游戏服务器框架分析

Posted 2020-09-18 VindyLeong 一个略神经病的程

一个大型的网落游戏服务器应该包含几个模块：网络通讯，业务逻辑，数据存储，守护监控（不是必须），其中业务逻辑可能根据具体需要，又划分为好几个子模块。

这里说的模块可以指一个进程，或者一个线程方式存在，本质上就是一些类的封装。

 

对于服务器的并发性，要么采用单进程多线程，要么采用多进程单线程的方式，说说两种方式的优缺点：

 

一、单进程多线程的服务器设计模式，只有一个进程，但一个进程包好多个线程：

网络通讯层，业务逻辑，数据存储，分别在独立的线程中，无守护进程。

优点：

1.数据共享和交换方便，使用全局变量或者单例就可以，数据存储方便。

2.单进程，服务器框架结构相对简单，编码容易。

缺点：

1.所有功能只能在单个物理服务器上，不能做成分布式。

2.不方便监控各个线程状态，容易死锁

3.一个线程出错，例如内存非法访问，栈空间被破坏，那么服务器进程就退出，所有玩家掉线，影响大。

 

二、多进程单线程的服务器设计模式，多个进程，每个进程只有一个线程：

网路通讯，业务逻辑，数据存储，守护进程，分别在不同的进程。

优点：

1.各个进程可以分布在不同的物理服务器上，可以做成分布式的服务器框架，例如可以将数据存储单独放到一个物理服务器上，供几个区的服务器使用。将网络通讯进程独立出来，甚至可以做成导向服务器，实现跨服战。

2.可以通过守护进程监控其它进程状态，例如有进程死掉，马上重启该进程，或者某个进程cpu使用率接近100%（基本可以判断是某个逻辑死循环了）, 强制kill掉该进程，然后重启。

3.单个服务器进程异常退出，只要不是网络通讯进程（一般这个都会比较稳定，没什么逻辑），那么就可以及时被守护进程重启，不会造成玩家掉线，只会造成在1-2秒内，某个逻辑功能无法使用，甚至玩家都感觉不到。

4.服务器通过共享内存进行数据交换，那么如果其中一个服务器死掉，数据还在，可以保护用户数据（当然多线程也可以使用共享内存）。

5.并发性相对多线程要高点。

缺点：

1.不方便使用互斥锁，因为进程切换的时间片远远于线程切换，对于一个高并发服务器是无法允许这么高时间片的切换代价的。因此必须设计好服务器的框架，尽量避开使用锁机制，但要保证数据不出错。

2.多进程编程，在各个进程间会有很多通讯，跨服务器进程的异步消息较多，会让服务器的编码难度加大。

 

下面先按照一个游戏的功能，将服务器的功能分块框架画出来:

 

以上是一个游戏服务器最基础的功能框架图，接下来要做的就是设计服务器的框架了

1.    早期的MMORPG服务器结构
Client<->GameServer<->DB    所有业务,数据集中处理

优点:简单,快速开发 缺点:     1.所有业务放在一起,系统负担大大增加.一个bug可能导致整个服务器崩溃,造成所有玩家掉线甚至丢失等严重后果。     2.开服一刹那,所有玩家全部堆积在同一个新手村.->>>>卡，客户端卡（同屏人数过多渲染/广播风暴） 服务器卡(处理大量同场景消息/广播风暴)

2.    中期-用户分离集群式
                GameServe1 Client            |                    DB                 GameServer2
玩家不断增多->分线->程序自动或玩家手动选择进入 缺点:运营到后期,随着每条线玩家的减少, 互动大大减少。

3.    中后期 数据分离集群式

按地图划分服务器,当前主流     新手村问题：《天龙八部》提出了较好的解决方案，建立多个平行的新手村地图，一主多副，开服时尽可能多的同时容纳新用户的涌入，高等级玩家从其它地图回新手村只能到达主新手村。

4.    当前主流的网络游戏架构

        注：在GateServer和CenterServer之间是有一条TCP连接的。而GameServer和LogServer之间的连接可以是UDP连接。这是有一个大概的图，很多地方需要细化。

GateServer:网关服务器,AgentServer、ProxyServer
 优点:      (1)作为网络通信的中转站，负责维护将内网和外网隔离开，使外部无法直接访问内部服务器，保障内网服务器的安全，一定程度上较少外挂的攻击。     (2)网关服务器负责解析数据包、加解密、超时处理和一定逻辑处理，这样可以提前过滤掉错误包和非法数据包。     (3)客户端程序只需建立与网关服务器的连接即可进入游戏，无需与其它游戏服务器同时建立多条连接，节省了客户端和服务器程序的网络资源开销。     (4)在玩家跳服务器时，不需要断开与网关服务器的连接，玩家数据在不同游戏服务器间的切换是内网切换，切换工作瞬问完成，玩家几乎察觉不到，这保证了游戏的流畅性和良好的用户体验。
   缺点:  1.网关服务器成为高负载情况下的通讯瓶颈问题 2由于网关的单节点故障导致整组服务器无法对外提供服务的问题
   解决：多网关技术。顾名思义，“多网关” 就是同时存在多个网关服务器，比如一组服务器可以配置三台GameGme。当负载较大时，可以通过增加网关服务器来增加网关的总体通讯流量，当一台网关服务器宕机时，它只会影响连接到本服务器的客户端，其它客户端不会受到任何影响。
DCServer:数据中心服务器。主要的功能是缓存玩家角色数据，保证角色数据能快速的读取和保存 CenterServer:全局服务器/中心服务器,也叫WorldServer. 主要负责维持GameServer之间数据的转发和数据广播。另外一些游戏系统也可能会放到Center上处理，比如好友系统,公会系统。
    改进:将网关服务器细化为LogingateServer和多个GameGateServer.

