電腦時鐘越來越慢...

最近這兩個禮拜，很扯... 我的手機時鐘越來越不準，竟然每天會晚個幾分鐘，不到兩個禮拜，竟然跟正常時間比起來已經差了廿分鐘...

天那，這什麼時代了，一個五十塊的電子錶都比我這隻五為數價位 (幾年前的價位啦 =_=) 的手機準時... 怪的是，白天再公司又是準的 !? 越看越怪，難不成這時代，連看個時鐘都得先 DEBUG 一番... 今天就花了點心思追一下問題 @@

首先，原來慢的不是我的手機，而是我家裡的 PC，因為手機插上 USB 充電 + SYNC，會順便對時，就這樣誤差越來越大了。不過 PC 不是都會上網對時嘛? 後來就再繼續追下去...

繼續追下去，家裡 PC 是跟家裡的 SERVER (domain controller) 對時的... 原來時間慢的是家裡的 SERVER... 不過問題還是一樣啊! 現在一直都連上網的 SERVER 怎麼可能會這樣?

因為每次重灌，一堆帳號就要重建，很麻煩，所以上個月重灌 SERVER時，就順手在 VM 裡裝了台 SERVER，當作 Active Directory 的 domain controller (Guest OS)… 而 SERVER 本身 (Host OS) 才是拿來做 NAT / RRAS / FILE SERVER 等服務...

這樣的架構，機車的地方就在於: Hyper-V 本身 VM 會跟 Host 做 time sync ... 而 Host 有加入 AD, Host 又會跟 Guest 同步時間，Hyper 又替 Guest 跟 Host 同步時間... 每次誤差一點，幾週下來就變這樣了 @@ 害我的手機莫名奇妙就晚了快半小時...

果然，這選項移除後，就一切正常了 @@，頂多就讓 DC 脫褲子放屁，到外面的 server 去對時吧... 嗯，這年頭，真的什麼怪事都會發生... 還好這次有抓到問題，哈哈... 這篇就給跟我一樣宅的人參考吧 :D

2009/09/29 Tips 技術隨筆

[設計案例] 生命遊戲 #5, 中場休息

在繼續下去之前，先來講一下，我希望讓這個 "生命遊戲" 程式，發展到什麼程度吧。其實前面四篇都還只是基礎入門，跟準備動作而已，接下來才開始會有些有趣的。

我希望這系列文章寫完後，這個程式要能扮演一個真正可運作的 Matrix … 沒錯，就是像電影駭客任務裡的母體一樣，這個程式會變成 Matrix 的主要架構，而各式各樣的 "生物" 可以在這個虛擬世界裡生活。為了讓它真的跑的動，所以前幾篇提到的效能問題，執行緒問題，就不能不考慮。為了讓這個虛擬世界能更擬真一點，它至少要是個依時間驅動的模式，而不是像 "生命遊戲" 最早定義的回合制，因此這個問題也要在基本架構裡解決掉。

這些 "生物" 那裡來? 當然是大家來開發 :D 最終目標是要把這 Matrix 建起來，讓各位的生物可以放進來互相較勁一番... 因此先替這些程式 (生物) 抽像化，定義好它跟世界，及跟其它生物之間互動的規格 (就是下篇 "抽像化 / 多型" 要說的) 就是必要的工作之一了。替生命定義好抽像化介面之後，就可以開始衍生出各種不同的生命型態，一起加入這個虛擬世界，因此繼承、多型的技術就派上用場了。

生命是會演化的，當世界上真的演化出一種新的生命型態時，整個世界可以 "安裝" 好新的生命型態，然後全部存檔，重新啟動嗎? 當然不行... 因此如何 "動態" 的加入新的生命型態，如何不停止 GameHost 的前提下，由新的 Assembly 載入 Class (再下篇要說明的 "動態載入")，也是必需克服的技術之一。

這幾個階段及目標，就是我這一系列文章想要做到的。聽起來好像很有趣，可是卻又沒什麼實際的用途... Orz, 沒辦法，我就是喜歡寫這類要動點腦筋的程式，即使畫面一點都不炫也沒關係... 平常工作就不大有機會寫這種程式了，加上現在又只剩一張嘴...。

