การติดตั้ง CockroachDB บน Docker Swarm แบบ 5 Node ในโหมด Secure

Introduction: ทำความรู้จักกับ Distributed Database

Distributed Database คืออะไร?

Distributed Database เป็นระบบฐานข้อมูลที่กระจายข้อมูลไปยังหลายๆ เซิร์ฟเวอร์หรือ node ที่อยู่ในตำแหน่งทางกายภาพที่แตกต่างกัน แต่ทำงานร่วมกันเสมือนเป็นระบบเดียว โดยมีเป้าหมายหลักดังนี้:

High Availability (HA): ระบบสามารถทำงานต่อได้แม้ว่าบาง node จะล้มเหลว
Scalability: สามารถเพิ่มขีดความสามารถได้ง่ายโดยการเพิ่ม node
Fault Tolerance: มีความทนทานต่อความผิดพลาดของฮาร์ดแวร์หรือเครือข่าย
Geographic Distribution: กระจายข้อมูลไปยังหลายภูมิภาคเพื่อลดความหน่วง (latency)

CockroachDB: Distributed SQL Database

CockroachDB เป็น distributed SQL database ที่ออกแบบมาเพื่อให้มีความทนทาน (resilient) ปรับขนาดได้อย่างง่ายดาย (scalable) และมีความสอดคล้องของข้อมูลแบบ strong consistency โดยได้รับแรงบันดาลใจจาก Google Spanner

จุดเด่นของ CockroachDB:

ACID Transactions: รองรับ ACID transactions แบบเต็มรูปแบบ
SQL Compatible: ใช้ PostgreSQL wire protocol สามารถใช้ SQL syntax ที่คุ้นเคย
Automatic Replication: กระจายและ replicate ข้อมูลอัตโนมัติ
Auto-Sharding: แบ่งข้อมูลอัตโนมัติเพื่อการกระจายภาระ
Self-Healing: ซ่อมแซมและ rebalance ข้อมูลอัตโนมัติเมื่อ node ล้มเหลว
Cloud-Native: ออกแบบมาสำหรับ containerized environments

เปรียบเทียบ CockroachDB กับ Database อื่นๆ

คุณสมบัติ	CockroachDB	PostgreSQL	MySQL	MongoDB	Cassandra
Architecture	Distributed SQL	Single-node/Replica	Single-node/Replica	Distributed Document	Distributed Wide-Column
Consistency Model	Strong Consistency	Strong (single-node)	Strong (single-node)	Eventual/Tunable	Eventual/Tunable
ACID Transactions	✅ Full ACID	✅ Full ACID	✅ Full ACID	⚠️ Limited	❌ No
SQL Support	✅ PostgreSQL compatible	✅ Full SQL	✅ Full SQL	❌ No (uses MQL)	⚠️ CQL (limited)
Horizontal Scaling	✅ Automatic	❌ Manual (via sharding)	❌ Manual (via sharding)	✅ Automatic	✅ Automatic
Auto-Sharding	✅ Yes	❌ No	❌ No	✅ Yes	✅ Yes
Multi-Region	✅ Built-in	⚠️ Via extensions	⚠️ Via replication	✅ Yes	✅ Yes
Automatic Failover	✅ Yes	⚠️ Requires setup	⚠️ Requires setup	✅ Yes	✅ Yes
Schema Management	Fixed Schema (SQL)	Fixed Schema (SQL)	Fixed Schema (SQL)	Flexible Schema	Flexible Schema
Join Operations	✅ Full Support	✅ Full Support	✅ Full Support	⚠️ Limited	⚠️ Limited
Learning Curve	Medium	Low	Low	Medium	Medium-High
Use Case	Global apps, Strong consistency	General purpose	General purpose	Document storage	Time-series, IoT

สรุป:

CockroachDB เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการความสอดคล้องของข้อมูลสูง และต้องการ scale horizontally
PostgreSQL/MySQL เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันแบบดั้งเดิมที่ไม่ต้องการ distribute
MongoDB เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการความยืดหยุ่นของ schema
Cassandra เหมาะสำหรับข้อมูลขนาดใหญ่ที่ยอมรับได้กับ eventual consistency

สถาปัตยกรรมของ CockroachDB Cluster

graph TB
    subgraph "Docker Swarm Cluster"
        subgraph "Manager Node"
            SW[Swarm Manager]
        end
        
        subgraph "Worker Nodes"
            N1[Node 1
CockroachDB]
            N2[Node 2
CockroachDB]
            N3[Node 3
CockroachDB]
            N4[Node 4
CockroachDB]
            N5[Node 5
CockroachDB]
        end
        
        LB[Load Balancer
Port 26257]
        
        SW --> N1
        SW --> N2
        SW --> N3
        SW --> N4
        SW --> N5
        
        LB --> N1
        LB --> N2
        LB --> N3
        LB --> N4
        LB --> N5
    end
    
    CLIENT[Client Application] --> LB
    
    style N1 fill:#4CAF50
    style N2 fill:#4CAF50
    style N3 fill:#4CAF50
    style N4 fill:#4CAF50
    style N5 fill:#4CAF50
    style LB fill:#2196F3
    style SW fill:#FF9800

การทำงานของ Data Replication

graph LR
    subgraph "Range 1"
        R1A[Replica A
Node 1]
        R1B[Replica B
Node 2]
        R1C[Replica C
Node 3]
    end
    
    subgraph "Range 2"
        R2A[Replica A
Node 2]
        R2B[Replica B
Node 3]
        R2C[Replica C
Node 4]
    end
    
    subgraph "Range 3"
        R3A[Replica A
Node 3]
        R3B[Replica B
Node 4]
        R3C[Replica C
Node 5]
    end
    
