Microsoft AZ-104: Azure Virtual Machines und Compute — Lernleitfaden
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Überblick
Azure Virtual Machines (VMs) bieten elastische Rechenleistung für Windows- und Linux-Workloads mit detaillierter Kontrolle über Größe, Speicher, Verfügbarkeit, Netzwerk, Sicherheit und Lifecycle-Management. Administratoren müssen die Größenfamilien, Verfügbarkeitskonstrukte, Skalierungsautomatisierung, Spot-Kapazität, Erweiterungen, Speichermodelle, dedizierte Hosts, Backup und sichere Zugriffsmuster verstehen, um Zuverlässigkeits-, Leistungs- und Kostenziele zu erreichen.
Compute-Optionen und Größenbestimmung
VM-Größenfamilien sind auf unterschiedliche Workload-Profile ausgerichtet. Allzweck-VMs (Dv, Ev, B-Serie burstable) bieten ein ausgewogenes Verhältnis von vCPU zu Arbeitsspeicher für Webserver, kleine Datenbanken und Anwendungsserver. Compute-optimierte VMs (Fsv2, HB/HBv2 für HPC CPU-gebunden) maximieren die vCPU pro GB und sind auf hohe Taktraten abgestimmt, was zustandslosen API-Tiers, Batch-Workern und Spieleservern zugutekommt. Arbeitsspeicheroptimierte VMs (Ev5, Mv2/Mv3) bieten mehr Arbeitsspeicher pro vCPU und unterstützen In-Memory-Caches, Analyse-Engines und große Datenbanken. GPU-VMs (NV, NVv4 für Visualisierung; NC/ND für CUDA/AI-Training und Inferenz) enthalten NVIDIA-GPUs mit vGPU-Partitionierung bei einigen SKUs für Dichte und Kosteneffizienz; die Treiber- und Framework-Kompatibilität sollte validiert und über Erweiterungen fixiert werden.
Upgrade- und Größenänderungsoperationen sind durch die Hardwareverfügbarkeit im Zielcluster eingeschränkt; die Größenänderung einer VM in einer Verfügbarkeitsgruppe (Availability Set) kann mit Zuweisungsfehlern fehlschlagen, wenn die Kapazität begrenzt ist. Die Aufhebung der Zuweisung aller VMs in der Gruppe und die anschließende Größenänderung ist oft erfolgreich, da eine Platzierung über verschiedene Hardware hinweg ermöglicht wird. Wenn statische interne IPs erforderlich sind, weisen Sie diese in der NIC-Konfiguration in Azure zu, nicht innerhalb des Gastbetriebssystems.
Azure Dedicated Hosts platzieren Ihre VMs auf physischen Single-Tenant-Servern für Isolation auf Host-Ebene, Compliance und Vorhersehbarkeit. Hostgruppen definieren eine Sammlung von Hosts in einer Region und können sich über Verfügbarkeitszonen und Host-Fehlerdomänen erstrecken, um das Risiko von Host-Ausfällen und Wartungsarbeiten zu verteilen. Host-Fehlerdomänen innerhalb einer Hostgruppe stellen sicher, dass VMs auf verschiedene physische Racks verteilt werden. Zu den Lizenzvorteilen gehören die Mitnahme von Windows Server/SQL Server-Lizenzen mit Software Assurance oder Azure Hybrid Benefit und die Option, pro Host zu lizenzieren (nützlich für SQL Enterprise/Windows Datacenter) anstatt pro VM, was die Kosten bei dichter Konsolidierung potenziell senken kann.
Verfügbarkeit, Skalierung und Kostenoptimierung
Verfügbarkeitsgruppen (Availability Sets) schützen vor Hardwareausfällen und geplanter Wartung innerhalb eines Rechenzentrums. VMs werden auf Fehlerdomänen (Fault Domains; separate Stromversorgung/Rack) und Updatedomänen (Update Domains; Wartungswellen) verteilt. Typische Limits sind bis zu 3 Fehlerdomänen und 20 Updatedomänen; stellen Sie mindestens zwei Instanzen bereit, um das SLA von 99,95 % zu erhalten. Verfügbarkeitszonen (Availability Zones) bieten eine höhere Ausfallsicherheit, indem Ressourcen in physisch getrennten Rechenzentrumsgebäuden innerhalb einer Region platziert werden; die Bereitstellung von zwei oder mehr VMs über Zonen hinweg ergibt ein VM-SLA von 99,99 %. Zonen erfordern zonenbewusste Ressourcen, und zonenübergreifender Datenverkehr verwendet einen Load Balancer oder Application Gateway der Standard-SKU; planen Sie den Datenausgangsverkehr (Egress) innerhalb einer Region.
