lib/rand.h

   1 #ifndef FIO_RAND_H
   2 #define FIO_RAND_H
   3
   4 #include <inttypes.h>
   5 #include <assert.h>
   6 #include "types.h"
   7
   8 #define FRAND32_MAX     (-1U)
   9 #define FRAND64_MAX     (-1ULL)
  10
  11 struct taus88_state {
  12         unsigned int s1, s2, s3;
  13 };
  14
  15 struct taus258_state {
  16         uint64_t s1, s2, s3, s4, s5;
  17 };
  18
  19 struct frand_state {
  20         unsigned int use64;
  21         union {
  22                 struct taus88_state state32;
  23                 struct taus258_state state64;
  24         };
  25 };
  26
  27 static inline uint64_t rand_max(struct frand_state *state)
  28 {
  29         if (state->use64)
  30                 return FRAND64_MAX;
  31         else
  32                 return FRAND32_MAX;
  33 }
  34
  35 static inline void __frand32_copy(struct taus88_state *dst,
  36                                   struct taus88_state *src)
  37 {
  38         dst->s1 = src->s1;
  39         dst->s2 = src->s2;
  40         dst->s3 = src->s3;
  41 }
  42
  43 static inline void __frand64_copy(struct taus258_state *dst,
  44                                   struct taus258_state *src)
  45 {
  46         dst->s1 = src->s1;
  47         dst->s2 = src->s2;
  48         dst->s3 = src->s3;
  49         dst->s4 = src->s4;
  50         dst->s5 = src->s5;
  51 }
  52
  53 static inline void frand_copy(struct frand_state *dst, struct frand_state *src)
  54 {
  55         if (src->use64)
  56                 __frand64_copy(&dst->state64, &src->state64);
  57         else
  58                 __frand32_copy(&dst->state32, &src->state32);
  59
  60         dst->use64 = src->use64;
  61 }
  62
  63 static inline unsigned int __rand32(struct taus88_state *state)
  64 {
  65 #define TAUSWORTHE(s,a,b,c,d) ((s&c)<<d) ^ (((s <<a) ^ s)>>b)
  66
  67         state->s1 = TAUSWORTHE(state->s1, 13, 19, 4294967294UL, 12);
  68         state->s2 = TAUSWORTHE(state->s2, 2, 25, 4294967288UL, 4);
  69         state->s3 = TAUSWORTHE(state->s3, 3, 11, 4294967280UL, 17);
  70
  71         return (state->s1 ^ state->s2 ^ state->s3);
  72 }
  73
  74 static inline uint64_t __rand64(struct taus258_state *state)
  75 {
  76         uint64_t xval;
  77
  78         xval = ((state->s1 <<  1) ^ state->s1) >> 53;
  79         state->s1 = ((state->s1 & 18446744073709551614ULL) << 10) ^ xval;
  80
  81         xval = ((state->s2 << 24) ^ state->s2) >> 50;
  82         state->s2 = ((state->s2 & 18446744073709551104ULL) <<  5) ^ xval;
  83
  84         xval = ((state->s3 <<  3) ^ state->s3) >> 23;
  85         state->s3 = ((state->s3 & 18446744073709547520ULL) << 29) ^ xval;
  86
  87         xval = ((state->s4 <<  5) ^ state->s4) >> 24;
  88         state->s4 = ((state->s4 & 18446744073709420544ULL) << 23) ^ xval;
  89
  90         xval = ((state->s5 <<  3) ^ state->s5) >> 33;
  91         state->s5 = ((state->s5 & 18446744073701163008ULL) <<  8) ^ xval;
  92
  93         return (state->s1 ^ state->s2 ^ state->s3 ^ state->s4 ^ state->s5);
  94 }
  95
  96 static inline uint64_t __rand(struct frand_state *state)
  97 {
  98         if (state->use64)
  99                 return __rand64(&state->state64);
 100         else
 101                 return __rand32(&state->state32);
 102 }
 103
 104 static inline double __rand_0_1(struct frand_state *state)
 105 {
 106         if (state->use64) {
 107                 uint64_t val = __rand64(&state->state64);
 108
 109                 return (val + 1.0) / (FRAND64_MAX + 1.0);
 110         } else {
 111                 uint32_t val = __rand32(&state->state32);
 112
 113                 return (val + 1.0) / (FRAND32_MAX + 1.0);
 114         }
 115 }
 116
 117 static inline uint32_t rand32_upto(struct frand_state *state, uint32_t end)
 118 {
 119         uint32_t r;
 120
 121         assert(!state->use64);
 122
 123         r = __rand32(&state->state32);
 124         end++;
 125         return (int) ((double)end * (r / (FRAND32_MAX + 1.0)));
 126 }
 127
 128 static inline uint64_t rand64_upto(struct frand_state *state, uint64_t end)
 129 {
 130         uint64_t r;
 131
 132         assert(state->use64);
 133
 134         r = __rand64(&state->state64);
 135         end++;
 136         return (uint64_t) ((double)end * (r / (FRAND64_MAX + 1.0)));
 137 }
 138
 139 /*
 140  * Generate a random value between 'start' and 'end', both inclusive
 141  */
 142 static inline uint64_t rand_between(struct frand_state *state, uint64_t start,
 143                                     uint64_t end)
 144 {
 145         if (state->use64)
 146                 return start + rand64_upto(state, end - start);
 147         else
 148                 return start + rand32_upto(state, end - start);
 149 }
 150
 151 extern void init_rand(struct frand_state *, bool);
 152 extern void init_rand_seed(struct frand_state *, unsigned int seed, bool);
 153 extern void __fill_random_buf(void *buf, unsigned int len, unsigned long seed);
 154 extern unsigned long fill_random_buf(struct frand_state *, void *buf, unsigned int len);
 155 extern void __fill_random_buf_percentage(unsigned long, void *, unsigned int, unsigned int, unsigned int, char *, unsigned int);
 156 extern unsigned long fill_random_buf_percentage(struct frand_state *, void *, unsigned int, unsigned int, unsigned int, char *, unsigned int);
 157
 158 #endif