1b661a86946bd75a06c2048022422487b00f17ea
[fio.git] / lib / rand.c
1 /*
2   This is a maximally equidistributed combined Tausworthe generator
3   based on code from GNU Scientific Library 1.5 (30 Jun 2004)
4
5    x_n = (s1_n ^ s2_n ^ s3_n)
6
7    s1_{n+1} = (((s1_n & 4294967294) <<12) ^ (((s1_n <<13) ^ s1_n) >>19))
8    s2_{n+1} = (((s2_n & 4294967288) << 4) ^ (((s2_n << 2) ^ s2_n) >>25))
9    s3_{n+1} = (((s3_n & 4294967280) <<17) ^ (((s3_n << 3) ^ s3_n) >>11))
10
11    The period of this generator is about 2^88.
12
13    From: P. L'Ecuyer, "Maximally Equidistributed Combined Tausworthe
14    Generators", Mathematics of Computation, 65, 213 (1996), 203--213.
15
16    This is available on the net from L'Ecuyer's home page,
17
18    http://www.iro.umontreal.ca/~lecuyer/myftp/papers/tausme.ps
19    ftp://ftp.iro.umontreal.ca/pub/simulation/lecuyer/papers/tausme.ps
20
21    There is an erratum in the paper "Tables of Maximally
22    Equidistributed Combined LFSR Generators", Mathematics of
23    Computation, 68, 225 (1999), 261--269:
24    http://www.iro.umontreal.ca/~lecuyer/myftp/papers/tausme2.ps
25
26         ... the k_j most significant bits of z_j must be non-
27         zero, for each j. (Note: this restriction also applies to the
28         computer code given in [4], but was mistakenly not mentioned in
29         that paper.)
30
31    This affects the seeding procedure by imposing the requirement
32    s1 > 1, s2 > 7, s3 > 15.
33
34 */
35
36 #include <string.h>
37 #include <assert.h>
38 #include "rand.h"
39 #include "lib/pattern.h"
40 #include "../hash.h"
41
42 int arch_random;
43
44 static inline uint64_t __seed(uint64_t x, uint64_t m)
45 {
46         return (x < m) ? x + m : x;
47 }
48
49 static void __init_rand32(struct taus88_state *state, unsigned int seed)
50 {
51         int cranks = 6;
52
53 #define LCG(x, seed)  ((x) * 69069 ^ (seed))
54
55         state->s1 = __seed(LCG((2^31) + (2^17) + (2^7), seed), 1);
56         state->s2 = __seed(LCG(state->s1, seed), 7);
57         state->s3 = __seed(LCG(state->s2, seed), 15);
58
59         while (cranks--)
60                 __rand32(state);
61 }
62
63 static void __init_rand64(struct taus258_state *state, uint64_t seed)
64 {
65         int cranks = 6;
66
67 #define LCG64(x, seed)  ((x) * 6906969069ULL ^ (seed))
68
69         state->s1 = __seed(LCG64((2^31) + (2^17) + (2^7), seed), 1);
70         state->s2 = __seed(LCG64(state->s1, seed), 7);
71         state->s3 = __seed(LCG64(state->s2, seed), 15);
72         state->s4 = __seed(LCG64(state->s3, seed), 33);
73         state->s5 = __seed(LCG64(state->s4, seed), 49);
74
75         while (cranks--)
76                 __rand64(state);
77 }
78
79 void init_rand(struct frand_state *state, int use64)
80 {
81         state->use64 = use64;
82
83         if (!use64)
84                 __init_rand32(&state->state32, 1);
85         else
86                 __init_rand64(&state->state64, 1);
87 }
88
89 void init_rand_seed(struct frand_state *state, unsigned int seed, int use64)
90 {
91         state->use64 = use64;
92
93         if (!use64)
94                 __init_rand32(&state->state32, seed);
95         else
96                 __init_rand64(&state->state64, seed);
97 }
98
99 void __fill_random_buf(void *buf, unsigned int len, unsigned long seed)
100 {
101         void *ptr = buf;
102
103         while (len) {
104                 int this_len;
105
106                 if (len >= sizeof(int64_t)) {
107                         *((int64_t *) ptr) = seed;
108                         this_len = sizeof(int64_t);
109                 } else if (len >= sizeof(int32_t)) {
110                         *((int32_t *) ptr) = seed;
111                         this_len = sizeof(int32_t);
112                 } else if (len >= sizeof(int16_t)) {
113                         *((int16_t *) ptr) = seed;
114                         this_len = sizeof(int16_t);
115                 } else {
116                         *((int8_t *) ptr) = seed;
117                         this_len = sizeof(int8_t);
118                 }
119                 ptr += this_len;
120                 len -= this_len;
121                 seed *= GOLDEN_RATIO_PRIME;
122                 seed >>= 3;
123         }
124 }
125
126 unsigned long fill_random_buf(struct frand_state *fs, void *buf,
127                               unsigned int len)
128 {
129         unsigned long r = __rand(fs);
130
131         if (sizeof(int) != sizeof(long *))
132                 r *= (unsigned long) __rand(fs);
133
134         __fill_random_buf(buf, len, r);
135         return r;
136 }
137
138 void __fill_random_buf_percentage(unsigned long seed, void *buf,
139                                   unsigned int percentage,
140                                   unsigned int segment, unsigned int len,
141                                   char *pattern, unsigned int pbytes)
142 {
143         unsigned int this_len;
144
145         if (percentage == 100) {
146                 if (pbytes)
147                         (void)cpy_pattern(pattern, pbytes, buf, len);
148                 else
149                         memset(buf, 0, len);
150                 return;
151         }
152
153         if (segment > len)
154                 segment = len;
155
156         while (len) {
157                 /*
158                  * Fill random chunk
159                  */
160                 this_len = (segment * (100 - percentage)) / 100;
161                 if (this_len > len)
162                         this_len = len;
163
164                 __fill_random_buf(buf, this_len, seed);
165
166                 len -= this_len;
167                 if (!len)
168                         break;
169                 buf += this_len;
170
171                 if (this_len > len)
172                         this_len = len;
173                 else if (len - this_len <= sizeof(long))
174                         this_len = len;
175
176                 if (pbytes)
177                         (void)cpy_pattern(pattern, pbytes, buf, this_len);
178                 else
179                         memset(buf, 0, this_len);
180
181                 len -= this_len;
182                 buf += this_len;
183         }
184 }
185
186 unsigned long fill_random_buf_percentage(struct frand_state *fs, void *buf,
187                                          unsigned int percentage,
188                                          unsigned int segment, unsigned int len,
189                                          char *pattern, unsigned int pbytes)
190 {
191         unsigned long r = __rand(fs);
192
193         if (sizeof(int) != sizeof(long *))
194                 r *= (unsigned long) __rand(fs);
195
196         __fill_random_buf_percentage(r, buf, percentage, segment, len,
197                                         pattern, pbytes);
198         return r;
199 }