skynet的cluster集群

集群的使用

现在的游戏服务器框架中，分布式是一种常见的需求。一个游戏服务器组通常可以分成网关服务器、登录服务器、逻辑服务器、跨服服务器等等。
在skynet中，我们可以通过cluster来组建一个集群，实现分布式的部署。

示例

我们先来看一个简单的例子，在这里我们实现了两个skynet结点(进程)：一个称为center，一个称为game。
在center中启动一个data服务，然后game结点向center结点的data服务获取数据。

center结点有两个文件centerMain和dataService：

--centerMain.lua
local skynet = require("skynet")
require("skynet.manager")
local cluster = require("skynet.cluster")

skynet.start(function()
   --打开结点：表示当前进程是center结点，监听center端口
   cluster.open("center")

   --启动dataService服务
   local addr = skynet.newservice("dataService")

   --注册名字，以便其他结点访问
   skynet.name(".dataService", addr)
end)

--dataService.lua
local skynet = require "skynet"
local kv = {}

skynet.start(function()
   skynet.dispatch("lua", function(session, source, cmd, k, v)
      if cmd == "set" then
         kv[k] = v
      elseif cmd == "get" then
         skynet.retpack(kv[k])
      end
   end)
end)

game结点连接center结点，访问dataService服务：

local skynet = require("skynet")
require("skynet.manager")
local cluster = require("skynet.cluster")

skynet.start(function()
   --使用cluster.send/call
   cluster.send("center", ".data", "set", "k1", "v1")
   print(cluster.call("center", ".data", "get", "k1"))

   --使用skynet.send/call
   local addr = cluster.proxy("center", ".data")
   skynet.send(addr, "lua", "set", "k1", "v2")
   print(skynet.call(addr, "lua", "get", "k1"))
end)

在配置文件中，我们需要指定一个cluster文件：

--config
cluster = "./config/clusterConfig.lua"

--config/clusterConfig.lua
__nowaiting = true 
center="127.0.0.1:14880"
game="127.0.0.1:14881"

这样一个简单的skynet集群就搭建好了

cluster库

在示例中，我们看到集群的监听和发送，都是通过cluster这个库来操作的。cluster是一个封装的用来进行集群相关操作的函数库，通过local cluster = require("skynet.cluster")引入
主要的函数有：

1. cluster.reload

cluster.reload用来加载配置。除了通过配置文件之外，我们也可以使用cluster.reload来加载配置：

cluster.reload({
   center="127.0.0.1:14880",
   game="127.0.0.1:14881",
})

如果不传参数的话，则表示重新从配置文件中加载：

cluster.reload()

reload是新加配置，对于旧的结点，如果没有被覆盖到则没有影响。想要清除旧的结点，可以配置node=nil

可以通过配置节点名字对应的地址为 false 来明确指出这个节点已经下线

2. cluster.open

cluster.open表示监听指定的端口。示例中，在center结点，我们使用cluster.open('center')来监听center端口，在这里是监听127.0.0.1:14880。

这里会发一条listen指令给到clusterd，clusterd启动gate服务，并通过gate服务来监听端口。

clusterd在收到listen时，会启动一个gate服务，所以如果你有自定义的网关服务，最好不要用gate这个服务名。

在一个进程里，我们可以open多个端口，如果其他结点不会主动连接本结点，那也可以不open任何端口。

3. cluster.send / cluster.call

send和call可以向指定的结点发送lua消息。
其效果和在目标结点上，发送lua消息一样。
在game结点上执行：
cluster.send("center", ".dataService", "set", "k1", "v1")
相当于在center结点上执行：
skynet.send(".dataService", "lua", "set", "k1", "v1")

4. cluster.proxy

cluster.proxy用于生成一个代理地址，使发送跨结点的消息看起来和发送本地消息一样:

local addr = cluster.proxy('center', '.dataService')
skynet.send(addr, 'lua', 'set', 'k1', 'v1')

和发送本地消息的区别在于，这种方式下，skynet.send只能支持lua消息。

5. cluster.register / cluster.query

cluster.register用于给某个服务在当前结点注册个名字。
其他结点，则可以使用cluster.query来判断目标结点是否存在某个服务。

clusterd服务

当我们引入cluster库时，会启动一个唯一服务clusterd，这是在cluster.lua文件中，通过skynet.init的方式启动的：

--cluster.lua
skynet.init(function()
    clusterd = skynet.uniqueservice("clusterd")
end)

cluster库的函数，基本上都是通过发送lua消息到clusterd服务来进行的。

clusterd会处理以下lua消息：

1. reload

clusterd维护一个node_address表，用来记录每个结点对应的IP地址和端口。

2. listen

收到listen消息时，clusterd会启动一个gate服务。然后根据结点名，获取结点地址，启动gate监听网络端口。
当这个gate服务收到网络连接时，会发送lua消息socket到clusterd服务，然后由clusterd启动一个clusteragent服务，来处理这个连接的消息：

function command.socket(source, subcmd, fd, msg)
	if subcmd == "open" then
		skynet.error(string.format("socket accept from %s", msg))
		-- new cluster agent
		cluster_agent[fd] = false
		local agent = skynet.newservice("clusteragent", skynet.self(), source, fd)
		--...其他代码
	else
		--...关闭和错误处理
	end
end

