基于ACE框架分布式通信服务器设计与应用

摘要：通信服务器是通信领域的核心，也是保证用户正常应用网络的基础，为增强通信服务器的稳定性、提高软件的开发效率，可以将ACE中间件作为开发工具，采取面向对象的编程方法，设计、应用分布式通信服务器，重点解决分布式通信服务器设计过程中遇到的问题。同时，将分布式通信服务器应用于服务器程序开发系统，搭建通信数据传输平台，以此形成完整的ACE框架下分布式通信服务器设计与应用过程，以此降低系统软件开发成本，提升软件系统应用效率。

关键词：ACE框架；分布式通信服务器；通信服务器

一、前言

分布式通信服务器将任务分散到多个计算机上进行协同处理，并通过网络连接在一起实现资源共享和负载均衡。分布式通信服务器具有可靠性、高效性等特点，通过发挥更好的扩展性作用，灵活调整集群大小，独立运行任务，以此加快任务处理速度。在ACE框架下，实现分布式通信服务器，多方面接受和响应客户端的各种请求，为用户提供特定的服务和分享数据，形成庞大的信息、资源传递系统，在交互性、复用性、移植性方面满足不断提高的性能需求，由此发挥软件结构的重要作用。

二、ACE框架简介

ACE框架的作用是降低“连接建立和服务及初始化”与“连接建立成功并完成初始化的后续处理”之间的耦合程度，包括接收器、连接器，见表1。接收器创建、初始化传输端点，被动监听远端连接者的特定地址，连接器主动向远端接收器发出连接信号。通过接收器和连接器，系统自动执行对应的操作语句，建立连接和初始化对端服务。ACE_Connector模式框架的类间关系如图1所示，ACE接收器接收到信息后，传递给某个已连接至本地端的连接对应的服务、ACE连接器，按照操作要求运行客户端或服务器，实现用户服务，并分离初始化服务和后续服务，以此优化服务的扩展性。

三、基于ACE框架分布式通信服务器设计

（一）服务器开发模型的设计

基于ACE框架，设计循环服务器模型，该模型功能的实现得益于UPD协议和Recvfrom（）函数。首先，当服务器检测用户的系统请求后，应用Bind（）函数、While（true）程序检验系统请求内容是否为空。其次，若不为空，应用Recvfrom（）函数读取系统请求内容。再次，应用Process（）函数处理系统请求内容。最后，将Sendto（）函数将反馈的系统请求内容反馈到客户端，并返回While（true）程序，等待验证下一个用户的请求。通过该循环过程，有利于循环监听用户的实际需求、检测用户的具体需求，及时处理用户的请求，并及时反馈用户请求对应的内容，由此提升通信效率，进一步凸显服务器开发模式的重要作用，符合服务器开发模型的设计需求。

除UPD协议之外，还可以应用TCP协议实现循环式服务器，首先，服务器检测用户的系统请求后，应用Bind（）函数、While（true）程序检验系统请求内容是否为空，并按照TCP协议要求帮助通信双方建立通信连接，若不为空，应用Accept （）函数接收通信信息。其次，应用Read（）函数和Process（）函数处理通信双方建立通信连接请求内容，使用Write （）函数记录通信过程。最后，不断接收通信双方建立通信连接请求，不断返回While（true）程序，直至通信结束，开启Close（）函数功能，结束通信循环。

（二）通信服务器I/O的设计

通信服务器I/O的设计涉及I/O完成端口、通信服务器处理线程、利用前摄器实现I/O完成处理三个板块。

在I/O完成端口设计过程，应用CreateIoCompletionPort （）函数创建I/O完成端口，并采用先进先出的方式排列端口，实现I/O完成端口的关联，当完成I/O完成端口设计队列时，检查多个与端口关联的线程，若运行线程数量低于系统并发值，调用处于等待状态的线程处理完成包，若队列属于空状态，继续等待下一个线程处理完成包。当没有更多引用时，完成端口被释放，关闭所有句柄，释放I/O端口和相关系统资源，调用CloseHandle函数关闭I/O完成端口句柄。通过完成I/O完成端口设计，更新状态，进入端口队列。

关于通信服务器处理线程，处理单线程、多线程和每CPU一线程。单线程主要指服务器接收用户的请求内容后，按照时间顺序进入端口队列，等待CPU处理，CPU处理后，逐一接收用户的请求内容，处理时间较长、速度较慢，无法及时处理用户的需求。多线程主要指为每一位用户开辟一个线程，分解CPU的资源，各个线程统一操作，共同完成线程服务任务，给予用户及时答复，切合实际情况。每CPU一线程主要指为每一个CPU分配一个线程，既不需要切换线程，解决处理单线程存在的问题，也不浪费CPU资源，解决多线程存在的问题，从而发挥通信服务器处理线程的重要作用。

