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Registered I/O 기반 MMORPG 게임서버 구현 및 성능 개선

  • 2023-1H KHU Software Convergence Capstone Design Project
  • 박경숙

Overview

  • 온라인 MMO 게임 서버는 다수의 플레이어 간에 주고받는 데이터 양이 많다. 따라서 일정한 응답시간을 보장해주기위해서 운영체제에서 제공하는 고성능 네트워크 API를 사용해야 한다.
  • Windows 서버에서는 주로 IOCP를 사용하여 게임 서버를 개발해왔지만, 더 성능이 우수한 RIO가 등장했다. RIO는 커널과 어플리케이션이 공유하는 자료구조를 두어, 완료 통지의 폴링을 시스템 콜이 아닌 유저 모드에서 구현함으로써 더 좋은 성능을 낸다.
  • 이번 프로젝트에서 기존의 논문을 참고하여 RIO 서버를 개발하고, 딜레이가 발생하는 부분을 개선했다. 그리고 개발한 RIO서버와 IOCP서버에 대해 스트레스 테스트를 통한 성능 평가를 진행했다.

RIO Server Architecture

rio architecture

  • RequestQueue(RQ)와 CompletionQueue(CQ)를 담당하는 스레드를 할당하여 Race Condition을 제거함
  • RioCore는 각각 담당하는 RioSession 리스트를 가지며, 해당 세션들에 대한 I/O만 처리함

workerThread

  • WorkerThread는 Send Queue Operation과 Packet Process를 반복하여 수행함
  • Send Queue Operation
    • Request Queue에서의 race condition 제거를 위해 한 번에 전송하는 방식을 사용함. 해당 클라이언트에게 전송할 메시지를 큐에 넣어두었다가, 한 번에 전송함
    • Deferred Send를 통해, Send 요청을 RQ에 모아두었다가 Send Commit을 통해 RQ에 모인 패킷을 한 번에 전송하여 System Call 호출 횟수를 줄임

Stress Test

  • 스트레스 테스트는 실제 게임에서 가장 부하가 많이 발생하는 이동 및 시야처리를 반복하는 방식으로 진행함
  • 1s 내에 연결된 모든 클라이언트가 순차적으로 서버에 패킷을 전송하고 그로부터 응답을 받은 시간에 대한 평균치를 구해서 딜레이 측정

stress test howto

  1. 유저의 이동 방향 정보를 클라이언트에서 서버로 전송
  2. 서버에서 유저의 새로운 위치 계산
  3. 해당 유저와 일정 거리 내에 위치한 다른 플레이어들을 찾음
  4. 각 유저들에게 서로의 위치 정보를 보내줘서, 동기화를 진행함

RIO Performance Improvement

Delay 원인 파악

  • 클라이언트에게 전송할 메시지가 개별적으로 큐에 들어가 딜레이 발생 & 큐 공간 부족 문제 발생
  • 데이터를 전송 시, 전송할 메시지들이 개별적으로 RQ에 들어가며 전송 완료에 대한 통지를 받을 때도 CQ에 해당 데이터들이 개별적으로 들어가 공간을 차지해 딜레이가 발생함

Delay 개선 방법

improvement

  • 전송할 메시지를 여러개 모아 하나의 RIO_BUF로 전송함
  • 전송할 메시지들을 버퍼에 넣어놓고, 버퍼에 포함된 데이터의 길이가 특정 바이트 이상이 되면, 그때 데이터를 전송하도록 함

Result

  • 클라이언트 개수 6000개까지 10개 단위로 진행
  • 딜레이가 100ms에 도달하는 지점을 최대 동시 접속자 수로 판단함

Server Delay(ms) 측정 결과

output

최대 동시 접속자 수

IOCP RIO RIO Improved
5230 4810 5530

Conclusion

  • IOCP에서 RIO로 변경했을 때, 최대 동시 접속자 수는 5.74% 증가함

Reference