一種高性能的大型多人在線角色扮演游戲服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計(jì)

摘要：大型多人在線角色扮演游戲（Massively Multiplayer Online Role Playing Game，以下簡稱MMORPG）一般采用客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計(jì)是成功開發(fā)一款MMORPG的關(guān)鍵，本文對高性能MMORPG服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入地研究。一個MMORPG一般會開設(shè)多個區(qū)供玩家進(jìn)行游戲，一個區(qū)會包括一組服務(wù)器，本文設(shè)計(jì)出的服務(wù)器組架構(gòu)包括LoginServer、WorldServer、WorldGameServer、GameServer和DBServer等服務(wù)器。

關(guān)鍵詞：MMORPG；服務(wù)器；架構(gòu)；高性能

中圖分類號：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 (2012) 09-0000-02

一、前言

MMORPG的結(jié)構(gòu)分為客戶端與服務(wù)器端，客戶端展現(xiàn)游戲?qū)崟r畫面，并且將玩家在客戶端邏輯請求的操作發(fā)往服務(wù)器端，服務(wù)器端負(fù)責(zé)響應(yīng)所有客戶端的連接請求，處理客戶段的邏輯請求，并將結(jié)果返回給客戶端以使游戲在客戶端繼續(xù)進(jìn)行。客戶端與服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包交互和完成每一個游戲邏輯，游戲絕大部分邏輯都是在服務(wù)器端負(fù)責(zé)處理，為了保證海量用戶同時進(jìn)行游戲，并且體驗(yàn)良好，優(yōu)秀服務(wù)器架構(gòu)起到了非常關(guān)鍵的作用。

二、服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）服務(wù)器架構(gòu)不同分類

服務(wù)器組架構(gòu)有多種，其中使用最廣泛的有兩種：一種是帶路由服務(wù)器的服務(wù)器架構(gòu)；另一種是不帶路由服務(wù)器的服務(wù)器架構(gòu)，兩種方案各有利弊。本文設(shè)計(jì)出了另一種新型的設(shè)計(jì)方案：一個世界服務(wù)器作為整個服務(wù)器組的中心，一切請求通過中心服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)，呈星形結(jié)構(gòu)。每個其他服務(wù)器只負(fù)責(zé)處理自己的邏輯。這種方案做到了每個服務(wù)器各司其職，職責(zé)清晰，并且根據(jù)游戲玩家數(shù)量的改變來動態(tài)的增減服務(wù)器的數(shù)量。

（二）服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)MMORPG規(guī)模大小和設(shè)計(jì)不同，每組服務(wù)器中服務(wù)器種類和數(shù)量也是不同的。本文中的設(shè)計(jì)是星形結(jié)構(gòu)服務(wù)器組架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 星形服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計(jì)

星形服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計(jì)雖然增加了服務(wù)器設(shè)計(jì)的難度，并且服務(wù)器的數(shù)量也相應(yīng)的增加了，但卻帶來了其它架構(gòu)所不具有的優(yōu)點(diǎn)，具體優(yōu)點(diǎn)為：

1.WorldServer所有其他服務(wù)器的管理者，可以對所有其他服務(wù)器進(jìn)行調(diào)度，使得整體結(jié)構(gòu)非常清晰，各個服務(wù)器各司其職，也利于開發(fā)過程中的工作劃分。

2.WorldServer只負(fù)責(zé)調(diào)度、數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)加解密、數(shù)據(jù)超時處理，不做任何邏輯處理，這樣主要是可以過濾掉錯誤和非法的數(shù)據(jù)包，提高其他服務(wù)器的處理數(shù)據(jù)的效率。

3.GameServer可以隨時增加，WorldGameServer和GameServer中的復(fù)雜邏輯可以隨時提取出來做成單獨(dú)服務(wù)器，有效提高效率和擴(kuò)展性。

