Microsoft AZ-900: 计算与应用服务 — 学习指南
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Azure 提供了一系列的计算选项，从完全托管的应用程序平台到对虚拟机的精细控制。正确的选择是在控制、可伸缩性、可用性和成本与运营工作之间取得平衡。一端是虚拟机和规模集，非常适合需要操作系统级控制和自定义映像的场景。另一端是 App Service、容器和无服务器选项，它们通过抽象基础设施来加速交付。为 Azure 上的计算设计弹性和弹性是核心。可用性集和可用区可以防范硬件和数据中心故障，而负载均衡和自动缩放功能有助于在需求变化时保持性能。结合蓝/绿部署槽等现代部署技术，这些服务能够实现无停机的安全变更管理。
Azure Virtual Machines：映像和磁盘
Azure Virtual Machines (VMs) 为 Windows 和 Linux 提供基础设施即服务。根据工作负载特征选择 VM 系列：通用型 (Dsv5) 用于均衡的 CPU/内存；计算优化型 (Fsv2) 用于 CPU 密集型任务；内存优化型 (Esv5) 用于内存数据库；存储优化型 (Lsv3) 用于高 IOPS 吞吐量；以及 GPU/HPC 系列 (NC, ND, HB/HX) 用于专业计算。VM 从市场映像或自定义映像进行预配，这些映像可以标准化跨环境的操作系统和软件基线。通过 Azure Compute Gallery 可以简化自定义映像管理，它能对映像进行版本控制并在各区域间复制，以实现一致、快速的部署。从已配置的 VM 中捕获一个“黄金”映像，或使用 Packer 等工具构建映像，然后通过该库将它们分发到规模集和单个 VM。对于无状态工作负载，临时 OS 磁盘通过将操作系统保留在主机缓存上，极大地加快了预配和重启时间，并消除了持久化 OS 存储的成本。托管磁盘简化了存储生命周期和可用性。选择磁盘类型以匹配性能和成本：Ultra Disk 用于亚毫秒级延迟和高 IOPS/吞吐量；Premium SSD v2 和 Premium SSD 用于生产工作负载；Standard SSD 用于通用工作负载；Standard HDD 用于成本敏感、低 IOPS 的场景。附加具有可配置大小和性能层的 OS 和数据磁盘，使用快照进行时间点备份，并默认通过服务器端加密利用磁盘加密；对于更严格的合规性要求，可使用客户管理的密钥和基于主机的加密。
VM 的高可用性和弹性伸缩：可用性集、可用区、规模集和负载均衡
可用性集通过在单个数据中心内将 VM 分布到不同的容错域和更新域，来防范机架级故障。在可用性集中部署两个或更多 VM 可以获得更高的可用性 SLA，确保更新事件或硬件故障不会同时影响所有实例。为了实现更强的故障隔离，可用区将资源分布在一个区域内不同的数据中心。将两个或更多 VM 放置在两个或更多可用区中可提供最高的 VM 可用性 SLA，适用于关键业务线应用程序。VM Scale Sets (VMSS) 将一组相同的 VM 作为单一资源进行管理，以实现缩放和编排。定义一个模型（映像、大小、配置），然后让 VMSS 处理实例创建、跨区域分布以及基于 CPU、内存（通过自定义指标）或队列长度等指标的自动缩放。与 Azure Compute Gallery 集成，使用健康探测和灵活的编排模式安全地推出映像更新，并结合自动操作系统和应用程序更新策略以最大限度地减少中断。Azure Load Balancer 提供跨 VM 实例的第 4 层分发，并带有健康探测功能，仅将流量路由到健康的后端。Standard Load Balancer 支持高可用性、区域冗余、跨区域负载均衡、入站 NAT 规则和出站连接规则。将其用于 VMSS 或 VM 的前端，以可靠地暴露服务。对于 HTTP(S) 第 7 层功能，如基于 Cookie 的亲和性、TLS 终止和 WAF，Application Gateway 是其配套服务，而 Front Door 则处理全局任播路由和加速。选择正确的负载均衡层级可以在满足协议和功能需求的同时，保持流量的弹性。
用于 Web、API 和容器的 App Service 及部署槽
