詹姆斯·格雷
——數(shù)據(jù)庫技術(shù)和“事務(wù)處理”專家
1998年度的圖靈獎授予了聲譽卓著的數(shù)據(jù)庫專家詹姆斯·格雷(James Gray)或稱吉姆·格雷(JimGray，Jim是James的昵稱)。這是圖靈獎?wù)Q生32年的歷史上，繼數(shù)據(jù)庫技術(shù)的先驅(qū)查爾斯·巴赫曼(Charles W．Bachman，1973)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫之父埃德加·科德(Edgar F．Codd，1981)之后，第3位因在推動數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展中做出重大貢獻而獲此殊榮的學(xué)者。
格雷生于1944年，在著名的美國加州大學(xué)伯克利分校計算機科學(xué)系獲得博士學(xué)位。其博士論文是有關(guān)優(yōu)先文法語法分析理論的。學(xué)成以后，他先后在貝爾實驗室、IBM、Tandem、DEC等公司工作，研究方向轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域。
在IBM期間，他參與和主持過IMS、System R、SQL／DS、DB2等項目的開發(fā)，其中除System R僅作為研究原型，沒有成為產(chǎn)品外，其他幾個都成為IBM在數(shù)據(jù)庫市場上有影響力的產(chǎn)品。
在Tandem期間，格雷對該公司的主要數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品ENCOMPASS進行了改進與擴充，并參與了系統(tǒng)字典、并行排序、分布式SQL、Nonstop SQL等項目的研制工作。
在DEC，他仍然主要負責(zé)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的技術(shù)。格雷進入數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域時，關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基本理論已經(jīng)成熟，但各大公司在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)的實現(xiàn)和產(chǎn)品開發(fā)中，都遇到了一系列技術(shù)問題，主要是在數(shù)據(jù)庫的規(guī)模愈來愈大，數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)愈來愈復(fù)雜，又有愈來愈多的用戶共享數(shù)據(jù)庫的情況下，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)庫如何實現(xiàn)從故障中恢復(fù)(Recovery)。這些問題如果不能圓滿解決，無論哪個公司的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品都無法進入實用，最終不能被用戶所接受。正是在解決這些重大的技術(shù)問題，使DBMS成熟并順利進入市場的過程中，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解決上述問題的主要技術(shù)手段和方法如下：
1．把對數(shù)據(jù)庫的操作劃分為稱之為“事務(wù)”(或“事務(wù)元”，transaction)的一個個原子單位。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，即實行所謂all or none的原則。一個事務(wù)一般以一個“開始”語句(begin)開始，先從數(shù)據(jù)庫中取出一些數(shù)據(jù)，然后進行所需的處理，最后以“提交”語句(commit)結(jié)束。如事務(wù)中發(fā)生異常，則用“異常終止”語句(abort)或“回退”語句(rollback)撤銷本事務(wù)執(zhí)行過程中對數(shù)據(jù)庫已做的所有更新(即所謂undo)，將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到事務(wù)開始時的正確狀態(tài)，以保障數(shù)據(jù)的完整性、一致性。
2．用戶在對數(shù)據(jù)庫發(fā)出操作請求時，系統(tǒng)對有關(guān)的不同粒度(granularity)的數(shù)據(jù)元素(字段、記錄以至整個文件)“加鎖”(10cking)，加鎖的數(shù)據(jù)將被暫時禁止其他用戶訪問(我們這里僅是一種簡化的解釋，實際上，根據(jù)用戶對數(shù)據(jù)請求的不同性質(zhì)，加鎖的數(shù)據(jù)如何對待另一用戶的請求，呈現(xiàn)復(fù)雜的情況，例如，如果加鎖的數(shù)據(jù)將被修改，那是絕對禁止其他用戶訪問的；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)運行日志(10g)，記載各事務(wù)的始點、終點以及在事務(wù)中被更新過的頁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)庫遭到破壞時，能根據(jù)定期或不定期為數(shù)據(jù)庫所作的備份(backup)加上日志中的信息將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到系統(tǒng)故障前的正確狀態(tài)，同時又能保留最后一次備份以來對數(shù)據(jù)庫所作的修改。
