Azure Virtual Machines

Eine Azure Virtual Machine (VM) ist ein IaaS-Angebot, das bedarfsgerechte und skalierbare Rechenressourcen in der Cloud bereitstellt. Sie emuliert einen physischen Computer mit eigener CPU, eigenem RAM, Speicher und eigener Netzwerkschnittstelle und läuft auf Microsofts Hypervisor (Hyper-V) auf physischen Servern in einem Azure-Rechenzentrum. Sie installieren und verwalten das Gastbetriebssystem (Windows oder Linux), die Middleware und die Anwendungen, während Azure die zugrunde liegende Hardware, das Hostbetriebssystem und die Hypervisor-Ebene verwaltet.

Beim Erstellen einer VM müssen Sie mehrere wichtige Parameter angeben: Image – das Betriebssystem und vorinstallierte Software, etwa Windows Server 2022, Ubuntu 22.04 oder SQL Server unter Windows. Größe – die Anzahl der vCPUs, der RAM und der temporäre Speicher der VM (wird im nächsten Abschnitt behandelt). Region – der Ort, an dem die VM ausgeführt wird. Authentifizierung – ein SSH-Schlüsselpaar für Linux oder Benutzername und Kennwort für Windows. Das Portal führt Sie mithilfe geführter Assistenten durch diese Einstellungen, und mit der Azure CLI können Sie dieselbe Konfiguration für wiederholbare Bereitstellungen skripten.

Azure ordnet VM-Größen in Familien (Serien) ein, die für unterschiedliche Workloads optimiert sind: B-series (Bursting-fähig und kostengünstig bei geringer durchschnittlicher CPU-Auslastung), D-series (universell einsetzbar – ausgewogenes Verhältnis von CPU und Arbeitsspeicher), E-series (arbeitsspeicheroptimiert für Datenbanken und Analysen), F-series (rechenoptimiert), N-series (GPU-beschleunigt für KI/ML und Grafik) und L-series (speicheroptimiert). Die Namenskonvention codiert die Serie, die Anzahl der vCPUs und die Variante. Standard_D4s_v5 ist beispielsweise eine VM der D-Serie mit 4 vCPUs und Premium Storage.

Azure bietet drei Preismodelle für VMs: Pay-as-you-go – Abrechnung pro Sekunde Rechenzeit, ohne Bindung, mit dem höchsten Stundensatz. Reserved Instances – Sie verpflichten sich für 1 oder 3 Jahre und sparen im Vergleich zu Pay-as-you-go bis zu 72 %, bei Vorauszahlung oder monatlicher Zahlung. Spot Instances – Sie nutzen nicht verwendete Azure-Kapazität mit Rabatten von bis zu 90 %, können jedoch mit einer Vorankündigung von nur 30 Sekunden entfernt werden, wenn Azure die Kapazität wieder benötigt. Spot Instances eignen sich ideal für Batchverarbeitung, Simulationen und fehlertolerante Workloads, die an Prüfpunkten fortgesetzt werden können.

Jede Azure-VM verfügt über mindestens zwei Datenträger: den Betriebssystemdatenträger (auf dem das Betriebssystem installiert ist und der durch einen verwalteten Datenträger unterstützt wird) und einen temporären Datenträger (eine schnelle lokale SSD für Auslagerungsdateien und temporäre Daten; die dort gespeicherten Daten gehen jedoch VERLOREN, wenn die VM beendet oder freigegeben wird). Sie können zusätzliche Datendatenträger für Anwendungsdaten anfügen. Dabei handelt es sich um dauerhafte verwaltete Datenträger, die bei Neustarts der VM erhalten bleiben. Verwaltete Datenträger gibt es in vier Typen: Standard HDD, Standard SSD, Premium SSD und Ultra Disk – mit jeweils steigender Leistung und steigendem Preis.

Jede Azure-VM ist über eine virtuelle Netzwerkschnittstellenkarte (vNIC) mit einem virtuellen Netzwerk (VNet) verbunden. Die VM erhält innerhalb des Subnetzes des VNets eine private IP-Adresse, über die sie mit anderen Ressourcen im selben VNet kommunizieren kann. Damit die VM aus dem Internet erreichbar ist, weisen Sie ihr eine öffentliche IP-Adresse zu und öffnen geeignete Regeln der Netzwerksicherheitsgruppe (NSG). Standardmäßig blockiert Azure sämtlichen eingehenden Internetverkehr zu einer neuen VM. Sie müssen die benötigten Ports ausdrücklich öffnen, beispielsweise Port 22 für SSH oder Port 3389 für RDP.

