AKS完全ガイド：Azure Kubernetes Serviceの設計・運用・最適化

2025年12月28日 最終更新日時 : 2025年12月28日 エバープレイ編集部

はじめに

AKS（Azure Kubernetes Service）は、Microsoft Azure が提供するマネージドな Kubernetes クラスターサービスです。Kubernetes の複雑なコントロールプレーン運用をマネージド化し、開発者はアプリケーションのデプロイやスケーリングに注力できます。本コラムでは AKS のアーキテクチャ、ネットワーキング、ストレージ、セキュリティ、スケーリング、運用・監視、コスト最適化、ベストプラクティス、他クラウドとの比較までを深堀して解説します。

AKS の概要とメリット

AKS はマネージドコントロールプレーン（API サーバー、etcd、コントローラマネージャー、スケジューラ）を提供し、ユーザーはワーカーノード（VM）を管理します。主なメリットは次の通りです。

  • コントロールプレーンの運用負荷軽減：パッチ適用や高可用性の管理は Azure 側が実施。

  • Azure サービスとの深い統合：Azure AD、Managed Identity、Azure Monitor、Azure Load Balancer、Azure Policy など。

  • スケールと可用性の柔軟性：複数のノードプール、スポットインスタンス、可用性ゾーン対応。

  • Windows コンテナや GPU ワークロードのサポート。

アーキテクチャの理解

AKS の主要コンポーネントは以下です。

  • コントロールプレーン（マネージド）：ユーザーは直接管理しないが、Kubernetes API を通じて操作可能。

  • ノード（ワーカーノード）：Azure VM 上で kubelet が稼働し、コンテナが実行される。ノードプールで構成。

  • ノードプール：システムノードプール（必須）とユーザーノードプールを分離してリソースやアップグレード戦略を最適化。

  • ネットワーク（Azure CNI / kubenet）：Pod の IP 割り当てとネットワーキング方式が選択可能。

  • ストレージ（Azure Disks / Azure Files / CSI ドライバ）：永続ボリュームを提供。

ノードプールとワークロード戦略

ノードプールを活用すると、ワークロードの特性に応じて VM サイズ、OS、スケール設定を分離できます。一般的な設計例：

  • システムノードプール：コアインフラ（kube-system）用、アップグレードの優先度を高く。

  • ユーザーノードプール：アプリケーション別に分離。CPU/メモリ最適化、GPU、Windows 用など。

  • スポットノードプール：バッチ処理やフォールバック可能なワークロードでコスト削減。

ネットワーク設計（Azure CNI vs kubenet）

AKS では大きく Azure CNI（フル L3 統合）と kubenet（軽量）を選べます。

  • Azure CNI：各 Pod に Azure 仮想ネットワークの IP を割り当て、ネットワークポリシーや NSG との統合が容易。大規模な Pod 数や複雑なネットワーク要件に向くが IP アドレスの事前設計が重要。

  • kubenet：ノード NAT を通して Pod が外部に出る方式で、IP 消費は抑えられるが、Service/Pod 間の直接ルーティングや一部の Azure ネットワーク機能とは非互換となる場合がある。

さらに、Azure CNI のバリエーションとして『Azure CNI overlay』などの選択肢や、ネットワークポリシー（Calico）を組み合わせたマイクロセグメンテーションも検討します。

ストレージと永続化

永続ストレージはアプリ要件に合ったストレージクラスを選びます。代表的なもの：

  • Azure Disk（ブロックストレージ）: 高い IOPS と低レイテンシ。ReadWriteOnce のシナリオ向け。

  • Azure Files（ファイルストレージ）: SMB/NFS を使用、共有アクセスが可能（ReadWriteMany）。

  • CSI ドライバ: Azure Disk CSI や Azure Files CSI を使用して StorageClass を作成し、動的プロビジョニングを利用。

注意点として、AZ（可用性ゾーン）を跨ぐストレージ設計やレプリケーション要件、バックアップ（Velero 等）を検討してください。

セキュリティとアイデンティティ

AKS におけるセキュリティは複数レイヤーで考えます。

  • 認証・認可：Azure AD と Kubernetes RBAC を連携させることで、組織の ID 管理と統合できます。ユーザーやグループごとの権限管理を厳格に。

  • ワークロードアイデンティティ：従来の AAD Pod Identity は方向転換が進んでおり、Azure AD Workload Identity（Kubernetes Service Account に対する OIDC 流れを利用）へ移行することが推奨されます。

  • ネットワークポリシー：Calico などで Pod 間の通信を制限し、マイクロセグメンテーションを実装。

  • ノードセキュリティ：定期的な OS とカーネルの更新、イメージスキャン（Azure Container Registry のスキャンや外部ツール）、コンテナランタイムのセキュア設定。

  • シークレット管理：Azure Key Vault と連携したシークレット投影や、External Secrets Operator などでシークレットライフサイクルを管理。