    R1A -.sync.-> R1B
    R1B -.sync.-> R1C
    R1C -.sync.-> R1A
    
    R2A -.sync.-> R2B
    R2B -.sync.-> R2C
    R2C -.sync.-> R2A
    
    R3A -.sync.-> R3B
    R3B -.sync.-> R3C
    R3C -.sync.-> R3A
    
    style R1A fill:#4CAF50
    style R1B fill:#4CAF50
    style R1C fill:#4CAF50
    style R2A fill:#2196F3
    style R2B fill:#2196F3
    style R2C fill:#2196F3
    style R3A fill:#FF9800
    style R3B fill:#FF9800
    style R3C fill:#FF9800

ข้อกำหนดเบื้องต้น (Prerequisites)

ความต้องการของระบบ

สำหรับแต่ละ Node:

CPU: 2+ cores (แนะนำ 4 cores)
RAM: 4GB ขึ้นไป (แนะนำ 8GB)
Storage: 20GB ขึ้นไป (แนะนำ SSD)
Network: Bandwidth ≥ 1 Gbps

ซอฟต์แวร์ที่ต้องติดตั้ง

Docker Engine (version 20.10+)
Docker Swarm (initialized)
อย่างน้อย 5 เครื่อง สำหรับ 5-node cluster

การเตรียม Docker Swarm

ก่อนเริ่มติดตั้ง CockroachDB เราต้องเตรียม Docker Swarm cluster ให้พร้อมก่อน

ขั้นตอนที่ 1: การตั้งค่า Docker Swarm

1.1 เตรียม Nodes

สมมติว่าเรามี 5 เครื่อง:

manager1: 192.168.1.10 (Manager Node)
worker1: 192.168.1.11
worker2: 192.168.1.12
worker3: 192.168.1.13
worker4: 192.168.1.14

1.2 Initialize Swarm (บน Manager Node)

# บน manager1 (192.168.1.10)
docker swarm init --advertise-addr 192.168.1.10

# คำสั่งนี้จะแสดง token สำหรับ worker nodes
# ตัวอย่าง output:
# Swarm initialized: current node (xxxxx) is now a manager.
# 
# To add a worker to this swarm, run the following command:
#     docker swarm join --token SWMTKN-1-xxxxx 192.168.1.10:2377

1.3 เพิ่ม Worker Nodes

# บนแต่ละ worker node (worker1-4)
docker swarm join --token SWMTKN-1-xxxxx 192.168.1.10:2377

1.4 ตรวจสอบ Swarm Cluster

# บน manager node
docker node ls

# ตัวอย่าง output:
# ID                            HOSTNAME   STATUS    AVAILABILITY   MANAGER STATUS
# abc123 *                      manager1   Ready     Active         Leader
# def456                        worker1    Ready     Active         
# ghi789                        worker2    Ready     Active         
# jkl012                        worker3    Ready     Active         
# mno345                        worker4    Ready     Active

ขั้นตอนที่ 2: การเตรียม Certificates สำหรับโหมด Secure

CockroachDB ในโหมด secure ต้องการ certificates สำหรับการเข้ารหัสการสื่อสารและการยืนยันตัวตน

2.1 สร้าง Directory สำหรับ Certificates

# บน manager node
mkdir -p /opt/cockroachdb/certs
mkdir -p /opt/cockroachdb/ca
cd /opt/cockroachdb

2.2 สร้าง CA Certificate

# ติดตั้ง cockroach binary สำหรับสร้าง certificates
# ดาวน์โหลด cockroach binary
wget -qO- https://binaries.cockroachdb.com/cockroach-v23.1.13.linux-amd64.tgz | tar xvz
sudo cp cockroach-v23.1.13.linux-amd64/cockroach /usr/local/bin/
sudo chmod +x /usr/local/bin/cockroach

# สร้าง CA certificate
cockroach cert create-ca \
  --certs-dir=/opt/cockroachdb/certs \
  --ca-key=/opt/cockroachdb/ca/ca.key \
  --overwrite

# สร้างไฟล์:
# - /opt/cockroachdb/certs/ca.crt (CA certificate)
# - /opt/cockroachdb/ca/ca.key (CA private key)

2.3 สร้าง Node Certificates

# สร้าง certificate สำหรับ nodes
# ใช้ wildcard หรือระบุทุก node
cockroach cert create-node \
  localhost \
  127.0.0.1 \
  cockroach-1 \
  cockroach-2 \
  cockroach-3 \
  cockroach-4 \
  cockroach-5 \
  *.cockroachdb \
  192.168.1.10 \
  192.168.1.11 \
  192.168.1.12 \
  192.168.1.13 \
  192.168.1.14 \
  --certs-dir=/opt/cockroachdb/certs \
  --ca-key=/opt/cockroachdb/ca/ca.key \
  --overwrite

# สร้างไฟล์:
# - /opt/cockroachdb/certs/node.crt
# - /opt/cockroachdb/certs/node.key

2.4 สร้าง Client Certificate สำหรับ root user

# สร้าง certificate สำหรับ root user
cockroach cert create-client \
  root \
  --certs-dir=/opt/cockroachdb/certs \
  --ca-key=/opt/cockroachdb/ca/ca.key \
  --overwrite

