std::random_device的线程安全性

Question

我有一些代码，看起来有点像这样：

std::random_device rd;

#pragma omp parallel
{
    std::mt19937 gen(rd());
    #pragma omp for
    for(int i=0; i < N; i++)
    {
        /* Do stuff with random numbers from gen() */
    }
}

我有几个问题：

• std::random_device是否线程安全？也就是说，如果多个线程同时调用它，它会做一些无用的事情吗？
• 这通常是一个好主意吗？我应该担心重叠的随机数流吗？
• 有没有更好的方法来实现我想要的（每个线程独立的随机数流 - 目前我不太担心可重复性）？

如果对std::random_device的工作方式有任何影响，我主要在Windows上运行，但我希望代码在Linux和OSX上同样有效。

- Theolodus

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你可以通过使用特定的种子而不是使用std::random_device来实现可重复性。 - Galik

random_device 很可能会阻塞。如果你想要并行性，那么这样使用它就没有太多意义了。你可以使用一个全局 PRNG 来种子化 mt19937，种子值来自于 random_device（但是需要显式锁定）。 - sbabbi

另请参阅 https://dev59.com/gWEi5IYBdhLWcg3wfsQj#21238187 - Mikhail

Answer 1

在并行中使用随机设备不是一个好主意。即使它是阻塞的，你可能不会遇到重叠的随机数流的问题，但你会增加一个额外的同步点。

你应该设置尽可能多的随机数引擎（RNE），每个线程都要有一个，omp_get_num_threads()。创建一个 RNEs 的 std::vector，并在程序的顺序部分进行种子处理。对于种子处理，可以使用随机设备和 std::seed_seq。

然后在每个线程中使用与线程编号关联的 RNE，omp_get_thread_num()。

永远不要使用随机设备生成随机数，它很慢，通常不能生成均匀分布的随机数！

根据您需要的随机数质量，可以使用预定义的随机数生成器之一。如果您正在进行蒙特卡罗模拟或加密，请特别小心选择算法。

您可以在https://en.cppreference.com/w/cpp/numeric/random上找到大量有用的随机数引擎信息。

- Brolf

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你可能想要使用 omp_get_max_threads() 实际查询线程数。当并行上下文用完时，omp_get_num_threads() 将始终返回 1。 - val is still with Monica

Answer 2

在没有WinRT的Windows系统中，它使用线程安全的 CryptGenRandom，详情参考https://stackoverflow.com/a/46171432/2024042。

在有WinRT的Windows系统中，它使用 CryptographicBuffer::GenerateRandom。目前没有关于其线程安全性的文档，但它似乎没有状态，因此应该是线程安全的。

在Linux中，它似乎从/dev/urandom读取，这是线程安全的。

我从libs/random/src/random_device.cpp中阅读了这个实现。

我不知道文件中的_CXXRT_STD_NAME是什么，谷歌搜索只会出现boost::random_device。也许这没什么！

- Kevin Yin