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                              ——數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和“事務(wù)處理”專家

1998年度的圖靈獎(jiǎng)授予了聲譽(yù)卓著的數(shù)據(jù)庫(kù)專家詹姆斯·格雷(James Gray)或稱吉姆·格雷(JimGray，Jim是James的昵稱)。這是圖靈獎(jiǎng)?wù)Q生32年的歷史上，繼數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的先驅(qū)查爾斯·巴赫曼(Charles W．Bachman，1973)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)之父埃德加·科德(Edgar F．Codd，1981)之后，第3位因在推動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展中做出重大貢獻(xiàn)而獲此殊榮的學(xué)者。

    格雷生于1944年，在著名的美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校計(jì)算機(jī)科學(xué)系獲得博士學(xué)位。其博士論文是有關(guān)優(yōu)先文法語(yǔ)法分析理論的。學(xué)成以后，他先后在貝爾實(shí)驗(yàn)室、IBM、Tandem、DEC等公司工作，研究方向轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域。

    在IBM期間，他參與和主持過(guò)IMS、System R、SQL／DS、DB2等項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，其中除System R僅作為研究原型，沒(méi)有成為產(chǎn)品外，其他幾個(gè)都成為IBM在數(shù)據(jù)庫(kù)市場(chǎng)上有影響力的產(chǎn)品。

    在Tandem期間，格雷對(duì)該公司的主要數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品ENCOMPASS進(jìn)行了改進(jìn)與擴(kuò)充，并參與了系統(tǒng)字典、并行排序、分布式SQL、Nonstop SQL等項(xiàng)目的研制工作。

    在DEC，他仍然主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品的技術(shù)。格雷進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域時(shí)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的基本理論已經(jīng)成熟，但各大公司在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(RDBMS)的實(shí)現(xiàn)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，都遇到了一系列技術(shù)問(wèn)題，主要是在數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)模愈來(lái)愈大，數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)愈來(lái)愈復(fù)雜，又有愈來(lái)愈多的用戶共享數(shù)據(jù)庫(kù)的情況下，如何保障數(shù)據(jù)的完整性(Integrity)、安全性(Security)、并行性(Concurrency)，以及一旦出現(xiàn)故障后，數(shù)據(jù)庫(kù)如何實(shí)現(xiàn)從故障中恢復(fù)(Recovery)。這些問(wèn)題如果不能圓滿解決，無(wú)論哪個(gè)公司的數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品都無(wú)法進(jìn)入實(shí)用，最終不能被用戶所接受。正是在解決這些重大的技術(shù)問(wèn)題，使DBMS成熟并順利進(jìn)入市場(chǎng)的過(guò)程中，格雷以他的聰明才智發(fā)揮了十分關(guān)鍵的作用。

目前，各DBMS解決上述問(wèn)題的主要技術(shù)手段和方法如下：

1．把對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作劃分為稱之為“事務(wù)”(或“事務(wù)元”，transaction)的一個(gè)個(gè)原子單位。事務(wù)是事務(wù)處理(transaction processing)的基本執(zhí)行單位，即一個(gè)事務(wù)中的操作要么全部被執(zhí)行，要么全部都不執(zhí)行，即實(shí)行所謂all or none的原則。一個(gè)事務(wù)一般以一個(gè)“開(kāi)始”語(yǔ)句(begin)開(kāi)始，先從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出一些數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行所需的處理，最后以“提交”語(yǔ)句(commit)結(jié)束。如事務(wù)中發(fā)生異常，則用“異常終止”語(yǔ)句(abort)或“回退”語(yǔ)句(rollback)撤銷本事務(wù)執(zhí)行過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)已做的所有更新(即所謂undo)，將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到事務(wù)開(kāi)始時(shí)的正確狀態(tài)，以保障數(shù)據(jù)的完整性、一致性。

    2．用戶在對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)出操作請(qǐng)求時(shí)，系統(tǒng)對(duì)有關(guān)的不同粒度(granularity)的數(shù)據(jù)元素(字段、記錄以至整個(gè)文件)“加鎖”(10cking)，加鎖的數(shù)據(jù)將被暫時(shí)禁止其他用戶訪問(wèn)(我們這里僅是一種簡(jiǎn)化的解釋，實(shí)際上，根據(jù)用戶對(duì)數(shù)據(jù)請(qǐng)求的不同性質(zhì)，加鎖的數(shù)據(jù)如何對(duì)待另一用戶的請(qǐng)求，呈現(xiàn)復(fù)雜的情況，例如，如果加鎖的數(shù)據(jù)將被修改，那是絕對(duì)禁止其他用戶訪問(wèn)的；而如果加鎖的數(shù)據(jù)只用于讀出，則其他用戶的讀出請(qǐng)求還將是允許的。這由所謂“鎖相容性矩陣”——lock compatibility matrix管理和控制)。操作完成后“解鎖”(unlocking)。這一機(jī)制用以既保持事務(wù)之間的“并發(fā)性”，又保證數(shù)據(jù)的“完整性”。

