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Linux Shell 生成随机数和随机字符串的方法示例_linux shell_

2023-05-26 305人已围观

简介 Linux Shell 生成随机数和随机字符串的方法示例_linux shell_

日常生活中，会经常用到随机数，使用场景非常广泛，例如买、丢骰子、抽签、年会抽奖等。

Shell 下如何生成随机数呢，米扑博客特意写了本文，总结 Linux Shell 产生随机数的多种方法。

计算机产生的的只是“伪随机数”，不会产生绝对的随机数（是一种理想随机数）。实际上，伪随机数和理想随机数也是相对的概念，例如伪随机数在1万万亿亿亿年内也无法重复，算是理想随机数么？

伪随机数在大量重现时也并不一定保持唯一，但一个好的伪随机产生算法将可以产生一个非常长的不重复的序列，例如 UUID（通用唯一识别码）在100亿年内才可用完。

1. 使用系统的 $RANDOM 变量（CentOS、Ubuntu、MacOS 都支持，但只有5位数随机）

 mimvp@ubuntu:~$ echo $RANDOM 17617

$RANDOM 的范围是 [0, 32767]

示例：使用 for 循环来验证：

 #!/bin/bash # mimvp.com 2016.05.10 function print_random() { for i in {1..10}; do echo -e "$i \t $RANDOM" done } print_random

运行结果：

# sh mimvp_shell_rand.sh
1        20191
2        16817
3        25971
4        1489
5        34
6        25183
7        920
8        315
9        18845
10       29519

如需要生成超过32767的随机数，可以用以下方法实现（有缺陷）

例：生成 40,000,000~50,000,000 的随机数，但最后末尾五位数在随机变化，实现原理有缺陷

 #!/bin/bash # mimvp.com 2016.05.10 ## Linux 系统随机数 + 范围上限值后, 再取余 function mimvp_random_bignum() { min=$1 max=$2 mid=$(($max-$min+1)) num=$(($RANDOM+$max)) # 随机数+范围上限, 然后取余 randnum=$(($num%$mid+$min)) # 随机数包含上下限边界数值 echo $randnum } function print_random_bignum() { for i in {1..10}; do bignum=$(mimvp_random_bignum 40000000 50000000) echo -e "$i \t $bignum" done } print_random_bignum

运行结果：

# sh mimvp_shell_rand.sh
1        40022422
2        40014261
3        40022712
4        40016695
5        40026575
6        40032198
7        40026667
8        40016024
9        40012010
10       40016143

这里，还可以通过 awk 产生随机数，最大为6位随机数，其跟时间有关，系统时间一致则随机数都相同，没有 $RANDOM 随机性好

 # awk 'BEGIN{srand(); print rand()}' 0.739505 # awk 'BEGIN{srand(); print rand()*1000000}' 855767

2. 使用date +%s%N（CentOS、Ubuntu支持，MacOS不支持纳秒 +%N）

通过 Linux / Unix 的时间戳来获取随机数

 # date +%S # 获取秒数, 2位数 43 # date +%s # 获取时间戳, 10位数, 从 1970-01-01 00:00:00 到当前的间隔的秒数 1548739004 # date +%N # 获取纳秒值, 9位数, CentOS、Ubuntu支持, 但 MacOS 不支持 468529240

说明：

如果用时间戳 date +%s 做随机数，相同一秒的数据是一样的。在做循环处理多线程时，基本不能满足要求

如果用纳秒值 date +%N 做随机数，精度达到了亿分之一，相当精确了，在多cpu高并发的循环里，同一秒里也很难出现相同结果，不过也会有重复碰撞的可能性

如果用时间戳+纳秒值 date +%N%s 做组合随机数（10+9=19位数），则比较完美了，重复的概率大大降低，但注意： MacOS 系统不支持纳秒值，不算通用

示例：生成 40,000,000~50,000,000 的随机数

 #!/bin/bash # mimvp.com 2016.05.10 ## Linux 时间戳随机数 function mimvp_randnum_date() { min=$1 max=$2 mid=$(($max-$min+1)) num=$(date +%s%N | cut -c1-17) # 19位数, 截取第1-17位数, 下标从1开始 randnum=$(($num%$mid+$min)) # 随机数包含上下限边界数值 echo $randnum } function print_randnum_date() { for i in {1..10}; do randnum=$(mimvp_randnum_date 40000000 50000000) echo -e "$i \t $randnum" done } print_randnum_date

