚拟化整合方案来解决,现主要从3个方面介绍服务器虚拟化的实施步骤。
2.1评估当前环境
评估当前环境是实施服务器虚拟化的关键步骤。收集各服务器的配置及资源利用率数据,对收集的数据进行分析,确定虚拟化范围和目标,并对服务器虚拟化进行可行性分析[4]。充分了解服务器和应用的性能参数,决定转换多少物理服务器及医院业务系统到虚拟机上运行。使用性能监控工具测量物理服务器上CPU、内存、网络和磁盘资源的平均值和峰值,收集1周以上的数据进行彻底分析。I/O负载是实施虚拟化的一个重点,严重依赖于数据交换的服务器不容易迁移,如数据库和邮件服务器。虚拟化在一定程度上增加了I/O开销,对性能有明显的影响, 有时导致迁移不成功,因此对于需要大量I/O负载的应用不适合采用服务器虚拟化技术[5]。不需要特别努力地对所有服务器进行虚拟化,只有当虚拟机达到双倍的期望资源时,迁移才是成功的。
2.2规划虚拟平台
2.2.1选择虚拟化软件
目前市场上可供选择的虚拟化软件有不少,下面4款是服务器虚拟化部署较常使用的软件。
(1)VMware:VMware是目前x86虚拟化市场上的佼佼者,VMware v Sphere的发布有相当的竞争力, 其功能丰富,软件许可按物理服务器的CPU个数购买,但有些版本比较昂贵,尤其是功能较多的版本。
(2)Microsoft Hyper-V:微软的Hyper-V是内嵌在Windows 2008服务器上的,只需要购买HYPER-V管理软件VMM的license即可[6]。如果医院信息系统以微软产品作为系统的主要构成部分,与微软管理工具的集成度很高的话,那么可以考虑选择Hyper-V。
(3)Xen Server:思杰的Xen Server是一款基于Xen hypervisor的开源虚拟化产品,与Linux保持了高度的集成性。如果使用Linux服务器的话,可以考虑选择Xen Server。
(4)Oracle VM:Oracle VM是Oracle公司主打的服务器虚拟化产品,该产品是基于服务器虚拟化市场上流行的Xen开源虚拟化技术开发的。根据物理服务器数量定价,得到了Oracle全线产品的认证支持以及各个主流PC服务器厂家的认证。
选择哪一款产品需要综合考虑虚拟化软件的功能特点、自身的生产环境、总体拥有成本等因素,并对各产品进行比较后,选择符合预算并且满足需求的虚拟化软件。
2.2.2设计部署硬件
购置实施虚拟化的物理机,需要认真设计部署硬件性能,从而决定其大小,这是服务器虚拟化的另一个关键步骤。
当决定虚拟主机大小时,要考虑主机发生故障时给额外虚拟机预留的空间。此外,要为未来架构的扩展预留空间。通常,在主机服务器上要达到70%~ 80%的资源利用率。如果利用率低于70%,则没有达到服务器资源利用最大化的目的。
硬件的平衡也很关键,涉及内存、CPU、磁盘、网络等,不能存在资源开销的瓶颈。为虚拟主机选择存储方式对性能有很大的影响,因为不同的存储解决方案对环境有不同要求。
2.3构建虚拟环境
将单台物理机虚拟出多个主机,在各个虚拟主机上安装各自的操作系统,也可以将多个物理主机组成一个虚拟的服务器池,在同一服务器上的虚拟机之间相互隔离,多个虚拟机之间互不干扰。
服务器虚拟化将物理服务器、操作系统及其应用程序封装成可移动的一个或多个档案文件,即可移动的虚拟机,每个虚拟机作为一组文件存在。这些文件模拟整个硬件平台,包括CPU、RAM和网络端口,在服务器池之间的物理主机之间进行无缝迁移, 因此可以方便地通过移动和复制这些文件的方式来移动和复制该虚拟机。这种强有力的技术打破了“一台服务器一个应用程序”的传统体制[7]。
