从Larbin看互联网爬虫设计
于敦德
2005.12.16
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互联网是一个庞大的非结构化的数据库,将数据有效的检索并组织呈现出来有着巨大的应用前景,尤其是类似RSS的以XML为基础的结构化的数据越来越多,内容的组织方式越来越灵活,检索组织并呈现会有着越来越广泛的应用范围,同时在时效性和可读性上也会有越来越高的要求。这一切的基础是爬虫,信息的来源入口。一个高效,灵活可扩展的爬虫对以上应用都有着无可替代的重要意义。
要设计一个爬虫,首先需要考虑的效率。对于网络而言,基于TCP/IP的通信编程有几种方法。
第一种是单线程阻塞,这是最简单也最容易实现的一种,一个例子:在Shell中通过curl,pcregrep等一系统命令可以直接实现一个简单的爬虫,但同时它的效率问题也显而易见:由于是阻塞方式读取,dns解析,建立连接,写入请求,读取结果这些步骤上都会产生时间的延迟,从而无法有效的利用服务器的全部资源。
第二种是多线程阻塞。建立多个阻塞的线程,分别请求不同的url。相对于第一种方法,它可以更有效的利用机器的资源,特别是网络资源,因为无数线程在同时工作,所以网络会比较充分的利用,但同时对机器CPU资源的消耗也是比较大,在用户级多线程间的频繁切换对于性能的影响已经值得我们考虑。
第三种是单线程非阻塞。这是目前使用的比较多的一种做法,无论在client还是server都有着广泛的应用。在一个线程内打开多个非阻塞的连接,通过poll/epoll/select对连接状态进行判断,在第一时间响应请求,不但充分利用了网络资源,同时也将本机CPU资源的消耗降至最低。这种方法需要对dns请求,连接,读写操作都采用异步非阻塞操作,其中第一种比较复杂,可以采用adns作为解决方案,后面三个操作相对简单可以直接在程序内实现。
效率问题解决后就需要考虑具体的设计问题了。
url肯定需要一个单独的类进行处理,包括显示,分析url,得到主机,端口,文件数据。
然后需要对url进行排重,需要一个比较大的url Hash表。
如果还要对网页内容进行排重,则还需要一个Document Hash表。
爬过的url需要记录下来,由于量比较大,我们将它写到磁盘上,所以还需要一个FIFO的类(记作urlsDisk)。
现在需要爬的url同样需要一个FIFO类来处理,重新开始时,url会从定时从爬过的url FIFO里取出来,写到这个FIFO里。正在运行的爬虫需要从这个FIFO里读数据出来,加入到主机类的url列表里。当然,也会从前一个FIFO里直接读url出来,不过优先级应该比这个里面出来的url低,毕竟是已经爬过的。
爬虫一般是对多个网站进行爬取,但在同时站点内dns的请求可以只做一次,这就需要将主机名独立于url,单独有一个类进行处理。
主机名解析完成后需要有一个解析完成的IP类与之应用,用于connect的时候使用。
HTML文档的解析类也要有一个,用来分析网页,取出里面的url,加入到urlsDisk。
再加上一些字符串,调度类,一个简单的爬虫基本上就完成了。
以上基本上是Larbin的设计思路,Larbin在具体实现上还有一些特殊的处理,例如带了一个webserver,以及对特殊文件的处理。 Larbin有一点设计不不太好,就是慢的访问会越来越多,占用大量的连接,需要改进,另外如果对于大规模的爬虫,这仅仅实现了抓取的部分,要分布式的扩展还需要增加url的集中管理与调度以及前台spider的分布式算法。
用python编写分布式爬虫
1、 网络连接需要持续连接(persistent connection),DNS解析的瓶颈(先查本地DNS缓存)
2、 多线程:机器任务的分配及站点任务的分配。
机器任务的分配:对于机器负担的情况调整在一个机器开的线程的个数。(在关闭线程时注意要先让线程完成当前运行任务)
站点任务的分配:就是某个机器对一个站点开的线程的个数的分配。(同样是要注意关闭线程时先让其完成当前任务)
3、 对web文件树遍历过程更好的控制,对web文件树在广度优先遍历时层次的判断。(整个网络是一个图,而某个站点的模型更接近于一棵树)
4、 利用robotparser解析robots.txt
5、 单个机器spider的作用:
6、 中央控制器的作用:
b) 观察对外整体网络流量和连接状况,可以根据网络状况来调节timeout。
ii. 老方案:(面向页面,信息颗粒小)所有连接一视同仁。缺点:浪费资源,对单一站点的获取不一定全面。优点:可以得到全面的链接图,可以使用Page Rank对列表进行排序,页面更重要就在最前面。
7、 解析html(超级链接的提取)搞定(用python的sgmllib)缺点:速度太慢(可能会造成瓶颈,要好好包装好,以后有机会换掉它)