4。對數(shù)據(jù)庫的任何更新分兩階段提交(two-phase commit)。這是基于一個事務(wù)可能同時涉及兩個不同的數(shù)據(jù)庫系統(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)造性思維和開拓性工作，使他成為該技術(shù)領(lǐng)域公認的權(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)庫研究，但對于分布式系統(tǒng)，client／server結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)管理與通信，對于容錯和高可靠性系統(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)庫學(xué)術(shù)界十分活躍。國際上定期或不定期舉行的一些重要的數(shù)據(jù)庫學(xué)術(shù)會議如VLDB、SIGMOD上，都能見到他的身影，聽到他的聲音。除了在公司從事研究開發(fā)外，他還兼職在母校伯克利、斯坦福大學(xué)、布達佩斯大學(xué)從事過教學(xué)和講學(xué)活動。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)獎的6位得獎人之一，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)庫技術(shù)方面的聲譽，軟件業(yè)中的“巨無霸”微軟公司在1993年決定進入大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫市場時，才不惜用種種手段把格雷從DEC公司挖過來。因格雷不喜歡微軟總部所在的多雨的西雅圖，愿意留在陽光燦爛的舊金山，微軟特地在舊金山開辟第二個微軟研究院海灣區(qū)研究中心BARC(Bay Area Research Center)，安排格雷任該研究院主管。格雷果然不負所望，領(lǐng)導(dǎo)一個研制小組開發(fā)出了MS SQL Server 7．0，成為微軟歷史上一個里程碑式的版本，而且也成為當(dāng)今關(guān)系數(shù)據(jù)庫市場上的佼佼者。
格雷是在1999年5月4日于亞特蘭大舉行的ACM全國會議上接受圖靈獎的。格雷發(fā)表了“信息技術(shù)今后的目標”的演說(What Next?一A dozen remaining IT problems)，縱論了信息技術(shù)發(fā)展中有關(guān)的幾個方向性問題。后來，該文經(jīng)修改后在SIGMOD的會上以What Next?一A dozen IT Research Goals為題再次發(fā)表。格雷的演說在對計算技術(shù)的發(fā)展作總結(jié)性回顧時認為，英國數(shù)學(xué)家巴貝奇(Charles Babage，1791—1871)在19世紀所夢想和追求的計算機今天已經(jīng)基本實現(xiàn)；美國數(shù)學(xué)家布什(Vannevar Bush，1890—1974，曾任羅斯福總統(tǒng)的科學(xué)顧問)20世紀40年代所設(shè)想的“梅米克斯”MEMEX即“記憶延伸器”(MEMory EXtender)當(dāng)前已接近實現(xiàn)；而圖靈所提出的智能機器離實現(xiàn)還有一段距離，目前的計算機還難以通過“圖靈測試”。為了完全實現(xiàn)上述3位科學(xué)巨人的理想，格雷呼吁美國政府要重視支持對IT技術(shù)的長期研究，認為其重要意義不亞于200年前杰弗遜(Thomas Jefferson，1743—1826，“獨立宣言”的起草者，美國第三任總統(tǒng)，1801—1809在位)決定用1 500萬美元從法國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，南達墨西哥灣的大塊土地，面積達2 070 000km2)這一被稱為Louisiana 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(Corps for Discovery)到西部探險直至太平洋海岸，為最終形成美國如今的版圖奠定了基礎(chǔ)。格雷認為，一個好的IT長期目標應(yīng)具有以下5個關(guān)鍵性：
1．可理解性 目標應(yīng)能簡單表述并被人理解。
2．有挑戰(zhàn)性 如何達到目標不是很明顯的。
3．用途廣泛 不只對計算機科學(xué)家有用，而是對大多數(shù)人有用。
4．可測試性 以便檢查項目進展并知道目標是否已經(jīng)達到。
5．漸進性 中間有若干里程碑，以檢查項目進展并鼓舞研究人員干下去。
在以上論點支持下，格雷提出的幾個IT技術(shù)的長期研究目標如下：
1．規(guī)模可伸縮性(scalability)。
2．通過圖靈測試。
3．語音到文本的轉(zhuǎn)換(Speech to Text)。
4．文本到語音的轉(zhuǎn)換(Text to Speech)。
5．機器視覺，能像人一樣識別物體和運動。
6.個人的“梅米克斯”，可記錄人所看到和聽到的一切，需要時快速檢索出來。
7．世界的“梅米克斯”，即建立文本、音樂、圖像、藝術(shù)、電影的“全集”(corpus)，可回答有關(guān)的任何提問，像人類專家那樣快而好地做索引，做文摘。
8．虛擬現(xiàn)實(格雷用了TelePresenee這個詞，參見對1969年圖靈獎獲得者明斯基的介紹)。
9．無故障系統(tǒng)(Trouble-Free Systems)。
10．安全系統(tǒng)(Secure Systems)。
11．高可用系統(tǒng)(AlwaysUp)。
12．自動程序設(shè)計(Automatic Programming)。
格雷的圖靈獎演說全文已由筆者譯出，摘要刊于《中國計算機報》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這一長期目標的研究，他是微軟“規(guī)模可伸縮的服務(wù)器研究小組”(Scalable Servers Research Group)的高級研究員，該項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)個人主頁為：
http：//www．research．microsoft．com/research／barc／gray
(引用自:http://202.207.0.245:9001/jisuanjifazhanshi/tuling/33.htm)