游戲平臺(tái)云化關(guān)鍵技術(shù)研究

劉曉軍，龐 濤，錢 鋒，武 娟，黃 海

(中國(guó)電信股份有限公司廣州研究院 廣州510630)

1 引言

在以PC和游戲機(jī)為主流的傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，游戲程序的運(yùn)行主體位于終端，游戲平臺(tái)僅處理相關(guān)用戶認(rèn)證、計(jì)費(fèi)和下載等基本服務(wù)及游戲官方運(yùn)維管理等。

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，游戲步入多屏共享、多終端融合時(shí)代，為了滿足不同類型終端運(yùn)行需求，需要將游戲支撐主體從終端向服務(wù)端遷移，采用傳統(tǒng)游戲平臺(tái)架構(gòu)很難滿足多終端、多網(wǎng)絡(luò)的跨屏服務(wù)要求，而通過云計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建創(chuàng)新型游戲平臺(tái)體系，更能適應(yīng)市場(chǎng)和用戶需求。

全新游戲平臺(tái)需構(gòu)建從底層基礎(chǔ)設(shè)備到上層應(yīng)用的一體化云化框架，組建完整的IaaS、PaaS和SaaS服務(wù)體系，不僅面向游戲用戶提供服務(wù)，而且更需要面向游戲開發(fā)者提供認(rèn)證、計(jì)費(fèi)、社區(qū)化和游戲引擎等全方位保姆式能力開放支撐，同時(shí)為了滿足弱終端運(yùn)行游戲需求，還需采用應(yīng)用虛擬化等技術(shù)，將游戲運(yùn)行主體放置云端。

結(jié)合作者在游戲業(yè)務(wù)平臺(tái)研發(fā)建設(shè)過程中引入云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行平臺(tái)云化的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，本文給出了游戲平臺(tái)在云化實(shí)踐過程中總結(jié)的關(guān)鍵技術(shù)成果，為其他平臺(tái)引入云計(jì)算技術(shù)提供借鑒和參考。

2 游戲平臺(tái)

2.1 游戲平臺(tái)需求

傳統(tǒng)型游戲平臺(tái)，通常是指游戲運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，由游戲運(yùn)營(yíng)商搭建包括前端的門戶體系、后端的業(yè)務(wù)和管理功能等。面向游戲用戶提供認(rèn)證、計(jì)費(fèi)、游戲下載、游戲數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能；面向管理運(yùn)營(yíng)人員提供產(chǎn)品上傳、產(chǎn)品管理、運(yùn)營(yíng)維護(hù)和用戶客服等支持功能。

為了滿足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需求及多屏融合要求，新型的綜合游戲平臺(tái)需要增加自動(dòng)適配終端的能力，包括適應(yīng)不同分辨率及游戲產(chǎn)品自匹配等；滿足各種不同終端用戶間交互、交流和積分共享的社區(qū)化能力；具備不同終端間共享、下載和分發(fā)等能力。

為了提供游戲內(nèi)容聚合能力，方便游戲開發(fā)商上傳游戲內(nèi)容，需要開放平臺(tái)相關(guān)能力，增加社區(qū)、計(jì)費(fèi)等功能；為進(jìn)一步加速游戲開發(fā)商的游戲開發(fā)速度，還需要提供游戲引擎、終端測(cè)試和模擬運(yùn)行環(huán)境等多種功能。

在終端側(cè)作為平臺(tái)功能延伸和展示前端，提供游戲內(nèi)容展示等基本功能的基礎(chǔ)上，為了滿足多屏分享、推送等需求，需要增加多屏融合的支持能力。

同時(shí)，創(chuàng)新型游戲平臺(tái)為了滿足多終端用戶需求，需要提供PC游戲、智能電視游戲、手機(jī)游戲、微端游戲、雙端游戲和多屏融合游戲等復(fù)合型的游戲內(nèi)容服務(wù)。

綜上所述，相對(duì)傳統(tǒng)游戲平臺(tái)而言，創(chuàng)新型游戲平臺(tái)需要具備同時(shí)面向游戲用戶、游戲開發(fā)商和運(yùn)營(yíng)方提供相應(yīng)服務(wù)，具備滿足多終端，兼容固網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提供PC、智能電視、手機(jī)和多屏融合游戲服務(wù)的能力。