Um die Verfügbarkeit von VMs zu erhöhen, bietet Azure zwei Optionen: Verfügbarkeitsgruppen verteilen VMs über Fehlerdomänen (separate Racks) und Updatedomänen innerhalb eines einzelnen Rechenzentrums und bieten eine SLA von 99,95 %. Verfügbarkeitszonen verteilen VMs über physisch getrennte Rechenzentren innerhalb einer Region und bieten eine SLA von 99,99 %. Für neue Architekturen empfiehlt Microsoft Verfügbarkeitszonen gegenüber Verfügbarkeitsgruppen, sofern die Zonen unterstützt werden, da Zonen einen besseren Schutz sowohl vor Hardwareausfällen als auch vor Ereignissen auf Rechenzentrumsebene bieten.

VM-Erweiterungen in Azure sind kleine Anwendungen, die Konfigurations- und Verwaltungsaufgaben nach der Bereitstellung auf VMs automatisieren. Die Custom Script Extension lädt direkt nach der Erstellung ein Skript auf eine VM herunter und führt es aus. Das ist beispielsweise nützlich, um Software zu installieren oder Einstellungen zu konfigurieren, ohne manuell eine SSH- oder RDP-Verbindung herzustellen. Weitere Erweiterungen sind der Azure Monitor agent (für die Protokollsammlung), die Azure Policy guest configuration (für Konformitätsprüfungen) und die Antimalware extension (für die Konfiguration von Windows Defender). Erweiterungen werden mit dem Systemkonto ausgeführt und über das Azure-Portal oder ARM-Vorlagen installiert.

Zwischen dem Beenden und dem Freigeben einer Azure-VM besteht ein wichtiger Unterschied. Wenn Sie eine VM innerhalb des Gastbetriebssystems beenden (z. B. mit shutdown -h now), wird das Betriebssystem heruntergefahren, die VM bleibt jedoch auf dem Host zugewiesen. Daher werden Ihnen die Compute-Kosten weiterhin berechnet. Beim Freigeben über das Azure-Portal oder die CLI werden die zugrunde liegenden Compute-Ressourcen freigegeben, wodurch die Compute-Kosten entfallen. Für verwaltete Datenträger fallen weiterhin Kosten an. Verwenden Sie immer az vm deallocate oder die Schaltfläche „Stop“ im Portal, um unnötige Kosten zu vermeiden, wenn eine VM nicht verwendet wird.

Azure führt regelmäßig geplante Wartungsarbeiten an der Hosthardware durch, um Sicherheitspatches und Firmwareupdates einzuspielen. In den meisten Fällen verwendet Azure eine Live Migration, um Ihre VM ohne Neustart auf aktualisierte Hardware zu verschieben. Dabei kommt es zu einer Netzwerkunterbrechung von weniger als 10 ms. Wenn eine Live Migration nicht möglich ist, plant Azure einen Neustart während eines Wartungsfensters und informiert Sie vorab über das Azure-Portal und per E-Mail. Sie können das Wartungsfenster für Ihre eigenen VMs auch über das Portal per Self-Service planen, um die Beeinträchtigung Ihrer Workloads zu minimieren.

VMs sind die richtige Wahl, wenn Sie vollständige Kontrolle auf Betriebssystemebene benötigen, etwa um bestimmte Betriebssystemversionen, Treiber oder Software zu installieren, die nicht auf PaaS-Plattformen ausgeführt werden kann. Häufige Anwendungsfälle sind: Lift-and-Shift-Migrationen lokaler Anwendungen, benutzerdefinierte Software mit speziellen Anforderungen an die Betriebssystemkonfiguration, Entwicklungs- und Testumgebungen sowie Legacy-Anwendungen, die nicht containerisiert oder refaktoriert werden können. Wenn keine vollständige Kontrolle über das Betriebssystem erforderlich ist, sollten Sie PaaS-Optionen wie App Service oder Azure Container Instances in Betracht ziehen, die den Verwaltungsaufwand deutlich reduzieren.

In dieser Lektion haben Sie gelernt: Azure-VMs sind IaaS-Ressourcen, bei denen Sie das Gastbetriebssystem und alle darüberliegenden Ebenen verwalten, während Azure den Hypervisor und die Hardware übernimmt, VM-Größen gehören zu Familien, die für allgemeine Zwecke sowie für Compute-, Arbeitsspeicher-, Speicher- und GPU-Workloads optimiert sind, und Verfügbarkeitszonen eine SLA von 99,99 % bieten, indem sie VMs über physisch getrennte Rechenzentren verteilen. Als Nächstes sehen wir uns Virtual Machine Scale Sets zur automatischen Skalierung identischer VMs an.