运行结果：

# sh mimvp_shell_rand.sh
1        42153680
2        42199904
3        42243885
4        42283556
5        42332691
6        42376578
7        42422048
8        42462640
9        42505483
10       42550221

说明：

上面的结果可以看到，当取大数值范围时，高位可能都是相同的，原因是 date +%N%s 是按照秒数+纳秒获取的，时间高位具有顺序位，可能相同

那么，有的同学问题，能不能把 date +%s%N 的秒数和纳秒互换下，答案是不可以的，原因是纳秒的第一位可能为0，从第一位截取可能为 09641524615487432 ，shell 会提示错误： value too great for base (error token is "09641524615487432")

改进的办法1：互调 date +%N%s （仍然不行）：

既然第一位不能为0，那么从纳秒的第2位、第3位.... 截取不行吗，答案也是不可以的，因为纳秒的每一位都有可能是0，毕竟纳秒是9位数（毫秒3位数、微秒6位数、纳秒9位数）纳秒本身就在秒数之后，所以纳秒的9位数的每一位都可以为0 另外，纳秒在高位，秒数在低位，截取大数值可能导致高位不相同，但低位数值相同的情况，原因是秒数的值变化非常慢。结论，互换的办法是行不通的，还可能导致新的问题，因此，老老实实的用 date +%s%N 格式吧

改进的方法2：直接用 date +%s%N 的19位数（可行）

不要截取 date +%s%N | cut -c1-17 ，充分利用纳秒的快速变化后再取余

3. 使用 /dev/random 和 /dev/urandom 随机文件（CentOS、Ubuntu、MacOS 都支持，推荐）

/dev/random 是阻塞的随机数发生器，读取有时需要等待。存储着系统当前运行环境的实时数据，如 CPU、内存、电压、物理信号等

/dev/urandom 是非阻塞随机数发生器，读取操作不会产生阻塞。

说明：

/dev/random 和 /dev/urandom 存储的都是乱码，实际上它们是通过二进制数据保存实时数据的

打开 /dev/random 和 /dev/urandom 文件，推荐用 head，不推荐 cat 命令，因为文件非常大且是乱码，只需要获取前几行文件内容就变了

用到了 cksum 命令，其读取文件内容，生成唯一的整型数据，只有文件内容没变，生成结果就不会变化，与php crc函数类似，一般校验文件是否篡改

其生成随机数的原理是：截取文件的一部分内容，做内容的计算，取第一个数值

 # head -20 /dev/urandom | cksum 3535024891 50260 # head -20 /dev/urandom | cksum | cut -f1 -d " " 1713554848

示例：使用/dev/urandom生成 40,000,000~50,000,000 之间的随机数，使用 /dev/urandom 避免阻塞。

 #!/bin/bash # mimvp.com 2016.05.10 ## Linux 随机文件 function mimvp_randnum_file() { min=$1 max=$2 mid=$(($max-$min+1)) num=$(head -n 20 /dev/urandom | cksum | cut -f1 -d ' ') # num=$(head -n 20 /dev/urandom | cksum | cut -d ' ' -f1) # ok # num=$(head -n 20 /dev/urandom | cksum | awk '{print $1}') # ok # num=$(head -n 20 /dev/urandom | cksum | awk -F " " '{print $1}') # ok randnum=$(($num%$mid+$min)) echo $randnum } function print_randnum_file() { for i in {1..10}; do randnum=$(mimvp_randnum_file 40000000 50000000) echo -e "$i \t $randnum" done } print_randnum_file

运行结果：

# sh mimvp_shell_rand.sh
1      48894638
2      43078483
3      41678948
4      48987680
5      46095205
6      49650777
7      47144679
8      49003259
9      44562068
10     42014734

由此可见，用随机文件生成的随机数，基本是全随机的，且通用于 CentOS、Ubuntu、MacOS

4. 使用 linux uuid （CentOS、Ubuntu支持，MacOS不支持）

UUID（Universally Unique Identifier，通用唯一识别码），格式包含32个16进制数字，以'-'连接号分为5段。

格式为 8-4-4-4-12 的32个字符，例如： 07e73165-1196-4194-98bb-a3bf7c96e34a

 # cat /proc/sys/kernel/random/uuid 07e73165-1196-4194-98bb-a3bf7c96e34a

UUID 数量，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。

UUID 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：包含32个16进位数字，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：

