Brian 的回憶——Unix 誕生地貝爾實驗室和那里有趣的人們

作者 | 八寶粥

責編 | 唐小引

出品 | CSDN（id：CSDNnews）

【前言】

Brain Kernighan，加拿大計算機科學家，曾就職于貝爾實驗室，目前為普林斯頓大學教授，他曾參與 Unix 的研發，也是 AMPL 與 AWK 的共同創造者之一，他和 Dennis Ritchie 共同寫作了C語言的第一本著作《C程式設計語言》，他是大名鼎鼎的 K & R 里面的 K，當然也是 AWK 里面的 K ，作為 Unix 的開發者之一、Unix 命名者，親眼見證了 Unix 的誕生， 關于 Kernighan，還有一個有趣的定律——柯林漢定律，

柯林漢定律：除錯一段代碼的難度是撰寫它們的兩倍，因此如果你的代碼寫的盡可能巧妙，按照定義而言，你可能沒有能力來除錯它了，

關于 Unix ，除了 Kernighan，有三個人的名字需要記住：美國計算機科學學者和工程師、B語言發明人 Ken Thompson，美國計算機科學家C語言的創造者、Unix作業系統的關鍵開發者Dennis Ritchie 以及 達特茅斯學院的兼職教授、著名數學家、工程師以及程式員 Doug Mcllory， Unix 的誕生地貝爾實驗室真的是大神云集，自己好幾天才能做出來的東西別人可能一頓飯工夫就能解決，這種自由的環境令人不禁想起來著名物理學家費恩曼介紹自己在 Caltech 的有趣故事，在 Unix 的誕生之路上，有哪些人和事給 Kernighan 留下了深刻印象呢？

在貝爾實驗室的第一天就遇到了 Richard Hamming ！

1967 年，當 Kernighan 還是一個研究生的時候，就拿到了貝爾實驗室的實習，貝爾實驗室可真大，三千多人在此作業，Kernighan 雖然是實習生，也配置了獨立辦公室，讓我等打工人羨慕不已，令人更酸的是，Kernighan 后來去貝爾實驗室都沒有面試，只要完成博士論文就可以了，和我們一樣，快到中午的時候，也會思考“我中午要吃點什么才好呢？，就像電視劇當中的劇情一樣，真的就有一位紳士來邀請共進午餐，他介紹說自己是 Dick（英文名 Richard 的簡寫和昵稱），Kernighan 當時也沒有記住他的名字，只能偷偷去他的辦公室看門口的牌牌，他就是 Richard Hamming！

Hamming 的英文維基百科頁面特別的長，隨便哪個都是碾壓級別的：參與曼哈頓計劃為核武器發射撰寫程式、圖靈獎得主、糾錯碼發明人，為了表彰他的貢獻，IEEE 還特意設立以他的名字命名的獎項，和費恩曼一樣，Hamming 在實驗室里面也不喜歡當團隊的領導者，

將 Kernighan 對于 Hamming 的描述概括起來就是兩個字——偉大，這可不是高帽，Hamming 真的是這樣要求自己的，這個天賦異丙而又有趣的人，在很多方面對世界做出了深刻的影響，Hamming 說過，他會把周五的下午用來思考偉大的事情，他還會去找其他方向的人聊天，發出靈魂拷問：“你的研究是否有可能獲得諾貝爾獎？”如果得到否定回答的話，就會化身教鞭“那你為什么要做？這個研究連獲得諾貝爾獎的可能都沒有，肯定沒那么重要了，你為什么要把時間浪費在不重要的事情上呢？”退休幾年之后，他還發表了關于如何獲得成功職業生涯建議的演講，題目為《你和你的研究》，

Fortran 那么難

話題說回 Kernighan，他聽從了 Hamming 的建議，論文研究的課題是圖分割，這個跟著名的旅行商問題比較像，不過他還得用普林斯頓的電腦，要知道，1967年的電腦跟今天的可大不一樣，和段子里面中用針刻光碟類似，那時候的程式員編程還是喜歡用打孔卡，比如 Fortran 和 Combol 語言，Fortran 是用于科學計算的編程語言，現在也有很多科學家的課題組或者專業軟體在使用Fortran語言編程，

Kernighan 其實也是個有趣的家伙，有一次他們參與了一條廣告的拍攝，他反常地打了一條領帶，結果幾周后對方表示照片丟失了，需要再拍一張，結果 Kernighan 堅決表示不打領帶拍攝，后來發現刊登的還是打領帶的照片，因為那張照片居然被他們找到了，

