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：
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：
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:
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 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。
第一代服务器架构图
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。
线程调度
分服虽然可以解决服务器扩展的瓶颈，但单台服务器在以前单线程的方式来运行，没办法充分利用服务器资源，于是又演变出了以下 两种线程模型。
异步 – 多线程：基于每个场景（或者房间），分配一个线程。每个场景的玩家同属于一个线程。游戏的场景是固定的，不会很多，如此线程的数量可以保证不会不断增大。每个场景线程，同样采用 tick 轮询的方式，来定时更新该场景内的（对象状态，刷新地图，刷新 NPC）数据状态。玩家如果跨场景的话，就采用投递和通知的方式，告知两个场景线程，以此更新两个场景的玩家数据。
多进程：由于单进程架构下，总会存在承载量的极限，越是复杂的游戏，其单进程承载量就越低，因此一定要突破进程的限制，才能支撑更复杂的游戏。多进程系统的其他一些好处：能够利用上多核 CPU 能力、更容易进行容灾处理。
多进程系统比较经典的模型是“三层架构”，比如，基于之前的场景线程再做改进，把网络部分和数据库部分分离为单独的进程来处理，逻辑进程专心处理逻辑任务英雄联盟聊天服务器连接不上，不合 IO 打交道，网络 IO 和磁盘 IO 分别交由网路进程和 DB 进程处理。
3) 第三代网游服务器
之前的网游服务器都是分区分服，玩家都被划分在不同的服务器上，每台服务器运行的逻辑相同，玩家不能在不同服务器之间交互。想要更多的玩家在同一世界，保持玩家的活跃度，于是就有了世界服模型了。世界服类型也有以下 3 种演化：
一类型（三层架构）
网关部分分离成单端的 gate 服务器，DB 部分分离为 DB 服务器，把网络功能单独提取出来，让用户统一去连接一个网关服务器，再有网关服务器转发数据到后端游戏服务器。而游戏服务器之间数据交换也统一连接到网管进行交换。所有有 DB 交互的，都连接到 DB 服务器来代理处理。
二类型（cluster）
有了一类型的经验，后续肯定是拆分的越细，性能越好，就类似现在微服务，每个相同的模块分布到一台服务器处理，多组服务器集群共同组成一个游戏服务端。一般地英雄联盟聊天服务器连接不上，我们可以将一个组内的服务器简单地分成两类：场景相关的（如：行走、战斗等）以及场景不相关的（如：公会聊天、不受区域限制的贸易等）。经常可以见到的一种方案是：gate 服务器、场景服务器、非场景服务器、聊天管理器、AI 服务器以及数据库代理服务器。如下模型：
以上中我们简单的讲下服务器的三种类型功能：
通过这种类型服务器架构，因为压力分散了，性能会有明显提升，负载也更大了，包括目前一些大型的 MMORPG 游戏就是采用此架构。不过每增加一级服务器，状态机复杂度可能会翻倍，导致研发和找 bug 的成本上升，这个对开发组挑战比较大，没有经验，很容出错。
三类型（无缝地图）
魔兽世界的中无缝地图，想必大家印象深刻, 整个世界的移动没有像以往的游戏一样，在切换场景的时候需要 loading 等待，而是直接行走过去，体验流畅。
现在的游戏大地图采用无缝地图多数采用的是 9 宫格的样式来处理，由于地图没有魔兽世纪那么大，所以采用单台服务器多进程处理即可，不过类似魔兽世界这种大世界地图，必须考虑 2 个问题：
1、多个地图节点如何无缝拼接，特别是当地图节点比较多的时候，如何保证无缝拼接
2、如何支持动态分布，有些区域人多，有些区域人少，保证服务器资源利用的最大化
为了解决这个问题，比较以往按照地图来切割游戏而言，无缝世界并不存在一块地图上面的人有且只由一台服务器处理了，此时需要一组服务器来处理，每台 Node 服务器用来管理一块地图区域，由 NodeMaster（NM）来为他们提供总体管理。更高层次的 World 则提供大陆级别的管理服务。
一个 Node 所负责的区域，地理上没必要连接在一起，可以统一交给一个 Node 去管理，而这些区块在地理上并没有联系在一起的必要性。一个 Node 到底管理哪些区块，可以根据游戏实时运行的负载情况，定时维护的时候进行更改 NodeMaster 上面的配置。
对象的无缝迁移
玩家 A、B、C 分别代表 3 种不同的状态，以及不同的迁移方式，我们分别来看。
具体魔兽世界服务器的分析，篇幅过多，我们以后再聊。
3、房间服务器（游戏大厅）
房间类玩法和 MMORPG 有很大的不同，在于其在线广播单元的不确定性和广播数量很小。而且需要匹配一台房间服务器让少数人进入一个服务器。
这一类游戏最重要的是其“游戏大厅”的承载量，每个“游戏房间”受逻辑所限，需要维持和广播的玩家数据是有限的，但是“游戏大厅”需要维持相当高的在线用户数，所以一般来说，这种游戏还是需要做“分服”的。典型的游戏就是《英雄联盟》这一类游戏了。而“游戏大厅”里面最有挑战性的任务，就是“自动匹配”玩家进入一个“游戏房间”，这需要对所有在线玩家做搜索和过滤。
玩家先登录“大厅服务器”，然后选择组队游戏的功能，服务器会通知参与的所有游戏客户端，新开一条连接到房间服务器上，这样所有参与的用户就能在房间服务器里进行游戏交互了。
以上就是目前游戏服务器的演化进程，由于所涉及的内容太多，关于服务器的相关网络 IO 以及内存模型都没有介绍，以后有机会再具体讲讲这一部分。
作者介绍
wier，乐元素leader软件工程师。从2010年起从事游戏开发，经历过页游和手游两个游戏发展期，期间曾带领团队开发过山寨机上第一款偷菜游戏，如今专注于二次元游戏领域及服务器技术研究，运维了一个游戏公众号，期待用自己的一点努力和贡献，推进游戏社区的前进。个人微信号ID：wierWu(添加时请注明‘InfoQ’) ；微信公众号：大码侯(cool_wier)
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