Оптимизация сервера Minecraft

В нашем блоге мы уже рассказывали, как создать свой сервер Minecraft, однако с тех пор прошло 5 лет и многое поменялось. Делимся с вами актуальными способами создания и оптимизации серверной части столь популярной игры.

За свою 9-летнюю историю (если считать от даты релиза) Minecraft заработал потрясающее количество поклонников и хейтеров как среди обычных игроков, так и среди гиков. Простая концепция мира из кубиков превратилась из обычного развлечения в универсальную среду для общения и создания различных объектов из реального мира.

Помимо строительства, в игре есть возможность создавать логические схемы, которые позволяют реализовывать полноценные алгоритмы внутри Minecraft. На YouTube полно весьма впечатляющих роликов, где люди, приложив огромное количество сил и потратив множество времени, создали копию того или иного электронного устройства или построили детальную копию существующих и вымышленных архитектурных сооружений. Все ограничивается лишь фантазией геймера и возможностями игровой вселенной.


Но не будем дальше говорить о том, что именно игроки создают, а посмотрим на серверную часть приложения и осветим проблемы (порой весьма сложные), которые могут возникнуть в процессе работы под нагрузкой. Сразу оговоримся, что речь пойдет только о Java Edition.

Виды серверов

Самым простым вариантом является сервер, встроенный в клиент игры. Создали мир, нажали на одну кнопочку, и вот сервер стал доступен по локальной сети. Никакой серьезной нагрузки такой вариант выдержать не может, а поэтому мы не будем его даже рассматривать.

Vanilla

Компания Mojang Studios распространяет серверную часть игры в виде Java-приложения бесплатно на официальном сайте. Это позволяет создать свой собственный выделенный сервер и персональный мир, сделав его доступным для подключения из любой точки планеты. Для тех, кто делает это впервые, есть отличный туториал, доступный в соответствующей игровой Wiki.

У этого подхода есть один серьезный недостаток, а именно — отсутствие возможностей «из коробки» подключать плагины, расширяющие функционал сервера и позволяющие не только автоматизировать многие процессы, но и оптимизировать производительность. Кроме того, у официального сервера достаточно большое потребление оперативной памяти на каждого подключенного игрока.

Bukkit

Созданное энтузиастами на базе Vanilla-версии серверное приложение Bukkit значительно расширяло возможности игры за счет поддержки плагинов и модов (модификаций). Оно позволило не только добавлять в игровой процесс новые блоки, но и выполнять различные манипуляции, недоступные ванильному ПО. Что интересно, памяти это приложение требовало значительно меньше.

Установить Bukkit не составляет особого труда, соответствующая инструкция есть на ресурсе GamePedia. Но это не имеет смысла, так как с 2014 года команда Bukkit распалась, разработчики проекта стали сотрудниками Mojang Studios, а репозиторий заброшен. Таким образом, Bukkit фактически мертв, и имеет смысл обратить внимание на два следующих проекта.

SpigotMC

Для облегчения жизни разработчиков плагинов была необходимость в API для взаимодействия с игровым миром. Именно эту задачу и решили создатели Spigot, взяв за основу ядро Bukkit и переработав его для достижения лучшей надежности и производительности. Тем не менее, Git-репозиторий проекта был заблокирован в связи с Законом об авторском праве в цифровую эпоху (DMCA), и скачать оттуда исходники невозможно.

На текущий момент SpigotMC активно развивается и используется. Он поддерживает все плагины, созданные под Bukkit, однако с ним обратно не совместим. Чтобы обойти запрет DMCA Takedown, был придуман элегантный способ под названием BuildTools. Этот инструмент избавляет от необходимости дистрибуции скомпилированного приложения и позволяет пользователям выполнить компиляцию Spigot, CraftBukkit и Bukkit из исходного кода. Все это делает запрет DMCA бесполезным.

PaperMC

Казалось бы, все круто, и Spigot стал прекрасным вариантом. Но некоторым энтузиастам этого показалось мало, и они запилили свой собственный форк Spigot «на стероидах». На странице проекта ключевым достоинством указано, что “It's stupid fast”. Развитое коммьюнити позволяет оперативно решать возникающие вопросы, а расширенное API — делать интересные плагины. Запустить PaperMC можно одной простой командой, приведенной в документации.