与 uuid类似的还有一个guid(全局唯一标识符)码，它由微软支持，它们由操作系统内核产生。

示例：使用 linux uuid 生成 40,000,000~50,000,000 之间的随机数

 #!/bin/bash # mimvp.com 2016.05.10 ## Linux uuid function mimvp_randnum_uuid() { min=$1 max=$2 mid=$(($max-$min+1)) num=$(head -n 20 /proc/sys/kernel/random/uuid | cksum | cut -f1 -d ' ') randnum=$(($num%$mid+$min)) echo $randnum } function print_randnum_uuid() { for i in {1..10}; do randnum=$(mimvp_randnum_uuid 40000000 50000000) echo -e "$i \t $randnum" done } print_randnum_uuid

运行结果：

# sh mimvp_shell_rand.sh
1      44736535
2      43538760
3      40133914
4      41016814
5      49148972
6      40179476
7      48147712
8      45665645
9      40522150
10     44361996

5. 使用 openssl rand （CentOS、Ubuntu支持、MacOS 都支持，需安装 openssl，推荐）

openssl rand 用于产生指定长度个bytes的随机字符

 # openssl rand --help Usage: rand [options] num where options are -out file - write to file -engine e - use engine e, possibly a hardware device. -rand file:file:... - seed PRNG from files -base64 - base64 encode output -hex - hex encode output

其中，参数 -base64 或 -hex 对随机字符串进行base64编码或用hex格式显示

结合 cksum 产生整数、md5sum 产生字符串，可以产生随机的整数或字符串（仅含小写字母和数字）

例如：

 # openssl rand -base64 8 # 第一次执行 Vt4MNFIfzCU= # openssl rand -base64 8 # 第二次执行, 随机数不同 uwnovaLKhek= # openssl rand -base64 8 | cksum # 生成随机整数 3663376449 13 # openssl rand -base64 8 | md5sum # 生成随机字符串 1f36cf340e0a90ccb0d504925c3d7ada - # openssl rand -base64 8 | cksum | cut -c1-8 # 截取数字 15997092 # openssl rand -base64 8 | md5sum | cut -c1-8 # 截取字符串 f1a972ce # openssl rand -hex 8 # 第一次执行 c5bc62152bddadfb # openssl rand -hex 8 # 第二次执行, 随机数不同 156642181b22306a # openssl rand -hex 8 | cksum # 生成随机整数 3663376449 13 # openssl rand -hex 8 | md5sum # 生成随机字符串 1f36cf340e0a90ccb0d504925c3d7ada - # openssl rand -hex 8 | cksum | cut -c1-8 # 截取数字 15997092 # openssl rand -hex 8 | md5sum | cut -c1-8 # 截取字符串 f1a972ce

示例：使用 openssl rand 生成 40,000,000~50,000,000 之间的随机数

 #!/bin/bash # mimvp.com 2016.05.10 ## 5. Linux openssl function mimvp_randnum_openssl() { min=$1 max=$2 mid=$(($max-$min+1)) num=$(openssl rand -base64 8 | cksum | cut -f1 -d ' ') # -base64 # num=$(openssl rand -hex 8 | cksum | cut -f1 -d ' ') # -hex randnum=$(($num%$mid+$min)) echo $randnum } function print_randnum_openssl() { for i in {1..10}; do randnum=$(mimvp_randnum_openssl 40000000 50000000) echo -e "$i \t $randnum" done } print_randnum_openssl

运行结果：

# sh mimvp_shell_rand.sh
1      43422505
2      40756492
3      45087076
4      43882168
5      47105153
6      45505018
7      41411938
8      48662626
9      47508094
10     41362566

6. 自定义数组生成随机数

自定义一个数组，用于生成一段特定长度（整数最长为18位）的有数字和字母组成的字符串，字符串中元素取自自定义的池子。

 array=(0 1 2 3 4 5 6 7 8 9) # 自定义一个数字数组 num=${#array[*]} # 获取数组的长度（元素个数） randnum=${array[$((RANDOM%num))]} # 利用Linux系统默认的 $RANDOM 随机数，随机从数组选择一个元素，构成新的长度数组

示例：自定义数组生成 40,000,000~50,000,000 之间的随机数（注释有点不好看，但非常有助于理解代码哈）

#!/bin/bash # mimvp.com 2016.05.10 ## 6. c

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