星形架構(gòu)雖然有上面的三個優(yōu)點(diǎn)，但是還是需注意兩個可能導(dǎo)致負(fù)面效果的情況：一個是如何避免中心管理者身份WorldServer的高負(fù)載瓶頸問題，第二個是由于不同的問題導(dǎo)致的WorldServer出現(xiàn)故障，導(dǎo)致整組服務(wù)器癱瘓，無法對外提供服務(wù)問題。上述兩個問題可以采用Nginx負(fù)載均衡技術(shù)加以解決。Nginx負(fù)載均衡技術(shù)就是同時存在多個WorldServer，比如一組服務(wù)器可以配置兩臺或更多WorldServer。通過對Nginx進(jìn)行簡單的配置，就可以達(dá)到實(shí)時的同步兩臺或多臺WorldServer，當(dāng)某一臺負(fù)載較大或者宕機(jī)時，自動切換到正常運(yùn)行的WorldServer，從而保證所有客戶端都不會掉線。從圖1的服務(wù)器架構(gòu)圖可以看出，一組服務(wù)器包括LoginServer、WorldServer、WorldGameServer、DBServer和多個GameServer等多種服務(wù)器。一組服務(wù)器一般至少配置兩臺WorldServer和一臺Nginx服務(wù)器，因?yàn)閷τ贛MORPG運(yùn)營來說穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。在游戲運(yùn)營中所面臨的潛在的風(fēng)險是服務(wù)器宕機(jī)等突發(fā)事件。需配置兩臺WorldServer和一臺Nginx服務(wù)器可以組成一個負(fù)載均衡，可以有效的防治服務(wù)器宕機(jī)帶來的風(fēng)險。下面是對各種服務(wù)器主要功能和服務(wù)器之間數(shù)據(jù)交互的詳細(xì)解釋。

（1）LoginServer

LoginServer主要功能是對玩家賬號是否合法進(jìn)行校驗(yàn)，只有通過校驗(yàn)的賬號才能成功登錄游戲界面，運(yùn)行游戲程序。從架構(gòu)圖可以看出，LoginServer會連接WorldServer和AccoutDB。AccoutDB玩家賬號信息數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中存放玩家的具體信息，比如賬號和密碼等。玩家登錄游戲的基本流程是，客戶端填寫好賬號和密碼，然后將賬號和密碼發(fā)送到LoginServer服務(wù)器驗(yàn)證賬號和密碼，如果驗(yàn)證通過，LoginServer服務(wù)器將發(fā)送請求給WorldServer，WorldServer同時生成一個SessionKey，之后WorldServer將此次登陸的SessionKey分別發(fā)給客戶端、DBServer、WorldGameServer和其它GameServer。等客戶端選擇角色以后進(jìn)入游戲過程，GameServer和WorldGameServer驗(yàn)證SessionKey的合法性，如果和客戶端攜帶的SessionKey不一致，就無法成功的獲取到客戶端選擇的角色，也不能進(jìn)入游戲。

（2）WorldServer服務(wù)器

WorldServer(WS)主要負(fù)責(zé)在用戶游戲過程中管理WorldGameServer、DBServer和各個GameServer。轉(zhuǎn)發(fā)他們和客戶端之間的數(shù)據(jù)包。對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，過濾錯誤包，進(jìn)行加解密，并不對游戲邏輯做任何處理。

（3）WorldGameServer服務(wù)器

WorldGameServer(WGS)主要負(fù)責(zé)全局性的游戲邏輯處理。MMORPG中一般會有幫會系統(tǒng)、家族系統(tǒng)、排行系統(tǒng)等全局性的邏輯系統(tǒng)。這些系統(tǒng)不但是全局性的，而且是和地圖相關(guān)的，因此單獨(dú)設(shè)計(jì)一個服務(wù)器來處理。

（4）GameServer服務(wù)器

GameServer(GS)服務(wù)器主要功能是處理游戲邏輯。MMORPG有龐大背景，豐富的色彩效果，激烈的對抗陣營，完備的技能體系和裝備。目前，MMORPG主要包括聲望系統(tǒng)、寵物系統(tǒng)、戰(zhàn)斗系統(tǒng)、擺攤系統(tǒng)、任務(wù)系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)、副本系統(tǒng)、寶石系統(tǒng)和裝備系統(tǒng)等。從軟件架構(gòu)角度看，所有這些系統(tǒng)都可以看作是GS的子系統(tǒng)或模塊，它們共同處理整個游戲世界邏輯的運(yùn)算。游戲邏輯包括游戲角色進(jìn)入游戲、退出游戲、切換地圖、切換游戲服務(wù)器以及各種邏輯動作(比如行走、跑動、購買道具、使用技能、聊天和攻擊等)。由于一個完整的游戲世界會有許多游戲場景，在該架構(gòu)體系中通常有多臺來自同一組服務(wù)器的GS，這些GS共同負(fù)責(zé)處理游戲邏輯，每臺游戲服務(wù)器負(fù)責(zé)一部分地圖處理。明確的分工不僅降低了單臺服務(wù)器的負(fù)載，同時也降低了GS宕機(jī)帶來的風(fēng)險。每次玩家退出游戲是，服務(wù)器端就會將玩家當(dāng)時所玩游戲的地圖編號和所在GS編號存放到玩家角色信息里，這樣等玩家再次登錄時，就會進(jìn)入到上次退出時的GS。繼續(xù)進(jìn)行上次的游戲。玩家也可以選擇從新開始游戲。