Azure App Service 在一个完全托管的平台上托管 Web 应用、REST API 和容器化应用程序，该平台负责处理修补、负载均衡和自动缩放。开发人员使用 CI/CD 管道、GitHub Actions 或 ZIP/web deploy 部署代码，并可以通过 App Service for Containers 直接运行容器，而无需管理容器编排器。内置诊断、应用程序日志以及与 Application Insights 的集成简化了运维。功能由 App Service plan 决定。Free 和 Shared 层用于评估。Basic 层引入了专用计算、自定义域、横向扩展到多个实例以及基于 SNI 的 SSL，满足了需要专用容量和简单扩展的低成本生产需求。Standard 和 Premium 层增加了自动缩放规则、用于零停机发布的部署槽、VNet 集成、更多的实例数量以及适用于大多数生产工作负载的高级功能。Isolated (ASE) 层为严格的合规性和规模要求提供专用的、网络隔离的环境。部署槽通过在生产环境旁保留一个预热的辅助部署来实现安全发布。验证后交换流量以避免冷启动，并将配置标记为“槽设置”，以将机密或连接字符串固定到某个槽。交换期间的流量渐增支持金丝雀发布，在健康检查成功后自动交换可加速持续交付，并最大限度地降低风险。
Azure 上的容器：AKS 与 Azure Container Instances 对比
容器加速了应用的打包和可移植性。Azure Kubernetes Service (AKS) 提供托管的 Kubernetes 控制平面，适用于需要高级网络、自动扩缩容和滚动更新的微服务及有状态工作负载。当您需要成熟的编排功能、策略控制和生态系统集成时，AKS 是理想之选。Azure Container Instances (ACI) 按需运行容器，无需管理服务器或编排器。它可以在数秒内启动容器，按秒为 CPU 和内存付费，并能应对短期任务、事件驱动型作业或构建管道的突发需求。ACI 可与虚拟网络集成以支持私有工作负载，并且在使用多个实例以实现弹性时，可以置于负载均衡器或 API 网关之后。如何选择取决于运维模型和工作负载形态。对于包含服务网格、高级自动扩缩容和持久卷的长期运行、多容器应用，应使用 AKS。对于简单的临时任务、流量高峰和后台处理等场景，使用 ACI 更为合适，因为在这些场景下，编排开销会适得其反。
- Azure Kubernetes Service (AKS)
- 编排：托管的 Kubernetes 控制平面与工作器节点
- 典型用例：长期运行的微服务、有状态应用、企业级平台
- 启动时间：预配集群需数分钟；启动 Pod 需数秒
- 扩缩容模型：集群自动扩缩容器 + Pod 水平自动扩缩容器；基于计划和指标
- 网络：kubenet 或 Azure CNI，结合 Kubernetes Services 和网络策略
- Ingress 选项：Ingress 控制器 (NGINX)、Application Gateway Ingress Controller、Gateway API
- 持久化存储：通过 Azure Disks/Files 实现 Kubernetes PV/PVC；CSI 驱动程序
- 节点管理：管理工作器节点的大小/更新；控制平面由 Azure 托管
- 定价模型：为工作器节点付费；控制平面可选付费的 Uptime SLA
- SLA 特性：通过多节点池和可用区设计高可用性；购买 Uptime SLA 后可获得控制平面 SLA
- 最适合：生产级的微服务和平台
- Azure Container Instances (ACI)
- 编排：无编排器；容器组
- 典型用例：短期作业、突发计算、CI/CD 任务、事件处理
- 启动时间：数秒
- 扩缩容模型：按容器组；通过创建更多组来扩容
- 网络：支持 VNet 集成；可使用私有 IP
- Ingress 选项：直接暴露端口，或通过 Load Balancer/Application Gateway 提供前端访问
- 持久化存储：临时的可写层；绑定 Azure Files 以实现持久化
- 节点管理：无；平台管理主机
- 定价模型：按秒为 vCPU 和内存计费；无虚拟机成本
- SLA 特性：单实例服务级别；通过运行多个实例来构建高可用性
- 最适合：按需、无服务器容器和批处理作业
无服务器集成与 Azure 虚拟桌面基础