現在連小學生都會玩電腦和平板，但是大部分見到軟盤的話應該會當成“保存按鈕”，就更不用說古老的打孔卡了，感興趣的朋友可以搜索一下關于打孔卡的歷史，撰寫一個程式真的太費功夫了，做好的打孔卡裝在盒子里面，去計算機房，計算機操作人員給你們處理，你就只能等結果，而且可不會給你顯示什么報錯，就算這樣，在那個時候真的是足夠快、且昂貴了，

【關于打孔卡】19世紀80年代，美國人口調查局職員發明了用于人口普查的穿孔卡片和機器，用于90年的人口普查，用了六周就完成了之前需要7年的工程，何樂禮創建的公司發展成了今天的 IBM ，1928 年（算到這邊就是民國十七年），IBM 發現矩形孔更省空間，發明了 80 列的矩陣孔卡片，它的設計是這樣的，最下面的 10 行命名為 0-9 行，頂部兩行為 11、12 行，每列的孔代表一個字符，一些特殊的字符用了額外的單孔雙孔表示， 后來 IBM 又對打孔卡進行了一系列的改進，

分時系統和 Multics 的誕生

在 Unix 分時系統出現之前，人工和機器的互動簡直就像《瘋狂動物城》里面的樹懶一樣，慢是真慢，而且毫無互動體驗，和現在相同的是，提交者都不希望有 bug 出現，即使多提交幾張打孔卡的代碼也無妨，

Kernighan 講到，他注意到 Jerry Saltzer寫的給博士論文排版的程式，自己也寫了一個代碼來給自己的論文進行排版，但是 Fortran 對于字符的處理實在是不太好，以至于最后論文居然有 3 盒打孔卡，每盒 5000 張，大概 5 公斤那么重，其中 1000 張是程式代碼，等了兩三個小時之后才打出來這份論文，

貝爾實驗室的 Ken Thompson 和 Dennis Ritchie 開始了一個新的專案——Multics，這是個分時作業系統，在互動式方面有著重要的突破，它允許多人連接到計算機上，每個人都可以獲得一部分時間，給用戶一個獨占整個計算機的感覺，不過計算機實際上還會在他們之間來回切換，如果你可以“獨享”的話，你就可以使用電傳打字機而不需要打孔卡了，電傳打字機這個東西是打字機、列印機和電話線的結合體，你可以輸入命令，通過電話線傳給計算機，然后輸出，這種原理和現在的 SSH 其實比較類似，

打孔卡的環境其實叫做批處理環境，這個提交腳本作業、Windows 當中的 bat 比較像，如果代碼完正確的話，其實效率還是挺高的，就比如我們現在利用超算提交作業，往往就是用的批處理腳本，例如著名的競賽網站 Kaggle 平臺就會分別提供 Notebook 互動環境和 Scripts 的模式，有了分時系統，用戶就可以進行及時的人機互動，對于較小的不成熟的作業就能夠及時獲得反饋，

了不起的 Ken Thompson

不過，Multics 實在是太貴了，盡管它能提供很好的計算環境，很多針對它的描述用到了”過度工程“這個詞， 因此，貝爾實驗室在 1969 年退出了專案，只有 MIT 和 AT&T 還在支持，雖然貝爾實驗室退出了 Multics計劃，Ken 可沒閑著，實驗室有一臺 PDP-7，說是一臺微型機，實際上也是需要一件屋子才能放得下，不過還好已經有顯示幕了，他就用這臺 PDP-7 機器，把自己寫的《Space Travel》 游戲在上面運行了，游戲當中玩家可以互相射擊，而且還加入了引力效果，讓玩家對軌道動力學有了簡單了解，

總是有那么多巧合，Ken 的愛人帶著一歲的孩子去加州呆了三周度假，利用這三周的時間，Ken 完成了可以正常運行的系統，他命名為“Uniplexed Information and Computing System”，縮寫為 UNICS ，這可以說是 Unix 的初代機了，

對于檔案處理軟體，Ken 也很感興趣，為了論文格式之類的問題，他們買了一臺排字機，這個東西有點像現在的激光列印機，列印到感光紙上，然后洗成照片，不過機器本身的軟體很容易出錯，兩人商量了決定逆向一下這個軟體，設計自己的軟體來運行，一臺機器、使用手冊，匯編語言的代碼，這就是他們目前手頭上有的東西，Kernighan 想著太難了還是先吃個晚飯，等他回來的時候，Ken 已經寫出了反匯編程式看到裸機當中代碼了，第二天他甚至還用 B 語言寫了一個解釋器，Kernighan 表示說這些事情你我都可以完成，但絕對不是幾個小時就能搞定的，對 Ken 來說簡直就是砍瓜切菜，手到擒來，

檔案系統、shell 和管道

早期的計算機，例如 IBM，實際上沒有什么檔案系統，雖然存盤資訊的方式比較多，但是都比較局限于特定設備和場景，但訪問輔助存盤的資訊是，你就得記住注入光碟柱面等等奇怪的屬性，而 Ken 在 Unix 當中就實作了更加簡單整潔的檔案系統，只要 6 個系統呼叫就能獲得處理資訊需要的所有東西，

