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双机热备/高可用解决方案-EXPRESSCLUSTER在医院信息系统(HIS)中的应用

前言

医疗信息化现状分析

目前中国的医疗信息化正处在大发展时期。也是国家要求行业信息化的重要组成部分。但目前的情况是医院信息化关注者众参与者寡,医药电子商务和远程医疗的势微,医药信息化在质量上还远未达到国外同行的水准。它成为制约医院信息化的瓶颈。从美国等发达国家来看,信息化投入占整个医疗卫生总花费的2-6%,而我国还远远没达到这个比例。每年我国医疗卫生总花费是4000亿元,而信息化投入只有4-5亿元。如果信息化投入按1%比例来算,我国医疗行业信息化将有至少40亿元的市场容量,对IT企业来说也是很大的一个商机。卫生部曾强调“国内三甲以上的医院都需要实行信息化管理”。据悉,目前中国有3万多家医院,其中有6000家是三甲以上的医院。未来几年中,我国将有超过70%的医院实现信息化管理,预计市场总量将达到200多亿元。

医疗信息化建设规划

医疗信息化大体上分为医疗行业管理信息化和医院(包括防疫站)信息化。医院信息化发展很不平衡,根据医疗系统的信息化水平划分,医院信息化发展要经历三个阶段:医院管理信息化(HIS)阶段、临床管理信息化(CIS)阶段、局域医疗卫生服务(GMIS)阶段,多数医院信息化建设目前还停留在第一个阶段,真正的医疗业务还很少能参与到信息化的方式中去。但目前大多数医院信息化建设只是将信息技术、信息系统用于门诊、病床管理和财务管理,最重要的病人管理信息基本没有使用。

医院能否为病人提供方便、快捷的优质服务?这不仅是百姓关心的问题,也是医院所重视的问题。各地方医院积极开展与知名IT厂商召开医院信息化研讨会,对医院信息化建设作了深入探讨,并共同展望了医院信息化的发展前景。

医院信息化需求分析

医院对信息化的要求是很迫切的,对他们来说,信息化带来的不仅是便捷,更把医院管理带向现代化轨道。在HIS系统上,不仅要求护士和药品管理部门的人员能看到医生的医嘱信息,而且医生也能看到药品的报价情况,各个部门之间信息沟通及时有效,真正实现业务透明化。据不完全统计,这种全新的管理方式每年为医院至少节约1000万元。这样关系到医院运营,服务的核心系统,不能允许系统短暂停滞。但复杂的软硬件环境,应用软件的开发质量都潜在威胁着的用户的运营系统。一旦系统异常将会导致不可估量的损失。这种情况下,客户提出了系统高可用性要求,保障系统不间断运行。

医院信息系统安全分析

随着医院信息系统(Hospital Information System,HIS)的广泛应用和深入发展,医院中越来越多的业务都是通过计算机与网络来实现的。其数据是比其他软硬件设备更为宝贵的资源。这就对数据库及其系统的可用性和性能提出了很高的要求。然而往往是设计时层层设防、费尽心机,却又常常因为主交换机的故障、服务器的故障甚至是电源的故障而导致整个系统陷入瘫痪。

信息系统的高可用性通常在下列情况下会受到影响:

  1. 系统缺陷:即计算机系统自身的不可靠因素,如:宕机、软件缺陷、硬件老化、病毒和管理引起的异常失败等;
  2. 系统维护和升级,需要安装新的硬件或软件而正常关机。
  3. 自然灾害(包括人为破坏)

高可靠性软件必须为这三种情况提供不间断的系统服务。NEC-CAS公司在充分研究现代医院信息系统安全技术基础上,结合我公司现有产品,推出医院信息系统(HIS)高可用解决方案。提高目前医院业务系统,办公系统等高可用性。

医院信息系统高可用解决方案

NEC ExpressCluster高可用解决方案是NEC-AS公司针对目前医院信息系统安全需要提出的应用系统备份解决方案。应用系统的灾难恢复和数据备份功能为医院运营系统提供了坚实的保障。

