了解搜索引擎技术

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搜索引擎算法数据结构应用服务器 Google

此文纯理论知识，很不错的搜索引擎的资料。

搜索引擎的定义

搜索引擎是传统IR技术在Web环境中的应用。一般来说，搜索引擎是一种用于帮助用户在Internet上查询信息的搜索工具，它以一定的策略在Internet中搜索，发现信息，对信息进行理解，提取，组织和处理，并为用户提供检索服务，从而起到信息导航的目的。

搜索引擎的体系结构

典型的搜索引擎结构一般由以下三个模块组成：信息采集模块（Crawler），索引模块（Indexer），查询模块（Searcher）。

Crawler：从web中采集网页数据
Indexer：对Crawler采集数据进行分析生成索引。
Searcher：接受查询请求，通过一定的查询算法获取查询结果，返回给用户。

-->Crawler
Crawler负责页面信息的采集，工作实现基于以下思想：既然所有网页都可能链接到其他网站，那么从一个网站开始，跟踪所有网页上的所有链接，就有可能检索整个互联网。Crawler首先从待访问URL队列中获取URLs，根据URL从中抓取网页数据，然后对网页进行分析，从中获取所有的URL链接，并把它们放到待访问的URL队列中，同时将已访问URL移至已访问的URL队列中。不断重复上面的过程。
Crawler存在以下的关键问题：
>多线程抓取时的任务调度问题：
搜索引擎会产生多个Crawler同时对网页进行抓取，这里需要一个好的分布式算法，使得既不重复抓取网页，又不漏掉重要的站点。
>网页评估
在抓取网页时存在一定的取舍，一般只会抓20%左右的网页。评估算法中典型的油Google发明的Pgaerank。
>更新策略
每经过一段时间，Crawler对以抓取的数据经行更新，保证索引网页是最新的。
>压缩算法
网页抓取后，通过一定的压缩机制保存到本地，从而减少存储容量，同时也减少各服务器之间的网络通信开销

-->Indexer
搜索引擎在完成用户的检索请求时，并不是即时的检索Web数据，而是从预先采集的网页数据中获取。要实现对采集页面的快速访问，必须通过某种检索机制来完成。
页面数据可以用一系列关键字来表示，从检索毙敌来说，这些关键词描述了页面的内容，只要找到页面，便可以找到其中的关键词，反过来，通过关键词对页面创建索引，便可以根据关键字快速的找到相应的网页。

Indexer中存在的问题：
>索引存储：
一般来讲，数据量和索引量的比例接近1:1。索引的存储一般采用分布式策略，检索的数据分布在不同的服务器上。Google存储索引的服务器大概有1000多台。
>索引更新：
页面数据更新时，索引数据必须相应的更新。更新策略一般采用增量索引方式。
>索引压缩：
索引也存在数据压缩的问题。索引压缩是通过对具体索引格式的研究实现压缩。
>网页相似性支持：
索引的结构还必须为网页相似性分析提供支持。
>多语言，多格式支持：
网页数据具有多种编码格式，通过Unicode，索引支持多种编码查询。同时索引还必须有对Word，Excel等文件格式进行分析的功能。

-->Searcher
Searcher是直接与用户进行交互的模块，在接口上有多种实现的方式，常见的主要是Web方式。
Searcher通过某种接口方式，接受用户查询，对查询进行分词（stemming）处理，获取查询关键字。通过Indexer获取与查询关键字匹配的网页数据，经过排序后返回给用户。
Searcher中的问题：
>检索结果的排序:
对不同的用户采用不同的排序策略。
>排序结果排重：
排重可以提高结果数据的质量。
>检索结果的相似性分析：
主要用在类似网页功能中，需要在索引结构中提供支持。
>检索的速度：
主要依赖索引结构的设计。同时在体系结构上还有很多技术可以用来提升速度。如:Cache，负载均衡等。

相关核心技术：

分布式技术：
当搜索引擎处理数据达到一定规模时，为了提高系统的性能，必须采用分布式技术。Crawler通过多个服务器互相合作，提高数据采集的速度。Indexer在生成索引数据时通过并行算法，在不同机器上同时进行。Searcher也可以在不同的机器上进行同时查询，提高速度。
中文分词：
分词就是将连续的字序列按照一定的规范重新组合成词序列的过程。现有分词算法可以分为三大类：基于字符串比配的的分词方法，基于理解的分词方法和基于统计的分词方法。
网页排序：
现在搜索引擎中网页的排序主要利用了页面间的链接关系，描述链接的文本以及文本自身内容，重要的链接分析算法有Hits和Pagerank，HillTop等。
海量数据存储：
搜索引擎的挑战之一就是处理数据的巨大，如何存储如此大的数据，数据的更新，快速的检索...
压缩技术：
压缩技术极大的减少了数据的大小，对于不同类型的数据，需要采用不同的压缩方法，主要的数据压缩主要有：网页数据的压缩和索引数据的压缩。选择压缩技术主要从开放性，速度与压缩比等多方面进行综合考虑。Google中选择了Alib(RFC1950)进行压缩，在压缩速度上Zlib超过Bzip，压缩比上Bzip好于Zlib。