（5）DBServer

DBServer服務(wù)器主要的功能是進(jìn)行玩家角色數(shù)據(jù)緩存和將緩存的玩家數(shù)據(jù)定時進(jìn)行數(shù)據(jù)庫存取。緩存玩家數(shù)據(jù)是為了保證玩家需要的角色數(shù)據(jù)能快速的讀取和保存。由于角色數(shù)據(jù)量非常多，其中包括玩家的等級、生命值、經(jīng)驗(yàn)、魔法值、技能、裝備、好友、公會等。如果每次GS獲取角色數(shù)據(jù)都去讀數(shù)據(jù)庫，那么讀取數(shù)據(jù)會非常慢，玩家最多的時候還會造成數(shù)據(jù)庫服務(wù)器崩潰，在DBServer中緩存角色數(shù)據(jù)后，提高了數(shù)據(jù)請求的響應(yīng)速度。定時將緩存的玩家數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，可以保證玩家數(shù)據(jù)永久存儲，并且即使宕機(jī)，玩家回檔，玩家的數(shù)據(jù)也是最近幾分鐘甚至幾秒鐘的數(shù)據(jù)。玩家登陸成功后，WorldServer會生成一個SessionKey并發(fā)給DBServer和客戶端，當(dāng)玩家請求獲取角色信息和進(jìn)入游戲世界時，DBServer會進(jìn)行驗(yàn)證，如果客戶端的SessionKey和自己保存的SessionKey不一致，則DBServer會認(rèn)為玩家是不合法用戶，獲取角色信息會失敗。另外，玩家選取角色正式進(jìn)入游戲時，GS需要到DBServer請求玩家的角色詳細(xì)數(shù)據(jù)，這時DBServer同樣會驗(yàn)證SessionKey的合法性。

（三）服務(wù)器交互的主要流程

下圖給出服務(wù)器與服務(wù)器間數(shù)據(jù)通訊的主要流程。

圖2 登陸流程

圖2的流程說明了，在選角色過程中，客戶端會把游戲賬號、經(jīng)過MD5的密碼發(fā)送給LS，LS去AccountDB讀取賬號信息進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后，將驗(yàn)證過信息發(fā)送給WS，WS生成一個SessionKey，分別發(fā)送給客戶端、DBServer和各個GameServer。之后WS連接到DBServer，從DBServer取得玩家的角色關(guān)鍵信息，如等級、職業(yè)、裝備等。DBServer比對從WS和客戶端獲得的SessionKey，如果發(fā)現(xiàn)是同一個SessionKey，則將玩家的所有角色信息發(fā)送給客戶端。之后客戶端就可以選擇一個角色進(jìn)入游戲了。

圖3的流程說明了，在玩家選角色正式進(jìn)入游戲時，GS會從客戶端取得此次的SessionKey，和自己從WS獲取的SessionKey做比較，以驗(yàn)證SessionKey的合法性，驗(yàn)證通過之后，客戶端和GS建立連接，同時GS通過WS轉(zhuǎn)發(fā)，到DBServer獲取角色的全部信息，這些信息包括裝備、技能、好友、幫會、家族等等。

圖4的流程說明了，在玩家游戲過程，客戶端的所有操作，如走跑、說話、使用技能、做任務(wù)等都會通過WS轉(zhuǎn)發(fā)到WGS或者GS，所有的游戲邏輯處理都有WGS和GS處理，完成后再通過WS轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端顯示。

三、總結(jié)

本論文從自身實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，提出了一種高性能服務(wù)器的架構(gòu)設(shè)計(jì)和解決方案，同時詳細(xì)探討了各種服務(wù)器的功能，以及服務(wù)器建的數(shù)據(jù)通信，清晰的圖解說明了各個服務(wù)器協(xié)同工作的過程。

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