[linux]:linux实现随机数的多种办法

冷不防 2022-06-11 01:25 150阅读 0赞

在日常生活中，随机数实际上经常遇到，想丢骰子，抓阄，还有抽签。呵呵，非常简单就可以实现。那么在做程序设计，真的要通过自己程序设计出随机数那还真的不简单了。现在很多都是操作系统内核会提供相应的api，这些原始参数是获取一些计算机运行原始信息，如内存，电压，物理信号等等，它的值在一个时间段可以保证是唯一的了。好了，废话我就不说了。呵呵。

shell脚本程序我们有那些获得随机数方法呢？

**一、通过时间获得随机数（date)**

> 这个也是我们经常用到的，可以说时间是唯一的，也不会重复的，从这个里面获得同一时间的唯一值。适应所有程序里面了。
> 
> **例子：**
> 
> <table> 
>  <tbody> 
>   <tr> 
>    <td> 
>     <div>
>       1 
>     </div> 
>     <div>
>       2 
>     </div> 
>     <div>
>       3 
>     </div> 
>     <div>
>       4 
>     </div> 
>     <div>
>       5 
>     </div> 
>     <div>
>       6 
>     </div> 
>     <div>
>       7 
>     </div> 
>     <div>
>       8 
>     </div> 
>     <div>
>       9 
>     </div> 
>     <div>
>       10 
>     </div> 
>     <div>
>       11 
>     </div> 
>     <div>
>       12 
>     </div> 
>     <div>
>       13 
>     </div> </td> 
>    <td> 
>     <div> 
>      <div> 
>       <code>[chengmo@centos5&nbsp; shell]$ </code> 
>       <code>date</code> 
>       <code>+%s</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>1287764773</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>#获得时间戳，当前到：1970-01-01 00:00:00 相隔的秒数</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>#如果用它做随机数，相同一秒的数据是一样的。在做循环处理，多线程里面基本不能满足要求了。</code> 
>      </div> 
>      <div>
>        &nbsp; 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>[chengmo@centos5&nbsp; shell]$ </code> 
>       <code>date</code> 
>       <code>+%N</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>738710457</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>#获得当前时间的纳秒数据，精确到亿分之一秒。</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>#这个相当精确了，就算在多cpu，大量循环里面，同一秒里面，也很难出现相同结果，不过不同时间里面还会有大量重复碰撞</code> 
>      </div> 
>      <div>
>        &nbsp; 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>[chengmo@centos5&nbsp; shell]$ </code> 
>       <code>date</code> 
>       <code>+%s%N</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>1287764807051101270</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>#这个可以说比较完美了，加入了时间戳，又加上了纳秒</code> 
>      </div> 
>     </div> </td> 
>   </tr> 
>  </tbody> 
> </table>
> 
>  
> 
> 通过上面说明，用它来做随机数的基数了，接下来我们看怎么样获得一段数据内怎么样获得随机数。
> 
> <table> 
>  <tbody> 
>   <tr> 
>    <td> 
>     <div>
>       1 
>     </div> 
>     <div>
>       2 
>     </div> 
>     <div>
>       3 
>     </div> 
>     <div>
>       4 
>     </div> 
>     <div>
>       5 
>     </div> 
>     <div>
>       6 
>     </div> 
>     <div>
>       7 
>     </div> 
>     <div>
>       8 
>     </div> 
>     <div>
>       9 
>     </div> 
>     <div>
>       10 
>     </div> 
>     <div>
>       11 
>     </div> 
>     <div>
>       12 
>     </div> 
>     <div>
>       13 
>     </div> 
>     <div>
>       14 
>     </div> 
>     <div>
>       15 
>     </div> 
>     <div>
>       16 
>     </div> 
>     <div>
>       17 
>     </div> 
>     <div>
>       18 
>     </div> 
>     <div>
>       19 
>     </div> 
>     <div>
>       20 
>     </div> 
>     <div>
>       21 
>     </div> 
>     <div>
>       22 
>     </div> 
>     <div>
>       23 
>     </div> 
>     <div>
>       24 
>     </div> 
>     <div>
>       25 
>     </div> 
>     <div>
>       26 
>     </div> </td> 
>    <td> 
>     <div> 
>      <div> 
>       <code>#!/bin/sh</code> 
>      </div> 
>      <div>
>        &nbsp; 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>#写个随机函数，调用方法random min max </code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>#在min 与 max直接获得随机整数</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>#copyright chengmo QQ:8292669</code> 
>      </div> 
>      <div>
>        &nbsp; 
>      </div> 
>      <div>
>        &nbsp; 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>#获得随机数返回值，shell函数里算出随机数后，更新该值</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>function</code> 
>       <code> random()</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>{ </code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
>       <code>min=$1;</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
>       <code>max=$2-$1;</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
>       <code>num=$(</code> 
>       <code>date</code> 
>       <code>+%s+%N);</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
>       <code>((retnum=num%max+min));</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
>       <code>#进行求余数运算即可</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
>       <code>echo</code> 
>       <code>$retnum;</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
>       <code>#这里通过echo 打印出来值，然后获得函数的，stdout就可以获得值</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
>       <code>#还有一种返回，定义全价变量，然后函数改下内容，外面读取</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>}</code> 
>      </div> 
>      <div>
>        &nbsp; 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>#得到1-10的seq数据项</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>for</code> 
>       <code> i </code> 
>       <code>in</code> 
>       <code>{1..10};</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>do</code>&nbsp; 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
>       <code>out=$(random 2 10000);</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
>       <code>echo</code> 
>       <code>$i,</code> 
>       <code>"2-10000"</code> 
>       <code>,$out;</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>done</code> 
>       <code>;</code> 
>      </div> 
>     </div> </td> 
>   </tr> 
>  </tbody> 
> </table>
> 
> **看看运行结果：**
> 
> \[chengmo@centos5  shell\]$ sh testrandom.sh  
> 1,2-10000,5600  
> 2,2-10000,5295  
> 3,2-10000,3432  
> 4,2-10000,3148  
> 5,2-10000,9041  
> 6,2-10000,4290  
> 7,2-10000,2380  
> 8,2-10000,9009  
> 9,2-10000,5474  
> 10,2-10000,3664
> 
> 一个循环里面，得到值各不相同。
> 
> 这个是我们常用方法，适应各种语言，是一个通用算法，就算服务器不提供，某时刻相同唯一数据标记，我们也可以通过这种方法，做自己的伪随机数。下面还有更简单方法呢，不要我们自己做了。

