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[게임 서버] 4.6 게임 서버의 품질

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📦 4. 게임 서버와 클라이언트

👉🏻 항목 6: 게임 서버의 품질

🎯 서버 개발 시 목표

4대 핵심 목표:

  • 안정성
  • 확장성
  • 성능
  • 관리 편의성

🛡️ 1. 안정성

정의:

  • 기본적으로 게임 서버가 죽지 않거나, 오작동하지 않는가를 의미한다
  • 버그로 인한 오작동도 포함된다
    • 예: 구매한 아이템이 사라지거나, 추가로 생기거나 하는 문제

✅ 안정성을 위해 노력할 점

1. 치밀한 개발과 유닛 테스트:

  • 코드 검수, 코딩 가이드라인, 자가 검증을 진행해야 한다

2. 80:20 법칙:

  • 코드의 20%에서 성능이 결정된다는 파레토 법칙이다
  • 20% 코드에서는 최적화를 염두에 두고, 80% 코드에서는 유지보수를 염두에 둔다

3. 1인 이상 코드 리뷰:

  • 동료의 코드를 읽으며 검수한다

4. 가정 대신 검증:

  • 실제 상황과 같이 테스트하며 검증한다
  • 사전 정의된 행동을 수행하는 컴퓨터를 대량 이용하여 테스트하기도 한다
    • 이를 봇 테스트/더미 클라이언트 테스트/스트레스 테스트라고 한다

🚨 문제에 대처하는 방법

1. 서버가 죽더라도, 최대한 빨리 살아나게 한다:

  • 말 그대로 서버가 죽으면 다시 실행시키도록 만든다

2. 서버가 죽더라도, 최대한 적은 서비스만 죽게 한다:

  • 서버 프로세스 여러 개를 두고, 각자 맡는 파트를 다르게 할 수 있다
  • 예비 서버를 한 대 더 두고, 메인 서버가 죽으면 이어받도록 한다
    • 9장 분산 서버 구조의 서버 분산 처리와 고가용성 부분에서 설명한다

3. 서버 오작동에 대해 로그를 남긴다:

  • 크래시 덤프(마지막 프로세스 상태)를 파일로 남긴다
  • 최근에 받았던 메시지 종류를 남기는 방법도 있다

📈 2. 확장성

정의:

  • 사용자 수가 늘어나더라도 서비스 품질이 떨어지지 않고 유지되느냐를 의미한다

확장 방식:

  • 수직적 확장과 수평적 확장이 있다

📊 수직적 확장 vs 수평적 확장

구분 수직적 확장 수평적 확장
확장 종류 부품 업그레이드 혹은 CPU/RAM을 증설 서버 머신의 개수 증설
서버 소프트웨어 설계 비용 낮다 높다
확장 비용 높다 (기하급수적) 낮다 (선형적)
과부하 지점 서버 컴퓨터 자체 네트워크 장치
오류 가능성 낮다 (로컬 머신에서 동기 프로그래밍 방식 작동) 높다 (여러 머신에서 비동기 프로그래밍 방식 작동)
단위 처리 속도 높다 (로컬 컴퓨터의 CPU/RAM 사용) 낮다 (여러 머신 간 메시지 전달하며 처리)
처리 가능 총량 낮다 (서버 한 대 성능만 사용) 높다 (여러 머신으로 부하 분산)

⚡ 3. 성능

정의:

  • 얼마나 빠르게 처리하는지를 의미한다

중요도:

  • 실시간으로 0.01초 차이로 승패가 갈리는 FPS 게임에서는 중요도가 커진다
  • 이에 반해 턴을 가지는 카드 게임에서는 레이턴시가 크게 체감되지 않는다

핵심 원칙:

  • 성능과 확장성의 적절한 균형이 중요하다

📉 성능 vs 확장성 그래프

---
config:
  theme: dark
  look: handDrawn
---
xychart-beta

    x-axis "동시접속자 수" 0 --> 20000
    y-axis "플레이어당 처리시간(ms)" 0 --> 1400

    x-axis "동시 접속자" [5000, 10000, 15000, 20000]

    line "성능만 좋음 (A)" [0, 40, 240, 1300]
    line "확장성만 좋음 (B)" [500, 500, 500, 500]
  • 🟦 성능만 좋음: 낮은 부하에서는 빠르지만, 부하 증가 시 급격히 느려짐
  • 🟩 확장성만 좋음: 일정한 속도를 유지하지만, 기본 처리 시간이 김

