Docker と ECS と WebSocket で最強のマルチプレイ・ゲームサーバを構築

第1回　Gaming Tech Night にて発表した資料です。
http://gamingtechnight.connpass.com/event/34249/

Transcript

1. 最強のマルチプレイ・ ゲームサーバを構築 2016/07/07 Gaming Tech Night グリー株式会社 開発本部 堀口真司 Docker と ECS と WebSocket で
2. はじめに • 技術ブログに書いたのが元ネタです  「 Docker ECS WebSocket 」でぐぐると元ネタページ出ます  http://labs.gree.jp/blog/2016/06/16024/ • 今回だけの詳細版  開発と構築と運用ぜんぶ。 • 自己紹介  コンソール → ネトゲ → アーケード → ソシャゲ  先週から33歳
3. 稀によくあるプロジェクト要件 (仮) • リアルタイム・マルチプレイゲームの案件が浮上  Photon エンジンとか Monobit エンジンとかもあるけど… • ざっくり要件  そんなガチゲーじゃないけど、 20 人ぐらいでプレイ  マップギミックがある  NPC もいる  そもそも WebGL クライアントとか • 技術選定にて  WebSocket で十分だろう。となると、 nodejs になる  ステートレスは難しいので、 RDB/KVS は使わない。オンメモリでやる  モニタリング、デプロイはありもので何とかならないか
4. 一番最初に浮かんだ案 ロードバランサ IP Masquerade API サーバ群 WebSocket Stateful なので 狙ったプロセスに アクセスするため DB を持たず オンメモリで すべて処理 WebSocket とそれ以外は 使い分ける。マッチング 等は API サーバでやる 永続的な状態は 一応 API 経由 で更新
5. WebSocket サーバ群 API サーバ群 WebSocket サーバ群に負担 ロードバランサ IP Masquerade 問題なし デプロイ モニタリング メモリリーク NAT 更新 マルチコア対応 ゲームに関係 ない部分…
6. もんだいだらけの… • メモリリーク  ステートフルサーバの場合、状態を内部に持つのでどんどんオブジェクトが溜まっていく。完璧に 対応することもできなくはないが、それをやるコストがかかってしまう。一般的には定期的に再起 動させることで、ある程度のメモリリークを妥協し、効率よく開発する。 • NAT 更新（あるいは案内）  LB 層での RR や WRR 等は利用できない。各サーバ、全ポート固定で割り振っても良かったが、安 定した内部システムに大量の NAT エントリを作るのはリスクが高かった。できればグローバル IP 直結にし、個別の Firewall が好ましい。いずれにせよ管理コストがふくらむ。 • デプロイ  ディレクトリスイッチや Apache のリロードのように完璧に近いふるまいができない。 nodejs の デーモン化ツールは普通のステートレス Web 向けのものがほとんど。となると自前でそれを考慮し たつくりにしなければならない。 • モニタリング  プロセスの監視や負荷の監視が要るが、 Apache ではないので何か回収するための仕組みを作らな いといけない。既存のメトリクス回収システムとのプラグインを作らないといけない。 • マルチコア対応  nodejs はシングルスレッド・イベントドリブンで安定高速動作するが、マルチコア OS に乗せると そのサーバの性能を出し切れない。となると、 Prefork 系のアプローチを取ってマルチプロセスで 運用するなど、 NAT の仕組みと競合したり、オーケストレーション層を対応しないといけない。
7. 作るモノが多い問題 • なぜならこの課題に対する世間の需要がほとんどなく OSS が発展してないため。  わずかなモノも、こちらの要件にマッチすることはほぼない • たとえば Photon エンジンなら  ロードバランシング → SPOF だけど、独自のものが用意されてる。  モニタリング → Windows API で取れる  マルチコア対応 → どうやら、マルチスレッドで動いてる  デプロイ → 専用コンソールでボタンをポチポチするだけ それなりの規模なら作る。 または、買うんだけど どうしようかな～
8. nodejs プロセスと TCP Port を 完全にマップしたい いつもの LAMP じゃだめ なんか？ デプロイどうしよ オーケストレーションも コンテナどう？ デプロイツール幾つかあ るし、中身は root でどん なプロセスでも動くし、 TCP Port に直結できる せや！ Amazon ECS にしたろ