如果順利的發展，我倒是有個打算，這個 GameHost 成形之後，我打算定些基本的規則，比如土地上會有一定的機率及規則，長出草 (食物) 來。而這世界有各種不同的生物 (EX: 羊)，需要靠這世界上的資源維持生命。到時大家可以把自己創造的 "羊" 一起放到這個世界內，看看執行了一陣子之後，誰設計的 "品種" 比較好，最後可以一代一代的繁衍下來...。

想的很美好，不過我不像 darkthread 可以替最後優勝的造物者提供獎品.. Orz.. 未來的設計藍圖就先規劃到這裡。在繼續下去之前，我把程式重新整理了一下，有興趣的人可以下載回去。這份程式碼跟 #4 的功能結構是一樣的，只不過整個架構都作過重整，變數等命名也調整過了，是為了往後說明相關物件技術時，不會被這些從 #1 ~ #4 改的支離破碎的程式碼干擾...

嗯，講了一堆廢話，結論就是: 敬請期待續集 :D 哈哈...

下載重整過的程式碼:

BLOG #5.zip

2009/09/24 系列文章: 生命遊戲 .NET 技術隨筆有的沒的物件導向系列文章: 生命遊戲

[設計案例] 生命遊戲 #4, 有效率的使用執行緒

原本這篇不講執行緒，要直接跳到 OOP 多型的應用... 不過看一看 #3 自己寫的程式，實在有點看不下去... 30x30 的大小，程式跑起來就看到 903 條執行緒在那邊跑... 而看一下 CPU usage, 只有 5% 不到... 這實在不是很好看的實作範例，如果這是線上遊戲的 SERVER 程式，裡面的每個人，每個怪物等等都用一條專用的執行緒在控制他的行為的話，我看這遊戲不用太多人玩，SERVER 就掛掉了吧! 因此要繼續更貼近實際的生命模擬遊戲前，我們先來解決效能的問題，所以多安插了這篇進來 :D 前一篇 (#3) 的主題是把生命的進行，從被動的在固定時間被喚醒 (callback) 的作法，改成主動的在指定時間執行 (execute)。想也知道，現實世界的生物都是 "主動" 的，後面的作法比較符合 OOP 的 "模擬世界，加以處理" 的精神。但是，一個小程式就吃掉 900 條執行緒，是有點過頭了。不知道還有沒有人記得，我騙到獎品的這個程式... 很另類的用 yield return 來解決類似問題的作法... 藉著 compiler 很雞婆的把單一流程翻成數段可以切開執行的邏輯...，正好拿來利用一下，替我們把一連串連續的邏輯切段，以便利用多執行緒來處理。我的想法是這樣，原程式是用個迴圈，作完該作的事，就休息 (sleep) 一段時間。而新的寫法，我打算用 yield return new TimeSpan(…) 來取代 Thread.Sleep(…)。每個 Cell內部的程式結構修改不大，不過對於 GameHost 就是個挑戰了... 來看看修改前及修改後的程式碼:

        // 修改前
        // 使用 Thread.Sleep( ) 來控制時間
        public void WholeLife(object state)
        {
            int generation = (int)state;
            for (int index = 0; index < generation; index++)
            {
                this.OnNextStateChange();
                Thread.Sleep(_rnd.Next(950, 1050));
            }
        }
        //
        //
        //
        // 修改後
        // 使用 yield return new TimeSpan( ) 來控制時間
        public IEnumerable<TimeSpan> WholeLife(object state)
        {
            int generation = (int)state;
            for (int index = 0; index < generation; index++)
            {
                this.OnNextStateChange();
                yield return TimeSpan.FromMilliseconds(_rnd.Next(950, 1050));
            }
            yield break;
        }

別想的太美，只改這樣，程式是不會動的... 修改過之後，麻煩的地方會在 GameHost. 因為整個 GameHost 的邏輯都反過來了。原本是 GameHost 只要放著那九百條執行緒自生自滅，它只要不斷的刷新畫面就好了。現在它則得用 foreach(…) 去詢問:

"大爺，這次您要休息多久?"

接到 yield return 傳回的 TimeSpan 物件 (代表它要休息多久後，繼續下一個動作) 後，經過這段時間，GameHost 就要再去叫醒 cell, 然後再詢問一次:

"大爺，這次您要休息多久?"