🔧 성능 개선 방법

1. 서버의 단위 처리 속도 높이기:

  • 알고리즘 최적화
  • 더 빠른 프로그래밍 언어
  • 더 좋은 하드웨어

2. 서버의 과부하 영역 분산:

  • 코드 프로파일링을 통해 어떤 함수가 성능에 주요한 영향을 주는지 탐색한다
  • 처리 속도를 높이거나, 실행 빈도를 낮출 수 있는 방법이 없다면 사용해야 한다
  • 해당 함수를 실행하는 서버를 여러 대로 나눔으로써 해결한다

3. 네트워크 프로토콜 최적화

📦 3.1. 메시지 양 줄이기

메시지 압축:

  • 압축할 수 있는 데이터 패턴을 이룰 수 있다면 사용할 수 있다

양자화:

  • 정수 혹은 부동소수점 값의 정밀도를 낮춰, 값이 차지하는 데이터 크기를 줄일 수 있다
  • 네트워크 송수신 시에만 양자화하고, 가지고 있을 때는 복원해도 된다
  • 예시: 체력(float)의 범위가 0~100이다. 체력(int)을 2배하여 0~200으로 만들면 여전히 1바이트로 소수점 값을 표현할 수 있다

메시지 교환 횟수 줄이기:

  • 보내야 할 메시지 A, B, C, D를 보내야 한다
  • 각 메시지를 1개씩 보내면 4번을 보내야 한다
  • 가능하다면 A,B와 C,D로 묶어서 2번만 보낼 수도 있다

🌐 3.2. 네트워크 전송 시간 줄이기

고품질 네트워크 회선:

  • 고품질 네트워크 회선을 가진 데이터센터에 서버 설치

지리적 분산:

  • 지리적으로 가까운 데이터센터에 서버 분산 설치
    • 한국 서버, 중국 서버, 일본 서버, 미국 서버와 같이 분산 설치한다
    • 지리적으로 가까운 클라이언트끼리 매칭시켜준다

P2P 네트워킹:

  • 클라이언트끼리 직접 통신함으로써 서버 부담을 줄인다
  • 클라이언트끼리 통신하므로, 해킹당하면 곤란하다
  • FPS에서 자주 사용된다

🔧 4. 관리 편의성

기본 형태:

  • 일반적인 게임 서버는 콘솔 프로그램 형태로 작동하며, 조작이 불가능하다
    • 서버 On/Off만 가능하다
  • 백그라운드 프로세스로 서버를 실행시키기도 하며, 시작 프로그램으로 등록해두기도 한다
    • 이를 윈도에서는 서비스, 리눅스/유닉스에서는 데몬이라 한다

🛠️ 4.1. 관리 방법

관리 도구 구성:

  • 서버 프로그램을 원격 관리하는 프로그램을 따로 둔다
  • 이를 관리 도구 혹은 운영 도구라고 하며, 필수 역할은 다음과 같다:
    • 서버 On/Off
    • 동시접속자 수 보기
    • CPU/RAM 사용량 확인

권한 분리:

  • 서버 관리자(SA)와 게임 운영자(GM)의 역할을 다르게 한다
    • 서버 관리자: 서버 관련 업무를 할 수 있는 권한을 가진다
    • 게임 운영자: 게임 관련 업무를 할 수 있는 권한을 가진다
      • 예: 추방이나 아이템 회수, 지급 등

🧐 정리

게임 서버 품질의 4대 요소:

요소 핵심 개념 주요 전략
안정성 서버 다운타임 최소화 테스트, 코드 리뷰, 로그, 자동 복구
확장성 사용자 증가에 대응 수평적 확장 (서버 대수 증설)
성능 빠른 응답 속도 알고리즘 최적화, 프로토콜 최적화
관리 편의성 운영 효율성 관리 도구, 권한 분리

균형의 중요성:

  • 4가지 요소는 서로 트레이드오프 관계
  • 프로젝트 특성에 맞는 적절한 균형점 찾기가 중요
  • 성능과 확장성은 특히 신중한 균형 필요

실무 적용:

  • 초기: 안정성 > 성능 > 확장성 > 관리 편의성
  • 성장기: 확장성 > 안정성 > 성능 > 관리 편의성
  • 성숙기: 관리 편의성 > 안정성 > 확장성 > 성능

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