Nutch搜索引擎分析

21世纪是信息的时代，也是网络的时代。不断通畅与进步的互联网在给人们带来浩如烟海的网络信息的同时，也容易使人在查询自己所需的有用的相关信息时陷入迷茫。搜索引擎正是为了满足人们网络信息搜索应运而生的网络工具，它是互联网信息查询的导航针。现在的商业搜索引擎不少，但都是保密的，不便研究。而Nutch 是一个开源Java 实现的搜索引擎，它提供了我们运行自己的搜索引擎所需的全部工具。

    Nutch是开放源代码的，因此任何人都可以查看他的排序算法是如何工作的。商业的搜索引擎排序算法都是保密的，我们无法知道为什么搜索出来的排序结果是如何算出来的。更进一步，一些搜索引擎允许竞价排名，比如百度，这样的索引结果并不是和站点内容相关的。因此 Nutch 对学术搜索和政府类站点的搜索来说，是个好选择。因为一个公平的排序结果是非常重要的。

  了解一个大型分布式的搜索引擎如何工作是一件让人很受益的事情，但是我们并没有google的源代码，因此学习搜索引擎Nutch是个不错的选择。Nutch的核心部分目前已经被重新用 Map Reduce 实现，而Map Reduce 是一个分布式的处理模型，最先是从 Google 实验室提出来的。

    Nutch吸引了很多研究者，他们非常乐于尝试新的搜索算法，因为对Nutch 来说，这是非常容易实现扩展的。Nutch 非常灵活，它可以被很好地客户订制并集成到应用程序中。使用插件机制，Nutch可以作为一个搜索不同信息载体的搜索平台。当然，最简单的就是集成Nutch到你的站点，为用户提供搜索服务。

  下面分析一下Nutch搜索引擎系统的特点。

一、系统架构

  总体上Nutch可以分为2个部分：抓取部分和搜索部分。抓取程序抓取页面并把抓取回来的数据做成反向索引，搜索程序则对反向索引搜索回答用户的请求。抓取程序和搜索程序的接口是索引，两者都使用索引中的字段。抓取程序和搜索程序可以分别位于不同的机器上。下面详细介绍一下抓取部分。

抓取部分：

  抓取程序是被Nutch的抓取工具驱动的。这是一组工具，用来建立和维护几个不同的数据结构： web database， a set of segments， and the index。下面逐个解释这三个不同的数据结构：

    1、The web database， 或者WebDB。这是一个特殊存储数据结构，用来映像被抓取网站数据的结构和属性的集合。WebDB 用来存储从抓取开始（包括重新抓取）的所有网站结构数据和属性。WebDB 只是被 抓取程序使用，搜索程序并不使用它。WebDB 存储2种实体：页面 和 链接。页面 表示 网络上的一个网页，这个网页的Url作为标示被索引，同时建立一个对网页内容的MD5 哈希签名。跟网页相关的其它内容也被存储，包括：页面中的链接数量（外链接），页面抓取信息（在页面被重复抓取的情况下），还有表示页面级别的分数 score 。链接 表示从一个网页的链接到其它网页的链接。因此 WebDB 可以说是一个网络图，节点是页面，链接是边。

    2、Segment 。这是网页的集合，并且它被索引。Segment的Fetchlist 是抓取程序使用的url列表，它是从 WebDB中生成的。Fetcher 的输出数据是从 fetchlist 中抓取的网页。Fetcher的输出数据先被反向索引，然后索引后的结果被存储在segment 中。 Segment的生命周期是有限制的，当下一轮抓取开始后它就没有用了。默认的 重新抓取间隔是30天。因此删除超过这个时间期限的segment是可以的。而且也可以节省不少磁盘空间。Segment 的命名是日期加时间，因此很直观的可以看出他们的存活周期。

    3、The index。索引库是反向索引所有系统中被抓取的页面，它并不直接从页面反向索引产生，而是合并很多小的segment的索引产生的。Nutch 使用 Lucene 来建立索引，因此所有Lucene相关的工具 API 都用来建立索引库。需要说明的是Lucene的segment 的概念和Nutch的segment概念是完全不同的，不要混淆。简单来说 Lucene 的 segment 是 Lucene 索引库的一部分，而Nutch 的Segment是WebDB中被抓取和索引的一部分。

抓取过程详解：

      抓取是一个循环的过程：抓取工具从WebDB中生成了一个 fetchlist 集合；抽取工具根据fetchlist从网络上下载网页内容；工具程序根据抽取工具发现的新链接更新WebDB；然后再生成新的fetchlist；周而复始。这个抓取循环在nutch中经常指： generate/fetch/update 循环。


    一般来说同一域名下的 url 链接会被合成到同一个 fetchlist。这样做的考虑是：当同时使用多个工具抓取的时候，不会产生重复抓取的现象。Nutch 遵循 Robots Exclusion Protocol, 可以用robots.txt 定义保护私有网页数据不被抓去。

    上面这个抓取工具的组合是Nutch的最外层的，也可以直接使用更底层的工具，自己组合这些底层工具的执行顺序达到同样的结果。这是Nutch吸引人的地方。下面把上述过程分别详述一下，括号内就是底层工具的名字：

      1、创建一个新的WebDB (admin db -create)。

    2、把开始抓取的跟Url 放入WebDb (inject)。

    3、从WebDb的新 segment 中生成 fetchlist (generate)。

    4、根据 fetchlist 列表抓取网页的内容 (fetch)。

    5、根据抓取回来的网页链接url更新 WebDB (updatedb)。

    6、重复上面3-5个步骤直到到达指定的抓取层数。

    7、用计算出来的网页url权重 scores 更新 segments (updatesegs)。

    8、对抓取回来的网页建立索引(index)。

    9、在索引中消除重复的内容和重复的url (dedup)。

    10、合并多个索引到一个大索引，为搜索提供索引库(merge)。

      在创建了一个新的WebDB后，抓取循环 generate/fetch/update 就根据最先第二步指定的根 url 在一定周期下自动循环了。当抓取循环结束后，就会生成一个最终的索引（第7步到第10步）。需要说明的是：上面第 8 步中每个 segment 的索引都是单独建立的，之后才消重（第9步）。第10步就是大功告成，合并单独的索引到一个大索引库。

    Dedup 工具可以从 segment 的索引中去除重复的url。因为 WebDB 中不允许重复的url ， 也就是说 fetchlist 中不会有重复的url,所以不需要对 fetchlist 执行 dedup 操作。上文说过，默认的抓取周期是30天，如果已经生成的旧 fetch 没有删除，而又生成了新的fetch 这是还是会出现重复的url的。当只有一个抓取程序运行的时候是不会发生上述情况的。

    从上面的介绍可以看出，一般情况下我们只要从头执行的程序就可以了，不需要接触底层的工具。但是搜索引擎有很多“意外”，很多的时间需要花费在维护上，所以底层的工具也是需要掌握的。