關鍵就在於 GameHost 如何能透過少量的 thread 來伺後這些大爺，而不是像 #3 的程式一樣，每個大爺都用一條專屬的 thread… 要共用執行緒，就要先想辦法把工作切碎，這是基本法則。如果你希望你的生命遊戲程式不只是作業的話，那麼效能跟即時回應的問題是必需要考慮的。在動手改寫 GameHost 程式之前，先來分析一下改寫的目標有那些:

目標是要達到像 #2 範例一樣的效果，但是要用更有效率的方式。

目標很清楚，再來就看看有什麼手段可以用了。第一個是過量的執行緒，應該要想辦法改用執行緒集區。因為 #2 用了高達 900 條執行緒，不過整體 CPU USAGE 不到 5%，大部份的執行緒都在閒置狀態。如果能想辦法把這些運算丟到執行緒集區，由集區動態管理會有效率的多。第二，就是把原本的 Thread.Sleep(ts) 改成 yield return ts 後，原本每個 thread 自己睡覺的機制，就要改成 cell 各自回報 game host 它想要睡多久，然後由 game host 統一在時間到時叫醒它。由於一次有多個 cell 同時在運作，因此我們需要一個簡單的排程器，作法像這樣:

建立一個時間表，依照時間順序，把每個 cell 預計要被叫醒的時間標上去。
時間到了之後，就去呼叫該 cell 的 OnNextStateChangeEx()，同時取得該 cell 下次要喚醒的時間，再標到時間表上
GameHost就不斷的替每個 cell 重複 (1) (2) 的動作..
同時另外用一條獨立的執行緒，作畫面更新的動作。

嗯，要處理的方式越來越清楚了。剩下的是 "時間表" 要用什麼型式來表現? 我的選擇是，我希望它是個 ToDo List, 會幫我排好時間，我只要把工作標上時間，丟進 ToDo List, 然後 ToDo List 只要能忠實的回報給我還有沒有排定的工作? 如果有，下一個要處理的工作是那一個? 什麼時後處理? 它的用法只有丟工作進去，跟拿工作出來，因此我設計它的公開介面長這個樣子:

        public class CellToDoList
        {
            public void AddCell(Cell cell) {...}
            public Cell GetNextCell() {...}
            public Cell CheckNextCell() {...}
            public int Count {get;}
        }

裡面的實作，我就不多說了。我是把它當成 QUEUE 在設計，唯一的差別是，放進 QUEUE 的東西會先經過排序，因此不見得是 "First In First Out" 這種典型的貯列，而是會以 Cell 上標示的時間為準，依序 Out …。實作起來很簡單，用現成的 SortedList 當內部的儲存方式，加上基本的 lock 機制來確保它是 thread safe 的就夠了。好，這些雞絲都準備好之後，就可以來打造我們的新版 GameHost 了。來看看 Code:

        static CellToDoList _cq;
        static void _YieldReturnGameHost(string[] args)
        {
            int worldSizeX = 30;
            int worldSizeY = 30;

            World realworld = new World(worldSizeX, worldSizeY);

            _cq = new CellToDoList();
            // init threads for each cell
            for (int positionX = 0; positionX < worldSizeX; positionX++)
            {
                for (int positionY = 0; positionY < worldSizeY; positionY++)
                {
                    Cell cell = realworld.GetCell(positionX, positionY);
                    cell.OnNextStateChangeEx();
                    _cq.AddCell(cell);
                }
            }

            // 啟動定期更新畫面的執行緒
            Thread t = new Thread(RefreshScreen);
            t.Start(realworld);

            while (_cq.Count > 0)
            {
                Cell item = _cq.GetNextCell();
                if (item.NextWakeUpTime > DateTime.Now)
                {
                    // 時間還沒到，發呆一下等到時間到為止
                    Thread.Sleep(item.NextWakeUpTime - DateTime.Now);
                }
                
                ThreadPool.QueueUserWorkItem(RunCellNextStateChange, item);
            }
        }

        private static void RunCellNextStateChange(object state)
        {
            Cell item = state as Cell;
            TimeSpan? ts = item.OnNextStateChangeEx();
            if (ts != null) _cq.AddCell(item);
        }


        private static void RefreshScreen(object state)
        {
            while (true)
            {
                Thread.Sleep(500);
                (state as World).ShowMaps("");
            }
        }

