Virtual Machine Scale Sets

Die manuelle Verwaltung einer Flotte identischer VMs – das Hinzufügen von Servern bei Spitzenlast und das Entfernen von Servern bei sinkender Nachfrage – ist mühsam, fehleranfällig und langsam. Virtual Machine Scale Sets (VMSS) automatisieren diesen Prozess, indem sie eine Gruppe identischer, per Load Balancing verteilter VMs als eine einzige Ressource verwalten. Wenn die Nachfrage steigt, fügt VMSS automatisch neue VM-Instanzen hinzu. Wenn sie sinkt, werden Instanzen entfernt. Dadurch ist kein manuelles Eingreifen erforderlich, und Sie zahlen jederzeit nur für die tatsächlich benötigte Kapazität.

Ein Scale Set wird durch ein VM-Profil (Image, Größe, Datenträgerkonfiguration und Erweiterungen) definiert, das von jeder Instanz des Sets gemeinsam verwendet wird. Beim Erstellen eines Scale Sets geben Sie die minimale und maximale Anzahl von Instanzen sowie die anfängliche Kapazität an. Alle Instanzen werden aus demselben Image erstellt, wodurch die Konsistenz der gesamten Flotte gewährleistet wird. Sie können ein Scale Set über mehrere Verfügbarkeitszonen hinweg bereitstellen. Azure verteilt die Instanzen dann automatisch gleichmäßig auf die Zonen, um eine hohe Verfügbarkeit zu gewährleisten.

Die Regeln für die automatische Skalierung von VMSS legen anhand von Metriken fest, wann Instanzen hinzugefügt oder entfernt werden. Eine typische Regel lautet: „Wenn die durchschnittliche CPU-Auslastung 5 Minuten lang über 70 % liegt, 2 Instanzen hinzufügen. Wenn die durchschnittliche CPU-Auslastung 10 Minuten lang unter 30 % fällt, 1 Instanz entfernen.“ Sie können Regeln auch auf Grundlage von benutzerdefinierten Metriken aus Azure Monitor erstellen, beispielsweise anhand der Warteschlangentiefe oder der HTTP-Anforderungsrate, oder anhand eines Zeitplans, etwa indem Sie die Anzahl werktags morgens auf 20 und über Nacht wieder auf 5 Instanzen festlegen. Durch die Kombination metrikenbasierter und zeitplanbasierter Regeln erhalten Sie eine präzise Kontrolle über die Kapazität.

Scale Sets werden fast immer mit einem Load Balancer kombiniert, der eingehende Anforderungen auf alle fehlerfreien Instanzen verteilt. Azure bietet zwei Optionen: Azure Load Balancer (Layer 4, TCP/UDP) für Szenarien mit niedriger Latenz und hohem Durchsatz sowie Azure Application Gateway (Layer 7, HTTP/HTTPS) für Webanwendungen, die URL-basiertes Routing, SSL-Terminierung und WAF-Schutz benötigen. Der Load Balancer verwendet Integritätstests, um fehlerhafte Instanzen zu erkennen, und leitet so lange keinen Datenverkehr mehr an sie weiter, bis sie wieder fehlerfrei sind.

VMSS kann mit einer automatischen Reparatur von Instanzen konfiguriert werden. Wenn ein Integritätstest feststellt, dass eine Instanz fehlerhaft ist (beispielsweise weil die Anwendung nicht auf Port 80 antwortet), kann das Scale Set diese Instanz automatisch löschen und ersetzen. Dies wird über die Einstellung automaticRepairsPolicy konfiguriert. Eine Kulanzfrist (beispielsweise 10 Minuten nach dem Start) verhindert, dass Instanzen ersetzt werden, bevor sie ausreichend Zeit hatten, ihre Anwendung zu starten und die erste Integritätsprüfung zu bestehen.

Azure VMSS unterstützt zwei Orchestrierungsmodi: Einheitlicher Modus – alle Instanzen sind identisch und werden als Gruppe verwaltet; ideal für zustandslose Workloads wie Webserver und Worker-Warteschlangen. Flexibler Modus – Instanzen können unterschiedliche Größen und Konfigurationen haben, und einzelne VMs können unabhängig verwaltet werden, während sie weiterhin von der Zonenverteilung und dem Integritätsmodell des Scale Sets profitieren. Die flexible Orchestrierung eignet sich besser für heterogene Workloads oder wenn Sie bestimmte Instanzen ersetzen müssen, ohne andere zu beeinträchtigen.