5.    按业务分离式集群 由于网络游戏存在很多的业务，如聊天，战斗，行走，NPC等，可以将某些业务分到单独的服务器上。这样每个服务器的程序则会精简很多。而且一些大流量业务的分离,可以有效的提高游戏服务器人数上限。

 

 

优点：       1.业务的分离使得每种服务器的程序变的简单，这样可以降低出错的几率。即使出错，也不至于影响到每一个整个游戏的进行,而且通过快速启动另一台备用服务器替换出错的服务器。      2.业务的分离使得流量得到了分散，进而相应速度回得到提升 。      3.大部分业务都分离了成了单独的服务器,所以可以动态的添加，从而提高人数上限。
改进：甚至可以将登陆服务器细化拆分建角色,选择角色服务器

6.    一种简单实用的网络游戏服务器架构
下图中每个方框表示一个独立的进程APP组件，每个服务进程如果发生宕机会影响部分用户，整体服务但不会全部中断。在宕机进程重启后，又可以并入整体，全部服务得以继续。

 

gls：game login server，游戏登录服务器，某种程序上，其不是核心组件，gls调用外部的接口，进行基本的用户名密码认证。此外需要实现很多附属的功能：登录排队 （对开服非常有帮助），GM超级登录通道（GM可以不排队进入游戏），封测期间激活用户控制，限制用户登录，控制客户端版本等。 db：实质上是后台sql的大内存缓冲，隔离了数据库操作，比较内存中的数据，只把改变的数据定时批量写入sql。系统的算法，开发稳定性都要求非常高。 center：所有组件都要在这里注册，在线玩家的session状态都在这里集中存放，和各组件有心跳连接。所有对外的接口也全部通过这里。 角色入口：玩家登录游戏后的选择角色 gs：game server，最核心组件，同一地图，所有游戏逻辑相关的功能，都在这里完成。 gate：建立和用户的常链接，主要作sockt转发，屏蔽恶意包，对gs进行保护。协议加密解密功能，一个gate共享多个gs，降低跳转地图连接不上的风险。 IM，关系，寄售：表示其它组件，负责对应的跨地图发生全局的游戏逻辑。
7.另一个架构图

    1-   这是一条WebService的管道，在用户激活该区帐号，或者修改帐号密码的时候，通过这条通道来插入和更新用户的帐号信息。     2-   这也是一条WebService管道，用来获取和控制用户该该组内的角色信息，以及进行付费商城代币之类的更新操作。     3-   这是一条本地的TCP/IP连接，这条连接主要用来进行服务器组在登陆服务器的注册，以及登陆服务器验证帐户后，向用户服务器注册帐户登陆信息，以及进行对已经登陆的帐户角色信息进行操作（比如踢掉当前登陆的角色），还有服务器组的信息更新（当前在线玩家数量等）。     4-   这也是一条本地TCP/IP连接，这条连接用来对连接到GameServer的客户端进行验证，以及获取角色数据信息，还有传回GameServer上角色的数据信息改变。     5-   这条连接也是一条本地的TCP/IP连接，它用来进行公共信息服务器和数个游戏服务器间的交互，用来交换一些游戏世界级的信息（比如公会信息，跨服组队信息，跨服聊天频道等）。     6-   这里的两条连接，想表达的意思是，UserServer和GameServer的Agent是可以互换使用的，也就是玩家进入组内之后，就不需要再切换 Agent。如果不怕乱套，也可以把登陆服务器的Agent也算上，这样用户整个过程里就不需要再更换Agent，减少重复连接的次数，也提高了稳定性。 （毕竟连接次数少了，也降低了连不上服务器的出现几率） 在这个架构里面，GameServer实际上是一个游戏逻辑的综合体，里面可以再去扩展成几个不同的逻辑服务器，通过PublicServer进行公共数据交换。     UserServer实 际上扮演了一个ServerGroup的领头羊的角色，它负责向LoginServer注册和更新服务器组的信息（名字，当前人数），并且对Agent进 行调度，对选择了该组的玩家提供一个用户量最少的Agent。同时，它也兼了一个角色管理服务器的功能，发送给客户端当前的角色列表，角色的创建，删除， 选择等管理操作，都是在这里进行的。而且，它还是一个用户信息的验证服务器，GameServer需要通过它来进行客户端的合法性验证，以及获取玩家选择 的角色数据信息。 采用这种架构的游戏，通常有以下表现。     1- 用户必须激活一个大区，才能在大区内登陆自己的帐号。     2- 用户启动客户端的时候，弹出一个登陆器，选择大区。     3- 用户启动真正的客户端的时候，一开始就是输入帐号密码。     4- 帐号验证完成之后，进行区内的服务器选择。     5- 服务器选择完成之后，进入角色管理。同时，角色在不同的服务器里不能共享。