Microsoft AZ-900: コンピューティングとアプリ サービス — 学習ガイド
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Azureは、フルマネージドのアプリケーションプラットフォームから、仮想マシンに対するきめ細かな制御まで、幅広いコンピューティングオプションを提供します。適切な選択は、運用負荷とのバランスを考慮しながら、制御、スケーラビリティ、可用性、コストを比較検討することによって決まります。一方には、OSレベルの制御やカスタムイメージが必要な場合に理想的な仮想マシンやスケールセットがあります。もう一方には、インフラストラクチャを抽象化することでデリバリーを加速させるApp Service、コンテナ、サーバーレスオプションがあります。Azureでのコンピューティングにおいて、回復性と弾力性の設計は中心的な要素です。可用性セットと可用性ゾーンはハードウェアやデータセンターの障害から保護し、負荷分散と自動スケール機能は変動する需要の下でパフォーマンスを維持するのに役立ちます。ブルー/グリーンスロットなどの最新のデプロイ技術と組み合わせることで、これらのサービスはダウンタイムなしで安全な変更管理を可能にします。
Azure Virtual Machines: イメージとディスク
Azure Virtual Machines (VM) は、WindowsおよびLinux向けのIaaS (infrastructure-as-a-service) を提供します。ワークロードのプロファイルに基づいてVMファミリーを選択します：汎用 (Dsv5) はCPU/メモリのバランスが取れたワークロードに、コンピューティング最適化 (Fsv2) はCPUバウンドなタスクに、メモリ最適化 (Esv5) はインメモリデータベースに、ストレージ最適化 (Lsv3) は高いIOPSスループットに、GPU/HPCシリーズ (NC, ND, HB/HX) は特殊なコンピューティングに適しています。VMは、マーケットプレイスイメージ、または環境間でOSとソフトウェアのベースラインを標準化するカスタムイメージからプロビジョニングされます。カスタムイメージの管理はAzure Compute Galleryによって効率化され、一貫性のある迅速なデプロイのためにリージョンをまたいでイメージのバージョン管理とレプリケーションが行われます。設定済みのVMから「ゴールデン」イメージをキャプチャするか、Packerなどのツールでイメージをビルドし、ギャラリー経由でスケールセットや個々のVMに配布します。ステートレスなワークロードでは、エフェメラルOSディスクがOSをホストキャッシュ上に保持することで、プロビジョニングと再起動時間を劇的に短縮し、永続的なOSストレージコストを排除します。マネージドディスクは、ストレージのライフサイクルと可用性を簡素化します。パフォーマンスとコストに合わせてディスクタイプを選択します：Ultra Diskはミリ秒未満のレイテンシと高いIOPS/スループットに、Premium SSD v2とPremium SSDは本番ワークロードに、Standard SSDは汎用ワークロードに、Standard HDDはコスト重視でIOPSが低いシナリオに適しています。設定可能なサイズとパフォーマンス階層を持つOSディスクとデータディスクをアタッチし、ポイントインタイムバックアップのためにスナップショットを使用し、デフォルトでサーバーサイド暗号化によるディスク暗号化を活用します。より厳しいコンプライアンス要件には、カスタマーマネージドキーとホストベースの暗号化が利用可能です。
VMの高可用性と弾力的なスケール：可用性セット、ゾーン、スケールセット、負荷分散
可用性セットは、単一のデータセンター内でVMを障害ドメインと更新ドメインに分散させることにより、ラックレベルの障害から保護します。可用性セットに2つ以上のVMをデプロイすると、更新イベントやハードウェア障害がすべてのインスタンスに同時に影響を与えないようにすることで、より高い可用性SLAを達成できます。より強力な障害分離のため、可用性ゾーンはリソースをリージョン内の異なるデータセンターに分散させます。2つ以上のゾーンに2つ以上のVMを配置することで、最高のVM可用性SLAが提供され、ビジネスクリティカルな基幹アプリケーションに適しています。VM Scale Sets (VMSS) は、同一のVMのグループを単一のリソースとして管理し、スケーリングとオーケストレーションを行います。モデル（イメージ、サイズ、構成）を定義すると、VMSSがインスタンスの作成、ゾーン間の分散、およびCPU、メモリ（カスタムメトリック経由）、またはキューの長さなどのメトリックに基づく自動スケールを処理します。