中文搜索引擎技术揭密：网络蜘蛛

随着搜索经济的崛起，人们开始越加关注全球各大搜索引擎的性能、技术和日流量。作为企业，会根据搜索引擎的知名度以及日流量来选择是否要投放广告等；作为普通网民，会根据搜索引擎的性能和技术来选择自己喜欢的引擎查找资料；作为学者，会把有代表性的搜索引擎作为研究对象…… 　　而作为一个网站的经营者，其更关心的或许是如何通过网络载体让更多的网民知道自己的网站，进而获得更高的流量和知名度。这其中，搜索引擎已经成了一个重要的且是**的宣传途径。一方面，搜索引擎会主动出击，寻找网络上的各种网页数据，并在后台按相关条件进行索引；另一方面，各大网站为了能让自己的内容更多的通过搜索引擎向网民展示，都开始对网站结构进行重大调整，其中包括扁平化结构设计、动态（网页）转静态（网页）、Sitemap等。 　　这些看来不经意的举动都让我们切身感受到搜索引擎对我们网络使用方式的改变起到了重要作用。并且，正因为搜索引擎的兴起以及社会各界对其重视程度日渐高涨，还由此创造了一个全新的职位——SEO。实际上，搜索引擎经济的崛起，又一次向人们证明了网络所蕴藏的巨大商机。网络离开了搜索将只剩下空洞杂乱的数据，以及大量等待去费力挖掘的金矿。 　　搜索引擎一直专注于提升用户的体验度，其用户体验度则反映在三个方面：准、全、快。用专业术语讲是：查准率、查全率和搜索速度（即搜索耗时）。其中最易达到的是搜索速度，因为对于搜索耗时在1秒以下的系统来说，访问者很难辨别其快慢了，更何况还有网络速度的影响。因此，对搜索引擎的评价就集中在了前两者：准、全。中文搜索引擎的“准”，需要保证搜索的前几十条结果都和搜索词十分相关，这需由“分词技术”和“排序技术”来决定；中文搜索引擎的“全”则需保证不遗漏某些重要的结果，而且能找到最新的网页，这需要搜索引擎有一个强大的网页收集器，一般称为“网络蜘蛛”，也有叫“网页机器人”。 　　研究搜索引擎技术的文章不少，但大部分讨论的是如何评价网页的重要性，对于网络蜘蛛研究的文章不多。网络蜘蛛技术并不是一项十分高深的技术，但要做一个强大的网络蜘蛛，却非易事。在目前磁盘容量已经不是瓶颈的时候，搜索引擎一直在扩大自己的网页数量。最大的搜索引擎Googlehttp://www.google.com）从2002年的10亿网页增加到现在近40亿网页；最近雅虎搜索引擎http://search.yahoo.com/）号称收录了45亿个网页；国内的中文搜索引擎百度http://www.baidu.com）的中文页面从两年前的七千万页增加到了现在的两亿多。据估计，整个互联网的网页数达到100多亿，而且每年还在快速增长。因此一个优秀的搜索引擎，需要不断的优化网络蜘蛛的算法，提升其性能。 　　或许有些人有疑问，为何搜索引擎需要用网络蜘蛛抓取网站所有的网页，为什么不在搜索者输入关键词后只把那些需要的结果抓取过来？这实际上是效率问题，搜索引擎不可能在搜索时实时去检查每个网页，而是需要把网页先抓取下来，按照关键词建立好索引，每次搜索的结果都会直接从搜索引擎建立好索引的数据库中查找，然后把结果返回给访问者。本文主要介绍网络蜘蛛的相关技术。 　　网络蜘蛛基本原理 　　网络蜘蛛即Web Spider，是一个很形象的名字。把互联网比喻成一个蜘蛛网，那么Spider就是在网上爬来爬去的蜘蛛。网络蜘蛛是通过网页的链接地址来寻找网页，从网站某一个页面（通常是首页）开始，读取网页的内容，找到在网页中的其它链接地址，然后通过这些链接地址寻找下一个网页，这样一直循环下去，直到把这个网站所有的网页都抓取完为止。如果把整个互联网当成一个网站，那么网络蜘蛛就可以用这个原理把互联网上所有的网页都抓取下来。 　　对于搜索引擎来说，要抓取互联网上所有的网页几乎是不可能的，从目前公布的数据来看，容量最大的搜索引擎也不过是抓取了整个网页数量的百分之四十左右。这其中的原因一方面是抓取技术的瓶颈，无法遍历所有的网页，有许多网页无法从其它网页的链接中找到；另一个原因是存储技术和处理技术的问题，如果按照每个页面的平均大小为20K计算（包含图片），100亿网页的容量是100×2000G字节，即使能够存储，下载也存在问题（按照一台机器每秒下载20K计算，需要340台机器不停的下载一年时间，才能把所有网页下载完毕）。同时，由于数据量太大，在提供搜索时也会有效率方面的影响。因此，许多搜索引擎的网络蜘蛛只是抓取那些重要的网页，而在抓取的时候评价重要性主要的依据是某个网页的链接深度。 　　在抓取网页的时候，网络蜘蛛一般有两种策略：广度优先和深度优先。广度优先是指网络蜘蛛会先抓取起始网页中链接的所有网页，然后再选择其中的一个链接网页，继续抓取在此网页中链接的所有网页。这是最常用的方式，因为这个方法可以让网络蜘蛛并行处理，提高其抓取速度。