爬虫设计

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)

实现方法:基于python httplib(对http1.1完成对持续连接的支持(python的httplib完全支持http1.1),如果不是http1.1那么可以使用urlopen对其进行一次连接)并对其socket对象进行控制,关键是加入对读取DNS本地缓存(在我的机制下这个根本就不是主要问题可以暂时忽略),以及有settimeout(Igloo)(搞定,就用setdefaulttimeout())的支持(或者利用自己的DNS服务器,进行优化处理),以及对sock对象的settimeout进行设置,防止长时间的等待一个有可能连接不上的web服务器.(要测试一下连接模块和DNS解析模块在访问不存在url在默认情况下的时间消耗)对站点的ip解析出来后就直接用ip进行连接而避免了重复调用DNS解析.例子:socket.gethostbyname("www.163.com")


网络连接下载模块非常重要,需要精心反复测试,因为有可能碰到一些不规范的web服务器,如果没有加以考虑会使整个线程崩溃。

   
2、    多线程:机器任务的分配及站点任务的分配。

实现方法:(在某台机器上实现,在对本机内存cpu的消耗情况判断后对机器任务进行分配;在对和站点的连接情况进行判断后对站点任务进行分配)
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)

实现方法:在每个地址进入队列时加一个层次号,那么要遍历第n层的话那么遍历到第一个n+1就停止读取。

4、    利用robotparser解析robots.txt

5、    单个机器spider的作用:

a)    同2多线程3文件树的遍历
b)    将获取的外部url发回中央控制器,并从中央控制器取回新的外部url。


6、    中央控制器的作用:

a)    观察各机器的状态包括:cpu、内存、线程、站点、网络流量
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。
c)    接受各个机器发送过来的外部url并对每个url的重复数字计数。然后分配到各个机器。(分配时要用爬行策略控制器对外部url进行排序来分配,Igloo利用Page Rank,我们可以使用最简单的重复越多重要系数就越高来进行排序)
d)    分布式URL分配算法:Igloo1.2的二级哈希映射算法(集中式分配算法那个中央控制器容易成为系统瓶颈)复习哈希算法,还有就是对url是否访问过的判断(Igloo使用的是URL Trie滞后合并策略)。可以使用Berkeley DB作为URL Trie的替代品。两种实现方式的比较:
i.    现在的想法:(面向站点,信息颗粒大)外部链接只是保存主机名比如:www.163.com, 站内访问用解析好的ip地址维持连接,用相对链接来得到各个页面,这样就要维护一个外部链接列表,几个站点的链接列表。优点:节省内存,对某个站点的信息获取全面,对站点的出现频率统计,排序,重要站点先取。 缺点:对链接的获取的全面性得不到保证,而且不能获取更多的重要页面,每个站点的重要页面也不会很多。
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)

你可能感兴趣的:(多线程,算法,应用服务器,python,网络应用)