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困扰 80% 玩家，GTA 5 祖传 7 年的加载时间问题，现被一玩家缩短了 70%

深度学习与Python

发布于 2021-03-30 08:55:59

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3 月初，游戏玩家 tostercx 宣称发明了一种新方法，可以把《侠盗猎车手 Online》（检查 GTA 5）的加载时间缩短 70%。对玩家群体来说，这无疑是一个好消息。

一直以来，《侠盗猎车手 Online》因慢如蜗牛的加载时间已经“臭名昭著”。社交媒体 Reddit 上有一份针对这个问题的调查，结果发现超过 80% 的玩家都受到加载时间太慢的困扰。关键是，这个问题已经存在了 7 年，而游戏开发商 Rockstar Games 却没有给出任何解决方案。

而 tostercx 决心深究，他发现加载时间慢的问题在于启动《侠盗猎车手 Online》时存在单线程 CPU 瓶颈，并且游戏在费劲地解析 10MB 的 JSON 文件。对此，他认为，解决这款游戏加载时间慢的问题，只需要一名开发人员不到一天的时间。

随后，他写了一篇技术文章发在博客上，引起很大反响，不仅被 Hacker News 置顶，而且网友纷纷转发，甚至获得游戏开发商 Rockstar 10000 美元的奖励。

Rockstar 在官方通告中称，“经过彻底的调查，我们可以确定玩家 tostercx 确实揭示了《侠盗猎车手 Online》PC 版加载时间有待改善的游戏代码问题。作为调查结果，我们做了一些改进，这些改进会在更新中得到应用。”

慢如蜗牛的加载时间

作为《侠盗猎车手 Online》玩家，tostercx 不久前又上线打了几个任务，但是他发现这款游戏的加载时间仍然和 7 年前刚发布的时候一样慢。

于是，他去网上搜索，想了解是否已经有人解决了这个问题。而网上大多数的结果都是一些个人评论和猜测，比如这款游戏太复杂了所以加载很慢，p2p 网络架构太垃圾了所以加载快不了，等等。

当然，还有一些提升加载速度的建议，比如先载入故事模式，然后玩一次单人任务；另外，还有几个可以跳过启动 logo 视频的 mod。

但是，这些办法结合起来只能节省 10-30 秒。而他玩这款游戏，所需的故事模式加载时间是 1 分 10 秒，而在线模式加载时间是 6 分钟。详情如下：

故事模式加载时间: ~1m 10s在线模式加载时间: ~6m 左右禁用启动菜单, 从 R* logo 到进入游戏内的时间 (social club 登录时间不算).
老当益壮的 CPU: AMD FX-8350便宜的 SSD: KINGSTON SA400S37120G当然得有内存: 2x Kingston 8192 MB (DDR3-1337) 99U5471不错的 GPU: NVIDIA GeForce GTX 1070

tostercx 在博客写道，“我知道我的机器配置已经过时，但是加载到在线模式竟然需要 6 倍左右的时间？即使用上别人总结的从故事模式切换到在线模式的加载技巧，也没产生什么效果。”

开始调查

Reddit 的一份调查表明，超过 80% 的玩家都受到这个问题的困扰。

只有 20% 的玩家所用的加载时间不到 3 分钟，而他们极有可能是因为配备了高端游戏 PC。根据 tostercx 的基准测试，高端游戏 PC 加载在线模式，只需要大约 2 分钟。

tostercx 发现：即使如此，他们的故事模式还是需要近 1 分钟的加载时间？他们从故事模式切换到在线模式只需一分多钟。

“我知道，他们的硬件配置要好很多，但肯定不会好 5 倍那么厉害。”他说。

继续研究

利用任务管理器之类的强大工具，tostercx 开始研究哪些资源可能成为瓶颈。

游戏花了一点时间加载用于故事模式和在线模式的通用资源，这部分时间与高端 PC 的耗时差不多。然后，游戏在他的计算机上拉满一个核心跑 4 分钟时间，这 4 分钟其他什么事都不干。

正如上图所示，磁盘利用率为 0，网络利用率在几秒钟后也降为 0，GPU 利用率为 0，而内存使用，则完全是一条直线。

tostercx 表示，“它是在挖掘加密货币还是在干什么勾当？我闻到代码的味道了。真的是很糟糕的代码。”

问题根因

在 tostercx 看来，虽然自己的机器很老（老旧的 AMD CPU 有 8 个核心），制造时间也有很久，但是这可能无法解释所有的加载时间差异。

让他感到奇怪的是，游戏只占用了 CPU 资源。他以为会有大量的磁盘读取过程来加载资源，或很多网络请求负载尝试在 p2p 网络中协商会话。

“但是现在这样？这可能是一个 bug。”

Profiling

Profiler（分析器）是查找 CPU 瓶颈的好工具。这里只有一个问题——大多数 Profiler 都需要检测源代码，才能对程序运行过程中所发生的事情有一个完整的了解。

而 tostercx 没有源代码，也不需要微秒级的读数——其瓶颈长达 4 分钟。

然后，了解一下堆栈采样：对闭源应用程序来说，Profiler 只有一个选项。转储正在运行的进程的堆栈和当前指令指针的位置，以按设置的时间间隔构建一个调用树。然后将它们加起来以获取当前状况的统计信息。