深度优先是指网络蜘蛛会从起始页开始，一个链接一个链接跟踪下去，处理完这条线路之后再转入下一个起始页，继续跟踪链接。这个方法有个优点是网络蜘蛛在设计的时候比较容易。 　　由于不可能抓取所有的网页，有些网络蜘蛛对一些不太重要的网站，设置了访问的层数。例如，以A为起始网页，属于0层，B、C、D、E、F属于第1层，G、H属于第2层，I属于第3层。如果网络蜘蛛设置的访问层数为2的话，网页I是不会被访问到的。这也让有些网站上一部分网页能够在搜索引擎上搜索到，另外一部分不能被搜索到。对于网站设计者来说，扁平化的网站结构设计有助于搜索引擎抓取其更多的网页。 　　网络蜘蛛在访问网站网页的时候，经常会遇到加密数据和网页权限的问题，有些网页是需要会员权限才能访问。当然，网站的所有者可以通过协议让网络蜘蛛不去抓取（下小节会介绍），但对于一些出售报告的网站，他们希望搜索引擎能搜索到他们的报告，但又不能完全**的让搜索者查看，这样就需要给网络蜘蛛提供相应的用户名和密码。网络蜘蛛可以通过所给的权限对这些网页进行网页抓取，从而提供搜索。而当搜索者点击查看该网页的时候，同样需要搜索者提供相应的权限验证。 　网站与网络蜘蛛 　　网络蜘蛛需要抓取网页，不同于一般的访问，如果控制不好，则会引起网站服务器负担过重。今年4月，淘宝网http://www.taobao.com）就因为雅虎搜索引擎的网络蜘蛛抓取其数据引起淘宝网服务器的不稳定。网站是否就无法和网络蜘蛛交流呢？其实不然，有多种方法可以让网站和网络蜘蛛进行交流。一方面让网站管理员了解网络蜘蛛都来自哪儿，做了些什么，另一方面也告诉网络蜘蛛哪些网页不应该抓取，哪些网页应该更新。 　　每个网络蜘蛛都有自己的名字，在抓取网页的时候，都会向网站标明自己的身份。网络蜘蛛在抓取网页的时候会发送一个请求，这个请求中就有一个字段为User－agent，用于标识此网络蜘蛛的身份。例如Google网络蜘蛛的标识为GoogleBot，Baidu网络蜘蛛的标识为BaiDuSpider，Yahoo网络蜘蛛的标识为Inktomi Slurp。如果在网站上有访问日志记录，网站管理员就能知道，哪些搜索引擎的网络蜘蛛过来过，什么时候过来的，以及读了多少数据等等。如果网站管理员发现某个蜘蛛有问题，就通过其标识来和其所有者联系。 　　网络蜘蛛进入一个网站，一般会访问一个特殊的文本文件Robots.txt，这个文件一般放在网站服务器的根目录下，如http://www.blogchina.com/robots.txt。网站管理员可以通过robots.txt来定义哪些目录网络蜘蛛不能访问，或者哪些目录对于某些特定的网络蜘蛛不能访问。例如有些网站的可执行文件目录和临时文件目录不希望被搜索引擎搜索到，那么网站管理员就可以把这些目录定义为拒绝访问目录。Robots.txt语法很简单，例如如果对目录没有任何限制，可以用以下两行来描述： 　　User-agent: * 　　Disallow: 　　当然，Robots.txt只是一个协议，如果网络蜘蛛的设计者不遵循这个协议，网站管理员也无法阻止网络蜘蛛对于某些页面的访问，但一般的网络蜘蛛都会遵循这些协议，而且网站管理员还可以通过其它方式来拒绝网络蜘蛛对某些网页的抓取。 　　网络蜘蛛在下载网页的时候，会去识别网页的HTML代码，在其代码的部分，会有META标识。通过这些标识，可以告诉网络蜘蛛本网页是否需要被抓取，还可以告诉网络蜘蛛本网页中的链接是否需要被继续跟踪。例如：表示本网页不需要被抓取，但是网页内的链接需要被跟踪。 　　现在一般的网站都希望搜索引擎能更全面的抓取自己网站的网页，因为这样可以让更多的访问者能通过搜索引擎找到此网站。为了让本网站的网页更全面被抓取到，网站管理员可以建立一个网站地图，即Site Map。许多网络蜘蛛会把sitemap.htm文件作为一个网站网页爬取的入口，网站管理员可以把网站内部所有网页的链接放在这个文件里面，那么网络蜘蛛可以很方便的把整个网站抓取下来，避免遗漏某些网页，也会减小对网站服务器的负担。 　　内容提取 　　搜索引擎建立网页索引，处理的对象是文本文件。对于网络蜘蛛来说，抓取下来网页包括各种格式，包括html、图片、doc、pdf、多媒体、动态网页及其它格式等。这些文件抓取下来后，需要把这些文件中的文本信息提取出来。准确提取这些文档的信息，一方面对搜索引擎的搜索准确性有重要作用，另一方面对于网络蜘蛛正确跟踪其它链接有一定影响。 　　对于doc、pdf等文档，这种由专业厂商提供的软件生成的文档，厂商都会提供相应的文本提取接口。网络蜘蛛只需要调用这些插件的接口，就可以轻松的提取文档中的文本信息和文件其它相关的信息。 　　HTML等文档不一样，HTML有一套