一个好的虚拟化平台其实就是一个医院内部的 “云计算”服务平台。对于即将上线的新的业务系统, 只要告知所需的CPU、内存、存储等资源后,即可方便地从现有的虚拟化平台中划出一个虚拟机。这样, 不需要购置硬件设备即可快速实施。医院信息系统在新服务器和应用部署上采用虚拟化技术,用模版和自动部署向导生成一台虚拟机环境只需20 min左右,服务器重建和应用的加载时间明显缩短[8]。相对于传统的应用部署方式,缩短了部署时间,降低了部署成本,提高了工作效率。
虚拟化前后对比如图1所示。
实施服务器虚拟化应用,可以解决服务器无序扩张问题;可将服务器利用率从5%~20% 提高至70%~80%;改善管理灵活性,集中、统一地对各种平台进行控制、管理和维护;提高系统可用性,在宕机等灾难情况下缩短恢复时间,确保业务的连续性以及处理过程的完整性;加快新服务器和应用的部署, 大大缩短服务器重建和应用加载时间;降低运维成本, 包括机房空间、机柜、网线、耗电量、冷气空调和人力成本等;使“老”的应用可以在新的硬件上以建立一个虚拟机的方式运行,而不废弃原有的软件投资。
3虚拟化平台建设的要点
移动一台物理计算机的活动目录是一个复杂的技术操作,需要花费时间和金钱。一切建设都要从实用出发,建设虚拟化平台也是这样。为此,在建设过程中需要考虑3个方面的问题。
3.1建设多机集群
当前服务器虚拟化技术存在不能跨越单台物理机边界的限制,因为底层的操作系统不能安装在多台物理机上,因此不能将机房内“老”、“旧”的服务器整合成虚拟服务器使用。至于一个应用系统可以跨越不同的物理机做负载均衡,这涉及的是集群的概念,是应用层的问题,而不是虚拟化架构的问题。
因为单台物理机无法达到业务高可用性的要求,因此至少需要2台物理机建成一个集群。集群CPU及内存为各个服务器CPU及内存的总和,运行在集群之上的虚拟主机共享集群资源,各个虚拟主机之间相互隔离,虚拟机可以在这个集群内部进行迁移,达到业务的高可用性要求[9]。
3.2使用高配置的物理服务器
从性价比的角度出发,对于部分性能较低的物理服务器则不建议作为虚拟平台服务器。尽量使用高配置的物理服务器,这样才能将尽可能多的业务系统放在虚拟机环境中,从而减少了物理机数量, 达到降低运维成本的目的,产生良好的扩展性。
对于资源利用率本来就很高的应用(如安装在高性能物理服务器上、平均CPU占用率已经大于75%的应用)没有必要虚拟化,否则加大了运行风险,而且虚拟化之后势必会影响与之处于同一服务器上的其他应用的运行速度。对于负载很高的业务系统,需要单独搭建符合其特性的物理机系统,如Oracle RAC集群架构等,而不适合将这些应用放到虚拟机平台上。如果医院信息系统使用了小型机,业务很稳定,并不需要将高端的应用迁移到PC服务器上。应避免将相同的系统资源密集型应用和在相同时段有较高资源使用率的应用系统整合到一台物理服务器上,应保留基于原有物理服务器的应用[10]。
3.3制定整体的服务器整合解决方案
利用一些服务器性能监测工具,监控一定时期内的现有基础架构,得出相应的报告,显示需要托管多少虚拟机、虚拟机的类型、虚拟机相对物理机的期望托管比例。哪些业务系统要放到虚拟化平台上、使用什么性能的虚拟机,对不同的负载采用不同的方案,在硬件、基础架构方面作出更多的深入分析和优化的投入等等。对于服务器少于20台的医院而言, 服务器虚拟化带来的效益可能和部署一台服务器对应一套应用带来的成本持平,甚至倒挂。因此,不必跟风实施,需要结合实际,对服务器、负载、应用和业务需求、安全管理等方面作出全面研究和规划,深思熟虑后再确定。
4结语
试谈虚拟化技术在医院中的应用 篇8
1 虚拟化技术
1.1 概述
虚拟化技术有很多种, 比如: 网络虚拟化、内存的虚拟化、桌面虚拟化、应用虚拟化等等。 主要是对系统虚拟化进行应用分析, 系统虚拟化通过使用虚拟化管理器 (VirtualMachine Monitor, 简称VMM) 在一台物理机上虚拟和运行一台或多台虚拟机 (Virtual Machine, 简称VM)。VMM主要有两种形式:
