Azure游戲部門：多人游戲后端參考體系結(jié)構(gòu)

這些參考體系結(jié)構(gòu)描述了各種具有不同替代方法的多人游戲后端用例和實(shí)現(xiàn)，讓您能夠構(gòu)建適用于您的游戲的云解決方案。

用例

在為游戲設(shè)計(jì)多人游戲后端時(shí)，有許多變量可供考慮。下面是一些示例：

管理級(jí)別-從將所有精力放在自己身上，到讓平臺(tái)處理一切事宜

操作系統(tǒng)-Windows或Linux

游戲會(huì)話的運(yùn)行位置-專用服務(wù)器或?qū)Φ?P2P)

硬件-游戲會(huì)話的運(yùn)行條件

處理時(shí)間-實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)時(shí)間(NRT)

延遲-若出現(xiàn)滯后，玩家將處于不利情況

持久性-游戲世界繼續(xù)存在并在內(nèi)部發(fā)展，即使沒有玩家與之交互，或者每個(gè)會(huì)話都有自己的開始和結(jié)束

并發(fā)玩家數(shù)量-小、中、大規(guī)模

允許重新連接-如果一個(gè)或多個(gè)玩家斷開連接，他們是可以返回游戲，還是必須重新開始新的游戲會(huì)話

以下是一些多人游戲后端用例，供您瀏覽：

多人游戲Matchmaker

同步多人游戲

異步多人游戲

提示

如果您要尋找即時(shí)可用且可擴(kuò)展的多人游戲服務(wù)器解決方案，可以考慮PlayFab，這是一個(gè)具有多人游戲服務(wù)器支持的完整后端平臺(tái)，可用于構(gòu)建、發(fā)布和發(fā)展云連接游戲。

多人游戲設(shè)計(jì)

管理級(jí)別

計(jì)算服務(wù)因它們所提供的管理級(jí)別而異，包括從完全由您管理到完全由平臺(tái)管理：

原始虛擬機(jī)-一切均由您管理，它需要一個(gè)自定義擴(kuò)展解決方案

Azure容器實(shí)例(ACI)-一切均由您管理，但在容器中，它需要一個(gè)自定義擴(kuò)展解決方案

虛擬機(jī)規(guī)模集/批處理-根據(jù)您定義的規(guī)則，代表您管理虛擬機(jī)的擴(kuò)展

Service Fabric/Azure Kubernetes Service(AKS)-代表您管理容器的編排

PlayFab多人游戲服務(wù)器-代表您對(duì)在Azure上運(yùn)行的游戲服務(wù)器進(jìn)行更高級(jí)別的編排。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱PlayFab多人游戲服務(wù)器。

操作系統(tǒng)

下表概述了不同Azure計(jì)算服務(wù)支持的操作系統(tǒng)。

*注意：多容器組目前僅限于Linux容器。

游戲會(huì)話在哪里運(yùn)行？

專用服務(wù)器

玩家將其客戶端設(shè)備連接到服務(wù)器，以便玩游戲。

在考慮使用專用服務(wù)器時(shí)，請(qǐng)注意以下幾點(diǎn)：

它們可以提供連接性和可靠性優(yōu)勢。

它們非常易于進(jìn)行有效實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展。

玩家作弊更加困難。

其他玩家的Internet可能會(huì)影響游戲的幀同步情況。

根據(jù)游戲類型的不同，居住在專用服務(wù)器附近的玩家相比居住得較遠(yuǎn)的玩家可能會(huì)具有明顯優(yōu)勢。

對(duì)等(P2P)

在考慮P2P模型時(shí)，請(qǐng)注意以下幾點(diǎn)：

運(yùn)營成本比利用專用服務(wù)器低。

相比專用服務(wù)器解決方案，更難完成真正成功的實(shí)現(xiàn)。

在很多地方，家庭Internet服務(wù)的上傳速度不夠快，只能應(yīng)對(duì)少數(shù)玩家。

一個(gè)玩家在游戲中出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接不佳可能會(huì)影響其他玩家的游戲體驗(yàn)。