9. コンテナとは • VM より小さく、プロセスより大きい  ホスト OS とは違うものが使える。 AmazonLinux 内に Ubuntu とか。  ミドルウェア類も全部別のバイナリで動作する  CPU はエミュレートされない。なので高速動作する  GPU もエミュレートされない。そもそもハードウェア仮想化ではない  コンテナ毎にリソースの上限が設定できるのもある  IP アドレス(ネットワーク)はホストと共有される  コンテナ内のファイルディスクリプタは独立するので、一見すると NAT っぽいふるまい  コンテナ間で同じものは共有される  ストレージは設定しないと書き込めない  設定すればホスト側のボリュームも読み書きできる  コンテナのエントリポイント（＝プロセス）が終了するとコンテナも消える  コンテナ内は root ユーザで動作する  “本物のオブジェクト指向”でいう、オブジェクトっぽい立ち位置。 • Google では、あらゆるアプリがコンテナ運用らしい。
10. ここから構築 と設定
11. じぶんの PC ECS Host Amazon ECR Amazon ECS fetch build push AWS Lambda API Auto Scaling group ECS Host Post room-status deploy Container-status log pull 社内ネット Amazon API Gateway
12. じぶんの PC shinji.horiguchi@G-PC-00366540 MINGW64 ~ $ docker run -P -d websocket 75ff4f9b1eee9933d867b628f75dde046467ae7f426a67344ebe6806f407f6d3 shinji.horiguchi@G-PC-00366540 MINGW64 ~ $ docker run -P -d websocket 38bb67d2895d4d3ac03732ce0f5631780118737c70b79c652ba293bb862cf702 shinji.horiguchi@G-PC-00366540 MINGW64 ~ $ docker ps CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES 38bb67d2895d websocket "node /home/app/serve" 4 seconds ago Up 3 seconds 0.0.0.0:32769->3000/tcp nauseous_engelbart 75ff4f9b1eee websocket "node /home/app/serve" 37 seconds ago Up 36 seconds 0.0.0.0:32768->3000/tcp berserk_golick Windows でも docker tools 入れるだけでオッケー。 開発環境のセットアップに 一時間もかからない コンテナ操作や管理は GUI なので、非エンジニア でも安心の Kitematic
13. Amazon ECR fetch build push docker が使える slave を 追加しておく。古いやつは ECR 未対応でダメ。 Jenkins ジョブに必要なので作る。超簡単。 US 系リージョン。作った後に案内されるペー ジの内容にログイン方法やアドレスが書いてあ るので必ずメモっておく。 でもデフォの latest タグのままはダメ。 ADD app /var/app WORKDIR /var/app RUN npm install RUN npm install -g bower RUN bower install --allow-root • WORKDIR – 使える • ENV – 使える • ENTRYPOINT – 使える • EXPOSE – 使えない • CMD – 使える • 他 – わからん Registory API v2 に対応したクライアントが必要 Dockerfile に全部書く。 docker build するまえに、 ゲーム本体も fetch してくる Dockerfile は別リポジトリ。 どうせ冪等性ないのでビルド 後のハッシュやタグで管理 ECS 側で 設定必須
14. Amazon ECR Amazon ECS ECS Host deploy pull ECR で案内された URL をそのまま Task 定義に設定すれ ばオッケー。 Docker Hub のも同じく使えるので、 cAdvisor はそのままデプロイ cAdvisor はコンテナホスト単位でデプロイする。 Portmap でホスト側のポートを指定すると一台に 一つのコンテナしかデプロイされないので、この 仕組みを活用する。 Prometheus と組み合わせる と間違いなく最強。時系列 データを行列のまま扱えて 関数と式でグラフを描ける fluentd はホストで動作させ、 コンテナ内から localhost:port に流す