据他了解，只有一个 Profiler 可以在 Windows 上执行这些操作，而且它已经十多年没有更新了。它就是 Luke Stackwalker！

一般来说，Luke 会将相同的函数归为一组，但由于他没有调试符号，因此不得不盯着附近的地址来猜测它是否在同一位置。那么我们看到了什么？不是一个瓶颈，而是两个！

继续深入

tostercx 借用了其朋友的行业标准级反汇编程序的完全合法副本，然后把 GTA 拆开来看个究竟。

这根本不对头。大多数著名游戏都带有针对逆向工程的内置保护措施，可以防止盗版、作弊和修改。这倒不是说这类措施一定有用。这里似乎存在某种混淆 / 加密，已经用乱码代替了大多数指令。

但是，这不是关键，“我们只需要在执行我们要看的部分时转储游戏的内存即可”。在运行之前，必须对指令进行混淆处理，他使用了 Process Dump。

问题一：这是……strlen？！

反汇编现在不太混乱的转储会发现，其中一个地址的一个标签被拉出到了某个地方！这是 strlen？在调用堆栈中，下一个标记为 vscan_fn，此后标记结束。tostercx 认为它就是 sscanf。

它正在解析某些内容。解析什么？反汇编太花时间了，因此他决定使用 x64dbg 从正在运行的进程中转储一些样本。后来经过一些调试步骤，他发现它是……JSON！他们正在解析 JSON，一个带有约 63k 项的条目，体积高达 10MB 的 JSON。

...,{ "key": "WP_WCT_TINT_21_t2_v9_n2", "price": 45000, "statName": "CHAR_KIT_FM_PURCHASE20", "storageType": "BITFIELD", "bitShift": 7, "bitSize": 1, "category": ["CATEGORY_WEAPON_MOD"]},...

它是什么？根据一些参考资料，它似乎是“在线商店目录”的数据。它可能包含了你可以在 GTA Online 中购买的所有物品和升级的列表。

问题二：使用哈希数组吗？

原来第二名 = 个罪犯和第一个是紧挨着的。就像在这段丑陋的反编译内容中看到的那样，它们甚至都在相同的 if 语句中被调用：

第二个问题？解析项目后，它立即存储在一个数组（或一个内联的 C++ 列表？不确定）中。每个条目如下所示：

struct { uint64_t
hash; item_t
item;} entry;

但是在存储之前？它会逐一检查整个数组，对比项目的哈希值以查看它是否在列表中。条目总共有约 63k，也就是说需要（n^2+n）/2=（63000^2+63000）/2=1984531500。可是大多数操作都没用。tostercx 表示，“既然你有唯一的哈希，为什么不使用哈希图呢？”

他在反编译时将其命名为 hashmap，但它显然 not_a_hashmap。这还没完。加载 JSON 之前，hash-array-list-thing 是空的。而且 JSON 中的所有项目都是唯一的！他们甚至不需要检查它是否在列表中！它们甚至有一个直接插入项目的函数！就用它就行了！有没有搞错！？

解决方案

tostercx 在找到问题后，写了一个 .dll，将其注入 GTA 中，并 hook 上一些函数，搞定加载时间慢的问题。

JSON 问题比较棘手，他无法替换它们的解析器。用不依赖 strlen 的 sscanf 替换 sscanf 更为现实。但是有一种更简单的方法。

hook strlen
等待一个长字符串
“缓存”它的起始和长度
如果在字符串范围内再次调用它，则返回缓存的值

如下：

size_t strlen_cacher(char
str){ static char
start; static char* end; size_t len; const size_t cap = 20000; // if we have a "cached" string and current pointer is within it if (start && str >= start && str <= end) { // calculate the new strlen len = end - str; // if we're near the end, unload self // we don't want to mess something else up if (len < cap / 2) MH_DisableHook((LPVOID)strlen_addr); // super-fast return! return len; } // count the actual length // we need at least one measurement of the large JSON // or normal strlen for other strings len = builtin_strlen(str); // if it was the really long string // save it's start and end addresses if (len > cap) { start = str; end = str + len; } // slow, boring return return len;}

至于哈希数组问题，其实更简单——完全跳过重复检查并直接插入项目，因为我们知道值是唯一的。

char fastcall netcat_insert_dedupe_hooked(uint64_t catalog, uint64_t
key, uint64_t
item){ // didn't bother reversing the structure uint64_t not_a_hashmap = catalog + 88; // no idea what this does, but repeat what the original did if (!(*(uint8_t(fastcall*
)(uint64_t
))(
item + 48))(item)) return 0; // insert directly netcat_insert_direct(not_a_hashmap, key, &item); // remove hooks when the last item's hash is hit // and unload the .dll, we are done here :) if (
key == 0x7FFFD6BE) { MH_DisableHook((LPVOID)netcat_insert_dedupe_addr); unload(); } return 1;}

很快，这办法就奏效了，《侠盗猎车手 Online》加载时间缩短 70%。如下：

Original online mode load time: ~6m flatTime with only duplication check patch: 4m 30sTime with only JSON parser patch: 2m 50sTime with both issues patched: 1m 50s(6
60 - (1
60+50)) / (6*60) = 69.4% load time improvement (nice!)