CockroachDBの紹介とUbuntu 16.04でのそれを使用したフェールオーバークラスターの構築

翻訳者からの序文： CockroachDBは、かなり若いオープンソースのリレーショナルデータベース管理システム（Apache 2.0ライセンス）であり、元々は（箱から出して水平にスケーリングして） フォールトトレラントとして配布するために作成されました。 2015年に設立されたCockroach Labsの著者は、「SQL機能の豊富さとNoSQLソリューションに馴染みのある水平可用性を組み合わせる」ことを目指しました。 このガイドは、開発会社の従業員の1人によって作成され、クラウドプロバイダーDigitalOceanのWebサイトに公開されており、このDBMSにITスペシャリストを紹介し、その使用方法を実証しています。

はじめに

CockroachDBは、データの一貫性、スケーラビリティ、および存続可能性を提供するオープンソースの分散DBMS（SQL）です。



CockroachDBのセットアップは簡単です。複数のサーバー（ ノード ）にインストールし、コラボレーション（ クラスター ）のために単一のサーバーに結合します 。 すべてのクラスタノードは「対称的に」動作し、同じデータへのアクセスを提供します。 データ用のストレージを増やす必要がある場合は、使用するアーキテクチャで、新しいノードを作成してクラスターに接続するだけで十分です。



これがどのように機能するかの詳細は、 CockroachDBの公式のスケーラビリティモデルのドキュメントで説明されています。 （注：ノードの1つが保存データ量の制限に達すると、CockroachDBは、空き領域がまだ利用可能な他のノードにデータを再配布しようとします。複製係数は複製ゾーンの設定によって決まります。）

このマニュアルの執筆時点では、 [およびその翻訳-約 trans。] CockroachDBにはベータステータスがあったため、このドキュメントを使用して、テクノロジをよく理解し、ミッションクリティカルなソフトウェアで使用するための製品を展開することをお勧めします。



このマニュアルは、クラスター管理インターフェースへの安全なアクセスを提供していません。 正しいURLを知っていれば、誰でも彼に連絡できます。 本番環境でこの構成を使用する場合は、ファイアウォールルールによってポート8080へのアクセスを必ずブロックしてください。

このガイドでは、SSL暗号化を使用しない安全でないインストールについて説明しているため、実稼働環境での使用は推奨されていません。 安全なインストールの詳細については、より完全な記事を参照してください。この記事では、 証明書の作成について説明します。その後、各ノードの開始時にそれらのディレクトリがパラメーターとして追加されます。

準備する

開始する前に、次のものが必要です。

• 2 GB以上のRAMとプライベートネットワーク [DigitalOcean]オプションが有効なUbuntu 16.04を搭載した3台のサーバー。 それらはすべて1つの領域にある必要があります。 この記事では、名前としてcockroach-01
  
  
  
  、 cockroach-02
  
  
  
  、 cockroach-03
  
  
  
  ます。
• 管理者ユーザーを各サーバーに追加する必要があります（rootではなく、sudo特権を使用）。
• すべてのサーバーでは、2つのポートでTCPトラフィックを有効にする必要があります。 UFWがファイアウォールとして構成されている場合、それに応じて構成する必要があります。
  
  
  • 26257-ノード間およびアプリケーションとの相互作用（ sudo ufw allow 26257/tcp
    
    
    
    ）;
  • sudo ufw allow 8080/tcp
    
    
    
    管理UI管理インターフェース用（ sudo ufw allow 8080/tcp
    
    
    
    ）。
• オプション：各サーバーにNTPをインストールして構成します。 （短いテスト用にDBMSをデプロイする場合、これは必要ありません。）

各サーバーの内部および外部IPアドレスを調べます。 マニュアルの後半で、彼らはcockroach_01_public_ip



とcockroach_01_private_ip



形式の表記法を使用します。 DigitalOceanの内部IPを確認するには、コントロールパネルに移動して、情報の上部ブロックの[ プライベートIP]フィールドを確認します。

1. CockroachDBをインストールします

各クラスターノードには、 cockroach



実行可能ファイルが必要です。 以下では、最初のサーバー（ cockroach-01



）へのCockroachDBのインストールについて説明します。これは、他のノードで操作を実行する必要があるのと同様です。



SSHを介してサーバーに接続し、その後、ユーザーのホームディレクトリに最新のcockroach



バイナリをダウンロードしてインストールします。

 $ ssh sammy@cockroach_01_public_ip $ wget https://binaries.cockroachdb.com/cockroach-latest.linux-amd64.tgz?s=do $ tar -xf cockroach-latest.linux-amd64.tgz?s=do --strip=1 cockroach-latest.linux-amd64/cockroach $ sudo mv cockroach /usr/local/bin
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

そのバージョンを認識して、DBMS実行可能ファイルが使用可能であることを確認します。

 $ cockroach version Build Tag: v1.0-rc.1-dirty Build Time: 2017/05/01 18:33:34 Distribution: CCL Platform: linux amd64 Go Version: go1.8.1 C Compiler: gcc 6.3.0 Build SHA-1: 2d4d1ab5c42efb5accf73c9876e6ffd934fdc9e6 Build Type: release
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