15. ECS でのインスタンス概念 • Task Definition  コンテナの URL や起動パラメータ、ヴォリュームやポート設定を行う  コンテナタグをつけかえて、バージョンアップとかできる • Service  デプロイ設定。一部を変えると差分を埋めるようにトポロジが維持される  どの Task definition を、どれだけ • Cluster  Service のデプロイ先で、 EC2 によるコンテナホストが複数含まれる  複数の Service が一つの Cluster に同居できる • Task  稼働中のコンテナ。いわゆる docker ps コマンド
16. ECS Host Amazon ECS Auto Scaling group ECS Host deploy Desired:10 Minimum healthy: 100% Maximum: 120% 新デプロイを設定すると Max まですぐに増加する デプロイ時にローリングリスタートされる容 量＝Max-Min となり、この設定の場合 20% 分ずつコンテナが入れ替わっていく。 Min 設定を 100% 未満にするとデプロイ時に いきなり殺されてしまうのでサービスの場合 は 100% 以外に選択肢は無い。 初期値の 50% では半数で障害となる コンテナホストは AutoScaling と Userdata のみで運用できる。 ssh すら不要で、 AMI も標準の ECS Optimized で良い。
17. Cluster 画面 Task Definition で競合 が無ければ Desired だけ Task が起動する テスト用などはそもそも 一つしか起動させていない ホスト内で競合する場合は、 一台に一つのコンテナしか 起動できない
18. Rolling 時
19. 類似サービス • Kubernetes  クゥーバーネイテス。  Google 系  ECS とだいたい同じ機能 • Nomad  ノマド。  Hashicorp 系  だいたい同じ • Docker 1.12  だいたい同じ  オーケストレーション強化
20. AWS Lambda API Post room-status Container-status いわゆる Tasks で取れるような情 報を管理 API に伝える ホスト名＋ポート番号は必須 コンテナはブラックボック ス化の原則に則って、 必要な情報は外から与える。 AWS 依存の情報や docker 依存の情報など。 それらの情報に加えて、コ ンテナのみが保持している 状態を管理 API に伝える コンテナへの案内やゲー ムのマッチングを行う。 案内には NAT64/DNS64 対応のため FQDN で行う。 Amazon API Gateway
21. 最強ポイントまとめ ４つのポイント
22. 書くものが少ない • タスク一覧を取得し、管理 API に POST する • コンテナ内に観測情報を set する • 管理 API に WebSocket サーバの状態をいろいろ POST する • Dockerfile 書く • Jenkins ジョブ書く • 監視やロギングの設定
23. 落ちない • すべてが分散配置され、 SPOF が無い  ホストは AZ バランス、コンテナは分散、 Lambda も分散、 API は ELB 配下で完璧 • Rolling または Blue-Green どちらでも対応できて、メンテ停止も不要 • Service 設定を一つ変えるだけで、ロールバックも超簡単 • テスト、一部公開も同じく容易 • モニタリングツールがたくさんある  これがこの分野で意外と厄介である。
24. 依存が少ない • 環境依存が少なく、コンテナを手元の PC で建てることもできる  チョイ確認したいときとか • nodejs なら、そのまま Windows/Mac で建てても良い  gulp 等と相性が良く、開発しやすい • WebSocket で SSL 対応もできる  将来 HTTPS しか通らなくなっても大丈夫  socket.io で WebSocket すら通らなくても大丈夫  シンプルなルーティングなので IPv6 も大丈夫
25. ロックインしない • Amazon ECS を利用しているものの、類似サービスが他にもある  コンテナ関連は情報量も多くなった  それ以外の部分もだいたい検索すればすぐに解決方法が見つかる • コンテナやめて、従来型の運用ツール一式に戻っても良い  当手法にかかるコストが極端に少ないので、手戻りがそもそも少ない  nodejs 単体で動作するものがあるとして、ビルドからデプロイまで一通りやっても一 週間(40h)もやれば、運用に乗る
26. ご清聴ありがとうございました