使用 /dev/random, /dev/urandom 生成随机数据

Question

我正在寻找从命令行使用/dev/random（或/dev/urandom）的方法。特别是，我想知道如何使用这样的流stdin来将随机数流写入stdout（每行一个数字）。

我对机器架构本身支持的所有数字类型的随机数感兴趣。例如，对于 64 位体系结构，这些将包括 64 位有符号和无符号整数，以及 64 位浮点数。就范围而言，各种数字类型的最大范围都可以。

我知道如何使用 Perl、Python 等通用解释器来完成所有这些工作，但我想知道如何使用 shell 中的“更简单”的工具来完成这一切。（“更简单”是指“即使在非常小的 Unix 安装中也更有可能可用”。）

基本上，该问题减少了在命令行上将二进制数据转换为字符串表示的问题。（例如，这不行：printf '%f\n' $(head -c8 /dev/random).）

我正在寻找与外壳无关的答案。此外，之间的差别/dev/random，并/dev/urandom没有对这个问题很重要。我希望任何适用于一个的过程也适用于另一个，即使结果的语义可能不同。

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我改编了EightBitTony的答案来产生toints如下所示的功能等。

使用示例：

% < /dev/urandom toprobs -n 5
0.237616281778928
0.85578479125532
0.0330049682019756
0.798812391655243
0.138499033902422

评论：

1. 我使用hexdump而不是od因为它给了我一种更简单的方法来按照我想要的方式格式化输出；
2. 恼人的是，hexdump不支持 64 位整数（wtf???）；
3. 函数的接口需要工作（例如，它们应该接受-n5以及-n 5），但考虑到我可怜的 shell 编程技巧，这是我能快速组合起来的最好的方法。（一如既往，欢迎评论/改进。）

我从这个练习中得到的最大惊喜是发现在 shell 上编程最基本的数字内容是多么困难（例如读取一个十六进制浮点数，或获得最大的原生浮点值）......

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_tonums () {
  local FUNCTION_NAME=$1 BYTES=$2 CODE=$3
  shift 3

  local USAGE="Usage: $FUNCTION_NAME [-n <INTEGER>] [FILE...]"
  local -a PREFIX

  case $1 in
    ( -n ) if (( $# > 1 ))
           then
               PREFIX=( head -c $(( $2 * $BYTES )) )
               shift 2
           else
               echo $USAGE >&2
               return 1
           fi ;;
    ( -* ) echo $USAGE >&2
           return 1 ;;
    (  * ) PREFIX=( cat ) ;;
  esac

  local FORMAT=$( printf '"%%%s\\n"' $CODE )
  $PREFIX "$@" | hexdump -ve $FORMAT
}

toints () {
  _tonums toints 4 d "$@"
}

touints () {
  _tonums touints 4 u "$@"
}

tofloats () {
  _tonums tofloats 8 g "$@"
}

toprobs () {
  _tonums toprobs 4 u "$@" | perl -lpe '$_/=4294967295'
}

Answer 1

您可以使用od获得的数字出来的/dev/random和/dev/urandom。

例如，

2 字节无符号十进制整数，

$ od -vAn -N2 -tu2 < /dev/urandom
24352

1 字节有符号十进制整数，

$ od -vAn -N1 -td1 < /dev/urandom
-78

4 字节无符号十进制整数，

$ od -vAn -N4 -tu4 < /dev/urandom
3394619386

man od有关更多信息od。

Answer 2

一些外壳（例如bash(1)）有一个$RANDOM“变量”，可以给出随机数。

Answer 3

使用 Bash 内置程序比使用外部命令（如od. 例如，以下是获取 60 位随机数的方法：

((RND=((RANDOM<<15|RANDOM)<<15|RANDOM)<<15|RANDOM))

这将给出 0 到 1,152,921,504,606,846,975 范围内的随机数。您可以使用模除法将其缩小到您想要的任何范围。

作为一个实际的例子，假设我想从我的硬盘中读取一个随机扇区，以将磁盘从待机状态唤醒。我可以做这个：

#!/bin/bash
DEV=/dev/sda  # Let's say that this is the device we want to spin up.

# Get the device geometry...
read -d- SIZE64 BS <<<$(blockdev --getsize64 --getbsz $DEV)
((SECTORS=SIZE64/BS)) # The total number of $BS-sized sectors on that device.

((RND=(RANDOM<<15|RANDOM)<<15|RANDOM)) # Generate a 45-bit random number.
((SECT=RND%SECTORS)) # The random sector that we will now read...

dd if=$DEV of=/dev/null bs=$BS skip=$SECT count=1 >/dev/null 2>&1

完毕。

（注意：在这个例子中，我决定一个 45 位的随机整数就足够了，而且比 60 位的快一点。）

更新：

为上述速度要求提供一些定量支持：

~# time for i in {1..10000} ;do RND=$(od -An -N7 -tu8 /dev/urandom) ;done

real    0m45.647s
user    0m17.540s
sys     0m28.807s

~# time for i in {1..10000} ;do ((RND=((RANDOM<<15|RANDOM)<<15|RANDOM)<<15|RANDOM)) ;done

real    0m0.112s
user    0m0.105s
sys     0m0.007s