——數據庫技術和“事務處理”專家

1998年度的圖靈獎授予了聲譽卓著的數據庫專家詹姆斯·格雷(James Gray)或稱吉姆·格雷(JimGray，Jim是James的昵稱)。這是圖靈獎誕生32年的歷史上，繼數據庫技術的先驅查爾斯·巴赫曼(Charles W．Bachman，1973)和關系數據庫之父埃德加·科德(Edgar F．Codd，1981)之后，第3位因在推動數據庫技術的發展中做出重大貢獻而獲此殊榮的學者。

    格雷生于1944年，在著名的美國加州大學伯克利分校計算機科學系獲得博士學位。其博士論文是有關優先文法語法分析理論的。學成以后，他先后在貝爾實驗室、IBM、Tandem、DEC等公司工作，研究方向轉向數據庫領域。

    在IBM期間，他參與和主持過IMS、System R、SQL／DS、DB2等項目的開發，其中除System R僅作為研究原型，沒有成為產品外，其他幾個都成為IBM在數據庫市場上有影響力的產品。

    在Tandem期間，格雷對該公司的主要數據庫產品ENCOMPASS進行了改進與擴充，并參與了系統字典、并行排序、分布式SQL、Nonstop SQL等項目的研制工作。

    在DEC，他仍然主要負責數據庫產品的技術。格雷進入數據庫領域時，關系數據庫的基本理論已經成熟，但各大公司在關系數據庫管理系統(RDBMS)的實現和產品開發中，都遇到了一系列技術問題，主要是在數據庫的規模愈來愈大，數據庫的結構愈來愈復雜，又有愈來愈多的用戶共享數據庫的情況下，如何保障數據的完整性(Integrity)、安全性(Security)、并行性(Concurrency)，以及一旦出現故障后，數據庫如何實現從故障中恢復(Recovery)。這些問題如果不能圓滿解決，無論哪個公司的數據庫產品都無法進入實用，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揮了十分關鍵的作用。

目前，各DBMS解決上述問題的主要技術手段和方法如下：

1．把對數據庫的操作劃分為稱之為“事務”(或“事務元”，transaction)的一個個原子單位。事務是事務處理(transaction processing)的基本執行單位，即一個事務中的操作要么全部被執行，要么全部都不執行，即實行所謂all or none的原則。一個事務一般以一個“開始”語句(begin)開始，先從數據庫中取出一些數據，然后進行所需的處理，最后以“提交”語句(commit)結束。如事務中發生異常，則用“異常終止”語句(abort)或“回退”語句(rollback)撤銷本事務執行過程中對數據庫已做的所有更新(即所謂undo)，將數據庫恢復到事務開始時的正確狀態，以保障數據的完整性、一致性。

    2．用戶在對數據庫發出操作請求時，系統對有關的不同粒度(granularity)的數據元素(字段、記錄以至整個文件)“加鎖”(10cking)，加鎖的數據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，根據用戶對數據請求的不同性質，加鎖的數據如何對待另一用戶的請求，呈現復雜的情況，例如，如果加鎖的數據將被修改，那是絕對禁止其他用戶訪問的；而如果加鎖的數據只用于讀出，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之間的“并發性”，又保證數據的“完整性”。

    3．建立系統運行日志(10g)，記載各事務的始點、終點以及在事務中被更新過的頁面的改前和改后狀況(before image和afterimage)，以便在系統出現散障使數據庫遭到破壞時，能根據定期或不定期為數據庫所作的備份(backup)加上日志中的信息將數據庫恢復到系統故障前的正確狀態，同時又能保留最后一次備份以來對數據庫所作的修改。

    4。對數據庫的任何更新分兩階段提交(two-phase commit)。這是基于一個事務可能同時涉及兩個不同的數據庫系統而必需的，這在分布式系統中尤為重要。

    上述及其他各種方法可總稱為“事務處理技術”(transaction processing technique)。格雷在事務處理技術上的創造性思維和開拓性工作，使他成為該技術領域公認的權威。他的研究成果反映在他發表的一系列論文和研究報告之中，最后結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的A．Reuter教授)。事務處理技術雖然誕生于數據庫研究，但對于分布式系統，client／server結構中的數據管理與通信，對于容錯和高可靠性系統，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“數據管理系統叢書”的主編。

    格雷在數據庫學術界十分活躍。國際上定期或不定期舉行的一些重要的數據庫學術會議如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外，他還兼職在母校伯克利、斯坦福大學、布達佩斯大學從事過教學和講學活動。1992年，VLDB雜志(The VLDB Journal)創刊，他出任主編。

    格雷是ACM于1988年授予IBM的System R以軟件系統獎的6位得獎人之一，其他5人是Donald Chamberlin、Raymond Lorie、Gianfranco Putzolu、Patricia Selinger和Irving Traiger。正是由于格雷在數據庫技術方面的聲譽，軟件業中的“巨無霸”微軟公司在1993年決定進入大型關系數據庫市場時，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，領導一個研制小組開發出了MS SQL Server 7．0，成為微軟歷史上一個里程碑式的版本，而且也成為當今關系數據庫市場上的佼佼者。

    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。格雷發表了“信息技術今后的目標”的演說(What Next?一A dozen remaining IT problems)，縱論了信息技術發展中有關的幾個方向性問題。后來，該文經修改后在SIGMOD的會上以What Next?一A dozen IT Research Goals為題再次發表。格雷的演說在對計算技術的發展作總結性回顧時認為，英國數學家巴貝奇(Charles Babage，1791—1871)在19世紀所夢想和追求的計算機今天已經基本實現；美國數學家布什(Vannevar Bush，1890—1974，曾任羅斯福總統的科學顧問)20世紀40年代所設想的“梅米克斯”MEMEX即“記憶延伸器”(MEMory EXtender)當前已接近實現；而圖靈所提出的智能機器離實現還有一段距離，目前的計算機還難以通過“圖靈測試”。為了完全實現上述3位科學巨人的理想，格雷呼吁美國政府要重視支持對IT技術的長期研究，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，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“發現軍團(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。格雷認為，一個好的IT長期目標應具有以下5個關鍵性：

    1．可理解性  目標應能簡單表述并被人理解。

    2．有挑戰性  如何達到目標不是很明顯的。

    3．用途廣泛  不只對計算機科學家有用，而是對大多數人有用。

  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技術的長期研究目標如下：

    1．規模可伸縮性(scalability)。

    2．通過圖靈測試。

    3．語音到文本的轉換(Speech to Text)。

    4．文本到語音的轉換(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、電影的“全集”(corpus)，可回答有關的任何提問，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(Trouble-Free Systems)。

    10．安全系統(Secure Systems)。

    11．高可用系統(AlwaysUp)。

    12．自動程序設計(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“規模可伸縮的服務器研究小組”(Scalable Servers Research Group)的高級研究員，該項目已有若干研究成果在網上公布。

    格雷的電子信箱為：

    gray @ microsoft．com

他的因特網個人主頁為：

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

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