關于 Unix 另外一個偉大的點在于互動式 shell，也就是我們喜歡的命令列，這個想法最初在 Multics 上就有體現，只是 Unix 上更加清晰，早期的管道概念也是在這里萌生的，你不用經過中間件，就能將程式的輸出放到另一個的輸入當中，大概 1973 年，Doug Mcllory 希望把程式接在一起，就像花園里面的水管連接起來一樣，后來反復提及，他想到了用豎線，也就是我們今天的管道符號，Ken 也將管道符號添加到了 Unix 系統，這個有點像函式式編程，Unix 程式似乎一下子變成了積木，有了拼接的可能，

Unix 文化

Unix 系統后來被移植到了 PDP-11 上面，放置這臺機器的地方在貝爾實驗室的 6 層，這就是 Unix 房間，房間很大，但是走廊光線很差，還有些二戰時期的垃圾設備，不過房間本身不錯，就像現在開放式環境一樣，大家可以閑聊，雖然有點嘈雜，畢竟大家的作業一致，有時候很容易得到啟發，

你可以在辦公室里面思考程式，也可以寫在黑板上，需要的時候在放回公共區域，有些人就喜歡一直在公共區域里，比如 Ken，他從來不在自己的辦公室里面，Kernighan 就喜歡在辦公室里面，然和每隔一兩個小時就去沖個咖啡，和別人交流一下，整棟大樓的人都很愿意和別人交流，樓里面的走廊里面貼著很多東西，計算機方向的人在兩個小走廊直接辦公，他們很愿意來回走動，不過 Unix 房間某個時期在走廊的一端，后來又到了六樓，空間非常緊湊，不過這種布局也更方便了大家交談，這種友善的環境當中，經常能發現一些有趣的東西，

據 Kernighan 講，當時他們還搬來了 10kg 的巧克力，人們用刀切一兩塊帶走，搞得滿地都是渣渣，估計負責清潔的人都要炸了，有時候你走進 Unix 房間，走到旁邊的屋子里面，聽到人們會討論 Unix 多么強大或者給別人介紹我們做的其他東西，有時候還會有一些名人到訪，整個氛圍輕松愉快，Ritchie 經常會把他姐姐送給他的英國諷刺刊物《私家偵探》放在桌子上，一般就在巧克力旁邊，我有時候也會翻一下看看里面有趣的卡通畫，不過有些東西真的是英式幽默，沒有在英國生活過可能無法理解，

給 CIA 演示

Unix 的強大引來參觀者無數，70年代中后期，Kernighan 他們就要給許多名人展示 Unix 系統， 陪同人員還都是貝爾實驗室的高層，不過最有意思的還是中情局局長，William Colby，

展示的內容主要基于 Unix 的組合思想，比如管道，多個程式組合就能比寫一個專用程式容易得多，常見的展示就是拼寫檢查，可以把檔案分割成單詞，然后都變成小寫，獲得一片叫好，不過，由于當時的機器比較慢，知道 Colby 要來的時候，提前運行了管道，然后把結果存在檔案里面當天直接列印，畢竟不能讓大人物等三四十秒，這就是一個經典的“演示工程”，不過比今天很多"PPT 專案”已經好很多了，

如果對于程式誰有新的想法，也可以寫一個新版本來改進，不過這里有個特別的規則，最后修改這擁有程式的所有權，Kernighan 后來成為了 ed 文本編輯器的所有者，這時候，其實計算機也是一個社區，只是你們看不到誰在線而已，那么還有個命令就是 who，不僅能看到誰在線，還能知道他最后做了什么，這種方式方便了資訊共享和共同交流，

編程很難，如何變得簡單？

我們今天用的一切，比如分享代碼樹、審查 PR 等等，其機制在四五十年前就出現了，后來 Unix 傳到了貝爾實驗室之外，包括原始碼，人們開始給 Unix 貢獻代碼，雖然這不是開源，但是和開源非常相似，

在 Kernighan 看來，今天的代碼撰寫太難了，比起某個不知道多少層代碼的檔案中去找需要的函式，自己寫程式邏輯這種創作的行為更加容易，Ken 的電子游戲或者類旅行商問題哪個更重要其實說不好，那么如何打造一個提升程式員作業效率的環境？如何讓編程變得更加容易呢？如果做出了一些能對自己有幫助的事情，對他人的作業可能也會有所改善，何樂而不為呢？

參考資料：

1. 播客 The Birth of UNIX with Brian Kernighan
2. Read UNIX: A History and a Memoir
3. 維基百科 打孔卡