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    一個發(fā)誓不用Java的程序員,不得不在太空中調(diào)試Lisp

    1998年10月24日,伴隨著火箭的轟鳴,美國宇航局的深空一號成功升空。

    深空一號肩負(fù)著NASA的重要使命,旨在驗證未來行星際探測所需的十幾項新技術(shù)。

    在深空一號飛行了2.4億公里以后,突然發(fā)生了一個故障,有個進(jìn)程不工作了。

    地面人員非常緊張,趕緊召來軟件團隊商量對策。

    軟件團隊在會議絞盡腦汁,激烈爭論,最后決定對深空一號的軟件進(jìn)行調(diào)試。

    調(diào)試?到底該怎么調(diào)試?

    軟件可不是部署在某個機房里,而是位于距離地球2.4億公里的航天器中,距離之遠(yuǎn)即使是光也需要半個小時才能跑個來回。

    但是NASA的工程師們卻成功地解決了這個問題,原因就是深空一號上的控制軟件是用Lisp寫的!

    1

    要想了解整個事情的來龍去脈,必須把時間拉得長一些。

    1988年,羅恩來到NASA的JPL(噴氣推進(jìn)實驗室,錢學(xué)森是創(chuàng)始人之一),在自主機器人的人工智能組工作。

    JPL當(dāng)時制定了一個火星探測的計劃,希望能到達(dá)火星,并且采樣返回。

    任務(wù)龐大而艱巨,預(yù)算有數(shù)十億美元,羅恩他們要做的是火星車原型的研制。

    這些原型有大有小,有重達(dá)一噸,像SUV的Robby :

    也有小巧玲瓏,像個玩具車的Tooth:

    為了讓火星車能自主避障,在火星漫游,必須要給它配套一個強大的軟件,讓它具備一個強大的大腦。

    用什么編程語言呢?

    在80年代,沒有Java, 沒有Python,沒有JavaScript,航天器主要是用匯編編寫的。

    而羅恩他們決定嘗試一個新語言:Lisp。

    Lisp在當(dāng)時是人工智能的編程語言,正好和火星車的任務(wù)匹配,并且也不用管理C語言的指針,還支持垃圾回收。

    不過當(dāng)時的NASA對Lisp持懷疑的態(tài)度,很多人覺得Lisp很奇怪,擔(dān)心Lisp那奇怪的垃圾回收技術(shù)會突然讓應(yīng)用進(jìn)程死掉。

    但是羅恩認(rèn)為:“當(dāng)你使用的語言提供一種高級的抽象時,完成工作會變得更快更容易?!?/p>

    羅恩他們先使用Lisp針對手頭的問題定義一個自定義語言,相當(dāng)于DSL,然后為火星車的硬件進(jìn)行編譯,這種方式對于內(nèi)存受限的硬件非常有用。

    在把代碼安裝到火星車上進(jìn)行測試之前,羅恩的小組還在Macintosh 電腦上寫了一個模擬器,把代碼做了非常充分的測試。

    羅恩的小組不但能寫火星車的漫游和避障程序,還能寫底層的編譯器和模擬器,可見技術(shù)能力還是非常強的。

    雖然Lisp火星車進(jìn)展順利,可以使用立體視覺傳感器在戶外自主導(dǎo)航,在崎嶇地形環(huán)境下漫游,但是羅恩他們并不是唯一一組火星車原型制造者,他們還有競爭對手。

    羅恩回憶說:NASA內(nèi)部也存在山頭,也有政治斗爭,Lisp火星車不幸成為犧牲品,最后團隊解散,很多成員離開了。

    1997年,第一個火星車Sojourner到達(dá)火星,這時候,驅(qū)動它的是C語言。

    2

    幸運的是,NASA換了一個領(lǐng)導(dǎo),發(fā)起了一個叫做新千年的計劃,其中一個任務(wù)就是深空探測。

    深空一號計劃飛過一個小行星和彗星。

    它需要一個自主航天器控制系統(tǒng),叫做遠(yuǎn)程代理(Remote Agent)。

    C++派和Lisp派展開了一場斗爭,這一次最終Lisp獲勝。

    羅恩他們故伎重演,再次使用Lisp 定制了一個領(lǐng)域?qū)S姓Z言,這個語言的結(jié)構(gòu)會阻止你編寫某些有問題的代碼,例如競爭條件。

    代碼在深空一號的備份上做了一遍又一遍的測試,羅恩他們對軟件非常有信心,認(rèn)為絕對不會出錯。

    但是世界上哪有絕對的事情?

