DevOps专题|Lua引擎打造超轻量级客户端

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Lua 作为一门轻量级脚本语言,源码使用标准C语言发布,语法简洁,非常适合嵌入式、客户端、游戏等场景。

Lua引擎语言特点

  • 轻量级

源码简单,以lua最新版5.3.5为例,加上lua自身提供的lib库,仅30多个.c文件,编译后仅200多k,strip后经upx压缩,可控制在100k以下。

  • 语法简洁

小巧灵活,支持闭包,有GC机制,通过语法糖可实现面向对象编程,提供了通用类型table,可实现数组、map和对象。

  • 支持多平台

lua语言本身和lib库由标准C语言编写,可在windows、*nix等各种环境编译运行。

  • 易扩展

lua提供了易用的扩展接口机制,和C相互调用非常方便。

Lua引擎应用场景

  • 嵌入式

运行环境苛刻,对CPU、内存等资源占用情况有严格限制

  • 游戏及客户端

对性能敏感,功能更新不希望全量升级,需要增量更新或热更新

Lua引擎客户端实践

1、客户端常用语言和技术选型

  • Python/Shell等脚本语言

开发效率高,但需要环境自带脚本执行环境,有语言版本兼容性问题,适合比较统一的环境

  • GoLang

自包含、跨平台,支持交叉编译,编译出的可执行文件仅依赖libc,部署方便

  • C/C++

编译生成的可执行文件小、移植性强、性能高,但开发、调试比较费劲
结合Lua,用C封装io、网络操作,Lua实现业务逻辑,就能在保证轻量和性能的前提下,提高开发效率

2、Lua客户端研发目标

  • 自包含
  • 轻量级
  • 易实现自更新
  • 高性能
  • 开发效率高
  • 跨平台
  • 源码保护

Lua客户端工作模式分析

lua启动时创建lua虚拟机,加载lua lib和用户实现的C库,读取lua脚本文件,开始解析和执行。

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由于lua属于编译型语言,在读取用户脚本的时候,如果是luac编译过的字节码,则交给lua虚拟机直接执行;如果是lua脚本,则由luac编译成字节码,再交给lua虚拟机执行。当lua脚本中require其他脚本时,lua引擎尝试解析、执行被引用的脚本。

1、Lua客户端研发分析

理解lua工作模式后,我们的客户端设计分为两部分。第一部分是C模块:

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C部分作为程序入口,负责加载lua引擎,加载lua自身lib库和我们实现的C库,最终读取、解析执行lua脚本。

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Lua部分实现业务代码,lua入口文件通过require调用执行各lua模块。

2、Lua客户端之编译原理

为了保证客户端尽量小,且没有第三方依赖,我们最终会把C模块和lua脚本编译打包到一起,整个客户端是独立的可执行文件。

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C模块部分,把我们的入口程序、lua引擎、第三方库静态编译到一起,strip后用upx进行压缩。

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Lua部分,我们用lua-amalg把多个lua文件合并成一个lua文件,经luac编译,再用ucl工具压缩。
注:ucl是upx所使用的压缩算法,压缩率与gzip相近,但解压算法仅200字节,也可替换成其他算法

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最终,我们把压缩后的lua脚本拼接到可执行文件末尾,实现可参考开源的srlua。

至此,我们实现了由lua实现业务逻辑,C提供lib库的客户端,和golang一样,客户端可在macos、linux、windows编译执行,本身只有一个可执行文件,但却非常轻量级。以京东云的部署客户端为例,客户端包含json、socket、http、mbedtls(类似openssl)等库,加上实现部署业务的lua脚本,整个客户端仅100多k!

Lua引擎之扩展操作

1、加密及代码混淆

在一些闭源的场景,我们并不希望lua源码被直接看到。lua作为一门脚本语言,即使通过luac编译成字节码,源码也能被工具反编译出来。为了对抗反编译,我们可以调整lua opcode表、修改版本和lua头等。

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Lua opcode表

2、自动更新

lua脚本在编译成字节码,压缩后比较小,利用这一特性,我们可以在server端提供编译压缩好的lua脚本,客户端只需下载执行脚本,就实现了自动更新和热更新

3、一些花操作

  • javascript写轻量级客户端

在互联网公司,lua普及程度是次于js的。通常服务端js指nodejs,node比较重,写客户端显得不太合适。得力于lua和js相近的语言特性,如闭包、匿名函数等,js脚本可通过js2lua转换成lua,于是,我们可以用js、甚至typescript实现业务逻辑,编译转换成lua脚本,实现轻量级客户端

  • 移植到windows

C和lua本身都是跨平台的,但实际开发过程中,可能初期只考虑了对linux的支持,为了快速开发,代码中出现大量shell调用。当开始需要支持windows,一种办法是重写shell调用部分的代码,工作量相当于重构。
另一种可行的方法是引入msys或者cygwin,由msys/cygwin提供windows下的shell环境,业务程序本身只做少量修改即可运行,比较知名的例子是git-shell。

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