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游戏服务器架构的演进简史

时间:2017-07-14 21:42来源:知行网www.zhixing123.cn 编辑:麦田守望者

游戏服务器特征

游戏服务器端,是一个会长期运行的程序,并且它还要服务于多个不定时,不定点的网络请求。

所以这类软件的特点是要非常关注稳定性和性能。这类程序如果需要多个协作来提高承载能力,则还要关注部署和扩容的便利性;同时,还需要考虑如何实现某种程度容灾需求。由于多进程协同工作,也带来了开发的复杂度,这也是需要关注的问题。

功能约束,是架构设计决定性因素。基于游戏领域的功能特征,对服务器端系统来说,有以下几个特殊的需求:

  • 对于游戏数据和玩家数据的存储
  • 对玩家数据进行数据广播和同步
  • 把一部分游戏逻辑在服务器上运算,做好验证,防止外挂。

针对以上的需求特征,在服务器端,我们往往会关注对电脑内存和 CPU 的使用,以求在特定业务代码下,能尽量满足承载量和响应延迟的需求。最基本的做法就是“空间换时间”,用各种缓存的方式来以求得 CPU 和内存空间上的平衡。

在 CPU 和内存之上,是另外一个约束因素:网卡。网络带宽直接限制了服务器的处理能力,所以游戏服务器架构也必定要考虑这个因素。

游戏服务器架构要素

对于游戏服务端架构,最重要的三个部分就是,如何使用 CPU、内存、网卡的设计:

  • 内存架构:主要决定服务器如何使用内存,以最大化利用服务器端内存来提高承载量,降低服务延迟。
  • 逻辑架构:设计如何使用进程、线程、协程这些对于 CPU 调度的方案。选择同步、异步等不同的编程模型,以提高服务器的稳定性和承载量。可以分区分服,也可以采用世界服的方式,将相同功能模块划分到不同的服务器来处理。
  • 通信模式:决定使用何种方式通讯。基于游戏类型不同采用不同的通信模式,比如 http,tcp,udp 等。

服务器演化进程  

1、卡牌等休闲游戏弱交互游戏  

服务器基于游戏类型不同,所采用的架构也有所不同,我们先讲一下简单的模型,采用 http 通信模式架构的服务器:

服务器

这种服务器架构和我们常用的 web 服务器架构差不多,也是采用 nginx 负载集群支持服务器的水平扩展,memcache 做缓存。唯一不同的地点不同的在于通信层需要对协议再加工和加密,一般每个公司都有自己的一套基于 http 的协议层框架,很少采用开源框架。

2、长链接游戏服务器  

长连接游戏和弱联网游戏不同的地方在于,长连接中,玩家是有状态的,服务器可以时时和 client 交互,数据的传送,不像弱联网一般每次都需要重新创建一个连接,消息传送的频率以及速度上都快于弱联网游戏。

 1) 第一代网游服务器(单线程无阻塞)

最早的游戏服务器是 1978 年,英国著名的财经学校 University of Essex 的学生 Roy Trubshaw 编写了世界上第一个 MUD 程序,叫做《MUD1》。《MUD1》程序的源代码在 ARPANET 共享之后,在全世界广泛流行起来。不断完善的 MUD1 的基础上产生了开源的 MudOS(1991),成为众多网游的鼻祖。

MUD1 是一款纯文字的世界,没有任何图片,但是不同计算机前的玩家可以在游戏里共同冒险、交流。与以往具有网络联机功能的游戏相比, MUD1 是第一款真正意义上的实时多人交互的网络游戏,它最大的特色是能够保证整个虚拟世界和玩家角色的持续发展——无论是玩家退出后重新登录还是服务器重启,游戏中的场景、宝箱、怪物和谜题仍保持不变,玩家的角色也依然是上次的状态。

MUD

MUD 中文版

MUDOS 使用单线程无阻塞套接字来服务所有玩家,所有玩家的请求都发到同一个线程去处理,主线程每隔 1 秒钟更新一次所有对象(网络收发,对象状态,刷新地图,刷新 NPC)。用户使用 Telnet 之类的客户端用 Tcp 协议连接到 MUDOS 上,使用纯文字进行游戏,每条指令用回车进行分割。这样的系统在当时每台服务器承载个 4000 人同时游戏。从 1991 年的 MUDOS 发布后,全球各地都在为他改进,扩充,推出新版本。

MUDOS 中游戏内容通过 LPC 脚本进行定制,逻辑处理采用单线程 tick 轮询,这也是第一款服务端架构模型,后来被应用到不同游戏上。后续很多游戏都是跟《UO》一样,直接在 MUDOS 上进行二次开发,直到 如今,一些回合制游戏,以及对运算量小的游戏,依然采用这种服务器架构。

服务器架构

第一代服务器架构图

线程模型

线程模型

 2) 第二代网游服务器(分区分服)

2000 年左右,随着图形界面的出现,游戏更多的采用图形界面与用户交互。此时随着在线人数的增加和游戏数据的增加,服务器变得不抗重负。于是就有了分服模型。分服模型结构如下:

分服模型

分服模型是游戏服务器中最典型,也是历久最悠久的模型。在早期服务器的承载量达到上限的时候,游戏开发者就通过架设更多的服务器来解决。这样提供了很多个游戏的“平行世界”,让游戏中的人人之间的比较,产生了更多的空间。其特征是游戏服务器是一个个单独的世界。每个服务器的帐号是独立的,每台服务器用户的状态都是不一样的,一个服就是一个世界,大家各部牵扯。

后来游戏玩家呼吁要跨服打架,于是出现了跨服战,再加上随着游戏的运行,单个服务器的游戏活跃玩家越来越少,所以后期就有了服务器的合并以及迁移,慢慢的以服务器的开放、合并形成了一套成熟的运营手段。目前多数游戏还采用分服的结构来架设服务器,多数页游还是采用这种模式。

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