播种随机数生成器以使用分叉的好方法是什么？答案

【问题标题】：What's a good way to seed a random number generator to work with forking?播种随机数生成器以使用分叉的好方法是什么？
【发布时间】：2018-08-16 17:47:40
【问题描述】：

假设我有一个函数generateId 来生成随机的 64 位整数。如果我这样写generateId

uint64_t generateId() {
  static thread_local std::mt19937_64 rng{std::random_device{}()};
  return rng();
}

那么rng 不会在分叉后重新播种。跑步

int main() {
  std::cout << generateId() << "\n";
  if (fork() == 0) {
    std::cout << "child: " << generateId() << "\n";
  } else {
    std::cout << "parent: " << generateId() << "\n";
  }
  return 0;
}

将为孩子和父母打印相同的数字。

有没有办法我可以写 generateId 以便它为新进程重新播种但仍然保持性能。

【问题讨论】：

std::random_device 的另一个问题是它在 MinGW 中被破坏多年，现在仍然如此。
一般来说，线程、非 POD cpp 类和fork 不能很好地配合使用。 cpp 对象没有准备好在没有调用构造函数的对象上调用析构函数（或者通常按位复制它们，这是 fork 正在做的），并且fork 也不能很好地与线程一起使用 - 它甚至有一部分手册页致力于它。我建议你坚持使用多线程或多进程。
你在第一次调用函数之前尝试过fork吗？
@RSahu 如果真正的程序在分叉之前需要一个随机数，一般来说并没有什么帮助。显然，虽然是的，但这是可行的
@rustyx 你在说什么？ fork() 对所有地址空间进行按位复制（好吧，实际上是 COW，但在这种情况下并不重要），包括对象，包括那些不可轻易复制的类的对象——这通常（神奇地）有效，但我有没有看到的情况。

标签： c++ c++11 random

【解决方案1】：

这是我想出的：

class TlsRandomNumberGenerator {
 public:
   TlsRandomNumberGenerator() {
     pthread_atfork(nullptr, nullptr, OnFork);
   }

   static uint64_t GenerateId() {
     return random_number_generator_();
   }
 private:
  static thread_local std::mt19937_64 random_number_generator_;

  static void OnFork() {
    random_number_generator_.seed(std::random_device{}());
  }
};

thread_local std::mt19937_64 TlsRandomNumberGenerator::random_number_generator_{
    std::random_device{}()};

uint64_t generateId() {
  static TlsRandomNumberGenerator rng;
  return TlsRandomNumberGenerator::GenerateId();
}

它可以与分叉一起使用，但也没有为每个数字生成调用 getpid 的开销，这取决于您使用的 libc 版本可能会或可能不会被缓存，因此可能会导致性能损失。请参阅getpid 上的注释：

从 glibc 版本 2.3.4 到并包括版本 2.24，glibc getpid() 缓存 PID 的包装函数，目的是避免进程重复调用 getpid() 时的额外系统调用。

【讨论】：

【解决方案2】：

这应该可行：

uint64_t generateId() {
   static pid_t mypid = 0;
   static std::unqiue_ptr<std::mt19937_64> rng;
   if( mypid != getpid() ) {
       rng.reset();
       mypid = getpid();
   }
   if( !rng )
      rng = std::make_unique<std::mt19937_64>(std::random_device{}());

   return (*rng)();
}

注意：此代码不是线程安全的，我删除了thread_local，假设您尝试使用它解决fork() 问题。如果涉及多线程，则需要适当的锁定以及使用mutexes 或使用fork() 的非阻塞原语的问题的考虑

【讨论】：

哦，比赛条件的乐趣！您还从 OP 的代码中删除了 thread_local，看起来您并没有保留语义。
不清楚 OP 是否使用 thread_local 来拥有不同的种子 btw 线程，或者他/她试图以这种方式解决 fork() 问题。如果第一个 OP 总是可以返回 thread_local 回来（和适当的同步），如果以后不再需要。根据代码示例，不涉及多线程，也不必假设它是。
我希望它与线程一起工作，是的。 @Slava - 为什么使用 unique_ptr 而不是调用 seed？
@mickb 没有特别的原因，我只是没有研究界面，并认为重新创建对象是最简单的重新播种方法。如果不是这种情况，你可以改变它，这段代码就是为了展示这个想法。
有没有办法避免每次调用getpid？