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轻量级游戏服务器框架：skynet的原理讲解

news 2024/11/5 9:42:55

一：skynet的介绍

首先他是一个轻量级的游戏服务器框架，但是他的作用并不只是在游戏中。那么他的轻量级体现在什么地方？

1：实现了 actor 模型，以及相关的脚手架（工具集）：

actor 间数据共享机制；

c 服务扩展机制；

2：实现了服务器框架的基础组件：

实现了 reactor 并发网络库，并提供了大量连接的接入方案；

基于自身网络库，实现了常用的数据库驱动（异步连接方案），并融合了 lua 数据结构；

实现了网关服务；

时间轮用于处理定时消息；

二：多核并发编程

多线程：

在一个进程中开启多线程，为了充分利用多核，一般设置工作线程的个数为 cpu 的核心数；

多线程在一个进程当中，所以数据共享来自进程当中的虚拟内存；这里会涉及到很多临界资源的访问，所以需要考虑加锁；

多进程：

在一台机器当中，开启多个进程充分利用多核，一般设置工作进程的个数为 cpu 的核心数；

nginx 就是采用这种方式（master 进程和多个 worker进程）；

nginx 当中的 worker 进程，通过共享内存来进行共享数据；也需要考虑使用锁；

CSP：

以 go 语言为代表，并发实体是协程（用户态线程、轻量级线程）；

内部也是采用多少个核心开启多少个线程来充分利用多核；

Actor：

erlang 从语言层面支持 actor 并发模型，并发实体是 actor（在skynet 中称之为服务）；

skynet 采用 c + lua 来实现 actor 并发模型；

底层也是通过采用多少个核心开启多少个内核线程来充分利用多核；

总结：我们要尽量不通过共享内存来通信，而应该通过通信来共享内存。通过通信来共享数据，其实是一种解耦合的过程；并发实体之间可以分别开发并单独优化，而它们唯一的耦合在于消息；这能让我们快速地进行开发；同时也符合我们开发的思路，将一个大的问题拆分成若干个小问题；

三：Actor 并发模型

1：定义

Actor用于并行计算，并且是最基本的计算单元。Actor基于消息计算，并且通过消息进行通信。

2：组成

隔离的环境：主要通过 lua 虚拟机来实现；
消息队列：用来存放有序（先后到达）的消息；
回调函数：用来运行 Actor；从 Actor 的消息队列中取出消息，并作为该回调函数的参数来运行 Actor；在skynet.start 中会设置回调函数，一个消息执行的时候，会获取一个协程执行它；

Actor是skynet在用户层进行抽象的一个进程，为什么要进行抽象进程呢？

我们知道在 lua 中有虚拟机（拥有隔离的环境），而加载这个虚拟机的代价较小，而在同一个进程中的多个lua虚拟机可以共享很多lua资源。当我们抽象一个进程之后，那么我们就可以提供一个隔离的运行环境，避免多线程的资源竞争（避免多个抽象进程消费同一资源）。

3：Actor 的公平调度

首先我们一个skynet中含有多个 actor ，而这些actor全都是对等的，并且他们每个actor中都含有消息队列。线程池的并发实体是线程，nginx的并发实体是进程，而skynet的并发实体是actor，所以我们需要公平调度actor。

对于很多的actor来说，我们需要采用两级队列来进行公平调度：首先我们需要找到其中含有消息的actor（活跃队列），将这些actor连接在一起形成一级队列，然后开始调度队列，调度的时候，我们轮到哪个actor，查看他的消息队列，从中取出一个消息任务，这些消息队列组成的就是二级队列。我们这个公平调度是每一个actor进行pop出这个消息队列中的一个任务后，然后将他pushback到一级队列的末尾，然后继续下一个。

但是在我们用户定义的actor中，并不是每一个消息队列的消息是一样多的，一般都是不均匀的，因此skynet在工作线程中赋予了权重来解决这个问题

// 工作线程权重图   32个核心
static int weight[] = {-1, -1, -1, -1, 0, 0, 0, 0,1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,  // 1/22, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2,  // 1/43, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, }; // 1/8

比如一次pop出一半的任务，四分之一的任务，这样对于消息很多的队列来说就比较友好。

四：skynet的具体使用

1：skynet的简单程序

首先我们需要在skynet存在的目录中创建一个config文件，在这个文件中我们要指定一些参数：

thread=4                --线程的数量
logger=nil              --日志产生的位置
harbor=0                --设置集群，这里不设置
start="main"            --启动的应用程序
lua_path="./skynet/lualib/?.lua;./skynet/lualib/?/init.lua;"    --lua的路径
luaservice="./skynet/service/?.lua;./5.1-skynet/?.lua"                 --lua服务的路径
lualoader="./skynet/lualib/loader.lua"                          --lua加载器
cpath="./skynet/cservice/?.so"                                  --c服务的路径
lua_cpath="./skynet/luaclib/?.so"                               --lua的c服务的路径
--其中留意一下分号，分号后也是一个路径

然后我们开始写main.lua的代码：

local skynet = require "skynet"skynet.start(function()print("hello skynet")
end)

然后创建一个Makefile文件：

SKYNET_PATH?=./skynetall:cd $(SKYNET_PATH) && $(MAKE) PLAT='linux'clean:cd $(SKYNET_PATH) && $(MAKE) clean

2：skynet网络消息

在skynet中含有一个socket的线程，专门接收消息，并且采用了reactor模型，对于众多的actor中，我们怎么知道这个网络消息是发送给谁的呢？我们在这个接收的时候，会进行绑定，这样就不会丢失了。

local skynet = require "skynet"
local socket=require "skynet.socket"skynet.start(function()print("hello skynet1")local listenfd=socket.listen("0.0.0.0",8081);socket.start(listenfd,function(clientfd,addr)print("receive a client: ",clientfd,addr);end)print("hello skynet2")
end)

3：定时消息

创建的定时任务被推送给定时线程，定时线程检测完时间后往消息队列推送一个消息，然后actor开始执行callback函数。

local skynet = require "skynet"skynet.start(function()print("hello skynet")skynet.timeout(100,function()print("已经过了 1s");end)end)

4：actor之间的消息

在actor之间的消息，是通过发送消息进行数据交换的，发送的消息将存放到对方的消息队列中。

local skynet = require("skynet")skynet.start(function()print("hello skynet")local slave=skynet.newservice("slave")local response=skynet.call(slave,"lua","ping")print("main: ",response)
end)

local skynet = require "skynet"local CMD={}function CMD.ping()skynet.retpack("pong")
endskynet.start(function()skynet.dispatch("lua",function(session,source,cmd,...)local func=assert(CMD[cmd])func(...)end)
end)