客戶端有時(shí)會(huì)由于NAT穿透問題而無法連接?？赡苄枰M(jìn)行端口轉(zhuǎn)發(fā)。

避免將每個(gè)玩家的IP地址直接交給其他玩家，否則玩家容易受到游戲中其他玩家的DDoS攻擊。

如果沒有一個(gè)中性服務(wù)器形式的中央機(jī)構(gòu)，就無法輕松防止作弊。

大廳

大廳系統(tǒng)相當(dāng)常見，這是玩家在實(shí)際開始游戲會(huì)話之前聚集的地方，因?yàn)樗麄冃枰獜南嗤某跏紶顟B(tài)開始。從技術(shù)上講，實(shí)現(xiàn)后期加入支持是可行的，但由于這會(huì)顯著增加復(fù)雜性，因此很少見。大廳系統(tǒng)需要一個(gè)服務(wù)器，通常按如下方式工作：

玩家啟動(dòng)大廳，并選擇性地設(shè)置游戲參數(shù)。

其他玩家可以通過游戲提供的任何查詢機(jī)制查看/搜索大廳。

其中一個(gè)玩家加入大廳。

當(dāng)有足夠的玩家（基于游戲和大廳（如果有）創(chuàng)建者制定的規(guī)則）時(shí)，大廳會(huì)安全地分發(fā)每個(gè)在大廳等待的玩家的詳細(xì)信息，此時(shí)它的工作便已完成。

然后，玩家開始以分散的方式發(fā)送數(shù)據(jù)包。

監(jiān)視和警報(bào)

除了您首選的遙測解決方案，您還可以利用Azure Monitor公開您在后端解決方案中使用的Azure服務(wù)中的指標(biāo)，以及診斷和活動(dòng)日志。Azure Monitor還可幫助您確定影響游戲的問題?？紤]針對(duì)以下方面啟用警報(bào)：

CPU使用情況–您需要在主機(jī)的CPU即將達(dá)到飽和狀態(tài)的情況下收到通知。

磁盤I/O-設(shè)置在以下情況下發(fā)出的警報(bào)：游戲從磁盤讀取或向磁盤寫入的頻率超出預(yù)期。

內(nèi)存利用率-當(dāng)內(nèi)存分頁過多時(shí)，您應(yīng)該收到警報(bào)。

網(wǎng)絡(luò)流量-當(dāng)網(wǎng)絡(luò)流量接近飽和或突然驟降時(shí)，您應(yīng)考慮生成警報(bào)。

您可以使用Azure資源管理器自動(dòng)配置Azure Monitor。有關(guān)Azure Monitor的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱使用Azure Monitor進(jìn)行完整堆棧端對(duì)端監(jiān)視。

硬件

充分了解運(yùn)行游戲會(huì)話所需的處理能力、存儲(chǔ)、內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)流量，因?yàn)樗c多人游戲后端所需的虛擬機(jī)類型直接相關(guān)。

有一些數(shù)據(jù)點(diǎn)與決策過程相關(guān)，并且超出了運(yùn)行游戲會(huì)話所需的CPU：

游戲需要多少線程？

游戲會(huì)話需要多少RAM？

用戶玩游戲需要多大帶寬？

一個(gè)游戲會(huì)話將包含多少位用戶？

游戲是否需要超線程？如果您的游戲服務(wù)器依賴于超線程，則需要使用超線程內(nèi)核。

什么是內(nèi)存與核心比率？

通過收集此信息，您可以確定：

一次會(huì)話需要多少個(gè)內(nèi)核？

如果游戲服務(wù)器在一個(gè)線程中運(yùn)行，則只需一個(gè)內(nèi)核。如果游戲服務(wù)器在1.5個(gè)線程中運(yùn)行，則需要兩個(gè)內(nèi)核。

如果您想要在一個(gè)服務(wù)器中托管5個(gè)游戲會(huì)話，并且每個(gè)游戲會(huì)話需要一個(gè)線程，則需要至少5個(gè)內(nèi)核。如果您想要在一個(gè)服務(wù)器中托管5個(gè)游戲會(huì)話，并且每個(gè)游戲會(huì)話需要1.5個(gè)線程，則需要至少8個(gè)內(nèi)核。