无服务器计算免除了基础设施管理的负担，并能根据需求透明地进行扩缩容。Azure Functions 运行事件驱动的代码，支持 HTTP、计时器、队列、Service Bus、Event Grid 等多种触发器。您可以选择消耗计划（按次执行计费和自动扩缩容）、高级计划（支持 VNet 集成、可预测的性能且无冷启动）或专用计划（App Service 计划，可重用现有容量）。输入/输出绑定以声明方式将 Functions 连接到数据源，从而减少样板代码。Logic Apps 使用数百个托管连接器来编排跨 SaaS 和本地系统的工作流。您可以构建有状态或无状态的工作流，实现重试和错误处理，并将其部署为多租户（消耗）或单租户（标准）模式，以实现隔离和高级网络功能。Event Grid 提供了一个低延迟的发布/订阅结构，用于大规模路由系统事件和自定义事件，并支持筛选和死信功能，非常适合生产者和消费者松散耦合的反应式架构。Azure Virtual Desktop (AVD) 从 Azure 交付安全、可扩展的虚拟桌面和应用。您可以部署由 Windows 11/10 企业版多会话或 Windows Server 会话主机组成的主机池，发布应用组，并通过工作区将其呈现给用户。用户配置文件使用 FSLogix 在主机之间漫游，其配置文件容器存储在 Azure Files 或 Azure NetApp Files 上，从而实现快速登录和一致的用户体验。AVD 与用于身份验证的 Microsoft Entra ID、用于访问策略的条件访问集成，并利用自动扩缩容功能使会话主机数量与需求相匹配，同时控制成本。
实战问题：为 Fabrikam Health 构建峰值就绪的订单处理能力，采用高弹性虚拟机、现代化应用平台和无服务器事件
场景： Fabrikam Health 运营着一个在线订购门户，该门户在每个月的最后 5 天流量会激增。团队运行着一个必须保留在 Windows Server 上的旧式订单处理服务，同时还有一个现代化的 Web/API 前端。业务要求订单处理系统具备 99.99% 的可用性，在自定义域名上实现端到端 HTTPS，网站部署实现零停机，并最大限度地减少运维开销。预算敏感性排除了为后台任务采用复杂的自管理编排方案，但月末的峰值必须在无需人工干预的情况下被吸收。
挑战： 为基于 VM 的订单处理器保证 99.99% 的可用性，在流量高峰期间无缝扩展 Web/API 前端，支持安全的版本发布，并以最少的基础设施管理来处理突发性的后台任务。
推荐方法：
- 在 Azure Compute Gallery 中构建一个包含订单处理服务及其依赖项的强化版 Windows Server 映像；对其进行版本控制，以实现可重复部署。
- 部署一个 VM Scale Set，将两个实例分布在两个可用区中，使用 Premium SSD 作为操作系统和数据盘，并在其前端放置一个带有健康探针的 Standard Load Balancer，以实现区域级弹性并分发流量。
- 为公共 Web/API 预配一个 App Service 计划（Standard 或 Premium 级别），绑定自定义域名和证书，启用两个或更多实例并根据 HTTP 请求率或 CPU 使用率进行自动缩放，并创建一个用于蓝/绿发布的预演部署槽。
- 使用 Azure Functions 实现异步工作流，由 Event Grid 事件（例如，订单创建）和队列触发器来触发，用于处理发票生成和邮件通知等下游任务；如果后端系统需要，可使用 Premium 计划以实现 VNet 集成。
- 对于月末的临时、计算密集型导出任务，可在 Azure Container Instances 上运行容器化作业，该实例位于私有终端节点之后，由 Functions 调用；只需按执行时间付费，无需管理集群。
- 为需要访问旧式富客户端的财务人员引入 Azure Virtual Desktop：创建一个包含 Windows 11 企业版多会话的池化主机池，在 Azure Files 上启用 FSLogix 配置文件，并通过工作区向用户发布该应用程序。
Azure 方案解析： 跨可用区分布并由 Standard Load Balancer 提供前端服务的两个 VM 实例，满足了订单处理器 99.99% 的可用性目标，同时保留了操作系统级别的控制权。App Service 为门户提供了一个托管平台，其自动缩放和部署槽功能可以处理流量高峰，并实现安全的零停机更新。Event Grid 和 Functions 解耦了后台处理并能透明地扩展，而 ACI 以最低的运维开销提供了突发计算能力。Azure Virtual Desktop 集中并安全地管理对旧式客户端的访问，并能按需扩展，从而以最少的基础设施管理完善了整个设计。
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