2.2 創(chuàng)新型游戲平臺(tái)體系

創(chuàng)新型游戲平臺(tái)，需要具備“融合交互”、“多屏互動(dòng)”、“內(nèi)容匯聚”和“用戶共享”等基本理念。基于創(chuàng)新型的用戶體系，采用跨平臺(tái)交互機(jī)制，聚合各種游戲內(nèi)容類型，面向各種終端提供綜合游戲服務(wù)，具體表述如圖1所示。

如上圖所示，創(chuàng)新型游戲平臺(tái)整體服務(wù)體系，主要包括如下3部分。

·以用戶體系為基礎(chǔ)，構(gòu)建平臺(tái)游戲化：通過用戶平臺(tái)活動(dòng)信息基礎(chǔ)，打造用戶平臺(tái)認(rèn)證和關(guān)聯(lián)機(jī)制；通過平臺(tái)內(nèi)外交互，打造用戶平臺(tái)社區(qū)化機(jī)制；通過各種平臺(tái)任務(wù)、積分排名，打造用戶跨終端的平臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。

·以跨平臺(tái)交互為基礎(chǔ)，構(gòu)建平臺(tái)社區(qū)化：結(jié)合用戶體系基礎(chǔ)，同時(shí)面向手機(jī)、PC、TV及多屏融合終端等用戶，構(gòu)建跨平臺(tái)的用戶社區(qū)化綜合服務(wù)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)社區(qū)化功能。

·多種服務(wù)展示和內(nèi)容聚合，構(gòu)建融合化：通過WAP、Web和手機(jī)客戶端等，提供手機(jī)游戲服務(wù)；通過EPG模式，提供TV游戲服務(wù)；通過Web和PC客戶端提供PC游戲服務(wù)；通過WAP、Web和客戶端等，并增加短信指令操控等全新模式，提供多屏游戲服務(wù)。以智能化適配各種終端模式，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)內(nèi)容融合化等綜合服務(wù)。

圖1 創(chuàng)新型游戲平臺(tái)服務(wù)體系

3 云化游戲平臺(tái)架構(gòu)

在游戲平臺(tái)引入云計(jì)算技術(shù)，可以有效滿足提供融合型游戲綜合服務(wù)和兼容各種終端的服務(wù)需求，構(gòu)建從底層設(shè)備到應(yīng)用的一體云化的解決方案。

圖2為游戲平臺(tái)云化3層架構(gòu)。

（1）基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)（IaaS）

從設(shè)備、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)3個(gè)方面完成平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施的云化，達(dá)到服務(wù)器資源、數(shù)據(jù)和傳輸3個(gè)組成部分的聯(lián)動(dòng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)不同服務(wù)能力異構(gòu)式部署在更廣泛服務(wù)器上，在服務(wù)調(diào)用過程中通過空閑資源優(yōu)化調(diào)度，達(dá)到各種服務(wù)能力跨服務(wù)器調(diào)配和組合，突破原有模式能力與服務(wù)器硬捆綁模式，更具靈活性和高效性。

圖2 游戲平臺(tái)云化3層架構(gòu)

通過虛擬化機(jī)制優(yōu)化資源配置，提升服務(wù)器、配套軟件使用效率，在每臺(tái)x86硬件物理機(jī)上安裝虛擬化軟件，并將虛擬機(jī)的所有文件放置在共享存儲(chǔ)設(shè)備上，以實(shí)現(xiàn)支持虛擬機(jī)之間的動(dòng)態(tài)漂移；通過分布式對(duì)象存儲(chǔ)機(jī)制，保持用戶游戲進(jìn)度、社交信息等，為多屏共享奠定基礎(chǔ)；面向各種網(wǎng)絡(luò)條件和鏈接機(jī)制，建立自適應(yīng)模式，智能適配各種網(wǎng)絡(luò)條件，根據(jù)當(dāng)前用戶網(wǎng)絡(luò)狀況轉(zhuǎn)化傳輸協(xié)議和速度。

（2）平臺(tái)服務(wù)（PaaS）

平臺(tái)服務(wù)針對(duì)游戲內(nèi)容開發(fā)與測(cè)試，分別提供游戲開發(fā)引擎和測(cè)試環(huán)境。

結(jié)合跨平臺(tái)HTML5的游戲開發(fā)引擎，實(shí)現(xiàn)多終端（手機(jī)、PAD、TV等）、多系統(tǒng)（iOS、Android、Java、Brew、Windows Phone等）無縫銜接的游戲適配與運(yùn)行環(huán)境。