これらの手順の後、システムがcockroach



コマンドを見つけられない場合は、ファイルが実際にダウンロードされ、解凍され、移動されていることを確認してください。



クラスタノードになる他の2つのサーバー（ cockroach-02



およびcockroach-03



）でこれらの操作を繰り返します。 その後、クラスター自体を構成できます。

2.最初のノードを構成する

最初のCockroachDBノードであるcockroach-01



がクラスターを起動します。 ただし、その構成には特別なものはありません。1つのDBMSサーバーとして起動し、他のDBMSサーバーに参加します。



クラスターを起動するには、 cockroach-01



次のコマンドを実行します。

 cockroach start --insecure --background --advertise-host=cockroach_01_private_ip
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

SSL暗号化なしでノードを起動し（ --insecure



）、さらなる作業のためにコマンドラインを返し（ --background



）、内部IPを介して他のノードと通信するためにノードを上げます（ --advertise-host



）。 上記のcockroach_01_private_ip



は、最初のサーバーの実際の内部IPに置き換える必要があります。

ノードを起動するときに、サーバーの動作を変更するいくつかの追加フラグ（たとえば、データが保存されているディレクトリ）でノードを設定できることに注意してください 。 これらのフラグはすべて、 公式文書 （英語）で説明されています。

ノード（およびクラスター）が動作し始めたので、クラスターに関する情報を取得するためにCockroachDBに組み込まれている管理UI管理インターフェイスコントロールパネルを使用して、ノードに関する情報を確認できます。 アドレスhttp://cockroach_01_public_ip:8080



移動します（現在、パブリックIPはすでに使用されています）。



ノードが正常に開始されたという事実は、インターフェースに表示されます。









ノードを通知する感嘆符（！）の上にマウスを移動すると、ノードが不足しているため、クラスターのレプリケーションレベルが低い（ レプリケーションが低い ）という説明が表示されます。 現在実行中のノードが1つあると、転倒した場合（安定した動作に必要なノードの数については、以下の段落5をお読みください） 、データは復元されません。



次の段階で、2つのサーバーをクラスターの2つのノードとして追加すると、状況は修正されます。 3つのノードがあるため、CockroachDBはすべてのデータの3つのコピーの可用性を保証し、ノードの1つが落ちた場合のリカバリを保証します。

3. 2番目と3番目のノードをクラスターに追加する

cockroach-02



サーバーで、前の手順の最初のノードと同じ方法でcockroach-02



コマンドを実行しますが、唯一の違いがあります。 DBMSのパラメーターでは、内部IPアドレスを介して最初のノードに参加する必要があることを示しています。 以下のコマンドで、両方の変数をIP（ cockroach_02_private_ip



およびcockroach_01_private_ip



）に置き換えます：

 $ cockroach start --insecure --background \ --advertise-host=cockroach_02_private_ip \ --join=cockroach_01_private_ip:26257
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

3番目のサーバー（ cockroach-03



）で同じコマンドを実行し、そこで内部IPを指定します。 最初のノードにも接続します。

 $ cockroach start --insecure --background \ --advertise-host=cockroach_03_private_ip \ --join=cockroach_01_private_ip:26257
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

任意のノードの管理インターフェース（管理UI）（ http://cockroach_03_public_ip:8080



）に移動し、クラスターが3つのノードで構成されていることを確認します。







すべてのノードは相互接続されており、同じデータにアクセスできます。

4（オプション）。 ノード間のデータ転送のデモンストレーション

任意のノードへのデータの記録は、クラスターの他のすべてのノードに存在することを意味します。 これを実証する最も簡単な方法は、CockroachDBからのサンプルデータ生成を使用し、組み込みSQLクライアントを使用して結果を表示することです。



最初のcockroach-01



ノードで、データを生成します。

 $ cockroach gen example-data | cockroach sql
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

startrek



実験用のデータベースstartrek



。 これで、SQLクライアントを起動して、クラスター内のデータベースのリストを表示できます。

 $ cockroach sql
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

 > SHOW DATABASES; +--------------------+ | Database | +--------------------+ | information_schema | | pg_catalog | | startrek | | system | +--------------------+
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

CockroachDBは独自のSQLダイアレクトで動作することに注意してください 。これは、他のDBMSが提供するものとは異なるSQL標準の拡張機能を備えています。