# สร้างไฟล์:
# - /opt/cockroachdb/certs/client.root.crt
# - /opt/cockroachdb/certs/client.root.key

2.5 ตั้งค่า Permissions

chmod 600 /opt/cockroachdb/certs/*.key
chmod 644 /opt/cockroachdb/certs/*.crt

2.6 แสดงรายการ Certificates

ls -la /opt/cockroachdb/certs/

# ควรมีไฟล์:
# ca.crt                 - CA certificate
# node.crt               - Node certificate
# node.key               - Node private key
# client.root.crt        - Root client certificate
# client.root.key        - Root client private key

ขั้นตอนที่ 3: การสร้าง Docker Network และ Volume

3.1 สร้าง Overlay Network

# สร้าง overlay network สำหรับ CockroachDB cluster
docker network create \
  --driver overlay \
  --attachable \
  cockroachdb-network

3.2 ตรวจสอบ Network

docker network ls | grep cockroachdb

# Output:
# xxxxxxxxxx   cockroachdb-network   overlay   swarm

3.3 Label Nodes สำหรับการกระจาย

# Label แต่ละ node เพื่อควบคุมการกระจาย containers
docker node update --label-add cockroachdb.node=1 manager1
docker node update --label-add cockroachdb.node=2 worker1
docker node update --label-add cockroachdb.node=3 worker2
docker node update --label-add cockroachdb.node=4 worker3
docker node update --label-add cockroachdb.node=5 worker4

# ตรวจสอบ labels
docker node inspect manager1 --format '{{ .Spec.Labels }}'

ขั้นตอนที่ 4: การสร้าง Docker Stack Configuration

4.1 สร้าง Docker Compose File

สร้างไฟล์ cockroachdb-stack.yml:

version: '3.8'

services:
  cockroach-1:
    image: cockroachdb/cockroach:v23.1.13
    hostname: cockroach-1
    networks:
      - cockroachdb-network
    volumes:
      - cockroach-1-data:/cockroach/cockroach-data
      - /opt/cockroachdb/certs:/cockroach/certs:ro
    command: start --certs-dir=/cockroach/certs --advertise-addr=cockroach-1 --join=cockroach-1,cockroach-2,cockroach-3,cockroach-4,cockroach-5 --cache=.25 --max-sql-memory=.25
    deploy:
      placement:
        constraints:
          - node.labels.cockroachdb.node == 1
      restart_policy:
        condition: on-failure
        delay: 10s
        max_attempts: 3
    ports:
      - target: 26257
        published: 26257
        mode: host
      - target: 8080
        published: 8080
        mode: host

  cockroach-2:
    image: cockroachdb/cockroach:v23.1.13
    hostname: cockroach-2
    networks:
      - cockroachdb-network
    volumes:
      - cockroach-2-data:/cockroach/cockroach-data
      - /opt/cockroachdb/certs:/cockroach/certs:ro
    command: start --certs-dir=/cockroach/certs --advertise-addr=cockroach-2 --join=cockroach-1,cockroach-2,cockroach-3,cockroach-4,cockroach-5 --cache=.25 --max-sql-memory=.25
    deploy:
      placement:
        constraints:
          - node.labels.cockroachdb.node == 2
      restart_policy:
        condition: on-failure
        delay: 10s
        max_attempts: 3
    ports:
      - target: 26257
        published: 26257
        mode: host
      - target: 8080
        published: 8080
        mode: host

  cockroach-3:
    image: cockroachdb/cockroach:v23.1.13
    hostname: cockroach-3
    networks:
      - cockroachdb-network
    volumes:
      - cockroach-3-data:/cockroach/cockroach-data
      - /opt/cockroachdb/certs:/cockroach/certs:ro
    command: start --certs-dir=/cockroach/certs --advertise-addr=cockroach-3 --join=cockroach-1,cockroach-2,cockroach-3,cockroach-4,cockroach-5 --cache=.25 --max-sql-memory=.25
    deploy:
      placement:
        constraints:
          - node.labels.cockroachdb.node == 3
      restart_policy:
        condition: on-failure
        delay: 10s
        max_attempts: 3
    ports:
      - target: 26257
        published: 26257
        mode: host
      - target: 8080
        published: 8080
        mode: host

  cockroach-4:
    image: cockroachdb/cockroach:v23.1.13
    hostname: cockroach-4
    networks:
      - cockroachdb-network
    volumes:
      - cockroach-4-data:/cockroach/cockroach-data
      - /opt/cockroachdb/certs:/cockroach/certs:ro
    command: start --certs-dir=/cockroach/certs --advertise-addr=cockroach-4 --join=cockroach-1,cockroach-2,cockroach-3,cockroach-4,cockroach-5 --cache=.25 --max-sql-memory=.25
    deploy:
      placement:
        constraints:
          - node.labels.cockroachdb.node == 4
      restart_policy:
        condition: on-failure
        delay: 10s
        max_attempts: 3
    ports:
      - target: 26257
        published: 26257
        mode: host
      - target: 8080
        published: 8080
        mode: host

  cockroach-5:
    image: cockroachdb/cockroach:v23.1.13
    hostname: cockroach-5
    networks:
      - cockroachdb-network
    volumes:
      - cockroach-5-data:/cockroach/cockroach-data
      - /opt/cockroachdb/certs:/cockroach/certs:ro
    command: start --certs-dir=/cockroach/certs --advertise-addr=cockroach-5 --join=cockroach-1,cockroach-2,cockroach-3,cockroach-4,cockroach-5 --cache=.25 --max-sql-memory=.25
    deploy:
      placement:
        constraints:
          - node.labels.cockroachdb.node == 5
      restart_policy:
        condition: on-failure
        delay: 10s
        max_attempts: 3
    ports:
      - target: 26257
        published: 26257
        mode: host
      - target: 8080
        published: 8080
        mode: host

networks:
  cockroachdb-network:
    external: true

volumes:
  cockroach-1-data:
  cockroach-2-data:
  cockroach-3-data:
  cockroach-4-data:
  cockroach-5-data:

4.2 อธิบาย Configuration

Command Parameters:

--certs-dir: ระบุตำแหน่งของ certificates
--advertise-addr: ที่อยู่ที่ node นี้จะโฆษณาให้ nodes อื่นรู้จัก
--join: รายชื่อของ nodes ทั้งหมดใน cluster
--cache: จำนวน memory ที่ใช้สำหรับ cache (25% ของ RAM)
--max-sql-memory: จำนวน memory สูงสุดสำหรับ SQL queries

Port Mappings:

26257: SQL port (สำหรับ client connections)
8080: HTTP port (สำหรับ Admin UI)

Volumes:

แต่ละ node มี volume แยกกันสำหรับเก็บข้อมูล
Certificates mount แบบ read-only

ขั้นตอนที่ 5: Deploy CockroachDB Stack

5.1 Deploy Stack

# Deploy stack to Docker Swarm
docker stack deploy -c cockroachdb-stack.yml cockroachdb

# Output:
# Creating service cockroachdb_cockroach-1
# Creating service cockroachdb_cockroach-2
# Creating service cockroachdb_cockroach-3
# Creating service cockroachdb_cockroach-4
# Creating service cockroachdb_cockroach-5

5.2 ตรวจสอบ Services

# ดู services ที่สร้าง
docker stack services cockroachdb

# Output:
# ID             NAME                        MODE         REPLICAS   IMAGE
# xxx1           cockroachdb_cockroach-1     replicated   1/1        cockroachdb/cockroach:v23.1.13
# xxx2           cockroachdb_cockroach-2     replicated   1/1        cockroachdb/cockroach:v23.1.13
# xxx3           cockroachdb_cockroach-3     replicated   1/1        cockroachdb/cockroach:v23.1.13
# xxx4           cockroachdb_cockroach-4     replicated   1/1        cockroachdb/cockroach:v23.1.13
# xxx5           cockroachdb_cockroach-5     replicated   1/1        cockroachdb/cockroach:v23.1.13

5.3 ตรวจสอบ Containers

# ดู containers ที่ running
docker stack ps cockroachdb

# หรือดูแบบละเอียด
docker stack ps cockroachdb --no-trunc

5.4 ดู Logs

# ดู logs ของ service ใดๆ
docker service logs cockroachdb_cockroach-1 -f

# ดู logs ของทุก services
docker service logs cockroachdb_cockroach-1 cockroachdb_cockroach-2 cockroachdb_cockroach-3 -f

ขั้นตอนที่ 6: Initialize Cluster

6.1 Initialize Cluster

หลังจาก deploy แล้ว เราต้อง initialize cluster:

# Execute init command บน node แรก
docker exec -it $(docker ps -q -f name=cockroachdb_cockroach-1) \
  ./cockroach init \
  --certs-dir=/cockroach/certs \
  --host=cockroach-1

# Output:
# Cluster successfully initialized

6.2 ตรวจสอบ Cluster Status

# ตรวจสอบสถานะ cluster
docker exec -it $(docker ps -q -f name=cockroachdb_cockroach-1) \
  ./cockroach node status \
  --certs-dir=/cockroach/certs \
  --host=cockroach-1

# Output แสดง:
# id | address | sql_address | build | started_at | updated_at | locality | is_available | is_live

ขั้นตอนที่ 7: การเข้าถึง CockroachDB

7.1 เข้าถึงผ่าน SQL Shell

# เข้าสู่ SQL shell
docker exec -it $(docker ps -q -f name=cockroachdb_cockroach-1) \
  ./cockroach sql \
  --certs-dir=/cockroach/certs \
  --host=cockroach-1

# หรือจาก host machine (ถ้าติดตั้ง cockroach binary)
cockroach sql \
  --certs-dir=/opt/cockroachdb/certs \
  --host=192.168.1.10:26257

# Output:
# #
# # Welcome to the CockroachDB SQL shell.
# # All statements must be terminated by a semicolon.
# # To exit, type: \q.
# #

7.2 เข้าถึง Admin UI

เปิดเว็บบราวเซอร์และไปที่:

https://192.168.1.10:8080
หรือ
https://<any-node-ip>:8080

หมายเหตุ: เนื่องจากใช้ self-signed certificate จะมีคำเตือนจากบราวเซอร์ ให้ proceed ต่อได้

ขั้นตอนที่ 8: ตัวอย่างการใช้งาน

8.1 สร้าง Database และ Table

-- สร้าง database
CREATE DATABASE company;

-- ใช้ database
USE company;

-- สร้าง table
CREATE TABLE employees (
    id UUID PRIMARY KEY DEFAULT gen_random_uuid(),
    first_name STRING NOT NULL,
    last_name STRING NOT NULL,
    email STRING UNIQUE NOT NULL,
    department STRING,
    salary DECIMAL(10,2),
    hire_date DATE DEFAULT CURRENT_DATE,
    created_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    INDEX idx_department (department),
    INDEX idx_email (email)
);