С совместимостью у PaperMC все прекрасно, так что написанные плагины под SpigotMC легко заработают и на PaperMC, но без официальной поддержки. Обратная совместимость со SpigotMC также присутствует. Теперь, когда мы перечислили различные варианты создания сервера, перейдем к тем проблемам производительности, которые могут возникать.

Проблемы и решения

Главное, что нужно понимать, — все, что касается обработки игрового мира будет обрабатываться только на одном вычислительном ядре физического сервера. Так что если вдруг у вас прекрасный сервер с десятком вычислительных ядер, то загружено будет только одно. Все остальные будут фактически простаивать. Такова уж архитектура приложения, и ничего вы с этим поделать не сможете. Так что при выборе сервера следует обращать внимание не на количество ядер, а на тактовую частоту. Чем она будет выше, тем лучше будет производительность.

Что касается вопроса об объеме оперативной памяти, тут следует исходить из следующих показателей:

• планируемое количество игроков;
• планируемое количество миров на сервере;
• размер каждого мира.

Следует помнить, что Java-приложению всегда нужен запас по оперативной памяти. Если вы рассчитываете на потребление памяти в 8 гигабайт, то фактически надо иметь 12. Цифры условные, но суть от этого не меняется.

Для запуска серверной части рекомендуем воспользоваться флагами, указанными в статье Tuning the JVM – G1GC Garbage Collector Flags for Minecraft. Эта «черная магия» позволяет серверу грамотно настроить «сборщик мусора» и оптимизирует использование оперативной памяти. Не стоит выделять памяти больше, чем реально потребляет сервер при пиковом наплыве игроков.

Генерация карты блоков

“Вы действительно считаете, что Луна существует, только когда вы на неё смотрите?” (Альберт Эйнштейн)

Абсолютно новый сервер. Как только игрок первый раз успешно подключается, игровой персонаж появляется на общей точке сбора (спаун). Это единственное место, где игровой мир предварительно генерируется сервером. В этот же момент клиентская часть смотрит в настройки, и ключевым параметром является дальность прорисовки. Измеряется она в чанках (область карты 16x16 и высотой в 256 блоков) Сколько чанков там указано, именно столько и будет запрошено у сервера.

На сервере хранится глобальная карта мира, и если в ней еще нет сгенерированных блоков в точке появления игрового персонажа, то сервер их динамически генерирует и сохраняет у себя. Мало того, что это требует больших вычислительных ресурсов, так еще и постоянно увеличивает размер карты мира. На одном из старейших анархических серверов 2b2t (2builders2tools) размер карты уже превысил 8 Tb, а граница мира проходит на отметке в 30 млн блоков. С этим сервером связаны тысячи историй, и он заслуживает отдельной статьи серии статей.

Генерация мира вокруг одного игрока — не проблема. Генерация мира вокруг сотни игроков вызовет незначительные тормоза сервера на протяжении короткого времени, после чего нагрузка снизится. Генерация мира на дальность прорисовки клиента вокруг тысячи игроков уже способна «уронить» сервер и повыбрасывать с него всех клиентов по таймауту.

В серверном ПО имеется такое значение, как TPS (Ticks per Server — тактов в секунду). Штатно 1 такт равен 50 мс. (1 секунда реального мира равна 20 тактам игрового мира). Если обработка одного такта вырастет до 60 секунд — серверное приложение будет закрыто, выкинув всех игроков.

Выход — ограничить мир определенными координатами и выполнить предварительную генерацию блоков. Тем самым мы снимаем необходимость динамической генерации в процессе игры, и серверу будет достаточно прочитать уже существующую карту. Оба вопроса решаются одним-единственным плагином WorldBorder.