    3．建立系統(tǒng)運(yùn)行日志(10g)，記載各事務(wù)的始點(diǎn)、終點(diǎn)以及在事務(wù)中被更新過(guò)的頁(yè)面的改前和改后狀況(before image和afterimage)，以便在系統(tǒng)出現(xiàn)散障使數(shù)據(jù)庫(kù)遭到破壞時(shí)，能根據(jù)定期或不定期為數(shù)據(jù)庫(kù)所作的備份(backup)加上日志中的信息將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到系統(tǒng)故障前的正確狀態(tài)，同時(shí)又能保留最后一次備份以來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)所作的修改。

    4。對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的任何更新分兩階段提交(two-phase commit)。這是基于一個(gè)事務(wù)可能同時(shí)涉及兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)而必需的，這在分布式系統(tǒng)中尤為重要。

    上述及其他各種方法可總稱為“事務(wù)處理技術(shù)”(transaction processing technique)。格雷在事務(wù)處理技術(shù)上的創(chuàng)造性思維和開(kāi)拓性工作，使他成為該技術(shù)領(lǐng)域公認(rèn)的權(quán)威。他的研究成果反映在他發(fā)表的一系列論文和研究報(bào)告之中，最后結(jié)晶為一部厚厚的專著Transaction Processing：Concepts and Techniques(Morgan Kaufmann Publishers，1993，另一作者為德國(guó)斯圖加特大學(xué)的A．Reuter教授)。事務(wù)處理技術(shù)雖然誕生于數(shù)據(jù)庫(kù)研究，但對(duì)于分布式系統(tǒng)，client／server結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)管理與通信，對(duì)于容錯(cuò)和高可靠性系統(tǒng)，同樣具有重要的意義。

    格雷的另一部著作是The Benchmark Handbook：for Database and Transaction Processing Systems，第1版于1991年，第2版于1993年出版，也是Morgan Kaufmann出版社出版的。格雷還是該出版社“數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)叢書”的主編。

    格雷在數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)術(shù)界十分活躍。國(guó)際上定期或不定期舉行的一些重要的數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)術(shù)會(huì)議如VLDB、SIGMOD上，都能見(jiàn)到他的身影，聽(tīng)到他的聲音。除了在公司從事研究開(kāi)發(fā)外，他還兼職在母校伯克利、斯坦福大學(xué)、布達(dá)佩斯大學(xué)從事過(guò)教學(xué)和講學(xué)活動(dòng)。1992年，VLDB雜志(The VLDB Journal)創(chuàng)刊，他出任主編。

    格雷是ACM于1988年授予IBM的System R以軟件系統(tǒng)獎(jiǎng)的6位得獎(jiǎng)人之一，其他5人是Donald Chamberlin、Raymond Lorie、Gianfranco Putzolu、Patricia Selinger和Irving Traiger。正是由于格雷在數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)方面的聲譽(yù)，軟件業(yè)中的“巨無(wú)霸”微軟公司在1993年決定進(jìn)入大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)市場(chǎng)時(shí)，才不惜用種種手段把格雷從DEC公司挖過(guò)來(lái)。因格雷不喜歡微軟總部所在的多雨的西雅圖，愿意留在陽(yáng)光燦爛的舊金山，微軟特地在舊金山開(kāi)辟第二個(gè)微軟研究院海灣區(qū)研究中心BARC(Bay Area Research Center)，安排格雷任該研究院主管。格雷果然不負(fù)所望，領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)研制小組開(kāi)發(fā)出了MS SQL Server 7．0，成為微軟歷史上一個(gè)里程碑式的版本，而且也成為當(dāng)今關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)市場(chǎng)上的佼佼者。