3. register

clusterd维护一个register_name表，用来记录注册的服务名和地址。

4. proxy

clusterd维护一个proxy表，记录结点名.服务名对应的代理地址，当代理地址不存在时，则创建一个clusterproxy服务。

5. sender

clusterd维护一个node_channel表，记录结点对应的clustersender地址，这里会返回结点对应的clustersender地址，没有则先创建一个。

发送消息到其他结点

• cluster.send
cluster.send会通过一个clustersender服务来发送消息。先看看代码：

function cluster.send(node, address, ...)
	-- push is the same with req, but no response
	local s = sender[node]
	if not s then
		table.insert(task_queue[node], skynet.packstring(address, ...))
	else
		skynet.send(sender[node], "lua", "push", address, skynet.pack(...))
	end
end

在cluster中维护着sender列表，在同一个服务里，sender记录每个node对应的clustersender服务。
当sender[node]不存在的时候，没有直接创建一个clustersender，而是将当前的参数打包，然后插入到一个task_queue队列中，这是因为创建服务是一个阻塞的过程，在创建服务的过程中，可能会再次调用cluster.send，所以这里将所有创建过程中的参数都缓存起来，等clustersender创建完成后，再统一发送到目标结点。
而创建clustersender，又是发送消息到clusterd服务：local ok, c = pcall(skynet.call, clusterd, "lua", "sender", node)

skynet.packstring可以将多个参数(字符串，数字，表，布尔值)序列化成一个字符串。可以使用skynet.unpack反序列化将参数解出。

• cluster.call
cluster.call同样是通过clustersender服务来发送消息。

function cluster.call(node, address, ...)
	-- skynet.pack(...) will free by cluster.core.packrequest
	local s = sender[node]
	if not s then
		local task = skynet.packstring(address, ...)
		return skynet.call(get_sender(node), "lua", "req", repack(skynet.unpack(task)))
	end
	return skynet.call(s, "lua", "req", address, skynet.pack(...))
end

cluster.send使用task_queue可以立刻返回，不会阻塞，而cluster.call本身就是会阻塞的，所以可以直接使用get_sender，以阻塞的形式获取一个clustersender。

注意这里先将参数序列化，等获取到sender之后才重新化序列化，这是因为get_sender这个过程是阻塞的，而参数有可能是个table，在阻塞的过程中，这个table中的值有可能发生变化，导致逻辑不符合预期，所以这里通过序列化来保证发送时的参数不会被改变。

clustersender服务

clustersender用来连接指定结点并发送数据。这个服务是在第一次发送数据时才创建的。
在集群中，结点A向结点B发送过消息，那么结点A就有一个指向结点B的clustersender服务，且只有一个。

clustersender服务是在clusterd服务中创建的，clusterd是一个唯一服务，在这个服务的管理下，每个目标结点只有一个clustersender服务。

现在我们来看看clustersender服务是怎么发送数据的。

启动服务时，我们传过来四个参数
node: 连接的集群的结点名字
nodename: 主机的hostname
init_host: socket连接的地址
init_port: socket连接的端口

在skynet.start时，创建了一个skynet.socketchannel，然后设置lua消息处理函数，这里主要处理两种服务：

• push
push对应的是cluster.send，只负责发送，不需要响应。

function command.push(addr, msg, sz)
	local request, new_session, padding = cluster.packpush(addr, session, msg, sz)
	if padding then	-- is multi push
		session = new_session
	end

	channel:request(request, nil, padding)
end

这里的cluster的C层的库，不是lua层的库。
cluster.packpush按特定的协议，来打包数据。
cluster.packpush返回三个值：
request：打包后的二进制数据。
new_session：session+1。
padding：如果数据过大，则将超过单包上限的二进制数据以table数组的形式放在padding里。

channel:request则是将request发送给对端主机，如果有padding，则分多个包发出去。这里第二个参数是response，这里为nil表示不需要响应。