Azure Compute Galleryと統合して、正常性プローブと柔軟なオーケストレーションモードを使用してイメージの更新を安全に展開し、自動OSおよびアプリケーション更新戦略と組み合わせて中断を最小限に抑えます。Azure Load Balancerは、VMインスタンス間でレイヤー4の分散を提供し、正常性プローブを使用して正常なバックエンドにのみトラフィックをルーティングします。Standard Load Balancerは、高可用性、ゾーン冗長性、クロスゾーン負荷分散、受信NATルール、および送信接続ルールをサポートします。VMSSまたはVMの前段に配置して、サービスを確実に公開するために使用します。Cookieベースのアフィニティ、TLS終端、WAFなどのHTTP(S)レイヤー7機能には、Application Gatewayがコンパニオンサービスであり、Front Doorはグローバルなエニーキャストルーティングとアクセラレーションに対応します。適切な負荷分散層を選択することで、プロトコルと機能のニーズに合わせながら、トラフィックの回復力を維持します。
App Service for Web, API, and containers with deployment slots
Azure App Serviceは、パッチ適用、負荷分散、自動スケールを処理するフルマネージドプラットフォーム上で、Webアプリ、REST API、およびコンテナ化されたアプリケーションをホストします。開発者は、CI/CDパイプライン、GitHub Actions、またはZIP/Webデプロイを使用してコードをデプロイし、コンテナオーケストレーターを管理することなく、App Service for Containersを介して直接コンテナを実行できます。組み込みの診断機能、アプリケーションログ、およびApplication Insightsとの統合により、運用が簡素化されます。機能はApp Serviceプランによって決まります。FreeおよびSharedレベルは評価用です。Basicでは、専用コンピューティング、カスタムドメイン、複数インスタンスへのスケールアウト、およびSNIベースのSSLが導入され、専用キャパシティとシンプルなスケールが必要な低コストの本番環境のニーズを満たします。StandardおよびPremiumレベルでは、自動スケールルール、ゼロダウンタイムリリースのためのデプロイメントスロット、VNet統合、インスタンス数の増加、およびほとんどの本番ワークロードに適した高度な機能が追加されます。Isolated (ASE) は、厳しいコンプライアンスとスケールの要件に対応するため、専用のネットワーク分離環境を提供します。デプロイメントスロットは、本番環境と並行してウォーム状態のセカンダリデプロイメントを維持することで、安全なリリースを可能にします。検証後にトラフィックをスワップしてコールドスタートを回避し、シークレットや接続文字列をスロットに固定するために構成を「スロット設定」としてマークします。スワップ中のトラフィックの段階的な増加はカナリアリリースをサポートし、正常性チェックが成功した場合の自動スワップは、最小限のリスクで継続的デリバリーを加速させます。
Azure上のコンテナ: AKSとAzure Container Instancesの比較
コンテナは、パッケージングとポータビリティを加速します。Azure Kubernetes Service (AKS)は、高度なネットワーキング、自動スケーリング、ローリングアップデートを必要とするマイクロサービスやステートフルなワークロード向けに、マネージドKubernetesコントロールプレーンを提供します。成熟したオーケストレーション機能、ポリシー制御、エコシステムとの統合が必要な場合に最適です。Azure Container Instances (ACI)は、サーバーやオーケストレーターを管理することなく、オンデマンドでコンテナを実行します。コンテナを数秒で起動し、CPUとメモリに対して秒単位で支払い、短時間のタスク、イベント駆動のジョブ、またはビルドパイプラインのためにバーストさせることができます。ACIは、プライベートなワークロードのために仮想ネットワークと統合し、耐障害性のために複数のインスタンスを使用する場合はロードバランサーやAPIゲートウェイの背後に配置できます。どちらを選択するかは、運用モデルとワークロードの特性によって決まります。サービスメッシュ、高度な自動スケーリング、永続ボリュームを備えた、長時間実行されるマルチコンテナアプリケーションにはAKSを使用します。オーケストレーションのオーバーヘッドが非効率となるような、シンプルで短命なタスク、スパイク、バックグラウンド処理にはACIを使用します。