**2、通过内部系统变量($RANDOM)**

> 其实，linux已经提供有个系统环境变量了，直接就是随机数，哈哈，觉得刚学习方法，是不是白费了！！
> 
> <table> 
>  <tbody> 
>   <tr> 
>    <td> 
>     <div>
>       1 
>     </div> 
>     <div>
>       2 
>     </div> 
>     <div>
>       3 
>     </div> 
>     <div>
>       4 
>     </div> 
>     <div>
>       5 
>     </div> 
>     <div>
>       6 
>     </div> </td> 
>    <td> 
>     <div> 
>      <div> 
>       <code>[chengmo@centos5&nbsp; shell]$ </code> 
>       <code>echo</code> 
>       <code>$RANDOM</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>10918</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>[chengmo@centos5&nbsp; shell]$ </code> 
>       <code>echo</code> 
>       <code>$RANDOM</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>10001</code> 
>      </div> 
>      <div>
>        &nbsp; 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>#连续2次访问，结果不一样，这个数据是一个小于或等于5位的整数</code> 
>      </div> 
>     </div> </td> 
>   </tr> 
>  </tbody> 
> </table>
> 
> 可能有疑问了，如果超过5位的随机数怎么得到呢？
> 
> 呵呵，加个固定10位整数，然后进行求余，跟例1 一样了。接下来的例子又是我们自立更生做了。