-- สร้าง table สำหรับ departments
CREATE TABLE departments (
    id UUID PRIMARY KEY DEFAULT gen_random_uuid(),
    name STRING NOT NULL,
    budget DECIMAL(12,2),
    manager_id UUID,
    created_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

-- แสดงโครงสร้างของ table
SHOW CREATE TABLE employees;

8.2 Insert ข้อมูล

-- Insert ข้อมูลพนักงาน
INSERT INTO employees (first_name, last_name, email, department, salary) VALUES
    ('สมชาย', 'ใจดี', 'somchai@company.com', 'Engineering', 55000.00),
    ('สมหญิง', 'รักงาน', 'somsing@company.com', 'Engineering', 52000.00),
    ('ประยุทธ', 'ทำงานหนัก', 'prayut@company.com', 'Sales', 48000.00),
    ('วิภา', 'ขยัน', 'wipa@company.com', 'Marketing', 50000.00),
    ('นพดล', 'สุขใจ', 'nopadon@company.com', 'HR', 45000.00);

-- Insert departments
INSERT INTO departments (name, budget) VALUES
    ('Engineering', 5000000.00),
    ('Sales', 3000000.00),
    ('Marketing', 2000000.00),
    ('HR', 1500000.00);

-- ตรวจสอบข้อมูล
SELECT * FROM employees;

8.3 Query ข้อมูล

-- Query พื้นฐาน
SELECT first_name, last_name, department, salary 
FROM employees 
ORDER BY salary DESC;

-- Query ด้วย JOIN
SELECT 
    e.first_name,
    e.last_name,
    e.department,
    d.budget as department_budget
FROM employees e
JOIN departments d ON e.department = d.name;

-- Aggregate functions
SELECT 
    department,
    COUNT(*) as employee_count,
    AVG(salary) as avg_salary,
    MAX(salary) as max_salary,
    MIN(salary) as min_salary
FROM employees
GROUP BY department
ORDER BY avg_salary DESC;

-- Window functions
SELECT 
    first_name,
    last_name,
    department,
    salary,
    AVG(salary) OVER (PARTITION BY department) as dept_avg_salary,
    RANK() OVER (PARTITION BY department ORDER BY salary DESC) as salary_rank
FROM employees;

8.4 Transactions

-- เริ่ม transaction
BEGIN;

-- Update salary
UPDATE employees 
SET salary = salary * 1.10 
WHERE department = 'Engineering';

-- ตรวจสอบผลลัพธ์
SELECT first_name, last_name, salary 
FROM employees 
WHERE department = 'Engineering';

-- Commit หรือ Rollback
COMMIT;
-- หรือ
-- ROLLBACK;

8.5 การทดสอบ High Availability

-- Query เพื่อดูการกระจายข้อมูล
SHOW RANGES FROM TABLE employees;

-- ดู replica placements
SELECT 
    start_key,
    end_key,
    replicas,
    lease_holder
FROM [SHOW RANGES FROM TABLE employees];

ขั้นตอนที่ 9: การเชื่อมต่อจาก Application

9.1 Connection String

# Connection string format
postgresql://root@<any-node-ip>:26257/defaultdb?sslmode=verify-full&sslrootcert=<path-to-ca.crt>&sslcert=<path-to-client.root.crt>&sslkey=<path-to-client.root.key>

9.2 Python Example

import psycopg2
from psycopg2 import sql

# Connection parameters
conn_params = {
    'host': '192.168.1.10',
    'port': 26257,
    'database': 'company',
    'user': 'root',
    'sslmode': 'verify-full',
    'sslrootcert': '/path/to/ca.crt',
    'sslcert': '/path/to/client.root.crt',
    'sslkey': '/path/to/client.root.key'
}

# สร้าง connection
try:
    conn = psycopg2.connect(**conn_params)
    conn.set_session(autocommit=True)
    
    # สร้าง cursor
    cur = conn.cursor()
    
    # Execute query
    cur.execute("SELECT first_name, last_name, department FROM employees")
    
    # Fetch results
    rows = cur.fetchall()
    for row in rows:
        print(f"Name: {row[0]} {row[1]}, Department: {row[2]}")
    
    # Close cursor และ connection
    cur.close()
    conn.close()
    
except Exception as e:
    print(f"Error: {e}")

9.3 Node.js Example

const { Pool } = require('pg');
const fs = require('fs');

// สร้าง connection pool
const pool = new Pool({
    host: '192.168.1.10',
    port: 26257,
    database: 'company',
    user: 'root',
    ssl: {
        rejectUnauthorized: true,
        ca: fs.readFileSync('/path/to/ca.crt').toString(),
        cert: fs.readFileSync('/path/to/client.root.crt').toString(),
        key: fs.readFileSync('/path/to/client.root.key').toString()
    }
});

// Query function
async function queryEmployees() {
    const client = await pool.connect();
    try {
        const result = await client.query(
            'SELECT first_name, last_name, department FROM employees'
        );
        console.log('Employees:', result.rows);
    } finally {
        client.release();
    }
}

// Execute
queryEmployees().catch(console.error);

9.4 Go Example

package main

import (
    "database/sql"
    "fmt"
    "log"
    
