如何在分叉进程中获取随机数？

Question

我分叉了几个进程，我需要每个进程对随机选择的项目执行一项任务。 我发现分叉的进程选择了完全相同的随机数。 我尝试生成种子并调用 srand()，但没有太大帮助。实际上，我读过的大多数文档都建议避免使用 srand() “除非您确切知道自己在做什么”。

这是我的代码：

#!/usr/bin/perl
use strict;
use warnings;
use Getopt::Long qw(GetOptions);
use Time::HiRes qw(time);
use MongoDB;
#use Math::Random::Secure qw(rand);

my $num_clients = shift;
my $num_loops = 50_000_000;

sub test_forked_sub {
    my $sum=0;
    my $random_offset = rand(120);
    printf "time: %10.4f -  Random offset: %6.2f at pid: %s  \n", time(), $random_offset, $$;
    for (my $i=0; $i < $num_loops  ; $i++) {
        $sum += rand(120);
    }
}

my $nub_processes = 0;
for (my $client_id =0; $client_id < $num_clients; $client_id++ ) {
    if (my $pid = fork) {     #Parent
        $nub_processes++;
    }
    else {         # child
        die "cannot fork: $!" unless defined $pid;
        test_forked_sub();
        exit(0);
    }
}

while ($nub_processes){
    wait;
    $nub_processes--;
}

当我运行它时，我会在每个进程中得到完全相同的“随机”数字：

$ time ./test_rand_fork.pl 10
time: 1569510011.6891 -  Random offset:  46.64 at pid: 2091
time: 1569510011.6937 -  Random offset:  46.64 at pid: 2092
time: 1569510011.6987 -  Random offset:  46.64 at pid: 2093
time: 1569510011.7028 -  Random offset:  46.64 at pid: 2094
time: 1569510011.7070 -  Random offset:  46.64 at pid: 2095
time: 1569510011.7097 -  Random offset:  46.64 at pid: 2096
time: 1569510011.7144 -  Random offset:  46.64 at pid: 2097
time: 1569510011.7203 -  Random offset:  46.64 at pid: 2098
time: 1569510011.7230 -  Random offset:  46.64 at pid: 2099
time: 1569510011.7249 -  Random offset:  46.64 at pid: 2100

real    0m3.974s
user    0m32.955s
sys     0m1.444s

一个可能但丑陋的解决方案，它不是分叉。相反，要从我的 shell 运行多个实例，如下所示：

# shell processes
$ for i in `seq 1 10`; do  ./test_rand_fork.pl 1 &  done
time: 1569511908.7708 -  Random offset:   7.44 at pid: 4129
time: 1569511908.8070 -  Random offset:  19.50 at pid: 4131
time: 1569511908.8068 -  Random offset:  97.59 at pid: 4132
time: 1569511908.8073 -  Random offset:  14.51 at pid: 4133
time: 1569511908.8077 -  Random offset:  16.70 at pid: 4134
time: 1569511908.8080 -  Random offset: 108.63 at pid: 4138
time: 1569511908.8079 -  Random offset:  69.44 at pid: 4137
time: 1569511908.8080 -  Random offset:  83.25 at pid: 4136
time: 1569511908.8080 -  Random offset:  43.33 at pid: 4135
time: 1569511908.8203 -  Random offset:  33.82 at pid: 4139

由于“shell 进程”是一个丑陋的解决方案，我尝试使用 Math::Random::Secure。 以下是我根据需要获得随机性的结果，但它比“shell 进程”方法慢 50 倍：

# using: Math::Random::Secure qw(rand);
$ time ./test_rand_fork.pl 10
time: 1569510036.9331 -  Random offset: 112.48 at pid: 2128
time: 1569510036.9470 -  Random offset:  47.15 at pid: 2129
time: 1569510036.9501 -  Random offset:  20.77 at pid: 2130
time: 1569510036.9517 -  Random offset:  40.98 at pid: 2131
time: 1569510036.9521 -  Random offset:  13.84 at pid: 2132
time: 1569510036.9538 -  Random offset:  20.43 at pid: 2133
time: 1569510036.9543 -  Random offset:  48.48 at pid: 2134
time: 1569510036.9563 -  Random offset: 109.29 at pid: 2135
time: 1569510036.9579 -  Random offset:  70.30 at pid: 2136
time: 1569510036.9601 -  Random offset:  24.31 at pid: 2137

real    3m17.251s
user    32m31.129s
sys     0m1.054s

我需要的随机性不是出于安全目的，我只需要一个良好的传播。 有没有办法为分叉进程生成足够好的种子，并且仍然使用标准 rand() 或替代更快的方式？或者至少不需要安装额外的库？

Answer 1

你想要的确实是srand。的确，通常人们不需要对它胡思乱想，但有一些用途

但是，在某些情况下，程序可能需要调用srand。一种是生成可预测的结果，通常用于测试或调试。在那里，您使用srand($seed)，每次都使用相同的$seed。

而且，正是为了你的目的

另一种情况是，您可能希望在 fork 之后调用 srand 以避免子进程与父进程共享相同的种子值（因此彼此共享）。

一个简单的例子

perl -wE'
    say "Parent $$ rand: ", rand;  
    for (1..4) { 
        $pid = fork // die "Cant fork: $!"; 
        if ($pid == 0) { srand(); say "\tchild $$ rand: ", rand; exit } 
    }'

打印

Parent 23375 rand: 0.502774688721733
        child 23376 rand: 0.914527430039929
        child 23377 rand: 0.97985713889739
        child 23378 rand: 0.127702740327553
        child 23379 rand: 0.187181734786467

上面的srand 可以解决问题；没有它，数字是相同的（因为它们必须是）。请注意，它也可以使用种子运行，这为我们提供了更好的诊断/测试控制。

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注意事项，避免传播不良习惯。

在上面的快速程序中，子进程被系统清理（由 init 获取）。然而，一个人真的应该总是收获所以上面应该真的有

for (1..4) { 
    $pid = fork // die "Cant fork: $!"; 
    if ($pid == 0) { srand(); say "\tchild $$ rand: ", rand; exit } 
    push @procs, $pid;
}
for (@procs) { $gone = wait; say "$gone exited with $?" }

更好地使用waitpid 和非阻塞以获得更好的监控，也许在signal handler 中。