关于多核的发展对网络游戏设计影响的一些思考

 原文 http://software.intel.com/zh-cn/blogs/2009/12/15/400002914/ 早在几年前，Herb sutter就发表了《免费午餐已经结束，软件历史性的向并发靠拢》一文，引起了业内很大的反应，现在双核早已普及，09年应该是国内普及4核的一年。 Erlang这种老古董也因为多核的发展而逐渐热起来，网上关于普通程序员是否需要掌握多核编程技术也有很多争论，不论大家观点是否正确，至少多核相关技术引起了开发人员的注意。

我是做游戏服务器开发的，公司的老游戏的服务器机器配置一般是带超线程的双至强cpu，逻辑上是4个cpu（关于超线程的性能提升姑且不谈），照理说，游戏服务器早就应该是多线程的设计，但是据我了解，国内大部分的游戏服务器游戏逻辑部分都是单线程的，即存在所谓主线程的说法，单线程的设计是基于以下几个因素（以3000个玩家同时在线为列）：

1：大概有20-30%的cpu被网络IO占用，网络层很容易用多线程实现

2：可通过架构上的设计剥离数据访问，IO等容易采用多线程实现的部分，剩下的占用cpu密集的操作就是所谓的主线程

3：多线程的设计会导致开发周期延长，设计变得更加复杂，可维护性降低。

3：最关键的一点：多线程带来的复杂性和bug数量，频繁的宕机回档是任何游戏都不能忍受的。

4：再来分析一下以前的双cpu服务器采用单线程的方式带来的性能损失（超线程带来的性能极为有限，暂不做讨论），粗略的来看，网络IO部分可由2个 cpu平均分摊，再抛开一些锁和缓存同步带来的开销及一些其他软件（如监控，统计），损失大概30%-40%的性能，损失的性能和稳定性及开发周期等之间权衡，当然选择单线程的设计。

再来看如果现在启动一个新项目，对性能的考虑又该如何。首先做2个假设，1：项目周期为2年，即2年后游戏公测，或大规模内测。2：2年后服务器主流配置为16核，低端配置8核。如果仍采用单线程的服务器设计，以16核的cpu计算，损失的性能最少会达到800%，这个时候可能有人会说，我把所有的服务器放到一台机器上，甚至数据库也放过来，这样就能充分的利用到所有的cpu资源。不错，我承认这样基本上完全能利用cpu资源，但这不是游戏的核心内容，以前只能支持3000个玩家，10000个激活npc的服务器，现在仍然如此。硬件在发展，玩家的体验需求也在发展，就像网络的带宽提升了100倍，我们仍然只能看到断断续续的视频一样无法接受。说了这么多，也无非是得出一个结论：多核的发展在游戏开发当中必须引起重视。

那么，又如何利用多核资源呢？我总结了一下，大概有以下几种做法：

1：多进程设计，这是云风走的路线

2：挑战逻辑复杂性，设计良好的线程模型和数据结构

3：采用intel openmp 和 tbb 等技术

下面就以上几种设计谈谈个人看法：

多进程的设计很符合unix哲学，很kiss，难点在于进程的管理，通信，协调。优点是易于维护，调试，结构清晰。缺点是进程的管理麻烦，有一些效率损失，最重要的一点是，多进程设计可能仍然无法有效的在多核cpu上提高效率，根据80-20法则，可能80%的cpu消耗在20%的进程内，如果根据功能模块划分进程，即使设计良好的数据流水线，在20%的进程内也是需要做并行计算的。

第2中做法风险太大，需要多年的游戏设计经验和很好很强大的设计能力。

第3中做法比较折中，分析出占用80%cpu的那20%的代码，并行化。当然说起来比做起来容易，这种方式仍需要良好的数据结构的设计。举个例子，同时对1000个怪物做寻路操作，这种只读的操作是无需加锁很容易并行化。

结合以上几种设计，我认为最合适的做法是采用较粗粒度的进程，结合tbb等库在cpu密集操作的进程内部做并行化 是一种相对较好的设计

写的比较乱，有些地方不够严谨，以上的想法只是提供一种思路，还并未在实践中运用 ：）

ps：tbb中有pipeline框架，可在进程内部方便的提供流水线机制