由虛擬化技術(shù)生成跨平臺(tái)的測(cè)試環(huán)境，通過測(cè)試的游戲即可在各種手機(jī)、電視機(jī)等真實(shí)終端上順暢運(yùn)行，減少30%以上的開發(fā)和適配成本。

同時(shí)開放平臺(tái)能力，改變傳統(tǒng)平臺(tái)用戶認(rèn)證、計(jì)費(fèi)、社區(qū)關(guān)系等運(yùn)營(yíng)和個(gè)人服務(wù)等相關(guān)能力緊耦合模式，實(shí)現(xiàn)能力接口與平臺(tái)松耦合，以中間件（例如SDK等）方式內(nèi)嵌在應(yīng)用中，達(dá)到應(yīng)用中認(rèn)證、計(jì)費(fèi)和用戶間社交等功能，擺脫平臺(tái)對(duì)應(yīng)用的束縛，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化平臺(tái)能力外延和拓展。另外，為合作伙伴提供能力開發(fā)插件，直接將平臺(tái)能力封裝到合作伙伴運(yùn)營(yíng)管理人員桌面，打造包括產(chǎn)品發(fā)布和市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)兩部分的開放能力，其中產(chǎn)品發(fā)布是指實(shí)現(xiàn)基于合作伙伴桌面前端軟件的產(chǎn)品發(fā)布、審核狀態(tài)跟蹤、計(jì)費(fèi)點(diǎn)添加等一系列上線前準(zhǔn)備等；市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)是實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)效果、付費(fèi)情況和應(yīng)用使用情況等有關(guān)用戶行為和產(chǎn)品市場(chǎng)效果的跟蹤與分析。

（3）軟件服務(wù)（SaaS）

軟件服務(wù)向用戶提供各種應(yīng)用云化處理，主要包括服務(wù)能力云化、應(yīng)用能力云化兩部分。服務(wù)能力云化，構(gòu)建平臺(tái)到用戶間的能力云交互模式，從平臺(tái)到用戶的智能云分發(fā)、云加速下載等服務(wù)及從用戶到平臺(tái)的資源智能云存儲(chǔ)、信息云匹配等；應(yīng)用能力云化，包括支持多屏、多終端的應(yīng)用服務(wù)呈現(xiàn)及基于云端運(yùn)行的iTV機(jī)頂盒和智能電視運(yùn)行大型三維游戲服務(wù)模式等；通過云化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)單款游戲應(yīng)用在多個(gè)終端上跨屏展示。

總之，基于整體云化的整體設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺(tái)能力層和應(yīng)用服務(wù)層的三位一體的云化業(yè)務(wù)平臺(tái)，達(dá)到從底層IT設(shè)施優(yōu)化分配和智能調(diào)度，到平臺(tái)能力應(yīng)用內(nèi)嵌、開發(fā)和運(yùn)營(yíng)支撐，再到服務(wù)和應(yīng)用云化，形成自下而上的整體云服務(wù)能力。相比普通平臺(tái)模式，采用整體云化的游戲業(yè)務(wù)平臺(tái)設(shè)備利用率成倍提升，用戶體驗(yàn)得到明顯改善。

4 云化關(guān)鍵技術(shù)

整體游戲平臺(tái)云化，就是構(gòu)建從硬件底層到應(yīng)用一體化云化服務(wù)，底層多租戶技術(shù)是基礎(chǔ)，平臺(tái)能力接口封裝是關(guān)鍵，最終呈現(xiàn)為應(yīng)用的能力內(nèi)嵌和云化。

4.1 多租戶技術(shù)

基于虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多租戶（multi-tenancy）模式，是一種軟件架構(gòu)技術(shù)，用于實(shí)現(xiàn)如何在多用戶的環(huán)境下共用相同的系統(tǒng)或程序組件，仍可確保各用戶間數(shù)據(jù)的隔離性。

如圖3所示，常用的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式包括單一應(yīng)用虛擬化多個(gè)實(shí)例、多個(gè)應(yīng)用實(shí)例共享地址空間、多個(gè)應(yīng)用實(shí)例獨(dú)立的地址空間、主機(jī)虛擬化和獨(dú)立硬件承載獨(dú)立應(yīng)用等多種模式。

