[Book] 게임 서버 프로그래밍 교과서 - 10장 분산 서버 구조 사례 (2)

10장 분산 서버 구조 사례

 

4. 몬스터 NPC 처리의 분산 처리

보통 서버에서 하는 몬스터 처리는 다음과 같다.

• 일정 시간마다 몬스터의 움직임을 델타 타임만큼 시뮬레이션(위치 이동, 모션 변화)한다.
• 일정 조건(시간)마다 몬스터의 움직임 결과를 가시자 클라이언트에 보낸다. 가시가 클라이언트란 몬스터 주변에 있는 플레이어들을 말한다.
• 플레이어가 몬스터와 상호 작용(공격)할 경우, 이에 대한 연산을 처리한 후 몬스터 및 플레이어 상태를 갱신한다.

 

한편 성능상 고려해야 할 것들도 있다.

• 보통 몬스터 수가 플레이어 수보다 많다.
• 길 찾기 알고리즘 등 몬스터 움직임을 위한 연산량이 많이 필요할 수도 있다.
• 몬스터의 연산 로직에는 게임 기획자의 아이디어가 많이 들어가기 때문에 프로그램 구조가 복잡해질 수 있다.

 

이렇게 몬스터 처리량을 무시할 수 없으므로 담당하는 서버를 따로 분리해야 한다.

 

몬스터 처리 - NPC 서버 분리

 

얼핏 보기에는 괜찮아 보이지만, 여기에는 문제가 있다. 바로 몬스터 처리 연산량보다 몬스터 관련 메시지를 주고받는 처리량이 더 많을 수 있다는 점이다. 이렇게 되면 분산 처리를 하는 의미가 없어진다. 의미 있는 분산 처리를 하려면 먼저 성능 분석을 해야 한다.

 

몬스터 처리 - 성능 분석

 

코드 프로파일링 결과를 보면 의외로 길 찾기 연산이 가장 많은 시간을 차지하고 있다. 이때는 길 찾기 연산 부분만 기능적으로 분산하는 방법이 좋다.

 

몬스터 처리 - NPU 길찾기 서버 분리

 

일단 게임 서버와 길 찾기 연산 전담 서버를 분리하고 게임 서버는 길 찾기 연산 전담 서버에 시작점과 끝점 정보를 보낸다. 길 찾기 연산 전담 서버는 두 점을 잇는 경로 정보를 응답한다.

 

5. 플레이어 간 상호 작용 분산 처리

온라인 게임에서 플레이어 심리를 많이 자극하는 것 중 하나는 플레이어 간 상호 작용이다. 대표적인 것으로 플레이어 간 대전(PvP), 협업 플레이 등이 있다. 이러한 플레이어 간 상호 작용의 특징은 다음과 같다.

• 매우 정확해야 한다.
• 높은 성능 수준이 요구된다.
• 횟수가 매우 잦을 때가 있다.
• 원자성이 있어야 한다. 예를 들어 물물 교환 기능이 있다.

 

이렇게 까다로운 상황에서 플레이어 간 상호 작용을 서로 다른 서버에 분산 처리한다면 매우 곤란할 것이다. 그러다 보니 일반적으로 분산하지 않는 것이 좋다. 굳이 분산해야 한다면, 상호 작용할 일이 없는 플레이어들을 분산하는 것이 최선이다. 즉, 지역적 분산 처리를 하는 것이다.

 

6. 로그 및 통계 분석의 분산 처리

게임 서버가 하는 일은 게임 클라이언트와 상호 작용이 전부가 아니다. 지속적으로 게임 플레이어들의 사용 통계를 모아서 분석하고 개선 방향을 찾는다. 부분 유료화 게임에서는 극대화된 수익 모델을 찾아내기도 한다. 따라서 게임 서버에서는 플레이어들의 행적, 즉 로그를 모집하고 통계를 분석한다.

 

그러나 로그 처리는 순간적으로 서버에 많은 부하를 일으킨다. 게임 서버가 이 작업을 다 한다면 게임 플레이 도중 지연 현상이 발생할 수 있다. 그렇다면 이러한 로그는 어떻게 처리해야 할까?

 

먼저 사용 시나리오를 살펴보자.

• 게임 이벤트
  • 10초마다 모든 플레이어 위치
  • 플레이어가 몬스터를 사냥할 때의 플레이어 종류와 레벨, 몬스터 종류와 레벨, 보상된 아이템
  • 플레이어가 죽을 때마다 가해자 캐릭터 종류와 레벨, 죽은 플레이어 레벨
• 게임 밸런싱
  • 게임 월드 맵 위에 그려진 플레이어가 많이 죽는 지역 분포도
  • 플레이어의 경험치 증가 곡선
  • 몬스터 종류별 플레이어 보상량 분포 그래프

 

성능상 요구 사항은 로그를 통계 분석해서 그 결과를 게임 제작자에게 제공해야 하며 이 과정에서 효율적인 데이터 검색 기능이 필요하다.

 

이를 위해 데이터베이스에 로그를 저장하기도 한다. 그러나 DB에 기록하는 시간은 파일에 직접 기록하는 시간보다 훨씬 많이 걸린다. DB에 기록하는 양이 순간적으로 많으면 처리 시간이 오래 걸리는 일이 대량으로 쌓이고, 당연히 DB에 값을 가져오거나 기록할 때 걸리는 시간도 길어지게 된다. 결국 게임 플레이 도중 지연 시간이 간헐적으로 발생한다. 즉, 게임 서버와 로그 DB 서버는 분산해야 한다.