EXPRESSCLUSTER镜像型工作原理

系统结构示意图:

工作原理
EXPRESSCLUSTER的镜像HA解决方案使用纯软件的方式实现双机容错。它将用户数据存储于各自服务器内的镜像盘(Mirror Disk)上,通过镜像引擎将数据进行实时复制备份。镜像盘可以是服务器本机上的硬盘,也可以是外部存储设备。在Active/Standby的工作模式下,Server1作为活动服务器,Server2作为待机服务器(备份服务器),当Server1发生故障时(包括各种软硬件故障),Server2通过心跳路径侦测到Server1的故障并自动接管所有Server1上的资源(如IP地址、数据库服务或其他应用程序、用户数据、计算机名等等),在本机上将继续读取镜像盘上的数据并继续运行数据库服务或其他应用程序。用户感觉不到这种故障切换就可以继续使用服务器提供的服务。待Server1修复后,可选择通过手工或自动方式将所有已切换到Server2的资源切换回到Server1,并且Server2的镜像盘上的所有数据自动恢复至Server1的镜像盘上,此时可结合使用EXPRSSCLUSTER FastSync Option选项产品(即快速差分备份选件),只需要恢复最新的差分数据即可,可大大加快这种数据恢复的过程,比普通的全盘复制方法在性能上有了明显的提高。

另外,镜像HA解决方案已经实现了对数据实时热备份,并且数据存储于不同服务器内的镜像盘上也避免了单点崩溃的可能性,增加了数据的安全性及系统的可用性。而且,使用镜像方式构筑集群系统,两台服务器之间的距离不受外部存储设备连接线的限制,可以将两台服务器放置在不同的位置。


产品建议
在心跳方式上我们支持私网心跳、公网心跳和COM口心跳3种方式。我们建议您使用尽量多的心跳方式,以确保系统的可靠性。但是,如果为了让两台服务器的安放位置不受COM连接线的长度的限制,提供更大的灵活性,也可以不使用COM口心跳。
在镜像磁盘的容量比较大的情况下,我们强烈建议您使用我们的快速差分镜像选项产品FastSync Option。它能够大幅缩短系统恢复所用的时间。
未使用FastSync Option时,进行系统恢复时,无论系统宕机时间的长短,都要进行镜像磁盘的整盘拷贝,耗费时间长。(例如:曾经对100G的镜像磁盘作恢复花费了8个小时)
使用了FastSync Option之后,进行系统恢复时仅拷贝被更新的部分即可(根据以往的经验,一般1天的数据量只有几十兆)。这样,快的时候甚至可以在几秒钟之内完成。

EXPRESSCLUSTER 软件概要

NEC EXPRESSCLUSTER for Windows Ver8.0是NEC公司推出的应用于Microsoft Windows 2000 Server/ Advanced Server、Microsoft Windows Server 2003 Standard Edition/Enterprise Edition平台的高可用解决方案,EXPRESSCLUSTER可以为企业的7*24小时的关键业务应用提供强大的安全保障。

365天*24小时,永不停机的商务系统
Windows服务器作为数据库服务器广泛应用于企业的主干系统中,另外随着Internet应用的普及,网络服务器在e市场中也占据着主导地位,所以,一旦服务器发生宕机由此所造成的损失将是非常惊人的。EXPRESSCLUSTER for Windows Ver8.0提供的365天24小时运作方式将可靠地保护业务的关键数据,保证了数据中心的连续运作和应用的高可用性。

  • 具有良好扩展性的弹性系统
    伴随业务的扩大可动态追加节点(支持2~16个节点),能够构筑符合业务形态的弹性系统。
  • 提供2种类型的集群模式
    EXPRESSCLUSTER for Windows Ver8.0支持共享磁盘型和镜像型这两种集群模式。共享磁盘型可构筑最多16个节点的集群系统,适用于大规模企业级系统。镜像磁盘型基于非单点失效结构(shared-nothing),无需价格高昂的共享磁盘,只要使用2台服务器即可轻松构筑低成本的集群系统,适用于中小规模系统。
  • 操作简便的GUI集群管理工具
    提供Windows标准GUI界面管理工具,可方便地构筑和管理集群系统。另外还提供通过Web浏览器进行监视的功能。