Wenn Sie das VM-Image oder die Konfiguration eines Scale Sets aktualisieren, müssen Sie die Änderung auf alle Instanzen übertragen. VMSS unterstützt Rolling Upgrades, bei denen Instanzen in kleinen Batches aktualisiert werden (beispielsweise jeweils 20 %) und nicht alle gleichzeitig. Dadurch bleibt der Großteil der Instanzen während der Updates weiterhin verfügbar. Mit der Richtlinie für Rolling Upgrades können Sie die maximale Batchgröße und die Pausenzeit zwischen den Batches konfigurieren. So erhalten Sie eine fein abgestufte Kontrolle über die Geschwindigkeit der Updates und minimieren die Auswirkungen auf Benutzer.

VMSS kann Spot Instances (auch als Azure Spot VMs bezeichnet) nutzen, um durch die Verwendung nicht ausgelasteter Azure-Kapazität erhebliche Kosteneinsparungen zu erzielen – bis zu 90 % gegenüber der nutzungsbasierten Preisgestaltung. Der Nachteil besteht darin, dass Spot-Instanzen mit einer Vorankündigung von nur 30 Sekunden verdrängt werden können, wenn Azure die Kapazität wieder benötigt. Daher eignen sich Spot-Instanzen in VMSS für fehlertolerante, zustandslose Workloads wie Batchverarbeitungsaufträge, Mediencodierung und CI/CD-Build-Agents, die Unterbrechungen tolerieren und anhand von Checkpoints fortgesetzt werden können.

Standardmäßig kann ein VMSS bei Verwendung von Azure Marketplace-Images bis zu 1.000 VM-Instanzen enthalten, bei benutzerdefinierten Images bis zu 600 Instanzen. Azure-Abonnements verfügen außerdem über regionsspezifische vCPU-Kontingente, die die Anzahl der vCPUs begrenzen, die Sie über alle Ressourcen hinweg verwenden können. Wenn Sie über die Standardgrenzen hinaus skalieren müssen, können Sie über das Azure-Portal eine Erhöhung des Kontingents beantragen. Für umfangreiche Produktionsbereitstellungen ist es wichtig, diese Grenzen im Voraus einzuplanen, da bei Spitzenereignissen möglicherweise auf Tausende von Instanzen skaliert werden muss.

VMSS ist zwar in erster Linie für zustandslose Workloads konzipiert, kann aber mithilfe von persistenten Betriebssystemdatenträgern auch zustandsbehaftete Anwendungen verwalten. In dieser Konfiguration behält jede Instanz ihren Betriebssystemdatenträger, wenn sie beim Herunterskalieren freigegeben wird. Dadurch bleibt der instanzspezifische Zustand, beispielsweise eine individuelle Konfiguration oder Sitzungsdaten, erhalten. Dies wird etwa für Anwendungen wie Spieleserver verwendet, bei denen jede Instanz eine eigene Identität besitzt. Für die meisten zustandsbehafteten Szenarien, etwa Datenbanken und Caches, eignen sich dedizierte verwaltete Azure-Dienste wie Azure SQL oder Azure Cache for Redis jedoch besser als VMs in einem Scale Set.

Für die Überwachung eines VMSS benötigen Sie Einblick sowohl in die Ebene des Scale Sets (Anzahl der Instanzen im Zeitverlauf, Ereignisse der automatischen Skalierung) als auch in die Ebene der einzelnen Instanzen (CPU, Arbeitsspeicher, Datenträger und Anwendungsprotokolle). Azure Monitor erfasst automatisch Plattformmetriken für das Scale Set. Für Metriken und Protokolle auf Anwendungsebene installieren Sie die Erweiterung Azure Monitor Agent über das VM-Profil des Scale Sets auf den Instanzen. Dadurch beginnt jede neue Instanz automatisch mit der Übermittlung von Daten an Ihren Log Analytics-Arbeitsbereich. So erhalten Sie über ein einziges Dashboard eine einheitliche Beobachtung der gesamten Flotte.

Testen Sie Ihr Verständnis der Konzepte aus Microsoft Azure Fundamentals (AZ-900), die in dieser Lektion behandelt wurden.

In dieser Lektion haben Sie gelernt: VM Scale Sets verwalten eine Gruppe identischer, per Load Balancing verteilter VMs und skalieren sie anhand von Metriken oder Zeitplänen automatisch, Integritätstests und die automatische Reparatur von Instanzen halten die Flotte ohne manuelles Eingreifen fehlerfrei, und Rolling Upgrades ermöglichen Updates ohne Ausfallzeit, indem Instanzen in kleinen Batches ersetzt werden. Als Nächstes sehen wir uns Azure Virtual Desktop als cloudgehostete Desktoplösung an.