    _ "github.com/lib/pq"
)

func main() {
    // Connection string
    connStr := "postgresql://root@192.168.1.10:26257/company?" +
        "sslmode=verify-full&" +
        "sslrootcert=/path/to/ca.crt&" +
        "sslcert=/path/to/client.root.crt&" +
        "sslkey=/path/to/client.root.key"
    
    // เปิด connection
    db, err := sql.Open("postgres", connStr)
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    defer db.Close()
    
    // Test connection
    err = db.Ping()
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    
    // Query
    rows, err := db.Query("SELECT first_name, last_name, department FROM employees")
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    defer rows.Close()
    
    // Iterate results
    for rows.Next() {
        var firstName, lastName, department string
        err := rows.Scan(&firstName, &lastName, &department)
        if err != nil {
            log.Fatal(err)
        }
        fmt.Printf("Name: %s %s, Department: %s\n", firstName, lastName, department)
    }
}

ขั้นตอนที่ 10: Monitoring และ Maintenance

10.1 ตรวจสอบ Cluster Health

-- ตรวจสอบ cluster metrics
SELECT * FROM crdb_internal.node_metrics;

-- ตรวจสอบ replication status
SHOW CLUSTER SETTING cluster.organization;
SHOW ALL CLUSTER SETTINGS;

-- ดู active queries
SELECT query_id, node_id, user_name, start, query 
FROM crdb_internal.cluster_queries 
ORDER BY start DESC 
LIMIT 10;

-- ดู slow queries
SELECT * FROM crdb_internal.cluster_queries 
WHERE now() - start > INTERVAL '5 seconds';

10.2 Backup และ Restore

-- Backup แบบ full
BACKUP DATABASE company 
TO 'nodelocal://1/backups/company-2024-01-01' 
WITH revision_history;

-- Backup แบบ incremental
BACKUP DATABASE company 
TO 'nodelocal://1/backups/company-2024-01-01' 
AS OF SYSTEM TIME '-10s';

-- Restore database
RESTORE DATABASE company 
FROM 'nodelocal://1/backups/company-2024-01-01';

-- Restore table
RESTORE TABLE employees 
FROM 'nodelocal://1/backups/company-2024-01-01';

10.3 Performance Tuning

-- สร้าง index เพิ่มเติม
CREATE INDEX idx_hire_date ON employees(hire_date);

-- Analyze table statistics
ANALYZE employees;

-- ดู execution plan
EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE department = 'Engineering';
EXPLAIN ANALYZE SELECT * FROM employees WHERE department = 'Engineering';

-- ปรับแต่ง cluster settings
SET CLUSTER SETTING sql.stats.automatic_collection.enabled = true;
SET CLUSTER SETTING kv.range_split.by_load_enabled = true;

10.4 Monitoring Scripts

สร้าง monitoring script monitor-cluster.sh:

#!/bin/bash

# สี
RED='\033[0;31m'
GREEN='\033[0;32m'
YELLOW='\033[1;33m'
NC='\033[0m' # No Color

echo "=== CockroachDB Cluster Health Check ==="
echo ""

# ตรวจสอบ services
echo "Checking services..."
docker stack services cockroachdb

echo ""
echo "=== Node Status ==="
docker exec $(docker ps -q -f name=cockroachdb_cockroach-1) \
    ./cockroach node status \
    --certs-dir=/cockroach/certs \
    --host=cockroach-1

echo ""
echo "=== Container Health ==="
for i in {1..5}; do
    container=$(docker ps -q -f name=cockroachdb_cockroach-$i)
    if [ -n "$container" ]; then
        status=$(docker inspect --format='{{.State.Health.Status}}' $container 2>/dev/null)
        if [ "$status" == "healthy" ] || [ -z "$status" ]; then
            echo -e "${GREEN}✓${NC} cockroach-$i: Running"
        else
            echo -e "${RED}✗${NC} cockroach-$i: $status"
        fi
    else
        echo -e "${RED}✗${NC} cockroach-$i: Not found"
    fi
done

echo ""
echo "=== Disk Usage ==="
docker exec $(docker ps -q -f name=cockroachdb_cockroach-1) \
    df -h /cockroach/cockroach-data

ขั้นตอนที่ 11: Load Balancer Configuration

11.1 สร้าง HAProxy Configuration

สร้างไฟล์ haproxy.cfg:

global
    maxconn 4096
    log stdout format raw local0

defaults
    log     global
    mode    tcp
    option  tcplog
    option  dontlognull
    retries 3
    timeout connect 5000ms
    timeout client  50000ms
    timeout server  50000ms

# Admin UI
listen admin
    bind *:8080
    mode http
    stats enable
    stats uri /
    stats refresh 10s

# CockroachDB SQL
listen cockroachdb-sql
    bind *:26257
    mode tcp
    balance roundrobin
    option tcp-check
    server cockroach-1 192.168.1.10:26257 check
    server cockroach-2 192.168.1.11:26257 check
    server cockroach-3 192.168.1.12:26257 check
    server cockroach-4 192.168.1.13:26257 check
    server cockroach-5 192.168.1.14:26257 check

# CockroachDB HTTP/UI
listen cockroachdb-http
    bind *:8081
    mode tcp
    balance roundrobin
    option tcp-check
    server cockroach-1 192.168.1.10:8080 check
    server cockroach-2 192.168.1.11:8080 check
    server cockroach-3 192.168.1.12:8080 check
    server cockroach-4 192.168.1.13:8080 check
    server cockroach-5 192.168.1.14:8080 check

