分布式游戏服务器设计
2024-04-08 03:34:18
分布式游戏服务器设计
- 服务器解释
- 整体设计图
- 网关服务器
- 网络连接
- 消息处理
- 权限管理
- 业务支持
- 消息路由
- 登录服务器
- 网络连接
- 用户注册
- 用户登录
- 中心服务器
- 用户管理
- 消息推送
- 全局功能
- 游戏服务器
- 数据读取
- 数据落地
- 消息处理
- 存储服务器
- 工作模式
- 数据一致性
- 依赖系统
- 服务发现
- 消息队列
- 存储系统
服务器解释
- 网关服务器 Gateway Server，与客户端保持长连接并转发消息给中心服务器和游戏服务器
- 登录服务器 Login Server，与网关服务器连接之前的登录业务
- 中心服务器 Center Server，全局功能及消息推送
- 游戏服务器 Game Server，游戏的核心场景实现
- 存储服务器 Database Sever，数据库访问的连接代理
整体设计图
网关服务器
网络连接
- 保持TCP连接
- 实现多服特性时，客户端无需重新连接，提高切服的成功率和速度。
- 对于无状态的Game Server，可以进行无感重启
- 实现单点登录特性时，继承旧的会话，断开旧的连接，接入新的连接，无需下线
- 流量限制
- 防止用户通过单TCP连接内发出巨大流量，从而恶意消耗服务器的CPU资源
- 横向扩展
- 提高并发性能
- 多个Gateway Server同时存在时，仍然实现单点登录特性，继承旧的会话，无需下线
消息处理
- 消息内容压缩
- 略微增加了CPU负载
- 大量减少了服务器外网带宽消耗
- 减少了传输延迟
- 消息内容加密
- 防止用户通过流量捕获软件获取数据包，识别内容涵义后，通过发包工具伪造数据包。
- 消息内容中添加每次连接新生成的key，来防止用户通过录包软件发送固定的包序列充当机器人。
- 消息序列(Sequence)验证
- 判定客户端是否出现了发送消息的丢失或者异常
- 防止用户通过录包软件重复发送单条消息
- 消息完整性(CRC)验证
- 判定切包正常
- 判定数据包是否在通过网络层被更改过。
- 消息时间戳验证
- 检查消息包的时间戳，如果超时太久，则丢弃数据包。
权限管理
- token验证
- 通过客户端提供的token，验证接入权限
- 黑名单
- 获取玩家的用户id，查询用户权限，判定是否可以接入
- 版本验证
- 识别客户端多版本，提供多版本服务器路由支持
- 识别客户端无效版本，提示升级客户端
- 心跳
- 心跳比TCP连接超时更为敏感，可覆盖更多类型的逻辑及网络异常，可及时释放连接。服务器负责监听会话的客户端心跳（PING），超时即主动断开，客户端会话也会监听服务器心跳（PONG），超时即主动断开
- 通过心跳的时间戳来评估网络延迟，作为服务器故障判断的一种依据
- 通过心跳的时间戳来评估网络延迟，在客户端显示网络信号状态
- 强制下线
- 当用户被判定为黑名单时，需要从Gateway Server上强制断开TCP连接，下次登录自动进入黑名单流程。
业务支持
- 多级数据支持
- 当Game Server仅拥有二级数据(比如游戏角色)的读写权限时，Gateway Server可以用来负责一级数据(比如账号昵称，创建角色)的读写业务。
- 登录控制
- 控制服务器的同时在线人数，尽量保证服务器的CPU使用率在50%以下，当同时在线人数超过阈值以后，不允许进入服务器，进入排队系统。
- 排队系统
- 玩家登录鉴权通过以后，如果当前在线人数过多，则保持登录连接，进入等待队列。
- 在线统计
- 通过有效连接数来统计总在线人数
- 登录验证
- Database登录，每次重连Gateway Server负责都去访问数据库中的账号数据表
- Session登录, session过期前的第一次登录由Login Server访问数据库中的账号数据表，将session 键值对存入缓存。用户获得session key，在session过期前请求Gateway Server，服务器通过查询缓存进行鉴权
- Token登录， session过期前第一次登录由Login Server访问数据库中的账号数据表，服务器不缓存token。用户获得token，在token过期前，请求Gateway Server，服务器通过算法获取token里面的加密信息进行鉴权
消息路由
- 转发请求消息
- 根据消息所带的组别，路由消息至对应的Game Server
- 根据客户端所用版本，路由消息至对应的Game Server
- 转发响应消息
- 接收用户Id应该发出的消息，并向用户发出
- 消息传输到错误的Gateway Server后，可以自动路由到正确的Gateway Server
- 用户已经断开连接，丢弃数据包
- 广播消息
- 对于全局消息，接受消息后，遍历所有在线玩家进行发送
- 对于特定的名单的消息，提供名单群体推送功能
- 对于特定的频道的消息，提供频道群体推送功能
登录服务器
网络连接
- Http服务器
- 没有前置的Login Gateway Server，明文传输
- TCP服务器
- 前置Login Gateway Server，Login Gateway Server 是一个精简版的Gateway Server，仅仅用于数据包的编解码
用户注册
- 创建新账号
- 建立账号类型，账号名，账号id等信息
- 支持多种用户类型
- 游客账号
- 自有平台账号
- 手机账号，拥有短信验证绑定流程
- 第三方登录，需要等待第三方服务器http验证，每一个渠道账号使用独立的mysql数据表
用户登录
- 访问账号数据表
- Session登录, Session过期前的第一次登录由Login Server访问数据库中的账号数据表，并将结果返回给客户端