**3、通过系统内部唯一数据生成随机数（/dev/random,urandom)**

> 我们知道dev目录下面，是linux一些默认设备，它给我们感觉就是放的是键盘，硬盘，光驱等设备的对应文件了。 其实linux有些设备很特殊，有特殊用途。前面我们说到的：/[dev/\[udp|tcp\]/host/port][dev_udp_tcp_host_port]比较特殊吧。呵呵，有扯远了。
> 
> /dev/random设备，存储着系统当前运行的环境的实时数据。它可以看作是系统某个时候，唯一值数据，因此可以用作随机数元数据。我们可以通过文件读取方式，读得里面数据。/dev/urandom这个设备数据与random里面一样。只是，它是非阻塞的随机数发生器，读取操作不会产生阻塞。
> 
> **实例：**
> 
> <table> 
>  <tbody> 
>   <tr> 
>    <td> 
>     <div>
>       1 
>     </div> 
>     <div>
>       2 
>     </div> 
>     <div>
>       3 
>     </div> 
>     <div>
>       4 
>     </div> 
>     <div>
>       5 
>     </div> 
>     <div>
>       6 
>     </div> 
>     <div>
>       7 
>     </div> 
>     <div>
>       8 
>     </div> 
>     <div>
>       9 
>     </div> 
>     <div>
>       10 
>     </div> 
>     <div>
>       11 
>     </div> 
>     <div>
>       12 
>     </div> 
>     <div>
>       13 
>     </div> 
>     <div>
>       14 
>     </div> </td> 
>    <td> 
>     <div> 
>      <div> 
>       <code>[chengmo@centos5&nbsp; shell]$ </code> 
>       <code>head</code> 
>       <code>-1 </code> 
>       <code>/dev/urandom</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>ãÅ†ù…•KTþçanVÕã¹Û&amp;¡õ¾“ô2íùU“ žF¦_ ÿ”†mEðûUráÏ=J¯TŸA•ÌAÚRtÓ</code> 
>      </div> 
>      <div>
>        &nbsp; 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>#读一行，怎么是乱码呢？其实它是通过二进制数据保存实时数据的，那么我们怎么样把它变成整型数据呢？</code> 
>      </div> 
>      <div>
>        &nbsp; 
>      </div> 
>      <div>
>        &nbsp; 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>[chengmo@centos5 ~</code> 
>       <code>/shell</code> 
>       <code>]$ </code> 
>       <code>head</code> 
>       <code>-200 </code> 
>       <code>/dev/urandom</code> 
>       <code>| cksum</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>1615228479 50333</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>#由于urandom的数据是非常多，不能直接通过cat读取，这里取前200行，其实整个数据都是变化的，取多少也一样是唯一的。</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>#cksum 将读取文件内容，生成唯一的表示整型数据，只有文件内容不变，生成结果就不会变化,与php crc函数</code> 
>      </div> 
>      <div>
>        &nbsp; 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>[chengmo@centos5&nbsp; shell]$ </code> 
>       <code>head</code> 
>       <code>-200 </code> 
>       <code>/dev/urandom</code> 
>       <code>| cksum | </code> 
>       <code>cut</code> 
>       <code>-f1 -d</code> 
>       <code>" "</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>484750180</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>#cut 以” “分割，然后得到分割的第一个字段数据</code> 
>      </div> 
>     </div> </td> 
>   </tr> 
>  </tbody> 
> </table>
> 
>  
> 
> 得到整型数据，然后，类似一的方法就可以获得到随机数了。 题外话：在程序里面，我们经常md5得到唯一值，然后是字符串的，如果想表示成整型方式，可以通过crc函数.crc是循环冗余校验，相同数据通过运算，都会得到一串整型数据。现在这种验证应用很广。详细要了解，可以参考：[crc][].
> 
> 下面还有个方法，直接从设备读取生成好的uuid码。
> 
>