11.2 Deploy HAProxy

# สร้าง directory
mkdir -p /opt/haproxy

# คัดลอก config
cp haproxy.cfg /opt/haproxy/

# Deploy HAProxy
docker service create \
    --name haproxy \
    --publish 26257:26257 \
    --publish 8081:8081 \
    --publish 8080:8080 \
    --mount type=bind,source=/opt/haproxy/haproxy.cfg,target=/usr/local/etc/haproxy/haproxy.cfg \
    --network cockroachdb-network \
    haproxy:latest

การทดสอบ High Availability

Test 1: Node Failure Simulation

# หยุด node 1
docker service scale cockroachdb_cockroach-1=0

# รอสักครู่และตรวจสอบ
docker exec $(docker ps -q -f name=cockroachdb_cockroach-2) \
    ./cockroach node status \
    --certs-dir=/cockroach/certs \
    --host=cockroach-2

# ลอง query ข้อมูล (ควรยังทำงานได้ปกติ)
cockroach sql \
    --certs-dir=/opt/cockroachdb/certs \
    --host=192.168.1.11:26257 \
    --execute="SELECT COUNT(*) FROM company.employees;"

# Start node 1 กลับมา
docker service scale cockroachdb_cockroach-1=1

Test 2: Network Partition Test

# จำลอง network partition (บน worker1)
# Block traffic จาก worker1 ไปยัง nodes อื่น
sudo iptables -A OUTPUT -d 192.168.1.10 -j DROP
sudo iptables -A OUTPUT -d 192.168.1.12 -j DROP

# รอดู automatic rebalancing
# ตรวจสอบ cluster status
docker exec $(docker ps -q -f name=cockroachdb_cockroach-3) \
    ./cockroach node status \
    --certs-dir=/cockroach/certs \
    --host=cockroach-3

# ลบ rules เพื่อ restore network
sudo iptables -D OUTPUT -d 192.168.1.10 -j DROP
sudo iptables -D OUTPUT -d 192.168.1.12 -j DROP

Best Practices

1. Security Best Practices

✅ ใช้ certificates เสมอ - อย่าใช้ insecure mode ใน production
✅ จำกัด network access - ใช้ firewall rules เพื่อจำกัดการเข้าถึง
✅ Rotate certificates - ต่ออายุ certificates ก่อนหมดอายุ
✅ ใช้ strong passwords - สำหรับ database users
✅ Enable audit logging - เพื่อติดตาม database activities

2. Performance Best Practices

✅ ใช้ appropriate indexes - สร้าง indexes ตาม query patterns
✅ Monitor query performance - ติดตาม slow queries
✅ Optimize schema design - ออกแบบ schema ให้เหมาะสมกับ distributed system
✅ Use connection pooling - จาก application side
✅ Configure proper cache sizes - ปรับแต่ง --cache และ --max-sql-memory

3. High Availability Best Practices

✅ Deploy across multiple regions - เพื่อ disaster recovery
✅ Use odd number of nodes - เพื่อ quorum (3, 5, 7 nodes)
✅ Configure replication factor - อย่างน้อย 3 replicas
✅ Monitor node health - ตรวจสอบ node status สม่ำเสมอ
✅ Regular backups - backup ข้อมูลเป็นประจำ

4. Operational Best Practices

✅ Version control configs - เก็บ docker-compose files ใน git
✅ Document procedures - เขียน runbooks สำหรับ operations
✅ Test disaster recovery - ทดสอบ backup/restore เป็นประจำ
✅ Monitor disk usage - ตั้ง alerts สำหรับ disk space
✅ Plan for scaling - เตรียมแผนสำหรับการเพิ่ม nodes

Troubleshooting

ปัญหา 1: Node ไม่สามารถ Join Cluster

อาการ:

failed to connect to node

วิธีแก้:

ตรวจสอบ network connectivity:

docker exec $(docker ps -q -f name=cockroachdb_cockroach-1) ping cockroach-2

ตรวจสอบ certificates:

docker exec $(docker ps -q -f name=cockroachdb_cockroach-1) \
    ls -la /cockroach/certs/

ตรวจสอบ logs:

docker service logs cockroachdb_cockroach-1 | tail -50

ปัญหา 2: Certificate Errors

อาการ:

x509: certificate signed by unknown authority

วิธีแก้:

ตรวจสอบว่า ca.crt ถูก mount ถูกต้อง
Regenerate certificates:

cd /opt/cockroachdb
cockroach cert create-node ... --overwrite

ปัญหา 3: Performance Issues

อาการ: Queries ช้า, high latency

วิธีแก้:

ตรวจสอบ slow queries:

SELECT * FROM crdb_internal.cluster_queries 
WHERE now() - start > INTERVAL '5 seconds';

ดู execution plans:

EXPLAIN ANALYZE <your-slow-query>;

สร้าง indexes ที่เหมาะสม:

CREATE INDEX idx_name ON table_name(column_name);

ปัญหา 4: Disk Space Full

อาการ:

insufficient disk space

วิธีแก้:

ตรวจสอบ disk usage:

docker exec $(docker ps -q -f name=cockroachdb_cockroach-1) \
    df -h /cockroach/cockroach-data

Clean up old data หรือ expand disk
ปรับแต่ง GC settings:

SET CLUSTER SETTING kv.range_merge.queue_enabled = true;

การ Upgrade CockroachDB

Step-by-Step Upgrade Process

# 1. Backup ก่อน upgrade
cockroach sql --certs-dir=/opt/cockroachdb/certs \
    --host=192.168.1.10:26257 \
    --execute="BACKUP DATABASE company TO 'nodelocal://1/backups/pre-upgrade';"