利用前摄器实现I/O完成处理，创建完成端口，创建前摄器ACE_Proactor，启动前摄器事件循环，等待I/O完成事件，启动服务器监听，创建完成处理器，处理I/O信息和关闭积套接字，退出事件循环，形成完整的前摄器I/O完成处理过程。

（三）消息可靠运输的设计

ACE提供统一的ACE_Asynch_Operation接口类，将系统处理信息的方法转发到其他类，操作读取各个字节的数据存储结果，更新写指针，指示增加的字节数，并通过参数及priority指定，记录信号量个数signal_number。对于监控终端处理信息的过程，监控终端发起登录请求后，创建完成处理器，调用Open（）函数，Read（）函数异步读取操作信息，通过注册，Read（）函数异步读取操作信息，ACE_Service_Handler调用handle_read_stream（）函数，若成功，将信息放入消息队列，若不成功，删除完成处理器[1]。

接收信息后，读取通信链上传递的信息，指明积消息的长度，解析消息长度，以发送并被确认信息后，滑动指针1以发送未被确认，滑动指针2可继续发送，滑动指针3真正收到确认后向前滑动。通过控制发送端的流量，掌握每次接收的数据包，读取消息头和消息体，分解缓冲区数据，若消息头接收完毕，解析消息长度，到缓冲区中提取消息体，了解缓冲区数据，若消息体接收完毕，处理信息，接收完毕。

系统接收信息后，根据接收的消息存储或转发至其他终端，对于不同消息的请求，从键值和映射两个层面实现用户分类，寻找客户端和处理器。从键值和映射两个层面处理信息后，操作同一个消息对象，提高信息转发率，控制数据接收延迟，为后续数据转发提供便利条件。同时，发送信息之前，判断网络连接是否良好，若信息无法正常发送，立即停止信息传递，转变线路，实现底层的信息传递和发送，防止出现数据丢失问题。信息发送完毕后，释放内存，调用release（）函数，顺利完成内存释放[2]。

（四）数据库的设计

对于类Web开发范式组件，根据组件从前端到后端的过程，可以将整个框架划分为JsFrameWork、DomNode、ComPonent、RenderNode四个模块。

JsFrameWork框架模块，负责解析前端html和css文件，创建出DomNode树。该树的结构和前端页面是一一对应的。

DomNode框架模块，负责将Dom树转换为Component树。注意一个Dom节点转换过后的Component节点实际上并不是一个单独的节点，而是一棵以rootComponent为根节点的组件树。该树中逐层包裹了对应的功能组件，最内部才是真正的主节点（这样的作用是功能解耦合，将某一特定的功能放到对应的组件中去）。BoxComponet负责组件的边框绘制，DisplayComponent负责组件透明度绘制，TouchComponent负责组件触摸时间的处理等。

ComPonent框架模块，负责将Component树中所有继承自RenderComponent的节点（可绘制节点）创建对应的RendNode节点，生成对应的RendNode树。

RenderNode框架模块，RenderNode即可绘制的节点，负责组件的最终布局和绘制。布局函数为PerformLayout虚函数，由每个组件对应的实现类Render类来实现[3]。绘制函数为Paint虚函数，由每个组件对应的子类FlutterRender类实现。

（五）日志处理的设计

利用ACE_Reactor框架设计、实现分布式日记记录服务，保存日志运行信息，及时了解用户信息以及客户端的运行状态。日志处理服务器应用到Logging Acceptor、Logging Handler、ACE Acceptor、ACE Svc Handler、Event Handler、Peer Acceptor、Peer Stream、Reactor组件，由此保存系统运行的信息，发挥日志处理设计板块的重要作用，方便记录系统的工作过程。同时，涉及应用程序记录接口、客户端记录程序等关键组件，通过不断接收、重新组织、输出客户端的日志数据，增强系统的扩展性。

（六）配置处理的设计

关于基于ACE框架分布式通信服务器的配置处理，实现静态和动态设计。静态配置主要指服务器启动配置文件加载的过程，按照特定要求加载指定内容。动态配置主要指输出可配置的必要参数，如IP地址、线程池参数等，调用接口激活、挂起、恢复、终止一个服务，由此获取一个服务的动态运行信息，集中管理和控制可配置服务的行为[4]。

（七）通信服务器功能的设计

基于ACE框架分布式通信服务器的功能十分复杂，显示的界面内容十分重要，通过考查服务器的运行状况或调试内容，了解配置处理、日志处理等功能，统筹通信服务器的作用和功能，了解通信数据库服务的调度情况，掌握数据接收、转发情况，分析存储数据的消耗情况，及时处理信息、解析服务器，致力于得到最新、重新连接的数据[5]。同时，设置清零、复位功能，有利于落实新的算法，快速得到服务器计算结果，从而提升基于ACE框架分布式通信服务器的便捷性。