(1) Hypervisor VM, 它直接运行在硬件 (Bare Metal) 上面, 提供接近于物理机的性能, 并在I/O上面做了特别多的优化, 主要用于服务器类的应用。
(2) Hosted (托管) VM, 它运行在物理机的操作系统上,虽然其本身性能不如Hypervisor (因为它和硬件之间隔了一层OS), 但是其安装和使用非常方便, 而且功能丰富, 比如支持三维加速等特性, 常用于桌面应用。
1.2 服务器虚拟化
服务器虚拟化就是将服务器物理资源抽象成逻辑资源,让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器,不再受限于物理上的界限, 而是让CPU、内存、磁盘、I/O等硬件变成可以动态管理的“资源池”, 从而提高资源的利用率, 简化系统管理, 实现服务器整合, 让应用系统对业务的变化更具适应力。
1.3 虚拟化高可用性
High Availability (HA) 不间断地监控群集中所有的ESXServer主机, 并检测故障。可提供虚拟机中运行的大多数应用所需的可用性, 并且不依赖于其中运行的操作系统和应用程序。为所有在虚拟机中运行的应用程序提供易于管理使用、经济高效的高可用性。HA通过监控虚拟机以及运行这些虚拟机的主机, 为实现高度可用的环境, HA可针对虚拟化IT环境中的硬件和操作系统停机, 提供统一且经济高效的故障切换保护。HA将停机时间和服务中断减至最低, 同时不需要专门的备用硬件和安装附加软件。VMware HA跨越整个虚拟化环境提供始终如一的高可用性, 而且没有局限于操作系统和特定应用程序的故障切换解决方案的成本和复杂性。HA可以监控vSphere主机和虚拟机, 已检测到硬件和客户操作系统故障。一旦发现服务器停机, 无需手动干预即可在集群中的其他vSphere主机上重新启动虚拟机。一旦发现操作系统故障,可通过自动重新启动虚拟机来减少应用中断时间。
2 虚拟平台建设过程
2.1 虚拟化平台设计
硬件部分: 采用3台IBM3850服务器各配置4个CPU、256G内存、2块双端口HBA卡及6端口千兆网卡; 1台IBMV3700双控制器存储配置24块900G SAS硬盘 , 划分两个RAID, 一个RAID5、一个RAID10, 为不同需求的业务提供服务; 2台光纤交换机。软件部分: 在3台IBM3850物理上安装Vmware ESXi虚拟化操作系统平台, 设置相应的管理IP地址及登录平台密码。
2.2 虚拟化平台建设
(1) 按照图1的要求连接好各硬件设备线缆, 首先配置2台光纤交换机, 划分zone;接着下载安装Vmware vsphere Client并登录到ESXi虚拟化操作系统平台, 根据存储划分的空间,分别挂载两个RAID分区, RAID5主要用于虚拟系统安装及应用数据备份, RAID10主要用于安装数据库。域控采用医院现有的DNS域控服务。
(2) 安装配置Vmware vCenter,vCenter需要64位操作系统, 推荐使用的操作系统为Windows Server 2008 R2企业版,在安装vCenter前, 大家没有必要急着先安装SQL Server 2008R2, 因为在vSphere 5.1的安装文件中, 已经打包了这个必须的数据库软件。在vCenter 5.1中, 尽管安装步骤和内容与之前的版本比较有所变化, 但还是提供了一种简单的安装方式,即简单安装 (Simple Install), 这种安装方式采用依次安装必须组件的顺序自动进行。但需要说明的是, 前面的组件安装成功与否是vCenter Server安装的前提和必须项。如果前面的没有安装成功, 那么vCenter Server就无法正常安装。本次应用采用常见的基于Windows系统的安装, 即选择vCenter Simple Install进行自动安装, 安装完成后创建一个数据中心 , 再选择新建数据中心对象, 然后选择添加主机地址。最后根据业务要求进行创建虚拟系统。