考慮操作系統(tǒng)消耗量。經(jīng)驗(yàn)法則是，為虛擬機(jī)超額配置1或2個(gè)內(nèi)核。

將產(chǎn)生多少出站流量？

這是一個(gè)重要數(shù)據(jù)，因?yàn)樗哂薪?jīng)濟(jì)影響。此外，如果一臺(tái)虛擬機(jī)中的玩家過多，您可能會(huì)面臨網(wǎng)絡(luò)限制，尤其是當(dāng)您嘗試在一個(gè)NIC中納入數(shù)千個(gè)用戶時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)瓶頸現(xiàn)象。

綜合考慮這些因素，您可以確定將需要的虛擬機(jī)以及需為其所支付的金額。不同的虛擬機(jī)類型具有不同的帶寬吞吐量。您需要確保網(wǎng)絡(luò)接口能夠處理需求。將每臺(tái)虛擬機(jī)的玩家數(shù)量乘以每個(gè)玩家消耗的帶寬。計(jì)算出的值不能大于針對(duì)每個(gè)虛擬機(jī)大小記錄的最大NIC/預(yù)期網(wǎng)絡(luò)帶寬(Mbps)：

Azure中Linux虛擬機(jī)的大小

Azure中Windows虛擬機(jī)的大小

值得一提的是，您可能想要利用高級(jí)存儲(chǔ)來提高單實(shí)例虛擬機(jī)的可用性。使用高級(jí)存儲(chǔ)，虛擬機(jī)的SLA為99.9%。

延遲的影響

在某些游戲中，需要瞬間反射，而且當(dāng)您將玩家的反應(yīng)時(shí)間和延遲相加時(shí)，游戲體驗(yàn)可能會(huì)受到負(fù)面影響。

要減少或縮短延遲，需要考慮幾個(gè)問題。從實(shí)現(xiàn)角度來看，相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的做法是，在客戶端啟用預(yù)測，“搶先一步”了解玩家將執(zhí)行的操作，但代價(jià)是玩家在屏幕上看到的內(nèi)容與游戲中實(shí)際發(fā)生的內(nèi)容之間偶爾會(huì)出現(xiàn)不一致。要減少這種不一致情況，可以使用外推或內(nèi)插等機(jī)制來確定游戲?qū)ο蟮娘@示位置，從而應(yīng)用對(duì)延遲的補(bǔ)償。

從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)角度來看，玩家到游戲服務(wù)器的距離越遠(yuǎn)，最終的延遲時(shí)間就越長。將玩家連接到距離其最近的游戲服務(wù)器會(huì)產(chǎn)生積極影響。Azure具有比任何其他云提供商更多的全局區(qū)域，提供可使您與世界各地的玩家更接近的規(guī)模。加速網(wǎng)絡(luò)可以減少服務(wù)器端的延遲，但請(qǐng)記住，它只有在具有至少4個(gè)vCPU的虛擬機(jī)中才能啟用。此外，如果您打算使用Linux虛擬機(jī)，當(dāng)同一虛擬機(jī)中有大量玩家時(shí)，您可以考慮使用DPDK來優(yōu)化延遲和吞吐量。

對(duì)于支持組群的游戲，需要處理組群中不同成員之間距離較遠(yuǎn)的情況。在游戲中，添加手動(dòng)選擇要連接到的區(qū)域的功能，或添加最低延遲的公分母算法。

在緩解措施無效的情況下，網(wǎng)絡(luò)延遲可能會(huì)達(dá)到無法控制的水平。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，需要采取更有力的措施，例如將延遲時(shí)間最長的玩家斷開連接。

提示

最佳做法是，啟用遙測功能來測量玩家的延遲情況，并將其與QA團(tuán)隊(duì)或Beta版測試人員的反饋機(jī)制相結(jié)合，這樣在他們遭遇延遲時(shí)您可以即時(shí)了解相關(guān)情況（例如：組合鍵、游戲手柄按鈕組合、屏幕上的圖標(biāo)）。通過這兩種方法，將更容易找出導(dǎo)致玩家感到延遲的原因。

協(xié)議

對(duì)于需要實(shí)時(shí)通信的游戲，最佳做法是通過用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)進(jìn)行傳輸。與傳輸控制協(xié)議(TCP)相比，該協(xié)議的實(shí)現(xiàn)往往更為復(fù)雜，但在性能方面有顯著改善。