スケーリングと可用性

AKS は複数のスケーリング手法を提供します。

  • クラスタオートスケーラー（Cluster Autoscaler）：ノードプールのスケールアウト/インを自動化。

  • Horizontal Pod Autoscaler（HPA）/Vertical Pod Autoscaler（VPA）：Pod レベルのスケーリング。

  • 仮想ノード（Virtual Nodes）と Azure Container Instances：短期的なスパイク対応やサーバーレス的実行を可能にする。

  • 可用性ゾーン：ゾーン冗長を利用して AZ 障害に耐性のあるデプロイが可能。

設計では、ステートレス／ステートフルそれぞれのスケーリング戦略と、PodDisruptionBudget（PDB）を組み合わせてローリングアップデート時の可用性を確保します。

運用・監視・ロギング

運用において監視は不可欠です。

  • Azure Monitor for Containers（Container Insights）：ノード、コントローラー、コンテナメトリクスやログを収集する標準的な手段。

  • Prometheus/Grafana：アプリケーション指標やカスタムメトリクスには Prometheus の採用が一般的。Azure Monitor の Managed Prometheus や統合 Grafana サービスも選択肢。

  • ログ集約：Log Analytics ワークスペースへログを送る、あるいは Fluent Bit/Fluentd で外部 SIEM に転送。

  • トレーシング：OpenTelemetry を用いた分散トレーシングでパフォーマンスボトルネックを把握。

  • アラートと自動化：監視アラートから自動的にスケールやリカバリ操作をトリガーする設計。

アップグレードとバックアップ戦略

AKS は Kubernetes のマイナー/パッチアップデートをサポートしますが、運用者は次を検討すべきです。

  • ブルー/グリーンやカナリアによるアプリのローリングアップデート。

  • ノードプール単位での段階的アップグレード（システムとユーザーの分離が有効）。

  • etcd はマネージドだが、バックアップ方針と復旧手順（Velero 等を利用した PV バックアップや Namespace 単位のバックアップ）が必要。

  • アップグレード前の検証環境や自動テストの実行。

CI/CD と Infrastructure as Code

AKS を本番運用するには、インフラとアプリケーションの自動化が重要です。

  • Azure Resource Manager（ARM）テンプレート、Bicep、Terraform でクラスタ定義やノードプールをコード化。

  • GitOps（Flux、Argo CD）でマニフェストの宣言的デプロイを運用。

  • イメージビルド：Azure Container Registry (ACR) と Build Pipeline（GitHub Actions / Azure DevOps）での自動化。

コスト最適化のポイント

AKS のコストは主にワーカーノードと周辺リソースに由来します。最適化の手法：

  • 必要なワークロードに応じた VM サイズ選定とノードプール分割。

  • スポットインスタンスの活用やスケジュールによるノード停止（非稼働時間帯のコスト削減）。

  • 自動スケーリングの適切な設定で過剰プロビジョニングを防止。

  • Azure Hybrid Benefit や予約インスタンスで長期利用コストを削減。

トラブルシューティングの実践

運用でよくある問題と対処法：

  • Pod が Pending：リソース不足、ノードの taint、PV の割当問題を確認。

  • 高いレイテンシ／CPU スパイク：Prometheus/Container Insights でメトリクスを確認し、Horizontal Pod Autoscaler の設定を見直す。

  • ネットワーク障害：NSG、ユーザーデファインドルート、Azure Load Balancer の設定、IP アドレス枯渇を確認。

  • 認証エラー：Azure AD と Kubernetes RBAC のバインディングや証明書の有効期限を確認。

AKS と他クラウドの比較（EKS/GKE）

主要点の比較：

  • 統合性：AKS は Azure の他サービスと密接に統合されるため、Azure 環境での選択に有利。

  • 管理のしやすさ：各クラウドともマネージドプランを提供しており、差は機能や追加サービスの充実度に依存。

  • 差別化機能：各社が監視、マネージド Prometheus、セキュリティ機能で差別化を図っているため、既存のクラウド投資や運用スキルで選定するのが実用的。

実践的なベストプラクティス

  • ノードプールを機能や可用性要件で分離する。

  • Azure AD Workload Identity を使い、Pod から Azure リソースへのアクセスを安全にする。

  • ネットワーク設計で IP アドレス付与を将来の拡張まで見越す（特に Azure CNI を採用する場合）。

  • 監視は標準（Azure Monitor）とアプリ専用（Prometheus）を併用し、障害検出のカバレッジを高める。

  • GitOps による宣言的デプロイで変更管理を厳格に。

  • 定期的なセキュリティスキャンとポリシー適用（Azure Policy / OPA Gatekeeper 等）。

まとめ

AKS は Azure のエコシステムと強く結びついた、スケーラブルで運用効率の高い Kubernetes マネージドサービスです。設計ではネットワーク、ストレージ、セキュリティ、スケーリング、監視を包括的に検討し、Infrastructure as Code と GitOps による自動化を進めることで信頼性と運用効率を向上できます。最新の推奨（例：Azure AD Workload Identity への移行や Managed Prometheus の活用）をキャッチアップしつつ、自組織の要件に合わせた最適化を行ってください。

参考文献

カテゴリー
IT
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