Virtual Machine Scale Sets (VMSS) orchestrieren Flotten identischer oder heterogener VMs mit integrierter Autoskalierung und Integritätsverwaltung. Die einheitliche Orchestrierung (Uniform Orchestration) verwendet ein Skalierungsgruppenmodell mit einem einzigen VM-Profil und lässt sich nativ in Azure Load Balancer oder Application Gateway integrieren. Die flexible Orchestrierung (Flexible Orchestration) unterstützt verschiedene VM-SKUs und die Individualität von Instanzen, kombiniert sich mit Verfügbarkeitsgruppen/-zonen und eignet sich für zustandsbehaftete oder gemischte Rollen. Upgrademodi bestimmen das Rollout-Verhalten: Manuell (Administrator löst Upgrades aus), Automatisch (Plattform aktualisiert alle Instanzen, wenn sich das Modell ändert) und Rolling (fortlaufend in Batches mit Integritätstests, Pause zwischen den Batches und Schwellenwerten für Fehler). Autoskalierungsrichtlinien reagieren auf Metriken (CPU, Arbeitsspeicher über AMA, Warteschlangenlänge, benutzerdefinierte Metriken), Zeitpläne oder beides; definieren Sie minimale/maximale/gewünschte Kapazität, Cooldowns und Richtlinien für das horizontale Herunterskalieren (Scale-In), z. B. „neueste VM zuerst“, um die Fluktuation zu steuern. Für die eingehende Verwaltung in großem Umfang verwenden Sie Inbound-NAT-Pools des Load Balancers auf dem öffentlichen oder internen Standard Load Balancer. Integritätstests (Health Probes) sollten auf den tatsächlichen Dienstport und das Protokoll abzielen; für SQL Always On mit einem internen Load Balancer verwenden Sie einen TCP-Test auf dem Listener-Port anstelle von HTTP.
Azure Spot-VMs nutzen ungenutzte Azure-Kapazitäten zu stark reduzierten Preisen ohne Verfügbarkeitsgarantien. Eine Entfernung (Eviction) erfolgt, wenn die Kapazität zurückgefordert wird oder der Marktpreis Ihren Maximalpreis übersteigt; Sie können die Entfernungsrichtlinie auf „Deallocate“ (Zuweisung aufheben; Datenträger für einen späteren Neustart bei Verfügbarkeit beibehalten) oder „Delete“ (bei Entfernung löschen) festlegen. Sie lassen sich für die zustandslose Skalierung in VMSS und den Standard Load Balancer integrieren. Geeignete Anwendungsfälle sind Batch-Verarbeitung, CI/CD-Runner, Rendering, Fuzzing und große, zustandslose Webfarmen, die Unterbrechungen tolerieren können. Vermeiden Sie Spot-VMs für Produktionsumgebungen mit nur einer Instanz oder für zustandsbehaftete Tiers ohne Checkpointing. Preisobergrenzen verhindern, dass Sie mehr als Ihren Schwellenwert zahlen; bei Nachfragespitzen sind höhere Entfernungsraten zu erwarten.
Speicher, Backup und Image-Verwaltung
Jede VM verfügt über einen Betriebssystem-Datenträger (verwalteter Datenträger, Caching für den Start optimiert) und optionale Daten-Datenträger für den Anwendungsspeicher. Der temporäre Datenträger (Windows D:, Linux oft /dev/sdb) befindet sich auf dem Host und ist nicht persistent; verwenden Sie ihn nur für flüchtige Caches oder die Auslagerungsdatei/Swap. Verwaltete Datenträger abstrahieren Speicherkonten, bieten Optionen für zonale/regionale Redundanz, vereinfachen die Skalierung und verbessern die Verteilung in Verfügbarkeitsgruppen. Nicht verwaltete Datenträger, die in kundeneigenen Speicherkonten platziert werden, sind veraltet und sollten aufgrund von Skalierungs- und Drosselungsgrenzen vermieden werden. Wählen Sie Datenträger-SKUs entsprechend Leistung und Kosten aus: Premium SSD und Premium SSD v2 für transaktionale Workloads mit geringer Latenz, Ultra Disk für extremen Durchsatz/IOPS mit anpassbarer Leistung, Standard SSD für allgemeine Zwecke und Standard HDD für kalte Workloads.
Das Trennen eines Daten-Datenträgers von einer VM vor dem Anhängen an eine andere minimiert Ausfallzeiten und erhält die Datenkonsistenz. Größenänderungen von Datenträgern erfordern in der Regel eine Erweiterung der Partition/des Dateisystems innerhalb des Gastbetriebssystems; große Änderungen der VM-Größe können eine Aufhebung der Zuordnung (Deallocation) erfordern.