# 2. Update image version ใน docker-compose file
# แก้ image: cockroachdb/cockroach:v23.1.13
# เป็น image: cockroachdb/cockroach:v23.2.0

# 3. Update stack (rolling update)
docker stack deploy -c cockroachdb-stack.yml cockroachdb

# 4. Monitor upgrade process
watch docker stack ps cockroachdb

# 5. Verify cluster health
docker exec $(docker ps -q -f name=cockroachdb_cockroach-1) \
    ./cockroach node status \
    --certs-dir=/cockroach/certs \
    --host=cockroach-1

# 6. Finalize upgrade (if needed)
cockroach sql --certs-dir=/opt/cockroachdb/certs \
    --host=192.168.1.10:26257 \
    --execute="SET CLUSTER SETTING version = '23.2';"

สรุป

การติดตั้ง CockroachDB บน Docker Swarm ในโหมด secure ช่วยให้เราได้ระบบฐานข้อมูลที่:

มีความทนทานสูง - ทนต่อการล้มเหลวของ nodes
ปรับขนาดได้ง่าย - เพิ่ม nodes ได้ตามต้องการ
มีความปลอดภัย - ใช้ TLS encryption ในการสื่อสาร
รองรับ SQL - ใช้ SQL syntax ที่คุ้นเคย
Distributed - กระจายข้อมูลอัตโนมัติ

Key Takeaways

✅ CockroachDB เหมาะสำหรับ applications ที่ต้องการ strong consistency และ high availability
✅ Docker Swarm ช่วยให้การ deploy และ manage CockroachDB cluster ง่ายขึ้น
✅ Secure mode เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ production environments
✅ การ monitor และ maintain cluster เป็นสิ่งสำคัญสำหรับ production operations
✅ CockroachDB มี self-healing capabilities ที่ช่วยลด operational overhead

การติดตั้ง CockroachDB บน Docker Swarm แบบ 5 Node ในโหมด Secure

Introduction: ทำความรู้จักกับ Distributed Database

Distributed Database คืออะไร?

CockroachDB: Distributed SQL Database

เปรียบเทียบ CockroachDB กับ Database อื่นๆ

สถาปัตยกรรมของ CockroachDB Cluster

การทำงานของ Data Replication

ข้อกำหนดเบื้องต้น (Prerequisites)

ความต้องการของระบบ

ซอฟต์แวร์ที่ต้องติดตั้ง

การเตรียม Docker Swarm

ขั้นตอนที่ 1: การตั้งค่า Docker Swarm

1.1 เตรียม Nodes

1.2 Initialize Swarm (บน Manager Node)

1.3 เพิ่ม Worker Nodes

1.4 ตรวจสอบ Swarm Cluster

ขั้นตอนที่ 2: การเตรียม Certificates สำหรับโหมด Secure

2.1 สร้าง Directory สำหรับ Certificates

2.2 สร้าง CA Certificate

2.3 สร้าง Node Certificates

2.4 สร้าง Client Certificate สำหรับ root user

2.5 ตั้งค่า Permissions

2.6 แสดงรายการ Certificates

ขั้นตอนที่ 3: การสร้าง Docker Network และ Volume

3.1 สร้าง Overlay Network

3.2 ตรวจสอบ Network

3.3 Label Nodes สำหรับการกระจาย

ขั้นตอนที่ 4: การสร้าง Docker Stack Configuration

4.1 สร้าง Docker Compose File

4.2 อธิบาย Configuration

ขั้นตอนที่ 5: Deploy CockroachDB Stack

5.1 Deploy Stack

5.2 ตรวจสอบ Services

5.3 ตรวจสอบ Containers

5.4 ดู Logs

ขั้นตอนที่ 6: Initialize Cluster

6.1 Initialize Cluster

6.2 ตรวจสอบ Cluster Status

ขั้นตอนที่ 7: การเข้าถึง CockroachDB

7.1 เข้าถึงผ่าน SQL Shell

7.2 เข้าถึง Admin UI

ขั้นตอนที่ 8: ตัวอย่างการใช้งาน

8.1 สร้าง Database และ Table

8.2 Insert ข้อมูล

8.3 Query ข้อมูล

8.4 Transactions

8.5 การทดสอบ High Availability

ขั้นตอนที่ 9: การเชื่อมต่อจาก Application

9.1 Connection String

9.2 Python Example

9.3 Node.js Example

9.4 Go Example

ขั้นตอนที่ 10: Monitoring และ Maintenance

10.1 ตรวจสอบ Cluster Health

10.2 Backup และ Restore

10.3 Performance Tuning

10.4 Monitoring Scripts

ขั้นตอนที่ 11: Load Balancer Configuration

11.1 สร้าง HAProxy Configuration

11.2 Deploy HAProxy

การทดสอบ High Availability

Test 1: Node Failure Simulation

Test 2: Network Partition Test

Best Practices

1. Security Best Practices

2. Performance Best Practices

3. High Availability Best Practices

4. Operational Best Practices

Troubleshooting

ปัญหา 1: Node ไม่สามารถ Join Cluster

ปัญหา 2: Certificate Errors

ปัญหา 3: Performance Issues

ปัญหา 4: Disk Space Full

การ Upgrade CockroachDB

Step-by-Step Upgrade Process

สรุป

Key Takeaways

แหล่งข้อมูลเพิ่มเติม