(3) 利用VCenter控制台建立集群创建HA
在创建HA的动作开始之前, 请一定核查下DNS或HOSTS的设置情况, 也就是当在ESX主机及VCenter之前互相PINGNETBIOS名称时, 可以解析到。要确保每台ESXi主机都有管理网络冗余, 如果不满足其要求, 则会在配置HA的过程中提示配置问题。选定数据中心并右键单击, 选择“新建群集”, 按要求配置好群集后添加ESXi主机。在建立HA群集配置过程中根据需要为群集配置vSphere HA设置主机监控状态、接入控制、虚拟机选项、虚拟机监控和数据存储检测信号等功能, 默认虚拟机设置控制虚拟机的重新启动顺序(虚拟机重新启动优先级 ) 以及在主机之间失去网络连接时vSphere HA的响应方式 (主机隔离响应)。这些设置适用于主机发生故障或主机隔离时群集内的所有虚拟机。如果在设置的时间内没有收到单个虚拟机的VMware Tools检测信号, 虚拟机监控将重新启动该虚拟机。同样, 如果没有收到虚拟机正在运行的应用程序的检测信号, 应用程序监控也可以重新启动该虚拟机。可以启用虚拟机监控功能, 并配置vSphereHA监控无响应时的敏感度。此外, 也可以为特定虚拟机配置异常。配置完成后, ESXi主机会在群集中显示。
3 虚拟化平台应用测试
当设置vSphere HA群集之后, 群集内的所有虚拟机无需额外配置即可获得故障切换支持。减少了硬件成本和设置虚拟机可充当应用程序的移动容器, 可在主机之间移动。管理员会避免在多台计算机上进行重复配置。使用vSphere HA时, 必须拥有足够的资源来对要通过vSphere HA保护的主机数进行故障切换。但是, vCenter Server系统会自动管理资源并配置群集。提高了应用程序的可用性虚拟机内运行的任何应用程序的可用性变得更高。虚拟机可以从硬件故障中恢复,提高了在引导周期内启动的所有应用程序的可用性, 而且没有额外的计算需求, 即使该应用程序本身不是群集应用程序也一样。通过监控和响应VMware Tools检测信号并重新启动未响应的虚拟机, 可防止客户机操作系统崩溃。在集群中模仿事故的发生, 将ESXi01进行强行关闭。当vSphere HA检测到ESXi01出现故障时候, HA功能自动激活, 大约过一分钟左右, 所有在esxi01上的虚拟机会分别被分发到ESXi02与ESXi03上接管, 此时虚拟机成功切换。
4 结语
虚拟化产品是当下非常热门的一项技术, 为应用带来的最大优势就是最大化利用硬件平台的资源、节省成本及能耗的支出以及管理的便捷;另外,服务器虚拟化并不适用于所有的应用, 如HIS、PACS等应用是医院的核心业务, 非常消耗资源且需要频繁访问内存和硬盘, 建议不应该把这些服务器应用放置于虚拟环境之下。但随着虚拟化技术的不断发展完善,相信会有越来越多的应用被用于虚拟环境中, 最终为信息管理者提供更加高效便捷灵活的应用体验。因此,在服务器虚拟化领域深入开展研究, 具有极其广阔的应用前景。
摘要：随着VMware ESXi虚拟化平台及服务器虚拟化技术的的逐步创新发展和应用成熟,其能利用更少的投入实现,最大化利用硬件平台的所有资源在医院中的应用越来越广泛。主要阐述了我院在VMware ESXi虚拟化平台与IBM硬件搭建过程中的探索,并就虚拟化平台建设和实践进行详细分析。