GameHost 的工作很明確，一開始 (line 18 ~ 20) 就把更新畫面的動作完全交給另一個執行緒，之後就專心處理 ToDoList 內的工作了。接著後面的 while loop (line 21 ~ 30) 則是很單純的從 ToDoList 裡取出下一個要要動作的 Cell, 如果時間還沒到就 Sleep 等一下它。執行完後會再詢問下一次是什麼時後，同時再把他加到 ToDoList 內等待下一次輪到他時繼續。這次的程式我沒有設定停止的條件，因此你會看到程式會不斷的執行下去。程式執行起來，結果跟 #3 沒什麼不同，畫面上的每個細胞會照著題目的規則生長或死亡，不同的是 #3 的 Game Host 需要用到 903 條執行緒，而這版的 Game Host 只要 9 條執行緒...

其實，以這樣的範例題，我大可以不用顧慮到效能的問題，不過就是示範程式怎麼寫嘛。不過，我的目標如果只是訂在怎麼寫這練習題，大可以 GOOGLE 一下就有一堆作業解答了 :D。我的目標是要展示一下，該如何開發這樣的 GameHost ? 這樣的程式，是大部份的遊戲的基礎，尤其是像線上遊戲或是 facebook 這類互動遊戲的基礎。有了像樣的 Game Host 之後，接下來就把目標放在如何建立多樣的生物，一起放在這世界裡面生活了。接下來就會大量運用到 OOP 的特點 (對，就是上一篇預告的...) 繼承及多型。有沒有人覺的，這種程式越寫越像 Matrix (就是駭客任務裡的 "母體") 了? 裡面活著的東西其實都在我的掌控之下... =_= 哈哈... 未完待續，請期待續集 :D。 -- 範例程式:

BLOG #4.zip

2009/09/19 系列文章: 生命遊戲 .NET C# 作品集多執行緒技術隨筆有的沒的物件導向系列文章: 生命遊戲

[設計案例] Login With SSL ?

Game Of Life 那一系列的，先暫停一期 :D，先穿插一篇不相干的內容...。這篇要講的是網站的登入部份要改用 SSL 的作法。這是很常見的問題，不過對怎麼作搞不清楚的人，仍然大有人在... 所以興起了寫這篇的念頭。

先從 "為什麼" 來說好了。實際碰到的客戶，常常會把 "SSL" 跟 "加密" 劃上等號... 以為網站加上 SSL 就固若金湯了。這樣講是沒錯啦，不過 SSL ( Secure Socket Layer。Wiki 有說明) 再安全，也只是個 "加密" 的傳輸方式，只有對外人 (竊聽者) 是加密的... 正所謂內賊難防... SSL 可以防外賊，但是防不了內賊。因此 SSL 是不等於 DRM 這類技術的...

扯遠了，會這樣講只是因為，很多客戶需要的其實是 DRM，不過客戶的 IT 卻天真的以為，網站加上 SSL 就萬無一失了... 於是老有客戶在問:

客: "你們的系統可以整個放到 HTTPS 裡嗎?"

我: "可以啊，不過效能會很糟，有什麼特別的需求，要這樣作嗎?"

客: "老闆說網站的文件怕流出去，所以要用 HTTPS"

我: "...."

很想把 DRM / DPM 的介紹貼給客戶看... 不過只能很婉轉的引導客戶的需求...

我: "HTTPS 只是防竊聽，不防把資料存下來偷帶出去的... 要防外賊，只要保互好登入過程傳輸帳號秘碼"

大部份人對 SSL 的第一個誤解，就是 SSL 只是個加密的傳輸方式，不是加密的儲存方式。就好像你用黑貓寄東西，他是用貨車載... 像 Mission Impossible 裡的阿湯哥那種身手，一下就可以把你的包裹摸出來... 如果你的包裹給保全公司送，他們用的安全規格就完全不同了... 至少是運鈔車的那種規格 (不過應該也擋不住阿湯哥就是...)。

不過，貨物送到對方手上之後，保護就不見了... 這點就是大家常常沒搞清楚的地方。

弄清楚 SSL 只保護傳輸過程後，該怎麼應用，該應用在那裡，就很清楚了。最典型的例子，就是用在網站登入 (輸入帳號密碼，輸入信用卡號碼等等) 的地方。登入成功後就沒必要繼續留在 SSL (HTTPS) 保護的範圍了，就可以切回一般網站 (HTTP)。