- Azure Kubernetes Service (AKS)
- オーケストレーション: ワーカーノードを持つマネージドKubernetesコントロールプレーン
- 一般的なユースケース: 長時間実行されるマイクロサービス、ステートフルなアプリ、エンタープライズプラットフォーム
- 起動時間: クラスターのプロビジョニングに数分、Podの起動に数秒
- スケーリングモデル: クラスターオートスケーラー + Horizontal Pod Autoscaler。スケジュールおよびメトリックベース
- ネットワーキング: kubenetまたはAzure CNI、Kubernetes ServicesおよびNetwork Policiesを使用
- イングレスオプション: Ingress controllers (NGINX)、Application Gateway Ingress Controller、Gateway API
- 永続ストレージ: Azure Disks/Files経由のKubernetes PV/PVC。CSIドライバー
- ノード管理: ワーカーノードのサイジング/アップデートを管理。コントロールプレーンはAzureが管理
- 価格モデル: ワーカーノードに対して支払い。コントロールプレーンにはオプションの有償Uptime SLAあり
- SLAの特性: マルチノードプールとゾーンによる高可用性設計。Uptime SLAによりコントロールプレーンのSLAが利用可能
- 最適な用途: 本番環境グレードのマイクロサービスとプラットフォーム
- Azure Container Instances (ACI)
- オーケストレーション: オーケストレーターなし。コンテナグループ
- 一般的なユースケース: 短時間のジョブ、バーストコンピューティング、CI/CDタスク、イベント処理
- 起動時間: 数秒
- スケーリングモデル: コンテナグループごと。より多くのグループを作成してスケール
- ネットワーキング: VNet統合をサポート。プライベートIPも可能
- イングレスオプション: ポートを直接公開するか、Load Balancer/Application Gatewayでフロントに配置
- 永続ストレージ: エフェメラルな書き込み可能レイヤー。永続化のためにAzure Filesをバインド
- ノード管理: なし。プラットフォームがホストを管理
- 価格モデル: vCPUとメモリに対する秒単位の課金。VMコストなし
- SLAの特性: 単一インスタンスのサービスレベル。複数のインスタンスを実行してHAを構築
- 最適な用途: オンデマンドのサーバーレスコンテナとバッチジョブ
サーバーレス統合とAzure Virtual Desktopの基本
サーバーレスコンピューティングは、インフラストラクチャ管理の負荷を軽減し、需要に応じて透過的にスケールします。Azure Functionsは、HTTP、タイマー、キュー、Service Bus、Event Gridなどのトリガーを使用して、イベント駆動のコードを実行します。実行ごとの課金と自動スケールには従量課金プランを、VNet統合、予測可能なパフォーマンス、コールドスタートなしにはPremiumプランを、既存のキャパシティを再利用するにはDedicated (App Serviceプラン)を選択します。入力/出力バインディングは、宣言的にFunctionsをデータソースに接続し、定型的なコードを削減します。Logic Appsは、数百のマネージドコネクタを使用して、SaaSおよびオンプレミスシステムにまたがるワークフローをオーケストレーションします。ステートフルまたはステートレスなワークフローを構築し、リトライやエラー処理を実装し、分離と高度なネットワーキングのためにマルチテナント（従量課金）またはシングルテナント（Standard）としてデプロイします。Event Gridは、システムイベントやカスタムイベントを大規模にルーティングするための、低レイテンシーのpub/subファブリックを提供し、フィルタリングや配信不能処理を備えています。これは、プロデューサーとコンシューマーが疎結合であるリアクティブアーキテクチャに最適です。Azure Virtual Desktop (AVD)は、安全でスケーラブルな仮想デスクトップとアプリをAzureから提供します。Windows 11/10 EnterpriseマルチセッションまたはWindows Serverセッションホストのホストプールをデプロイし、アプリグループを公開し、ワークスペースを通じてユーザーに提供します。プロファイルは、Azure FilesまたはAzure NetApp Filesに保存されたプロファイルコンテナを持つFSLogixを使用してホスト間をローミングし、高速なログオンと一貫したユーザーエクスペリエンスを可能にします。ID管理のためにMicrosoft Entra IDと、アクセスポリシーのためにConditional Accessと統合し、自動スケールを活用して需要に合わせてセッションホストを調整し、コストを抑制します。