 

로그 처리 - 로그 서버, DB 분리

 

이때 로그 DB는 신뢰성이 있어야 한다. 만약 로그 서버가 어떠한 이유로 죽더라도 로그 DB에는 기록되어야 한다. 그 방법은 로컬 파일을 활용하는 것이다. 로그 서버는 로컬 파일에 일단 저장하고 로그 DB에 질의를 던진다. 질의 실행 후 로컬 파일에 있는 해당 내용을 삭제한다. 그리고 로그 서버가 중간에 죽었다가 다시 켜졌을 때 해당 로컬 파일에서 아직 기록되지 않은 로그를 로그 DB에 채워 넣으면 된다.

 

7. 게임 장르별 분산 서버 형태

게임에서 서버를 어떤 식으로 분산하면 좋은지는 답이 정해져 있지 않다. 반드시 성능 분석을 한 후 정답을 찾아 나가야 한다. 그러나 게임 장르별로 어느 정도는 유사한 패턴이 있으므로 게임 서버 분산 모델을 설정할 때 어느 정도는 참고가 될 것이다.

 

1) MMORPG 게임

게임 월드를 구성하는 소규모 지역별로 담당 서버를 둔다. 각 서버가 담당하는 지역은 동시접속자를 수천 명 규모로 유지한다. 경매장 같은 특수한 목적의 서버를 별도로 분리하기도 한다.

 

MMORPG 분산 서버

 

소규모 지역 하나도 게임 서버 한 대에서 다 처리하기 힘들 때가 있다. 여기서는 같은 MMORPG 게임이더라도 분산 서버 모델이 달라질 수 있다. 앞서 알아보았던 성능 분석 후 분산 모델을 정하는 과정이 필요하다.

• NPC 관련 로직에 과부하가 걸리면 NPC 관련 로직을 다른 기기로 분산한다.
• 플레이어 이동 연산에 과부하가 걸리면 플레이어 이동 연산만 담당하는 서버로 분산한다.
• 소켓 I/O에서 과부하가 걸리면 게임 서버와 클라이언트 사이에 패킷 릴레이 서버를 두어 릴레이 서버가 멀티캐스트를 분담하게 한다.

 

MMORPG NPC 분산 서버

 

위 서버 모델과 같이 한 게임 월드는 서버 세트로 구성될 수 있다. 그러나 이것만으로는 무제한의 동시접속자를 처리할 수는 없다. 소규모 지역의 개수는 만든 게임의 월드 크기에 비례하겠지만, 결국 크기 상한선은 정해져 있기 때문이다. 이를 해결하려면 고전적 분산 처리 방식을 사용한다. 즉, 게임 월드 하나를 담당하는 서버 세트와 똑같은 것들을 계속해서 증설하는 방법이다.

 

2) 넓은 지역의 MMO 게임

플레이어 수만 명에서 수백만 명이 매우 넓은 하나의 지역에서 플레이하는 MMO 게임도 있다. 이러한 게임은 월드 자체가 이음새가 없거나 있더라도 너무 많을 때는 이를 소규모 지역으로 가르기도 어렵다. 이때는 클라이언트 메시지를 적절한 서버로 전달해 주는 릴레이 서버와 넓은 지역을 작은 단위로 나누어 처리하는 로직 서버로 구별한다.

 

특정 MMO 분산 서버

 

로직 서버는 일정 지역 안에 있는 캐릭터의 게임 로직 처리를 담당한다. 그리고 게임 로직 처리를 하면서 변경되는 정보는 인접한 지역을 담당하는 다른 로직 서버에 지속적으로 복제한다. 만약 로직 서버가 담당하는 캐릭터 수가 지나치게 많아지면, 로직 서버가 담당하는 캐릭터의 소유권을 인접한 다른 로직 서버에 넘겨준 후 로직 서버가 담당하는 지역의 넓이를 줄인다. 이러한 구조의 서버를 심리스 MMO 서버 구조라고 한다.

 

심리스 MMO 서버의 특징은 다음과 같다.

• 서버당 통신량과 OS 레벨 처리량이 많이 증가하여 서버 하나가 처리할 수 있는 클라이언트 개수가 상대적으로 적어지므로 서버 운영 효율이 떨어진다.
• 구현이 복잡하다.

 

3) 방 만드는 게임 (MOBA, FPS, MORPG)

수평 확장된 로비 서버가 있고 이 로비 서버는 매치메이킹을 담당한다. 그리고 다수의 게임 플레이 방을 담당하는 배틀 서버로 구성한다. 각 배틀 서버는 서로 상호 작용하는 일이 거의 없다.

 

방 만드는 게임(MOBA, FPS, MORPG) 분산 서버

 

4) 소셜 게임 (SNG)

게임 플레이 로직을 담당하는 서버와 게임 플레이어의 메모리 내부 정보를 가진 서버가 분리된다. 게임 플레이 로직만 담당하는 서버는 수평 확장된 로직 서버라고 한다. 그리고 수평 확장된 메모리 캐시가 로직 서버 뒤에 있다. 게임 클라이언트는 메모리 캐시에 직접 액세스 할 수 없다. 로직 서버들 뒤에는 수평 확장된 데이터베이스도 있다.

 

게임 플레이 처리는 로직 서버에서 일어나지만 게임 플레이어의 메모리 공간은 각 메모리 캐시 서버 안에 있으며 이 메모리 캐시 간에 데이터 동기화 또는 메시지 송수신이 일어난다.

 

소셜 게임 (SNG) 분산 서버

 

SNG에서는 플레이어 간 상호 작용 횟수가 적어 상호 작용에 발생하는 지연 시간이 어느 정도 길어도 된다. 그러나 상호 작용해야 되는 플레이어 범위가 넓다.

 

SNG 게임뿐만 아니라 실시간 멀티플레이 대신 비동기 멀티플레이를 하는 모바일 RPG 게임에서도 종종 이렇게 구성한다.