游戏服务器开发技术总结

Posted 2022-12-11 帝王铠

去研究新的方向了，总结下过去

游戏类型

• MMORPG
• FPS
• 文字/解密
• 2D格斗
• 赛车、球类竞技运动模拟
• 休闲小游戏
• 其他

本文以MMORPG类型为例，总结服务器开发的技术栈。

架构

• 多服架构，目前主流MMORPG服务器为了提升承载人数，采用多达几十个服务器进程来形成一组游戏服务器服务玩家。通常会按功能分类，比如全局服，代理服，聊天服，战场服，排行榜服，组队服等等。也会按功能或者场景分，比如主城场景和副本场景分开配置在不同的服务器上。网络拓扑结构，服务自动发现和注册，总线结构或者网状结构，单个进程挂掉影响不大，灵活水平扩展。
• 数据库通常采用关系型数据库如mysql，配置多个数据库缓存进程多线程来访问数据库。序列化存入与反序列化读取。数据备份，从库策略。
• IO多路复用网络，游戏服务器对并发相比互联网程序要求不高，但对延迟要求苛刻。所以必然是独立的网络线程，甚至用协程来处理网络连接。采用TCP或者UDP，涉及网络库，自定义协议以及加密。
• 逻辑主循环处理逻辑，帧率随游戏不同而要求不同，tick管理，游戏卡顿后的追帧。同时包含海量游戏玩法，各种功能模块。
• 日志，一般是独立的日志进程。主要分为文本日志记录报错信息和玩法数据日志提供给运营分析。文本日志一般会记载服务器磁盘上，会有一定的磁盘io风险。运营是需求玩法内埋点统计，会发到数据中心，然后做出各种图表分析展示。

基础功能

• 场景管理，地图管理，按格子划分地图。阻挡以及动态阻挡。
• AOI（Area of Interest）对象进入和离开的维护列表，移动同步视野内的对象，战斗进站脱战的同步。常见有九宫格，六边形网格，十字链表等方法。
• 寻路，A*以及改进避免墙根，跨图寻路，主干道或者基于格子的寻路
• 状态同步或帧同步，录像回放，移动同步
• 热更新机制
• AI状态机，有限状态机，行为树。
• 流程图或蓝图。
• 功能开关

存储

• mysql

  • 备份
  • 从库
  • 存储引擎 InnoDB MyISAM
  • 索引，最左匹配原则，失效及优化
  • 数据库事务，存储过程，触发器
  • sql语句优化，explain分析，选择合适的数据类型，表的拆分，系统配置

• nosql 以redis为例

  • 防止脏读
  • 分布式锁
  • 异步队列
  • 增量持久化
  • 同步机制
  • 集群

通信

多线程或线程池由于竞争和死锁可能不被采用，目前较多的是I/O多路复用模型。

• 系统内核提供

  • select
  • poll
  • kqueue
  • epoll
  • IOCP

• 应用层编程模型

  • Reactor
  • Proactor
  • Actor

• 常见网路开源库

  • libevent/libev Reactor模型
  • Mogo Reactor模型
  • Boost:Asio Proactor模型
  • Skynet Actor模型

利用多核cpu优势设置最优线程数，还有通信方式如下

• 共享内存

• 管道

• Socket

  • http短链接，与第三方接口交互
  • TCP/UDP自己优化协议与序列化
  • 非阻塞调用，多路复用epoll
  • libevent，libev，Boost.Asio，skynet等多线程网络库
  • 支持SSL

• 通信协议

  • rpc协议 protobuf
  • 频率限制与熔断
  • 心跳检测，版本号
  • TCP之Nagle算法和延迟确认及关闭参数，丢包与拥塞控制算法BBR
  • UDP自定义解析与约定
  • 组播
  • 消息队列，持久化
  • 加密协议，防注入，http正反向代理

逻辑

• 正确
  首先要保证实现逻辑正确，服务器和客户端数据同步，多进程间数据同步，以及一些玩法操作，如背包到仓库转移道具，玩家下线保存数据。

• 安全
  注重编程安全，不相信来源客户端的数据，接口进行效验。比如购物流程，先消耗货币时然后记日志再发货。

• 高效
  利用适当的数据结构如map或者数组存储数据，用适当的算法进行排序或查找。

• 易于维护
  代码结构清楚，接口定义名字显而易懂，适当出事。别人可以轻松调用你提供的接口和理解你的代码，易于维护和扩展。

运营

• Prometheus拉取日志
• Granfana监测数据或者展示数据
• 基于Docker容器和Kubernetes编排快速部署
• 云服务器

开发与调试

• 开发语言 C/C++，lua， python，go

• gdb

  • bt查看堆栈
  • n/ni，s/si单步
  • disassemble反汇编

• IDA

• lua或者python下相关的调试工具

• 堆栈溢出，数组越界，野指针，未初始化内存

性能分析

• 基础

  • cpu

    • 寄存器
    • L1，L2，L3级缓存
    • 多核
    • 流水线，分支预测，不做防御性编程

  • 内存

    • 物理地址，虚拟地址，逻辑地址，线性地址
    • 减少读写内存的次数

• 分析工具

  • CPU：ps，top，sar
  • 内存：free，vmstat
  • io：iostat，iotop
  • 网络：ifconfig，netstat
  • 函数调用：perf

安全

• DDOS攻击

  • IP黑白名单
  • 硬件网关拦截
  • 服务器对通信进行逻辑判断及使用的资源进行预估

• 外挂

  • 伪造服务器通信协议
  • 注入，接口改参数调用
  • 修改客户端所在内存