• req
req对应的是cluster.call，需要等待响应的返回。

local function send_request(addr, msg, sz)
	-- msg is a local pointer, cluster.packrequest will free it
	local current_session = session
	local request, new_session, padding = cluster.packrequest(addr, session, msg, sz)
	session = new_session

	local tracetag = skynet.tracetag()
	if tracetag then
		if tracetag:sub(1,1) ~= "(" then
			-- add nodename
			local newtag = string.format("(%s-%s-%d)%s", nodename, node, session, tracetag)
			skynet.tracelog(tracetag, string.format("session %s", newtag))
			tracetag = newtag
		end
		skynet.tracelog(tracetag, string.format("cluster %s", node))
		channel:request(cluster.packtrace(tracetag))
	end
	return channel:request(request, current_session, padding)
end

function command.req(...)
	local ok, msg = pcall(send_request, ...)
	if ok then
		if type(msg) == "table" then
			skynet.ret(cluster.concat(msg))
		else
			skynet.ret(msg)
		end
	else
		skynet.error(msg)
		skynet.response()(false)
	end
end

command.req调用send_request，返回值如果是table表示这是一个大包切割成多个小包，需要使用cluster.concat连接起来再返回，如果是string则直接返回。
在send_request中，cluster.packrequest和cluster.packpush类似，来打包request类型的数据。
最后同样是交给channel:request来发送socket消息，和push不同的是，这里第二个参数传入了current_session，表示接收响应的会话ID。

这里简单的讲一下channel:request是怎么发送和接收数据的。
channel:request首先会检查当前的连接状态：

• 如果socket连接还没建立，则先建立连接，再发送数据；
• 如果socket连接已断开，则会抛出异常；
• 如果socket连接正常，则直接发送数据。
  在发送数据的时候，如果数据包太大(超过32K)，则会切分成多个包来发送。

如果需要等待响应数据，那么会调用socketchannel的__response函数，这个函数是在socketchannel初始化的时候传入的，在socketsender这里，则是read_response函数：

local function read_response(sock)
	local sz = socket.header(sock:read(2))
	local msg = sock:read(sz)
	return cluster.unpackresponse(msg)	-- session, ok, data, padding
end

skynet.start(function()
	channel = sc.channel {
			host = init_host,
			port = tonumber(init_port),
			response = read_response,
			nodelay = true,
		}
	skynet.dispatch("lua", function(session , source, cmd, ...)
		local f = assert(command[cmd])
		f(...)
	end)
end)

read_response中，sock:read是一个阻塞函数，接收对端socket传回来的网络消息。

clsteragent服务

前面提到过，当clustersender第一次发送数据时，会先建立socket连接，而当socket连接建立时，对面的结点会创建一个clusteragent服务，来处理收到的数据。
clusteragent的创建是在clusterd服务中：

function command.socket(source, subcmd, fd, msg)
	if subcmd == "open" then
		skynet.error(string.format("socket accept from %s", msg))
		-- new cluster agent
		cluster_agent[fd] = false
		local agent = skynet.newservice("clusteragent", skynet.self(), source, fd)
        --...其他代码
	else
        --...其他代码
	end
end

可以看到，创建clusteragent的时候，传入了三个参数：clusterd地址、source地址(即gate地址)、fd文件描述符(代表这个socket)。
clusteragent在调用skynet.start的时候，设置gate服务的转发，将来自fd的网络消息，都转发到这个clusteragent地址，然后设置了对网络消息的处理：

skynet.register_protocol {
    name = "client",
    id = skynet.PTYPE_CLIENT,
    unpack = cluster.unpackrequest,
    dispatch = dispatch_request,
}

这里的cluster.unpackrequest将clustersender传过来的网络数据进行解析，然后分配给dispatch_request处理：
dispatch_request(_,_,addr, session, msg, sz, padding, is_push)
clustersender中会将服务地址addr打包，这里将addr解析出来，addr可以是字符串，也可以是数字。
当addr是数字0的时候，表示查询某个注册名字的数字地址：

--结点A
cluster.register("name", addr)

--结点B
local addr = cluster.call("NodeA", 0, "name") --返回NodeA中注册的"name"的数字地址

当addr是字符串或大于0的数字，则判断addr是不是通过cluster.register注册过的，如果是则addr转化成注册的地址。 然后再根据is_push，来执行skynet.rawcall或skynet.rawsend，进行数据转发。 如果是call，最后还需要将数据通过socket返回给clustersender。

clusterproxy服务

当我们调用cluster.proxy(node, addr)时，会向clusterd申请一个clusterproxy服务。
这里的参数，有三种形式：

• cluster.proxy(“center”, “.data”)
• cluster.proxy(“center.addr”) ：等价于 cluster.proxy(“center”, “.data”)
• cluster.proxy(“center@addr”) ：等价于 cluster.proxy(“center”, “@data”)
  clusterd会以node .. "." .. name作为key，保证同一个key只有一个clusterproxy服务。

而clusterproxy服务很简单：
它会向clusterd申请一个面向node的clustersender，然后就收到的lua消息，转发到这个clustersender上，参数使用服务初始化时的addr。

参考资料

• github skynet wiki
• skynet cluster 模块的设计与编码协议