【LINUX相关】生成随机数（srand、/dev/random 和 /dev/urandom ）

一、问题背景

在一个循环中，生成多组随机值，发现最终的结果都一样，结果是调用的函数如下，在函数中设置了随机种子，且是以秒为单位，那么在一秒类，由于都是用一个种子，srand又是伪随机，所以最终生成的都是同一组随机字符。

static void generate_random_name(char *prefix, char* secName, int size) {
    char buff[7] = {0};
    srand(time(NULL));
    const char ALLOWED[] = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890";
    int i = 0;
    int c = 0;
    int nbAllowed = sizeof(ALLOWED) - 1;

    for(i = 0; i < 6; i++) {
        c = rand() % nbAllowed ;
        buff[i] = ALLOWED[c];
     }
     
    snprintf(secName, size, "%s_%s", prefix, buff);
    return;
 }

二、修改方法

2.1 修改种子

（1）将srand(time(NULL)); 放到循环外面，循环过程中不必每次循序都设置种子；
（2）时间使用微秒来设置种子srand((unsigned int)ts.tv_usec);以避免在短时间内多次调用随机数生成器时生成相同的序列。

2.2 使用linux中的 /dev/urandom 生成随机数

修改后的函数生成方式如下：

static void generate_section_random_name(char *prefix, char* secName, int size) {
    char buff[7] = {0};
    char cmd[BUF_LEN_128] = {0};

    snprintf(cmd, sizeof(cmd), "head /dev/urandom | tr -dc a-z0-9 | head -c %d", sizeof(buff) - 1);
    do_cmd_fetch(cmd, buff, sizeof(buff));
    if (buff[0]) {
        snprintf(secName, size, "%s_%s", prefix, buff);
    }

    return;
}

三、/dev/random 和 /dev/urandom 的原理

3.1 参考连接

/dev/random 和 /dev/urandom 的原理
关于 /dev/urandom 的流言终结
关于 /dev/urandom 的流言终结的原文
使用/dev/urandom生成固定位数的随机数

3.2 重难点总结

3.2.1 生成随机数的原理

随机数生成器会收集系统环境中各种数据，比如：鼠标的移动，键盘的输入, 终端的连接以及断开，音视频的播放，系统中断，内存 CPU 的使用等等;
生成器把收集到的各种环境数据放入一个池子 ( 熵池 ) 中，然后将这些数据进行去偏、漂白，主要目的也是使得数据更加无序，更加难以猜测或者预料得到;
有了大量的环境数据之后，每次获取随机数时，从池子中读取指定的字节序列，这些字节序列就是生成器生成的随机数.

3.2.2 随机数生成器的结构

Linux 4.8 之前

Linux 4.8 以后

简化图

3.2.3 二者的区别和选择

具体的可以看我上述分享的两篇文章。
别问，问就是用 /dev/urandom !

四、在代码的使用方法

首先/dev/urandom 设备生成的随机字节流通常是不经过编码的原始字节，因此直接将其打印到终端可能会显示为乱码。这是因为终端尝试使用默认的字符编码（通常是 UTF-8）来解释这些字节，但这些字节可能不是有效的 UTF-8 字符。

所以需要做一些转化，比如

1.将随机字节转换为十六进制表示：
head -c 10 /dev/urandom | xxd -p

2.将随机字节转换为可打印字符集合：
head -c 10 /dev/urandom | tr -dc '[:print:]'

3.将随机字节转换为Base64编码（可能更适合在终端中显示）：
head -c 10 /dev/urandom | base64

当然也可以使用/dev/urandom生成固定位数的随机数：

1.纯数字
head /dev/urandom | tr -dc 0-9 | head -c n

2.小写字母+数字
head /dev/urandom | tr -dc a-z0-9 | head -c n

3.大小写字母+数字
head /dev/urandom | tr -dc A-Za-z0-9 | head -c n

最后的n代表要生成的随机数的位数