Darkstar 架構(gòu)研究

費立寧

同濟大學(xué)軟件學(xué)院，上海 201804

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)游戲等云計算產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)式增長，設(shè)計實現(xiàn)優(yōu)秀的云計算架構(gòu)已成為當(dāng)前架構(gòu)師面臨的最大挑戰(zhàn)之一。

以網(wǎng)絡(luò)游戲為代表的云計算網(wǎng)絡(luò)服務(wù)要求其架構(gòu)具有可靠、容錯、持續(xù)、高效、伸縮等特性。當(dāng)前應(yīng)用的架構(gòu)實踐都無法穩(wěn)定，一致，經(jīng)濟并一般性的滿足所有這些特性。

Darkstar提供了通用,健壯,高效，可伸縮并簡單易用的基礎(chǔ)框架，它使開發(fā)者專注于服務(wù)的功能特性而非物理，通訊等基礎(chǔ)設(shè)施。同時它又是簡單一致容易使用的一般性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)框架。

1 架構(gòu)設(shè)計及實現(xiàn)策略

傳統(tǒng)的服務(wù)器擴展方法是將整個應(yīng)用區(qū)域分成多個區(qū)，不同的區(qū)運行在不同的服務(wù)器上。這帶來兩個問題，一個是處于不同區(qū)的用戶不能互相交互，另外一個是如果某個區(qū)發(fā)生的動作較少時，會出現(xiàn)服務(wù)器資源未被充分利用的情況。而在darkstar的處理方式下，所有的處理被分割成為一個個小的執(zhí)行單元(task)，這些task可以在組成網(wǎng)絡(luò)的任何服務(wù)器上執(zhí)行，當(dāng)用戶增加時，系統(tǒng)自動增加處理線程，不再需要為了擴展而將不同的區(qū)分配到不同的服務(wù)器上面。這樣既提高了資源利用率，又可以讓所有的用戶進行交互。此架構(gòu)允許系統(tǒng)以一種線性的方式擴展來滿足計算資源日益增長的需求。額外的需求通常是由于同時在線用戶數(shù)量的增加、應(yīng)用程序復(fù)雜性的增加或者兩者同時發(fā)生引起的。無論哪種方式引起的，考慮到應(yīng)用運行時的動態(tài)行為，面對增加的任務(wù)負載，該架構(gòu)都自動地執(zhí)行負載平衡來給與響應(yīng)。當(dāng)需要更多的容量時，簡單地增加更多的計算節(jié)點到可用的服務(wù)器池中。多個應(yīng)用甚至可以共享計算中心的服務(wù)器。

Darkstar服務(wù)被設(shè)計為可以部署在服務(wù)器集群上，并可根據(jù)需要動態(tài)插入移除若干服務(wù)器，為達成此目標，Darkstar對像被盡可能的設(shè)計為可遷移的。

Darkstar的核心概念是托管對象（Managed Object）。托管對象必須實現(xiàn)ManagedObject和Serializable接口，并被DataManger管理于名為Object Store的對象池中。托管引用（Managed Reference）是指向托管對象的引用，提供了對托管對象的訪問能力。一個Darkstar應(yīng)用程序內(nèi)的若干托管對象通過托管引用聯(lián)系在一起。托管對象是Darkstar設(shè)計的關(guān)鍵抽象，代表一個聚合狀態(tài)實體，同時又是一個可在各分布式服務(wù)器虛擬機間動態(tài)遷移的單位。Darkstar提供了api屏蔽了多數(shù)的底層復(fù)雜性，例如線程調(diào)度，事務(wù)處理等等，應(yīng)用程序只需要開發(fā)并裝配自己的對象，監(jiān)聽響應(yīng)客戶端事件，自己管理持久化的 ManagedObject對象生命周期即可。雖然 Darkstar 項目基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)提供的是可擴展的多線程多節(jié)點環(huán)境，但是游戲服務(wù)器開發(fā)者卻如同在單機器和單線程的環(huán)境中編寫代碼。該模型最小化或消除了數(shù)據(jù)存取競爭、線程調(diào)度和工作負載分布問題，使得開發(fā)者可以集中精力編寫應(yīng)用，而不必關(guān)注可伸縮的系統(tǒng)機制。眾所周知，編寫一個復(fù)雜、多線程的應(yīng)用程序是一件困難且辛苦的事情，而擁有成功開發(fā)此類應(yīng)用程序經(jīng)驗和技能的程序員又少之又少。使用Darkstar項目基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，開發(fā)復(fù)雜性將會極大地減小。

Darkstar有兩種通信模型。一種是客戶端/服務(wù)器端的通信，即每個客戶端只和服務(wù)器端通信，由服務(wù)器端來負責(zé)數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)；另外一種是通道（channel）機制 （類似一對多的廣播）,通道由服務(wù)器端創(chuàng)建并維護，每個通道可以添加多個客戶端,服務(wù)器端可以監(jiān)聽通道中的所有通信或者具體某個客戶端的通信。也可以給通道中的全部或者部分客戶端發(fā)送消息。加入通道的客戶端可以收到其它任何客戶端發(fā)送的消息。通道下面客戶端之間的通信不需要服務(wù)器端的介入。

會話（Session）提供了一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間低延遲的通信機制，抽象了客戶端和服務(wù)器端之間的通信。通道提供了一個主題訂閱式的通信機制。在一個會話加入某通道（Channel）后，任何通道內(nèi)的其它成員會話都可收到此會話的消息。最重要的是，會話和通道都是可遷移的，可以像托管對象一樣根據(jù)動態(tài)負載變化在各服務(wù)器間遷移。

Darkstar為開發(fā)者提供了一個簡單的單線程事件驅(qū)動的編程模型，在每個事件處理中，數(shù)據(jù)所有權(quán)是單一確定的，這使開發(fā)者遠離競態(tài)和死鎖噩夢。這些事件處理被編碼在一個任務(wù)（Task）中。任務(wù)由任務(wù)管理器（Task Manager）調(diào)度，并且也是可遷移的。在這個過程中托管引用起了重要作用，系統(tǒng)通過它將并發(fā)調(diào)用合理調(diào)度為串行調(diào)用。另一方面，這些設(shè)計也使托管對象自動具有了事務(wù)性，讓完整而一致的對象狀態(tài)遷移成為了可能。

2 結(jié)論

Darkstar世界中的一切對象都是可遷移的，這給了它無限擴展的可能，動態(tài)負載均衡的能力，不必從項目的開始階段就困擾于程序的物理部署，邏輯分割，通信機制等若干層面的交叉影響，以最小的代價享有可靠、容錯、持續(xù)、高效、伸縮等諸多特性。Darkstar讓這個領(lǐng)域更卓越的實踐成為了可能。

[1]ht tp://www.projectdarkstar.com.

[2]ProjectDarkstarServerApplicationTutorial.

[3]ProjectDarkstarClientSDKTutorial.