除了使用时间来生成随机数之外，还有其他选择吗？

Question

我试图在计算集群中同时运行一段代码的多个实例（2000 个实例左右）。它的工作方式是，我提交作业，集群将在节点经常打开时运行它们，每个节点有多个作业。这似乎在使用时间种子的随机数生成中为大量实例生成相同的值。

我可以使用一个简单的替代方案吗？可重复性和安全性并不重要，重要的是快速生成独特的种子。最简单的方法是什么，如果可能的话，跨平台方法会很好。

Answer 1

rdtsc 指令是一个非常可靠（且随机）的种子。

在 Windows 中，可以通过 __rdtsc() 内部函数访问它。

在 GNU C 中，可通过以下方式访问：

unsigned long long rdtsc(){
    unsigned int lo,hi;
    __asm__ __volatile__ ("rdtsc" : "=a" (lo), "=d" (hi));
    return ((unsigned long long)hi << 32) | lo;
}

该指令测量自处理器开机以来的总伪周期。鉴于当今机器的高频率，即使两个处理器同时启动且时钟速度相同，它们也极不可能返回相同的值。

Answer 2

我假设您有一些进程启动其他进程。让它传入种子以供使用。然后，您可以让主进程为每个进程传递一个随机数以用作其种子。这样一来，实际上就只选择了一个任意种子......您可以为此花费时间。

如果您没有启动其他进程的主进程，那么如果每个进程至少有一个唯一的索引，那么您可以做的是让一个进程在内存（如果共享内存）或文件中生成一系列随机数（如果是共享磁盘）然后让每个进程拉出第一个索引的随机数作为它们的种子。

没有什么比来自单个种子的一系列随机数更能均匀地分配种子了。

Answer 3

PID 和时间的组合应该足以获得唯一的种子。它不是 100% 跨平台，但是 getpid(3) 在 *nix 平台和 GetProcessId 可以完成 99.9% 的任务。像这样的东西应该可以工作：

srand((time(NULL) & 0xFFFF) | (getpid() << 16));

您还可以在 *nix 系统上从 /dev/urandom 读取数据，但在 Windows 上没有等效的方法。

Answer 4

unsigned seed;

read(open("/dev/urandom", O_RDONLY), &seed, sizeof seed);
srand(seed); // IRL, check for errors, close the fd, etc...

我还推荐一个更好的随机数生成器。

Answer 5

如果可以使用 C++11，则考虑 std::random_device。我建议您观看链接以获得全面的指南。

从视频链接中提取基本消息：您不应该永远使用srand & rand，而是使用 std::random_device 和 std::mt19937 ——在大多数情况下，以下内容就是您想要的：

#include <iostream>
#include <random>
int main() {
    std::random_device rd;
    std::mt19937 mt(rd());
    std::uniform_int_distribution<int> dist(0,99);
    for (int i = 0; i < 16; i++) {
        std::cout << dist(mt) << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
}

Answer 6

您可以使用处理器的计数器，而不是使用 C std lib time() 函数以秒为单位测量的直接时间吗？大多数处理器都有一个自由运行的滴答计数，例如在 x86/x64 中，有 时间戳计数器 ：

时间戳计数器是自 Pentium 以来所有 x86 处理器上都存在的 64 位寄存器。它计算自重置以来的刻度数。

（该页面还有很多方法可以在不同平台上访问此计数器 - gcc/ms Visual C/等）

请记住，时间戳计数器并非没有缺陷，它可能不会跨处理器同步（您可能不关心）适合您的应用）。省电功能可能会提高或降低处理器的时钟频率（同样，您可能并不关心）。

Answer 7

只是一个想法...生成一个 GUID（16 字节）并将其 4 字节或 8 字节块相加（取决于种子的预期宽度），从而允许整数环绕。使用结果作为种子。

GUID 通常封装生成它们的计算机的特征（例如 MAC 地址），这使得两台不同的计算机最终生成相同的随机序列的可能性相当小。

这显然不可移植，但为您的系统找到合适的 API/库应该不会太难（例如 Win32 上的 UuidCreate，Linux 上的 uuid_generate）。

Answer 8

Windows

提供了CryptGenRandom() 和RtlGenRandom()。它们将为您提供一个随机字节数组，您可以将其用作种子。

您可以在 msdn 页面。

Linux / Unixes

您可以使用 Openssl 的 RAND_bytes() 在 Linux 上获取随机字节数。默认情况下它将使用/dev/random。

放在一起：

#ifdef _WIN32
  #include <NTSecAPI.h>
#else
  #include <openssl/rand.h> 
#endif

uint32_t get_seed(void)
{
  uint32_t seed = 0;

#ifdef _WIN32
  RtlGenRandom(&seed, sizeof(uint32_t) );
#else
  RAND_bytes(&seed, sizeof(uint32_t) ); 
#endif

  return seed;
}

请注意，openssl 默认提供加密安全的 PRNG，因此您可以直接使用它。更多信息此处。

Answer 9

假设您使用的是相当 POSIX 风格的系统，您应该有 clock_gettime。这将以纳秒为单位给出当前时间，这意味着出于所有实际目的，不可能两次获得相同的值。 （理论上，糟糕的实现可能具有低得多的分辨率，例如，只需将毫秒乘以 100 万，但即使像 Linux 这样的半像样的系统也会给出真正的纳秒结果。）

Answer 10

如果唯一性很重要，则需要安排每个节点了解其他节点已声明哪些 ID。您可以通过询问“有人认领 ID x 吗？”的协议来做到这一点。或者预先为每个节点安排一个未分配给其他节点的ID选择。

（GUID 使用机器的 MAC，因此属于“提前安排”类别。）

如果没有某种形式的协议，您将面临两个节点获取相同 ID 的风险。