    格雷是在1999年5月4日于亞特蘭大舉行的ACM全國(guó)會(huì)議上接受圖靈獎(jiǎng)的。格雷發(fā)表了“信息技術(shù)今后的目標(biāo)”的演說(shuō)(What Next?一A dozen remaining IT problems)，縱論了信息技術(shù)發(fā)展中有關(guān)的幾個(gè)方向性問(wèn)題。后來(lái)，該文經(jīng)修改后在SIGMOD的會(huì)上以What Next?一A dozen IT Research Goals為題再次發(fā)表。格雷的演說(shuō)在對(duì)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展作總結(jié)性回顧時(shí)認(rèn)為，英國(guó)數(shù)學(xué)家巴貝奇(Charles Babage，1791—1871)在19世紀(jì)所夢(mèng)想和追求的計(jì)算機(jī)今天已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)；美國(guó)數(shù)學(xué)家布什(Vannevar Bush，1890—1974，曾任羅斯福總統(tǒng)的科學(xué)顧問(wèn))20世紀(jì)40年代所設(shè)想的“梅米克斯”MEMEX即“記憶延伸器”(MEMory EXtender)當(dāng)前已接近實(shí)現(xiàn)；而圖靈所提出的智能機(jī)器離實(shí)現(xiàn)還有一段距離，目前的計(jì)算機(jī)還難以通過(guò)“圖靈測(cè)試”。為了完全實(shí)現(xiàn)上述3位科學(xué)巨人的理想，格雷呼吁美國(guó)政府要重視支持對(duì)IT技術(shù)的長(zhǎng)期研究，認(rèn)為其重要意義不亞于200年前杰弗遜(Thomas Jefferson，1743—1826，“獨(dú)立宣言”的起草者，美國(guó)第三任總統(tǒng)，1801—1809在位)決定用1 500萬(wàn)美元從法國(guó)政府手中買回路易斯安娜領(lǐng)地(Louisiana Territory，這是位于密西西比河和洛磯山脈之間，北至加拿大，南達(dá)墨西哥灣的大塊土地，面積達(dá)2 070 000km²)這一被稱為L(zhǎng)ouisiana Purchase的著名歷史事件，然后又派出以劉易斯上尉(Captain Meriwether Lewis)和克拉克(William Clark)為首的“發(fā)現(xiàn)軍團(tuán)(Corps for Discovery)到西部探險(xiǎn)直至太平洋海岸，為最終形成美國(guó)如今的版圖奠定了基礎(chǔ)。格雷認(rèn)為，一個(gè)好的IT長(zhǎng)期目標(biāo)應(yīng)具有以下5個(gè)關(guān)鍵性：

    1．可理解性  目標(biāo)應(yīng)能簡(jiǎn)單表述并被人理解。

    2．有挑戰(zhàn)性  如何達(dá)到目標(biāo)不是很明顯的。

    3．用途廣泛  不只對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)家有用，而是對(duì)大多數(shù)人有用。

  4．可測(cè)試性  以便檢查項(xiàng)目進(jìn)展并知道目標(biāo)是否已經(jīng)達(dá)到。

    5．漸進(jìn)性  中間有若干里程碑，以檢查項(xiàng)目進(jìn)展并鼓舞研究人員干下去。

    在以上論點(diǎn)支持下，格雷提出的幾個(gè)IT技術(shù)的長(zhǎng)期研究目標(biāo)如下：

    1．規(guī)模可伸縮性(scalability)。

    2．通過(guò)圖靈測(cè)試。

    3．語(yǔ)音到文本的轉(zhuǎn)換(Speech to Text)。

    4．文本到語(yǔ)音的轉(zhuǎn)換(Text to Speech)。

    5．機(jī)器視覺(jué)，能像人一樣識(shí)別物體和運(yùn)動(dòng)。

    6.個(gè)人的“梅米克斯”，可記錄人所看到和聽(tīng)到的一切，需要時(shí)快速檢索出來(lái)。

    7．世界的“梅米克斯”，即建立文本、音樂(lè)、圖像、藝術(shù)、電影的“全集”(corpus)，可回答有關(guān)的任何提問(wèn)，像人類專家那樣快而好地做索引，做文摘。

    8．虛擬現(xiàn)實(shí)(格雷用了TelePresenee這個(gè)詞，參見(jiàn)對(duì)1969年圖靈獎(jiǎng)獲得者明斯基的介紹)。

    9．無(wú)故障系統(tǒng)(Trouble-Free Systems)。

    10．安全系統(tǒng)(Secure Systems)。

    11．高可用系統(tǒng)(AlwaysUp)。

    12．自動(dòng)程序設(shè)計(jì)(Automatic Programming)。

  格雷的圖靈獎(jiǎng)演說(shuō)全文已由筆者譯出，摘要刊于《中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào)》2000年6月，有興趣的讀者可以一閱。

    目前，格雷本人正在從事Scalability這一長(zhǎng)期目標(biāo)的研究，他是微軟“規(guī)模可伸縮的服務(wù)器研究小組”(Scalable Servers Research Group)的高級(jí)研究員，該項(xiàng)目已有若干研究成果在網(wǎng)上公布。

    格雷的電子信箱為：

    gray @ microsoft．com

他的因特網(wǎng)個(gè)人主頁(yè)為：

http：//www．research．microsoft．com/research／barc／gray

(引用自:http://202.207.0.245:9001/jisuanjifazhanshi/tuling/33.htm)