四、基于ACE框架分布式通信服务器的应用

计算机背景下，开发基于ACE框架分布式通信服务器，将其应用于网络游戏的设计过程，突破网络游戏通信服务器的难点，加强游戏沟通的流畅性，致力于给予用户良好的感受，从而发挥基于ACE框架分布式通信服务器的重要作用。对于传统的通信服务器，无法广泛应用软件设计模式，开发代码较长，容易出现信息交流卡顿问题，无法将流畅性落到实处。当系统执行任务时，各个模块团结协作，形成流畅的运作流程，而各个模块之间的通信、关系十分复杂，不同模块的配合情况更容易影响数据及通信效果，不利于提升通信效率。编程人员从底部开发系统，但无形中增加了软件开发的难度和周期。因此，将ACE框架分布式通信服务器应用于网络游戏中，降低软件开发的难度，控制软件开发的周期。

第一，支持Gate的游戏服务器架构的实现。实现Client和Gate Server相连，用户直接通过Gate Setver和游戏服务器Game Servet相连，采用“一对多”的方式，利用一个Game Server对应多个Gate Server，当一个Gate Server受到攻击或出现故障时，其他Gate Server不会受到影响，可以继续与Game Server服务器正常连通，从而保证游戏的正常进行，有利于提升系统稳定性。Gate Server具有分散功能，将不同的客户端分批输入Game Server，不仅可以减轻Game Server服务器的工作运行压力，也有利于支持更多客户端的共同游戏需求。除此之外，Gate Server也具有维护安全的特点，为Game Server服务器分担维护安全的工作，由此提升游戏系统的安全性。

第二，对于游戏板块的对象设定。应用ACE框架中的ACE_Task类和ACE_Message_Queue，联系通信地层线程模块，按照用户的操作需求，精准控制游戏对象，从而保证游戏对象获得流畅的速度和动作姿势。当用户调用对应的操作时，实现基于通信地层线程的应用，操纵对象根据指令执行对应的动作。为给予用户良好的游戏体验，当调用对象方法时，阻塞调用线程，避免操作对象的操作过程和速度被影响，由此提升系统的响应灵活性，有利于提升游戏的灵敏性。

第三，服务器系统通信底层通信模块的实现。ACE_Reactor反应器可以实现同步I/O操作，将游戏操作事件进行分离或分派，处理多个用户需求的多个I/O操作，满足多个用户的游戏需求。首先，ACE_Event_Handler形成多个事件的处理器类，为多个用户的多个指令做定义。其次，ACE_Reactor类记录多个事件对应的多个指令，统筹管理指令信息。最后，运行ACE_Reactor事件循环，处理多个事件，回调事件，形成对应的操作，也达到系统反馈的目的，稳定输出底层通信流程。

ACE_Proactor应用于异步I/O操作，与反应器不同的是首先等待事件的完成，然后回调完成后的事件处理。当初始化I/O读写后把读写交给系统完成，等待事件完成后前摄器会将执行I/O结果返回给对象，并且回调完成后的事件处理。前摄式模型允许单个应用线程同时发起多个请求。这一设计允许单线程化应用并发的执行多个I/O操作，并且不会带来与传统的多线程化机制相关联的开销或设计复杂性，大大减少I/O处理时间。

通过基于ACE框架分布式通信服务器实现游戏的通信，提高游戏过程通信的流畅性，建立各个板块的通信连接，为优化游戏提供便利条件。

五、结语

综上所述，基于ACE技术，实现分布式通信服务器利用数据传输框架，设计、实现数据库操作接口，搭建分布式日志记录子系统，形成系统动态配置模型，研究数据库接口系统，完成分布式通信服务器的设计任务。同时，落实分布式通信服务器的应用，将设计的基于ACE技术分布式通信服务器应用于游戏领域，提升通信效率，给予游戏者良好的感受，有利于提升通信服务水平。

参考文献

[1]赵东明，靳晓嘉，张继军，等.基于知识图谱的通信服务潜在不满意预测系统研究[J].通讯世界，2024，31（01）：25-27.

[2]樊辉锦，欧阳中辉，陈青华，等.特种车辆状态监管系统中通信服务器的设计[J].计算机应用与软件，2023，40（08）：67-71+91.

[3]张金波，沈伍强，崔磊，等.基于ARM处理器的均衡计算型服务器设计[J].信息与电脑（理论版），2023，35（01）：111-113.

[4]胡舒席，付麦霞，李永锋，等.基于Linux系统的高并发HTTP服务器设计[J].现代信息科技，2022，6（23）：90-94.

[5]郑臣明，姚宣霞，周芳，等.基于硬件虚拟化的云服务器设计与实现[J].工程科学学报，2022，44（11）：1935-1945.

作者单位：汕头职业技术部

■ 责任编辑：张津平、尚丹