Azure Backup schützt VMs mithilfe eines Recovery Services-Tresors. Aktivieren Sie das Backup auf der VM oder skalierbar über Richtlinienzuweisungen. Backup-Richtlinien definieren Zeitpläne (täglich/wöchentlich), Aufbewahrungsfristen (kurz- und langfristig) und Parameter für die sofortige Wiederherstellung (Instant Restore), bei der Snapshots für eine schnelle Dateiwiederherstellung lokal aufbewahrt werden. Anwendungskonsistente Backups sind über VSS für Windows oder Pre-/Post-Skripte unter Linux verfügbar. Wiederherstellungen können auf eine gesamte VM (typischerweise auf eine neue VM), Datenträger (zum erneuten Anhängen/schnellen Wiederherstellen) oder Dateien (Dateiebenen-Wiederherstellung auf jeder VM im Abonnement mit sicherem Mounten) abzielen. Backups funktionieren für laufende und gestoppte (einschließlich „deallocated“) VMs. Stellen Sie die Verschlüsselungskompatibilität sicher: Von der Plattform verwaltete Schlüssel werden standardmäßig unterstützt, und Azure Disk Encryption erfordert zusätzliche Schritte für das Backup. Ziehen Sie eine regionsübergreifende Wiederherstellung (Cross-Region Restore) in Betracht, wenn Ihr Tresor georedundanten Speicher aktiviert hat und Ihre Compliance-Anforderungen dies zulassen.
Verwenden Sie für Golden Images die Azure Compute Gallery, um Images zu versionieren und über Regionen hinweg zu replizieren. Uploads von generalisierten On-Premises-VHDs können mit Tools wie Add-AzVhd durchgeführt und dann für eine konsistente Bereitstellung in der Gallery erfasst werden.
Netzwerk, Zugriff und Überwachung
Jede VM benötigt mindestens eine Netzwerkschnittstelle (NIC), die eine oder mehrere IP-Konfigurationen enthält. Eine einzelne NIC kann eine primäre private IP und zusätzliche sekundäre private IPs aufnehmen; weisen Sie einer IP-Konfiguration eine öffentliche IP zu, um Dienste bereitzustellen. Die meisten Workloads benötigen nur eine NIC pro VM; die VM-Größen bestimmen die NIC-Limits. Wenn Sie fünf VMs bereitstellen, die jeweils sowohl öffentliche als auch private IPs mit identischer Sicherheitskonfiguration benötigen, erstellen Sie eine NIC pro VM und eine einzelne Network Security Group, die auf das Subnetz (oder die NIC) angewendet wird, um einheitliche Regeln für ein- und ausgehenden Datenverkehr durchzusetzen. Die Zuweisung privater IPs sollte in Azure auf der NIC statisch erfolgen, um die Adresskontinuität zu gewährleisten; setzen Sie keine statischen IPs innerhalb des Gastbetriebssystems. Öffentliche IPs sollten die Standard-SKU für Zonen- und Skalierungsgruppenunterstützung verwenden; kombinieren Sie sie für den Produktionsbetrieb mit einem Standard Load Balancer.
Der beschleunigte Netzwerkbetrieb (Accelerated Networking) nutzt SR-IOV, um den Host-Datenpfad zu umgehen und Latenz, Jitter und CPU-Overhead zu reduzieren. Er wird von ausgewählten VM-Größen und Betriebssystem-Images unterstützt und erfordert zum Zeitpunkt der Erstellung eine kompatible vNIC (oder ein Anhalten/Aufheben der Zuordnung, um ihn zu aktivieren). Verwenden Sie ihn für Dienste mit hohem Durchsatz und geringer Latenz sowie für stark ausgelastete Gateway-Ebenen.
Azure Bastion bietet sicheres RDP/SSH über TLS direkt aus dem Azure-Portal oder einem nativen Client, ohne öffentliche IPs auf VMs freizugeben. Stellen Sie einen Bastion-Host in einem dedizierten Subnetz namens AzureBastionSubnet mit einem /26-Präfix oder größer im Ziel-VNet bereit und weisen Sie der Bastion-Ressource eine öffentliche IP der Standard-SKU zu. Die SKUs umfassen Basic und Standard; Standard fügt Funktionen wie manuelle Skalierung (Instanzen), IP-basierte Verbindungen (zu jeder erreichbaren privaten IP, auch über VNet-Peering hinweg), Unterstützung für native Clients, Integration von Sitzungsaufzeichnungen und teilbare Links hinzu. Verwenden Sie Bastion, um einen administrativen Zero-Trust-Zugriff zu gewährleisten und gleichzeitig öffentliche Endpunkte pro VM und eingehende NAT-Regeln zu vermeiden.
VM-Erweiterungen (VM extensions) automatisieren die Konfiguration und Telemetrie. Die Custom Script Extension führt PowerShell oder Bash während oder nach der Bereitstellung aus, um Software zu bootstrappen oder Konfigurationsdateien einzufügen; entwerfen Sie idempotente Skripte und speichern Sie Artefakte mit SAS-Token in einem sicheren Speicher. Die PowerShell DSC-Erweiterung wendet Desired State Configuration an, um Windows-Knoten in den deklarierten Zustand zu überführen; verwenden Sie Pull-Server oder Azure Automation State Configuration für die Verwaltung im großen Maßstab. Der Azure Monitor Agent (installiert über eine Erweiterung) streamt Gastmetriken und -protokolle gemäß Datensammlungsregeln (Data Collection Rules) an Log Analytics-Arbeitsbereiche; bevorzugen Sie den AMA gegenüber dem veralteten Log Analytics/MMA-Agenten für granulares Datenrouting, Multihoming und Skalierbarkeit.
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