    越是你覺得不會出錯的地方,偏偏就在那里出錯。

    Lisp代碼被部署到了生產(chǎn)環(huán)境:深空一號航天器

    深空一號向一顆小行星飛去,這一去就是2.4億公里。

    就在這時,深空一號發(fā)生了故障,它并沒有完成一件應(yīng)該做的事情。

    羅恩他們必須對深空一號上的Lisp軟件進(jìn)行調(diào)試,這個調(diào)試并不是在一個機房的服務(wù)器上,代碼運行的地方在2.4億公里以外,即使是光也需要半個小時才能跑一個來回!

    幸虧深空一號運行的是Lisp,它支持REPL(read–eval–print loop)這樣功能,可以輸入一個命令,然后查看結(jié)果。

    一群人坐在會議中,絞盡腦汁,討論發(fā)送什么命令來調(diào)試。

    當(dāng)然,每一條調(diào)試命令都需要層層審批,讓所有人簽字,然后由接受過培訓(xùn)的操作員在深空網(wǎng)絡(luò)控制臺前輸入命令,按下紅色按鈕,信號會通過一個巨大的70米的天線發(fā)送出去,以光速奔向深空一號。

    羅恩他們要做的第一件事是看看系統(tǒng)的轉(zhuǎn)儲信息,看看當(dāng)前活動進(jìn)程的列表,他們向深空一號發(fā)了一個S表達(dá)式。

    數(shù)據(jù)傳輸回來以后,大家立刻就發(fā)現(xiàn)了問題:有個進(jìn)程在等待一個已經(jīng)發(fā)生了的事件。

    這本來是不可能發(fā)生的,主要是因為有個程序調(diào)用了底層的Lisp函數(shù)導(dǎo)致的。

    團隊決定手工觸發(fā)這個事件,這就可以讓那個進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行了。

    感謝 LISP 的魔力,感謝在深空一號飛船上安裝實時 REPL 的驚人想法,他們成功地挽救了這項任務(wù)。

    3

    在2.4億公里以外調(diào)試代碼,修復(fù)問題確實讓人印象深刻,但是NASA并沒有擁抱Lisp。

    NASA當(dāng)時有個響亮的口號“更好,更快,更省”,其實這更像一個不可能三角形。

    在這樣的思想指引下,深空探測項目經(jīng)費很少,時間又很緊張。所以當(dāng)出現(xiàn)進(jìn)度延期和預(yù)算超支時,Lisp成了替罪羊。

    關(guān)鍵的轉(zhuǎn)折點是一個有著200人參加的重大審查,包括很多JPL的高級管理人員,當(dāng)軟件集成工程師在做演示時,有人問他:如果可以改變一件事情,可以讓事情變得更好,這件事情是什么?

    這個工程師回答:去掉Lisp。

    這幾乎就宣布了Lisp在JPL的死刑。

    羅恩非常沮喪,他在JPL被邊緣化,希望和他合作的人越來越少。

    這時候,他發(fā)現(xiàn)一家叫做Google的網(wǎng)站,這個網(wǎng)站的搜索結(jié)果好得不可思議,速度快得嚇人,羅恩很快找到了招聘鏈接,投遞了簡歷。

    2000年,羅恩在JPL工作了12年以后,加入了正在冉冉升起的明星公司Google。

    4

    羅恩一直覺得在軟件業(yè),管理層一直在尋找一種開發(fā)流程,讓程序員變成可以插拔的、可以替換的組件,這實在是太嚇人了。

    而Java恰好匹配了管理層的這種需求,所以他發(fā)誓永遠(yuǎn)不會成為一名Java程序員,在90年代后期,這個決定讓90%以上的工作對他關(guān)閉了大門。

    羅恩選擇Google的一個重要原因就是他們不使用Java,但是,他在Google的第一項工作就是:

    領(lǐng)導(dǎo)公司的第一個Java項目!

    這個項目最終變成了Google AdWords。

    羅恩很懷念Lisp,他有過在JPL推銷Lisp的經(jīng)驗,于是他故伎重演,先在團隊做了Lisp演示,成功地捕獲了程序員的芳心,大家一致認(rèn)為使用Lisp是個好主意,接下來只需要說服工程副總即可。

    羅恩信心滿滿地去找副總。

    羅恩:有件事我想和你談?wù)?#8230;

    副總:讓我猜猜,你想用Smalltalk ?

    羅恩:呃,不….

    副總:Lisp?

    羅恩:是的!

    副總:不可能!

    羅恩:…

    參考資料:

    https://corecursive.com/lisp-in-space-with-ron-garret/

    https://flownet.com/gat/jpl-lisp.html

    https://www.youtube.com/watch?v=_gZK0tW8EhQ

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