実践的な問題：回復性のあるVM、最新のアプリプラットフォーム、サーバーレスイベントを使用した、Fabrikam Health社のためのピーク対応注文処理
シナリオ： Fabrikam Health社は、毎月最後の5日間にアクセスが急増するオンライン注文ポータルを運営しています。チームは、最新のWeb/APIフロントエンドと並行して、Windows Server上で維持する必要があるレガシーな注文処理サービスを実行しています。ビジネス要件として、注文処理の99.99%の可用性、カスタムドメインでのエンドツーエンドHTTPS、Webサイトのゼロダウンタイムデプロイ、そして最小限の運用オーバーヘッドが求められています。予算の制約から、バックグラウンドタスクのための複雑な自己管理型オーケストレーションは選択肢から外れますが、月末のスパイクは手動介入なしで吸収する必要があります。
課題： VMベースの注文プロセッサの99.99%の可用性を保証し、スパイク時にWeb/APIフロントエンドをシームレスにスケールさせ、安全なリリースをサポートし、最小限のインフラ管理で突発的なバックグラウンドタスクを処理すること。
推奨アプローチ：
- Azure Compute Galleryで、注文処理サービスと依存関係を含む強化されたWindows Serverイメージを構築し、再現可能なデプロイのためにバージョン管理します。
- 2つの可用性ゾーンにまたがる2つのインスタンスを持つVM Scale Setをデプロイし、OS/データ用にPremium SSDを使用します。その前面にヘルスプローブを備えたStandard Load Balancerを配置して、ゾーンレベルの回復性を実現し、トラフィックを分散させます。
- パブリックWeb/API用にApp Serviceプラン（StandardまたはPremium）をプロビジョニングし、カスタムドメインと証明書をバインドします。HTTPリクエストレートまたはCPUに基づいて自動スケールする2つ以上のインスタンスを有効にし、ブルー/グリーンリリースのためのステージングデプロイメントスロットを作成します。
- Event Gridイベント（例：注文作成）によってトリガーされるAzure Functionsと、請求書生成やメール通知などの下流タスクのためのキュートリガーを使用して、非同期ワークフローを実装します。バックエンドシステムでVNet統合が必要な場合は、Premiumプランを使用します。
- 月末のアドホックで計算集約的なエクスポート処理には、プライベートエンドポイントの背後にあるAzure Container Instancesでコンテナ化されたジョブを実行し、Functionsから呼び出します。クラスターを管理することなく、実行時間に対してのみ支払います。
- レガシーなリッチクライアントへのアクセスが必要な財務スタッフ向けにAzure Virtual Desktopを導入します。Windows 11 Enterpriseマルチセッションでプールされたホストプールを作成し、Azure Files上でFSLogixプロファイルを有効にし、ワークスペースを介してユーザーにアプリを公開します。
Azureの論理的根拠： 可用性ゾーンにまたがって配置され、Standard Load Balancerを前面に置いた2つのVMインスタンスは、OSレベルの制御を維持しつつ、注文プロセッサの99.99%の可用性目標を達成します。App Serviceは、ポータル向けのマネージドプラットフォームを提供し、自動スケールとデプロイメントスロットにより、スパイクに対応し、安全でゼロダウンタイムの更新を実現します。Event GridとFunctionsはバックグラウンド処理を分離し、透過的にスケールします。一方、ACIは最小の運用オーバーヘッドでバーストコンピューティングを提供します。Azure Virtual Desktopは、レガシークライアントへのアクセスを安全に一元化し、需要に応じてスケールすることで、管理するインフラを最小限に抑えた設計を完成させます。
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