- Token登录，Token过期前的第一次登录由Login Server访问数据库中的账号数据表，并将结果返回给客户端
中心服务器
用户管理
- 全局用户表
- 所有Gateway Server和Game Server的登录都需要在Center Server注册，如果Center Server设计为多线程，则每次注册和反注册都要上锁。
- 单点登录
- 当相同玩家id从另一个Gateway节点登录的时候，通过全局用户表，寻找原来的用户的TCP连接所在的Gateway Server，重定向到原来的会话，取代旧的TCP连接
消息推送
推送实现方式
- 推送和全局用户表注册可以设计在一个线程当中，优势是可以不需要上锁，劣势是推送功能是非核心逻辑，全局用户表是核心逻辑，当推送达到性能瓶颈后，会影响核心逻辑的正常运行，降低了抗风险能力。
- 推送和全局用户表不在同一个线程当中，优势是可以发挥多线程的逻辑优势，劣势是所有对全局表的访问需要上锁。
- 推送独立进程，推送作为聊天服务器（Chat Server）独立存在，优势是和Center Server不会有性能影响，劣势是要达到数据实时互通，一种方式是Gateway Server同时注册到Center Server和Chat Server，另一种方式是Center Server主动同步数据给Chat Server
全局广播
- 标记类型为全局广播，发送给所有的Gateway Server，Gateway Server遍历所有连接，发送消息包。
频道广播
- 标记类型为频道广播，额外带上具体的频道号，频道数据保存在Gateway Server中，发送给所有Gateway Server，遍历所有连接，匹配频道，匹配成功发送消息包。
名单广播
- 维护特定的组织关系（例如公会），这个组织关系应当不在Game Server中体现，从Center Server中定位到具体Gateway Server，然后把名单和消息内容发给Gateway Server，Gateway Server比对名单内容，然后发送消息。
- 私聊，指定特定玩家id进行通知，从Center Server中定位到具体Gateway Server，然后把名单和消息内容发给Gateway Server，Gateway Server比对名单内容，然后发送消息。
全局功能
- 支付到账
- 工会系统
- 好友系统
- 排行榜系统
- 全局数据实时同步
游戏服务器
数据读取
- 玩家数据读取
- 当玩家进入Game Server时，注册到Center Server，同时Center Server通知原服务器把玩家数据在落地完成后清除，采用实时落地方案的话，则直接清除即可，Center Server通知当前服务器拉取玩家数据。
- 游戏数据读取
- 当进程启动时，从存储服务器中读取游戏场景需要的状态数据，数据与场景绑定，而不和玩家绑定
数据落地
- 玩家数据落地
- 非实时落地，则需要切换Game Server时，回存所有的玩家游戏数据，对数据库IOPS要求较低。
- 定时落地，减少采用非实时落地方法在系统宕机后带来的回档损失。为了更加平稳的进行数据存储，在游戏业务允许的情况下，可以按照每秒存储一部分数据的分批存储模式。
- 实时落地，数据发生修改后，立即异步通知存储服务器进行落地，对数据库IOPS要求较高。
- 游戏场景的状态数据落地
- 定时落地，每分钟或者每5分钟将数据整体落地一次。为了更加平稳的进行数据存储，在游戏业务允许的情况下，可以按照每秒存储一部分数据的分批存储模式。
- 实时落地，当宕机发生以后带来的回档损失在1秒以内，对于玩家来说是无法感知回档的。
消息处理
- 请求响应模式
- 大部分消息满足一请求一返回的模式，玩家能在操作到达服务器后知道是否操作成功
- 消息推送
- Game Server的推送直接将消息转发给Gateway Server即可，Game Server需要记录玩家所在Gateway Server。
- 一部分情况下，为了性能要求，放弃请求响应模式，定时推送消息，比如以服务器为中心的帧同步游戏。
- 某些业务需要，一条请求多条返回，则第二条以后的消息都采用推送方式实现。
- Game Server内业务广播，这里的广播范围往往和游戏逻辑挂钩，比如一个副本内的所有人，推送消息也往往和逻辑挂钩，直接遍历Game Server内的玩家列表推送至Gateway Server即可。
存储服务器
工作模式
- 数据库直连型
- 存储服务器，仅仅只是数据库集群，上层服务器，直接连接数据。
- 线程池型
- 存储服务器提供数据库连接，但是数据库操作的语句由上层服务器提供。
- 业务代理型
- 存储服务器接收自定义业务的命令，然后将命令转化为对应的数据库操作语句，操作完成以后返回结果
- 数据缓存型
- 在业务代理型的基础上，自身实现了一套缓存机制，在没有缓存的系统中，可以加速数据的存取效率。
数据一致性
- 线程取模
- 场景相关数据，按照场景或者子场景id取模选取读写线程，如何选取id取决于具体的子业务
- 玩家相关数据，按照玩家id取模选取读写线程
- 数据库上锁
- mysql使用数据库行锁
- mysql使用恰当的事务级别
依赖系统
服务发现
- 注册服务被其他进程发现，被动建立连接
- 通过服务发现寻找其他服务，主动建立连接
消息队列
- 直连型
- Zeromq
- 服务型
- Rocketmq
- Rabbitmq
存储系统
- 缓存型
- Redis
- Memcache
- 存储型
- Mongodb
- Mysql
- 混合型
- Pika
- Ssdb
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