EXPRESSCLUSTER关键技术

EXPRESSCLUSTER以下几方面的关键技术,为用户的关键业务系统提供强大的高可用性、高可靠性和灵活的扩展性。

  • 支持多平台
    EXPRESSCLUSTER支持目前国内几乎所有主流的Windows和Linux操作系统平台,如Windows NT/20002003,RedHat,Turbolinux,MIRACLELINUX,Novell SUSE LINUX,RedFlag等。
  • 支持IA-64和EM64T等64位架构的服务器和操作系统平台
  • 自动监测
    EXPRESSCLUSTER可自动检测和恢复服务器和应用程序的故障,不仅可以监视服务器故障,还可以监视IP地址、磁盘设备、用户应用程序等等各种资源的故障。当检测出故障时,EXPRESSCLUSTER能根据事先制定的切换策略,自动把应用程序和其他故障资源以失效切换组为单位切换到其他的服务器上,并继续正常地对外提供服务。
  • 多种心跳监测方式
    提供网卡(公网/私网)、COM(RS-232C)、磁盘心跳这3种心跳方式,更加提高了集群系统的可靠性。
  • EXPRESSCLUSTER不仅可以监控硬件故障,还可以监控软件和操作系统故障。
  • 支持多达4种的集群工作模式,客户可根据系统需求,任意配置单活(Active/Standby)、双活(Active/Active)、N+1备份以及N备份这4种集群工作方式,极大满足客户的业务配置要求。
  • 支持多种存储技术(SCSI,RAID,IDE,Fibre Channel,SAN等)。
  • 在镜像解决方案中,提供EXPRESSCLUSTER FastSync Option模块(即差分备份模块),可直接对2台服务器的镜像盘中的差分数据进行恢复,而不必通过全盘Copy来做恢复,大幅缩短了镜像恢复所需的时间,提高了镜像恢复的性能。
  • 简单易用的图形用户接口,轻松管理集群系统;
  • 除了GUI管理工具外,还提供了基于Web浏览器的状态监视服务,用户在任何一台机器上访问集群的虚拟IP地址即可监视集群的运行状况;
  • 通过编辑Group中的脚本,即可轻松实现应用程序的切换;
  • 提供操作简便的Script Wizard,让用户轻松配置脚本;
  • 除了对应用程序和服务的常规级别的监视外(所谓常规监视即进程死活级别的监视),EXPRESSCLUSTER还提供了一系列监视选项产品,如Database Agent,Internet Server Agent, LAN Agent, File Server Agent等,这些监视选项产品可对EXPRESSCLUSTER上运行的数据库等应用程序和服务的僵死状态(Stall)进行监视,从而为用户的关键业务系统提供了更深层次的保护。


系统配置

硬件配置

设备名型号数量
服务器1   1台
服务器2   1台
本地磁盘   2块/每台服务器
网卡   2块/每台服务器

软件配置

操作系统WIN2000/WIN2003
HA软件 EXPRESSCLUSTER LE for Windows Ver8.0
EXPRESSCLUSTER FastSync Option for Windows Ver8.0

典型案例

某医疗系统双机热备应用案例:

  • 医院计算机安全存储系统高可用性解决方案n支持Win2003 Server + Xeon 2Way
  • 保护SQL2000数据库 +文件集中安全存储系统v2.0
  • 成本低廉的镜像型集群系统

EXPRESSCLUSTER

注:NEC高可用集群软件EXPRESSCLUSTER 产品体系:

  • 镜像型(EXPRESSCLUSTER LE for Windows)
  • 镜像型(LE for Liunx)
  • 共享磁盘型(SE for Windows)
  • 共享磁盘型(SE for Linux)