2番目のcockroach-02



ノードで、同じコマンドを実行できます。

 $ cockroach sql
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

 > SHOW DATABASES;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

1つのノード（ startrek



データベース）で作成されたデータが他のノードで使用できることは簡単にstartrek



ます。 任意のノード（たとえば、 http://cockroach_01_public_ip:8080/#/databases/



）の管理UIインターフェイスの[データベース]タブで、クラスターに存在するデータベースのリストを表示できます。

5（オプション）。 クラスターからノードを削除する

CockroachDBは、サーバーに障害が発生した場合のデータの可用性とデータの整合性を保証します。 障害(n-1)/2



ノード（ n



はクラスター内のノードの総数(n-1)/2



発生しても、DBMSは安定したままです。 したがって、3つのノードを使用したこの例では、1つのノードが（データを失うことなく）落ちる可能性があります。



これを実証するには、クラスターから1つのノードを削除し、データがまだ利用可能かどうかを確認します。 次に（パラグラフ6で）ノードを再びクラスターに接続し、障害中に発生したすべての変更を確実に受信するようにします。



cockroach-02



の2番目のノードで、SQLクライアントを実行し、 quotes



テーブルの行数をカウントquotes



ます。

 $ cockroach sql
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

 > SELECT COUNT(*) FROM startrek.quotes;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

答えは200行です。 <Ctrl> + <c>を押すと、SQLクライアントを終了できます。



次に、このノードをクラスターから削除し、データが他のノードに残っていることを確認します。 これを行うには、 cockroach-02



ノードで、次のコマンドを使用してCockroachDBプロセスを完了します。

 $ cockroach quit
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

別のノード（たとえばcockroach-03



）に移動し、SQLクライアントを起動して、同じテーブル内の行数を確認します。

 $ cockroach sql
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

  SELECT COUNT(*) FROM startrek.quotes;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ノードの1つを切断すると、同じ200行が使用可能になります。

6（オプション）。 ノードをクラスターに再接続する

ここで、ホストの可用性の再開に対するCockroachDBの正しい応答を示します。 これを行うには、まずデータの一部を削除してから、切断されたノードをクラスターに返し、そのデータが関連することを確認します。



作業ノードの1つ（たとえばcockroach-03



）で、 quotes



テーブルからデータの一部を削除quotes



ます。

 > DELETE FROM startrek.quotes WHERE episode > 50; > SELECT COUNT(*) FROM startrek.quotes;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

残り133行。 クラスターから除外されたノード（ cockroach-02



）に戻り、再度実行します。

 $ cockroach start --insecure --background \ --advertise-host=cockroach_02_private_ip \ --join=cockroach_01_private_ip:26257
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ここでSQLクライアントを実行し、 quotes



テーブルの行数を確認quotes



ます

 $ cockroach sql > SELECT COUNT(*) FROM startrek.quotes;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

出力には再び133が表示されます。 したがって、オフラインノードはクラスターに戻るときに変更を受け取りました。



以前に生成されたすべてのデータを削除するには、 cockroach sql



で実行します。

 > DROP TABLE quotes; > DROP TABLE episodes; > DROP DATABASE startrek;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

7（オプション）。 アプリケーション接続

アプリケーションからCockroachDBを使用するには、次のものが必要です。

1. アプリケーションでサポートされているドライバー（CockroachDBはPostgreSQLのドライバーで動作します）。
2. 接続文字列。

以下は一般的な例です-アプリケーションには他のデータが必要な場合があります。



アプリケーションのPostgreSQL互換クライアントのリストからドライバーを選択してインストールします。

CockroachDBはPostgreSQLプロトコルをサポートしていますが、そのSQL言語の構文は異なるため、このDBMSはPostgreSQLの既製の代替品ではないことに注意してください 。

接続文字列は、ポート26257と任意のクラスターノードのIPアドレスを指している必要があります。 ファイアウォールはこのポートでの接続を許可する必要があることに注意してください。



たとえば、ローカルマシン（ localhost



）上のbank



データベースへのユーザーsammy



PHP / PDOでの接続は次のようになります。

 PDO('pgsql:host=localhost;port=26257;dbname=bank;sslmode=disable', 'sammy', null, array( PDO::ATTR_ERRMODE => PDO::ERRMODE_EXCEPTION, PDO::ATTR_EMULATE_PREPARES => true, ));
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

CockroachDBのドキュメントには、さまざまなプログラミング言語用のPostgreSQLクライアントドライバーの使用例が多数あります 。

おわりに

作成された3つのノードのクラスターは、CockroachDBの基本機能とアプリケーションを接続する機能のデモに役立ちました。



CockroachDBは活発に開発されているため、ある日、コントロールパネルに、製品の新しいバージョンの可用性に関するメッセージが表示されます（ CockroachDBの新しいバージョンが利用可能です ）。 [ 更新 ]ボタンをクリックすると、更新されたバイナリファイルへのリンクが使用可能になります。ダウンロードとインストールには、現時点では手動の介入が必要です。



DBMSインストールの水平スケーリングの場合、つまり 新しいノードを追加するには、2番目と3番目のノードに対して実行した手順を繰り返す必要があります。 cockroach



実行可能ファイルをインストールし、クラスターへの接続で実行するだけです。



実稼働環境で CockroachDBを実行する前に、推奨設定を確認してください。 公式の製品ドキュメント（英語）へのメインリンクはwww.cockroachlabs.com/docsです。



更新（5月11日）： CockroachDB 1.0 の最終リリースが既に行われています。 彼の公式発表では、DBMSはBaiduおよびHeroic Labsの実稼働環境で使用されていると述べています。