剩下的就跟你怎麼設計，怎麼規劃有關了。概念上來說，一般網站就像這張圖一樣:

所有資訊都在橘色 (不安全) 的部份傳輸。為了確保重要資訊不被竊聽，我們至少要改成這樣:

如果把 HTTP / HTTPS 當成兩個網站，則帳號密碼一定要在綠色(安全)部份傳輸。而兩台SERVER之間可以用HTTPS，或是其它管道傳輸，不一定要加密，不過至少可以把外面的駭客檔在門外。

接下來的作法就各憑本事了，沒有標準的解法。我的客戶因為有可能有各種不同的認證規則，這規則可能跟網站的邏輯有關，所以不大適合把認證的部份擺在 HTTPS 這端，因此我的設計是:

把帳號密碼，透過HTTPS安全送到A網站，儲存起來。
A網站發出一個 TOKEN (可以搭配一些HASH及EXPIRE的處理)，再把這 TOKEN 轉給B網站。
B網站再根據收到的 TOKEN，先作好基本的HASH及EXPIRE的檢查後無誤後，最後再到後端的 STORAGE 把當初 (1) 儲存的登入資訊取出。
取得登入資訊後，就在B網站用正常的登入程序，進行驗證工作。
驗證成功後，就可以正常的設定SESSION，使用網站的各個功能。

打個比方，這就是傳統的商店刷信用卡時，會用電話等方式，銀行先跟使用者確認資訊後，給店家一個授權碼。之後店家就只能在規範的條件下，用這授權碼取款。這授權碼是不怕被盜取的，因為它只是個代號，外人取得它完全無法做壞事，就好像上例的 TOKEN 一樣。

接下來，就來看看程式該怎麼寫了。只要使用量不大的話，A/B兩網站是可以放在同一台SERVER上，這時中間的傳輸方式就很多種簡易的選擇 (比如 local file)。考量到整個系統的 scalability, HTTPS 的部份屬 CPU BOUND，量大的話有可能影響到原網站的運作，因此實際部屬時，有可能碰到 A 網站必需跟 B 網站獨立出來，而且 B 網站也有可能因為效能問題，而再分散成多個 Web Farm 的運作方式...，這時 AB 網站間的傳輸方式就得能跨 SERVER 運作，就得挑選 DB / WCF 等等方式進行。 (當然 ASP.NET Session State Server 也可以啦，不過暫不考慮，不然就沒東西好寫了...)

整理一下最後要實作的需求，跟架構設計。都到設計階段了，Use Case 就跳過去，直接到 Sequence Diagram…

用到的技術反而沒什麼特別的。我舉幾個常見的難題，或是常被忽略掉的漏洞:

HTTP / HTTPS 可能是不同的網站，SESSION 不會通... 怎麼把 LOGIN 成功的資訊， *安全* 的帶到 HTTP 這邊的 SESSION ?

2009/09/18 設計案例: Login With SSL

[設計案例] 生命遊戲#3, 時序的控制

原本的範例，其實有些盲點，不知各位有沒看到? 一樣的起始狀態，一樣的遊戲規則，你不一定會得到一樣的結果。為什麼? 因為這會跟你程式 SCAN 的順序有關。怎麼說? 因為到目前為只，整個遊戲就好像下棋一樣，是 "回合制"，我下完了換你... 一路一直輪下去。這時先下後下就會影響結果了。現實世界的生命不是這樣的啊... 不知有沒有人玩過早期的太空戰士 (Final Fantasy) 系列遊戲? 當年 FF 有個很重要的突破，就是把 RPG 從傳統的 "回合制" 改成即時戰鬥... 每個人都有個倒數的碼錶，數到 0 你就可以發動下一次的攻擊... 這樣才接近現實世界啊。套用到我們的生命遊戲，這次我們想作的改變，就是把程式改成這種模式。因此來調整一下規則，每個細胞每隔 1000ms 後會進到下一個狀態。不過生命總是沒有完全一樣的，因此每個細胞進到下一個狀態的時間差，都會有 10% 的誤差 (也就是 950ms ~ 1050ms 之間的時間都有可能)。其它規責則維持不變，來看看程式該怎麼改寫。這種 "即時制"，是比較合乎現實的情況的，如果未來你想發展到像 facebook 上的那些小遊戲，或是其它線上遊戲一樣的話， "回合制" 是決對行不通的... 這時，我們可以想像，每個細胞都有自己的執行緒，每換過一次狀態後就 Sleep() 一段時間，醒來再換到下一次狀態... 一直到指定的世代 (generation) 到達為止。來看一下改版過的程式。我們先不動原本的 Cell, 只追加一個 method: WholeLife( ), 呼叫後就會一直更新這個細胞的狀態，直到它結束為止 (不是死掉喔，是 generation 到達)。而整個世界的所有細胞，都是獨立的個體，都有個專屬的執行緒在運作...。這時 Game Host 就得換個方式來讓這些細胞過日子 (執行)，同時 Game Host 好像有個人造衛星一樣，不斷的在上空拍照來更新畫面，而完全不影響這些細胞的生命進行。來看一下改寫過的 Cell 追加的 method:

        public void WholeLife(object state)
        {
            int generation = (int)state;
            for (int index = 0; index &lt; generation; index++)
            {
                this.OnNextStateChange();
                Thread.Sleep(_rnd.Next(950, 1050));
            }
        }

改變不大，只是多個簡單的迴圈，跟 sleep 來控制時間而已。再來看看 Game Host 要怎麼改:

        static void Main(string[] args)
        {
            int worldSizeX = 30;
            int worldSizeY = 30;
            int maxGenerationCount = 100;

            World realworld = new World(worldSizeX, worldSizeY);

            // init threads for each cell
            List&lt;Thread&gt; threads = new List&lt;Thread&gt;();
            for (int positionX = 0; positionX &lt; worldSizeX; positionX++)
            {
                for (int positionY = 0; positionY &lt; worldSizeY; positionY++)
                {
                    Cell cell = realworld.GetCell(positionX, positionY);
                    Thread t = new Thread(cell.WholeLife);
                    threads.Add(t);
                    t.Start(maxGenerationCount);
                }
            }

            // reflesh maps
            do
            {
                realworld.ShowMaps("");
                Thread.Sleep(100);
            } while (IsAllThreadStopped(threads) == false);

            // wait all thread exit.
            foreach (Thread t in threads) t.Join();
        }

        private static bool IsAllThreadStopped(List&lt;Thread&gt; threads)
        {
            foreach (Thread t in threads)
            {
                if (t.ThreadState != ThreadState.Stopped) return false;
            }
            return true;
        }

其實這卅幾行 code, 大都花在控制執行緒上面，有興趣的讀者可以翻翻我之前寫的那系列文章，我就不多作說明了。調整之後，這個世界變的更不可測了，一樣的起始環境，連上帝 (在這模擬世界裡，我就是上帝 XD) 都無法預測下一秒會發生什麼事...

感覺就好像看電視一樣。畫面不斷的在閃動，而畫面裡的細胞會不規責的跳動，不像上一版程式一樣，每刷一次就變一次那樣的枯燥無聊。如果畫面呈現的地方再多用點心思，就可以弄的像卡通一樣，每個細胞都各自用自己的步調在活著... 到這裡，如何? 應該沒有人把作業寫到這個樣子了吧 XD (就說別抄我的程式去交作業了)。不適當的利用執行緒，也做的到類似的結果。不過，你花費的代價會很大，因為你的程式得自己來做 context switch (這些是 OS + thread scheduler 會幫你解決掉的，只要你曉得要用 thread)。接下來下一篇，我們再繼續調整這世界的遊戲規則，加入更多元素進去，看看程式會變怎樣? 多執行緒解決時間的問題了，再來我們要用繼承及多型，讓不同的生命可以在同一個世界下共同生活... ((待續))

Multi-Thread Source Code

2009/09/15 系列文章: 生命遊戲 .NET C# 作業系統多執行緒技術隨筆物件導向系列文章: 生命遊戲

安德魯的部落格

架構師的修練

電腦時鐘越來越慢...

[設計案例] 生命遊戲 #5, 中場休息

[設計案例] 生命遊戲 #4, 有效率的使用執行緒

[設計案例] Login With SSL ?

[設計案例] 生命遊戲#3, 時序的控制

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