**4、读取linux 的uuid码**

> 在提到这个之前，有个概念，就是什么是uuid呢？
> 
> UUID码全称是**通用唯一识别码** (Universally Unique Identifier, UUID),它 是一个软件建构的标准，亦为**自由软件基金会** (Open Software Foundation, OSF) 的组织在**分布式计算环境** (Distributed Computing Environment, DCE) 领域的一部份。
> 
>  
> 
> **UUID 的目的**，是让分布式系统中的所有元素，都能有唯一的辨识信息，而不需要通过中央控制端来做辨识信息的指定。如此一来，每个人都可以创建不与其它人冲突的 UUID。在这样的情况下，就不需考虑数据库创建时的名称重复问题。它会让网络任何一台计算机所生成的uuid码，都是互联网整个服务器网络中唯一的。它的原信息会加入硬件，时间，机器当前运行信息等等。
> 
> **UUID格式是：**包含32个[16进位][16]数字，以“-”连接号分为五段，形式为8-4-4-4-12的32个字符。范例；550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000  ,所以：UUID理论上的总数为216 x 8=2128，约等于3.4 x 1038。 也就是说若每奈秒产生1兆个UUID，要花100亿年才会将所有UUID用完。
> 
> 其实，大家做数据库设计时候，肯定听说过，guid(**全局唯一标识符**)码，它其实是与uuid类似，由微软支持。 这里编码，基本有操作系统内核产生。大家记得把，在windows里面，无论数据库，还是其它软件，很容易得到这个uuid编码。
> 
>  
> 
> **linux 的uuid码**
> 
> linux的uuid码也是有内核提供的，在/proc/sys/kernel/random/uuid这个文件内。其实，random目录，里面还有很多其它文件，都与生成uuid有关系的。
> 
> <table> 
>  <tbody> 
>   <tr> 
>    <td> 
>     <div>
>       1 
>     </div> 
>     <div>
>       2 
>     </div> 
>     <div>
>       3 
>     </div> 
>     <div>
>       4 
>     </div> 
>     <div>
>       5 
>     </div> 
>     <div>
>       6 
>     </div> 
>     <div>
>       7 
>     </div> 
>     <div>
>       8 
>     </div> 
>     <div>
>       9 
>     </div> </td> 
>    <td> 
>     <div> 
>      <div> 
>       <code>[chengmo@centos5 ~</code> 
>       <code>/shell</code> 
>       <code>]$ </code> 
>       <code>cat</code> 
>       <code>/proc/sys/kernel/random/uuid</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>dff68213-b700-4947-87b1-d9e640334196</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>[chengmo@centos5 ~</code> 
>       <code>/shell</code> 
>       <code>]$ </code> 
>       <code>cat</code> 
>       <code>/proc/sys/kernel/random/uuid</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>7b57209a-d285-4fd0-88b4-9d3162d2e1bc</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>#连续2次读取，得到的uuid是不同的</code> 
>      </div> 
>      <div>
>        &nbsp; 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>[chengmo@centos5 ~</code> 
>       <code>/shell</code> 
>       <code>]$ </code> 
>       <code>cat</code> 
>       <code>/proc/sys/kernel/random/uuid</code> 
>       <code>| cksum | </code> 
>       <code>cut</code> 
>       <code>-f1 -d</code> 
>       <code>" "</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>2141807556</code> 
>      </div> 
>      <div> 
>       <code>#同上方法得到随机整数</code> 
>      </div> 
>     </div> </td> 
>   </tr> 
>  </tbody> 
> </table>
> 
>

这是linux下面，几种常见活动随机数整数方法，除了第一个是不同外，其实后3个，产生随机码的伪数据来源，都与/dev/random设备有关系。只是它们各自呈现不同而已。如果你还有更多其它方法，请给我消息，与大家分享了。

[dev_udp_tcp_host_port]: http://www.cnblogs.com/chengmo/archive/2010/10/22/1858302.html
[crc]: http://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E5%BE%AA%E7%8E%AF%E5%86%97%E4%BD%99%E6%A0%A1%E9%AA%8C
[16]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8D%81%E5%85%AD%E9%80%B2%E4%BD%8D