對(duì)于異步或回合制通信，通過HTTPS利用JSON就足夠了。

每個(gè)游戲會(huì)話的并發(fā)玩家數(shù)

從只有2個(gè)玩家的井字游戲運(yùn)動(dòng)，到100個(gè)玩家決戰(zhàn)到最后一人的大逃殺游戲，再到成千上萬的玩家參與的一些持久性的世界游戲，同一游戲會(huì)話的并發(fā)玩家數(shù)會(huì)影響要使用的體系結(jié)構(gòu)和服務(wù)。這些用例中考慮的三個(gè)范圍是：

小-10個(gè)或更少的并發(fā)玩家。

中-11到50個(gè)之間的并發(fā)玩家數(shù)。

大-超過50個(gè)并發(fā)玩家。

最佳做法

容量規(guī)劃至關(guān)重要

與任何擴(kuò)展服務(wù)一樣，花費(fèi)時(shí)間來規(guī)劃所需的適當(dāng)實(shí)例數(shù)是至關(guān)重要的一步。如果使用的實(shí)例太少，性能將下降。如果使用過多，則會(huì)帶來不必要的費(fèi)用。

盡早測試并為您自己提供時(shí)間。在發(fā)布游戲之前，盡早運(yùn)行概念證明以及一個(gè)或多個(gè)測試版，以了解您的玩家在一天中何時(shí)使用最多，以及您將使用多少容量來提供支持。

確保您的軟件具有可擴(kuò)展性，并且一切準(zhǔn)備就緒，讓玩家在從登錄和匹配到游戲服務(wù)器本身開始就能享受游戲的樂趣。在每次并發(fā)玩家數(shù)增加零時(shí)，在不同的玩家并發(fā)級(jí)別（100、1,000、10,000、100,000等）進(jìn)行測試，您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)新的瓶頸，并且必須對(duì)此進(jìn)行一些調(diào)整。

部署方法

如果您利用了虛擬機(jī)規(guī)模集、Service Fabric或批處理，請(qǐng)使用單個(gè)群集、多個(gè)虛擬機(jī)規(guī)模集以及每次按1-4個(gè)節(jié)點(diǎn)少量增加的規(guī)模。請(qǐng)記住，利用多個(gè)虛擬機(jī)規(guī)模集將加快擴(kuò)展速度，但會(huì)增加成本。

在早期測試中捕獲日常工作負(fù)載后，就可以使用這些信息來主動(dòng)（在需要容量之前的一小時(shí)）規(guī)劃擴(kuò)展操作。

避免更改基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

充分利用Azure邏輯應(yīng)用，并盡量避免更改基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。保持運(yùn)行實(shí)例的暖池將可以讓玩家立即進(jìn)入游戲，但也會(huì)增加您的成本。

故障防范

如果虛擬機(jī)出現(xiàn)故障，您的游戲會(huì)話會(huì)發(fā)生什么情況？根據(jù)游戲類型和您希望在實(shí)現(xiàn)中增加的復(fù)雜程度，有幾種可供選擇的方案。

對(duì)于會(huì)話持續(xù)幾分鐘的快速簽入/簽出游戲，您可以考慮不進(jìn)行任何操作并讓玩家回到大廳重新開始，因?yàn)檫@對(duì)玩家的影響可能不會(huì)太糟。如果您面對(duì)的是一個(gè)持久的世界級(jí)游戲，虛擬機(jī)發(fā)生故障可能是一個(gè)更為嚴(yán)重的問題，您可能需要在保留玩家狀態(tài)的同時(shí)自動(dòng)將他們移動(dòng)到新服務(wù)器。

使用監(jiān)視服務(wù)確定節(jié)點(diǎn)是否已發(fā)生故障并啟用警報(bào)。您也可以考慮保留發(fā)生故障的虛擬機(jī)以查明出現(xiàn)環(huán)境故障的原因，或直接將其刪除。

其他資源和示例

Ethr是TCP、UDP和HTTP的網(wǎng)絡(luò)性能測量工具

Azure數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)指南