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highp-mmorpg

Windows IOCP 기반 고성능 비동기 MMORPG 서버 백엔드

C++20 · IOCP · Zero-copy Serialization · Lock-free Memory Pool

Architecture

┌─────────────────────────────────────────┐
│            Application Layer            │
│     EchoServer · ChatServer · ...       │
├─────────────────────────────────────────┤
│             Network Layer               │
│  IocpIoMultiplexer ─ Acceptor ─ Client  │
├──────────────┬──────────────────────────┤
│   Protocol   │       Utilities          │
│  FlatBuffers │  ObjectPool · Logger · … │
└──────────────┴──────────────────────────┘

IOCP (I/O Completion Port)

Windows 커널이 제공하는 비동기 I/O 통지 메커니즘. 소켓에 비동기 작업(AcceptEx, WSARecv, WSASend)을 요청하면, 커널이 완료 시 IOCP 큐에 결과를 적재하고, 워커 스레드가 GetQueuedCompletionStatus(GQCS)로 꺼내 처리한다.

          ┌──────────────────────────────────────────────────────┐
          │                    Kernel (IOCP)                     │
          │                                                      │
          │  AcceptEx / WSARecv / WSASend  ──►  Completion Queue │
          └──────────────────────┬───────────────────────────────┘
                                 │ GQCS
            ┌────────────────────┼────────────────────┐
            ▼                    ▼                    ▼
      Worker Thread 0      Worker Thread 1      Worker Thread N
  • 논블로킹 — I/O 요청 후 스레드는 즉시 반환, 완료 시점에만 깨어남
  • 스레드 풀 효율 — N개 워커가 하나의 IOCP 핸들을 공유, 커널이 스레드 스케줄링 최적화
  • 확장성 — 수천 동시 연결을 소수의 워커 스레드로 처리 가능

Threading Model

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Main Thread                                                 │
│  ServerLifeCycle::Start()                                   │
│  ├─ IocpIoMultiplexer::Initialize(N) ── Worker Threads 생성 │
│  ├─ IocpAcceptor::PostAccepts()      ── 비동기 Accept 등록  │
│  └─ LogicLoop() 또는 대기                                    │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ IOCP Worker Threads (N개, std::jthread)                     │
│  GQCS 대기 → CompletionEvent 수신 → 타입별 분기:            │
│  ├─ Accept  → SetupClient → PostRecv                       │
│  ├─ Recv    → PacketDispatcher::Receive() → MPSC 큐 적재    │
│  └─ Send    → 완료 처리                                     │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ Logic Thread (std::jthread, ChatServer 등)                  │
│  Tick 루프:                                                  │
│  └─ PacketDispatcher::Tick() → MPSC 큐에서 꺼내 핸들러 실행  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
  • Worker Thread: 네트워크 I/O 완료 처리 전담. 비즈니스 로직 실행 금지.
  • Logic Thread: 게임 로직 전담. PacketDispatcher가 MPSC 큐로 스레드 간 안전하게 전달.
  • EchoServer: 단순 에코이므로 Logic Thread 없이 Worker에서 직접 PostSend.

Packet Pipeline

Client Socket
  │
  ▼
WSARecv 완료 (Worker Thread)
  │
  ▼
FrameBuffer ── 프레임 조립 (길이 프리픽스 기반, 불완전 프레임 누적)
  │
  ▼
FlatBuffers Verify ── 패킷 무결성 검증
  │
  ▼
ParsePacket ── Packet* 역직렬화, Payload union 추출
  │
  ▼
MPSC Queue ── 페이로드 복사 후 커맨드 큐에 적재 (double-buffer swap + mutex)
  │
  ▼
Logic Thread Tick()
  │
  ▼
PacketDispatcher ── PayloadType → IPacketHandler<T> 디스패치
  │
  ├─► ChatMessageHandler::Handle()  ── 채팅 메시지 브로드캐스트
  ├─► JoinRoomHandler::Handle()     ── 방 입장 처리
  └─► ...
단계 스레드 클래스
WSARecv 완료 Worker ServerLifeCycle
프레임 조립 Worker FrameBuffer
검증 + 파싱 Worker PacketDispatcher::Receive()
큐 적재 Worker → Logic MPSCCommandQueue (double-buffer swap)
핸들러 실행 Logic IPacketHandler<T> 구현체

Highlights

  • IOCP async I/O — AcceptEx 파이프라이닝, GetQueuedCompletionStatus 워커 풀, std::jthread + stop_token 기반 graceful shutdown
  • Memory pool 전략 4종 — Mutex 기반 / Thread-local / TLS-first Hybrid / Vyukov MPMC Lock-free, 벤치마크 포함
  • FlatBuffers 프로토콜 — 스키마 기반 zero-copy 직렬화, 채팅 프로토콜 구현 (로비/방/브로드캐스트)
  • 2-tier 설정 시스템 — TOML → C++ 헤더 코드젠 (컴파일타임 상수 + 런타임 환경변수 오버라이드)
  • Result<T, E> 에러 처리 — C++23 std::expected 스타일 타입 안전 에러 핸들링

Project Structure

network/          IOCP 비동기 I/O 정적 라이브러리
  inc/              acceptor/ client/ io/ socket/ server/ config/ transport/ util/
  src/
lib/              공용 유틸리티 정적 라이브러리
  inc/              memory/ logger/ error/ functional/ concurrency/ config/ macro/ scope/
  src/
protocol/         FlatBuffers 스키마 및 생성 코드
exec/
  echo/             에코 서버/클라이언트 (통합 테스트)
  chat/             채팅 서버/클라이언트 (FlatBuffers)
  playground/       실험/스크래치 코드
scripts/          TOML → C++ 코드젠 스크립트
docs/             아키텍처 문서

Build

# Visual Studio 2022, C++20
msbuild highp-mmorpg.slnx /p:Configuration=Release /p:Platform=x64

Docs

자세한 문서는 docs/ 참고