（1）單一應(yīng)用虛擬化多個(gè)實(shí)例：基于同一操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)環(huán)境中，通過共享的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址和中間件，支持應(yīng)用運(yùn)行多個(gè)實(shí)例進(jìn)程，類似傳統(tǒng)應(yīng)用多開模式。該種虛擬化并行的應(yīng)用實(shí)例，僅適合不需要較強(qiáng)的數(shù)據(jù)分割的相同應(yīng)用。

（2）多個(gè)應(yīng)用實(shí)例共享地址空間：與單一應(yīng)用虛擬化多個(gè)實(shí)例底層處理基本相同，不同之處在于中間件之上運(yùn)行的是多個(gè)應(yīng)用，而不是單一應(yīng)用的多個(gè)實(shí)例，比較適合無需獨(dú)立數(shù)據(jù)分割和處理的應(yīng)用，例如頁面瀏覽等。

（3）多個(gè)應(yīng)用實(shí)例獨(dú)立的地址空間：基于共享的操作系統(tǒng)，為每個(gè)應(yīng)用構(gòu)建單獨(dú)的虛擬機(jī)，確保每個(gè)應(yīng)用實(shí)例在操作系統(tǒng)層面的數(shù)據(jù)分割和獨(dú)立，適合基于同一操作系統(tǒng)需要數(shù)據(jù)隔離的應(yīng)用并行虛擬化。

（4）主機(jī)虛擬化：公用底層硬件資源，甚至有時(shí)可能存在宿主操作系統(tǒng)，虛擬機(jī)、客操作系統(tǒng)和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)緊耦合機(jī)制，采用并行應(yīng)用間操作系統(tǒng)、虛擬運(yùn)行環(huán)境軟件模式的強(qiáng)隔離，適合基于不同操作系統(tǒng)的應(yīng)用并行虛擬化處理。

圖3 多租戶技術(shù)示意

（5）獨(dú)立硬件承載獨(dú)立應(yīng)用：實(shí)現(xiàn)基于真正底層硬件層面的相互隔離，并在獨(dú)立的硬件隔離基礎(chǔ)上運(yùn)行獨(dú)立的虛擬機(jī)、操作系統(tǒng)，并在此之上運(yùn)行對(duì)應(yīng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)并行應(yīng)用間的硬件隔離，適合需要真正獨(dú)立硬件空間的應(yīng)用并行處理。

對(duì)于游戲平臺(tái)本身來講，基于經(jīng)濟(jì)實(shí)用角度，大多數(shù)采用Linux+MySQL架構(gòu)，除其上運(yùn)行的個(gè)別應(yīng)用之外，無需不同操作系統(tǒng)支撐，因此沒有必要為每個(gè)應(yīng)用采用單獨(dú)操作系統(tǒng)模式，前3種多租戶技術(shù)模式更加適合，而且可以有效減少操作系統(tǒng)和硬件開銷。

·同一應(yīng)用的相同操作，適合采用單一應(yīng)用虛擬化多個(gè)實(shí)例模式，例如頁面瀏覽、同一應(yīng)用瀏覽/下載等。

·不同應(yīng)用，無需強(qiáng)隔離的，適合采用多個(gè)應(yīng)用實(shí)例共享地址空間模式，例如不同應(yīng)用的瀏覽/下載、用戶社區(qū)關(guān)系等。

·不同應(yīng)用，需強(qiáng)隔離的，適合采用多個(gè)應(yīng)用實(shí)例獨(dú)立的地址空間模式，例如需要嚴(yán)格數(shù)據(jù)隔離的有關(guān)用戶認(rèn)證、計(jì)費(fèi)、訂購和應(yīng)用消費(fèi)統(tǒng)計(jì)等。

在游戲平臺(tái)整體云化過程中，并非嚴(yán)格按照上述模式進(jìn)行處理，而是靈活掌握應(yīng)用間的關(guān)聯(lián)性，采用資源優(yōu)化調(diào)度和從嚴(yán)原則處理，即無需強(qiáng)隔離需與強(qiáng)隔離的應(yīng)用運(yùn)行在同一設(shè)備上，則一律采用多個(gè)應(yīng)用實(shí)例獨(dú)立的地址空間模式。

4.2 平臺(tái)能力接口封裝

平臺(tái)能力接口封裝是一種實(shí)現(xiàn)平臺(tái)能力對(duì)外開放的技術(shù)手段，采用接口方式將平臺(tái)能力提供給開發(fā)者，方便其直接調(diào)用或內(nèi)置在應(yīng)用中，表現(xiàn)形式有SDK/API能力封裝、開發(fā)工具和運(yùn)營(yíng)管理工具等。