Проще всего задать границу мира в виде окружности относительно точки спауна (хотя можно ее сделать любой формы) одной командой:

/wb set <радиус в блоках> spawn

Если игровой персонаж попытается пересечь границу, то будет отброшен на несколько блоков назад. Если это проделать несколько раз за ограниченное время, то нарушитель будет принудительно телепортирован на точку спауна. Предварительная генерация мира выполняется еще проще, командой:

/wb fill

Поскольку данное действие потенциально может затронуть игроков, находящихся на сервере, не забудьте подтвердить выполнение:

/wb confirm

В общей сложности на то, чтобы сгенерировать мир радиусом в 5000 блоков (~40 млрд блоков) ушло примерно 2 часа на процессоре Intel® Xeon® Gold 6240. Поэтому, если хотите запустить прегенерацию большей карты, учитывайте, что этот процесс займет приличное количество времени, а TPS сервера будет серьезно снижено. Кроме того, помните, что даже радиус в 5000 блоков потребует примерно 2 Гб места на дисковом накопителе.

Несмотря на то, что крайняя версия плагина была разработана для Minecraft версии 1.14, опытным путем выяснено, что она прекрасно работает и на последующих версиях. Полный список команд с пояснениями доступен на форуме плагина.

Проблемные блоки

Разновидностей блоков в Minecraft великое множество. Однако мы бы хотели остановить внимание читателей на таком блоке, как TNT. Как следует из названия, этот блок представляет собой взрывчатку (примечание редакции — это игровой предмет виртуального мира и ничего с настоящими ВВ этот предмет не имеет). Его особенность такова, что в момент активации на него начинает действовать сила гравитации. Это заставляет сервер обсчитать все координаты, если в этот момент блок начинает падать.

Если блоков TNT несколько, то детонация одного блока вызывает детонацию и включение гравитации у соседних блоков, разбрасывая их во все стороны. Вся эта красивая механика на стороне сервера выглядит как множество операций по подсчету траектории каждого из блоков, а также взаимодействия с соседними блоками. Задача крайне ресурсоемкая, что легко может проверить каждый. Сгенерируйте и подорвите куб из блоков TNT, размером хотя бы 30x30x30. И если вы думали, что у вас хороший мощный игровой компьютер, то сильно заблуждались ;)

/fill ~ ~ ~ ~30 ~30 ~30 minecraft:tnt

Подобный «эксперимент» на сервере с Intel® Xeon® Gold 6240 привел к серьезной «просадке» TPS и 80% нагрузке на CPU в течение всего времени детонации блоков. А следовательно, если кто-либо из игроков сможет проделать подобное, то проблема с производительностью затронет всех находящихся на сервере игроков.

Еще более жесткий вариант — Кристаллы Края. Если TNT все же взрывается последовательно, то Кристаллы Края детонируют все одновременно, что в теории может вообще остановить работу серверного приложения.

Избежать этого сценария можно, только полностью запретив использование данных блоков в игровом мире. Например, с помощью плагина WorldGuard. Обратите внимание, что сам по себе этот плагин не работает без другого плагина WorldEdit. Так что устанавливаете вначале WorldEdit, а затем WorldGuard.

Заключение

Грамотное управление игровым сервером — задача не из простых. Сложности и снижение производительности будут поджидать на каждом шагу, особенно если не брать в расчет саму механику игрового процесса. Предусмотреть все невозможно, ведь игроки порой бывают очень изобретательны в попытках заставить сервер выполнить то, для чего он не был предназначен. Только разумный баланс между рисками и устанавливаемыми ограничениями позволит серверу работать в непрерывном режиме и не снижать свою производительность до критичных значений.

На карантине некоторые наши сотрудники соскучились по любимым офисам и решили воссоздать их внутри Minecraft. У вас тоже есть шанс заглянуть к нам в гости, не рискуя своим здоровьем и не тратя время на дорогу.

Для этого мы приглашаем всех желающих на наш сервер minecraft.selectel.ru (версия клиента 1.15.2), где воссозданы дата-центры Цветочная-1 и Цветочная-2. Не забудьте согласиться со скачиванием дополнительных ресурсов, они необходимы для корректного отображения некоторых локаций.

Вас ждут квесты, промокоды, «пасхалки» и приятное общение.