（1）SDK/API能力封裝

采用SDK/API模式將平臺(tái)用戶認(rèn)證、計(jì)費(fèi)和社區(qū)化等能力進(jìn)行接口封裝，通過各種接口完成與平臺(tái)間數(shù)據(jù)交互、用戶信息同步等，實(shí)現(xiàn)認(rèn)證、計(jì)費(fèi)和社區(qū)功能。

（2）開發(fā)工具

基于游戲平臺(tái)的開發(fā)工具，提供常見的游戲開發(fā)所需數(shù)據(jù)邏輯、特效和圖形處理等通用游戲引擎功能外，同時(shí)增添了用戶認(rèn)證、計(jì)費(fèi)等相關(guān)能力SDK，實(shí)現(xiàn)基于游戲平臺(tái)的一體化開發(fā)。

（3）運(yùn)營(yíng)管理工具

通過軟件工具模式，安裝在合作伙伴桌面，實(shí)現(xiàn)通過Web界面的應(yīng)用發(fā)布及維護(hù)，包括應(yīng)用軟件上傳、發(fā)布，應(yīng)用數(shù)據(jù)下載和在線瀏覽等。

4.3 應(yīng)用能力內(nèi)嵌和云化

游戲平臺(tái)應(yīng)用部分云化，主要包括兩部分，一是對(duì)接平臺(tái)能力封裝，采用應(yīng)用能力內(nèi)嵌模式，實(shí)現(xiàn)基于應(yīng)用層的云服務(wù)能力；二是直接基于底層多租戶，實(shí)現(xiàn)服務(wù)運(yùn)行在云端的終端展現(xiàn)模式。

（1）應(yīng)用能力內(nèi)嵌模式

在處理過程中包括兩種內(nèi)嵌方式，一種是直接內(nèi)嵌能力代碼，以鏈接模式，實(shí)現(xiàn)以平臺(tái)功能頁面內(nèi)嵌在應(yīng)用中；一種是整合平臺(tái)封裝能力的SDK/API，通過接口模式在應(yīng)用界面上實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)能力調(diào)用。內(nèi)嵌的能力又可分為基礎(chǔ)服務(wù)能力和云服務(wù)能力，基礎(chǔ)服務(wù)能力是指用戶認(rèn)證、計(jì)費(fèi)和社區(qū)化等；云服務(wù)能力是指云分發(fā)、云存儲(chǔ)、云共享、云編碼和云轉(zhuǎn)碼等，作為游戲產(chǎn)品支撐能力，滿足用戶游戲下載、編轉(zhuǎn)碼等業(yè)務(wù)需求。

（2）應(yīng)用云端運(yùn)行模式

真正實(shí)現(xiàn)應(yīng)用與終端分類，不依賴終端能力實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)，直接在云端運(yùn)行，完成相關(guān)邏輯運(yùn)算、圖形渲染和視頻處理等；終端僅接收和展示功能，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用云化。主要的典型產(chǎn)品形式是云游戲，基于云端運(yùn)行機(jī)制，可滿足面向各種弱終端，例如iTV機(jī)頂盒、智能電視上體驗(yàn)大型3D游戲。

采取上述兩種技術(shù)機(jī)制，通過應(yīng)用能力內(nèi)嵌，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)能力向應(yīng)用本身延伸；通過應(yīng)用云端運(yùn)行模式，真正實(shí)現(xiàn)應(yīng)用云化輸出，滿足不同終端的各種游戲服務(wù)需求等。

5 結(jié)束語

本文介紹了創(chuàng)新型游戲平臺(tái)的基本功能和服務(wù)體系，闡述為了滿足提供融合型游戲綜合服務(wù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代各種終端融合服務(wù)需求，需要采用云化機(jī)制，構(gòu)建從底層設(shè)備到應(yīng)用的一體平臺(tái)云化解決方案，并結(jié)合電信游戲平臺(tái)云化實(shí)踐，剖析其業(yè)務(wù)組成，研究關(guān)鍵技術(shù)，通過多租戶技術(shù)、平臺(tái)能力接口封裝、應(yīng)用能力內(nèi)嵌和云化等技術(shù)手段構(gòu)建游戲平臺(tái)整體云化體系，有效提升整體平臺(tái)的服務(wù)效能，顯著改善用戶體驗(yàn)，為其他業(yè)務(wù)平臺(tái)云化提供了參考和借鑒。

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