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 "../hash.h"
  40
  41 int arch_random;
  42
  43 static inline int __seed(unsigned int x, unsigned int m)
  44 {
  45         return (x < m) ? x + m : x;
  46 }
  47
  48 static void __init_rand(struct frand_state *state, unsigned int seed)
  49 {
  50         int cranks = 6;
  51
  52 #define LCG(x, seed)  ((x) * 69069 ^ (seed))
  53
  54         state->s1 = __seed(LCG((2^31) + (2^17) + (2^7), seed), 1);
  55         state->s2 = __seed(LCG(state->s1, seed), 7);
  56         state->s3 = __seed(LCG(state->s2, seed), 15);
  57
  58         while (cranks--)
  59                 __rand(state);
  60 }
  61
  62 void init_rand(struct frand_state *state)
  63 {
  64         __init_rand(state, 1);
  65 }
  66
  67 void init_rand_seed(struct frand_state *state, unsigned int seed)
  68 {
  69         __init_rand(state, seed);
  70 }
  71
  72 void __fill_random_buf(void *buf, unsigned int len, unsigned long seed)
  73 {
  74         void *ptr = buf;
  75
  76         while (len) {
  77                 int this_len;
  78
  79                 if (len >= sizeof(int64_t)) {
  80                         *((int64_t *) ptr) = seed;
  81                         this_len = sizeof(int64_t);
  82                 } else if (len >= sizeof(int32_t)) {
  83                         *((int32_t *) ptr) = seed;
  84                         this_len = sizeof(int32_t);
  85                 } else if (len >= sizeof(int16_t)) {
  86                         *((int16_t *) ptr) = seed;
  87                         this_len = sizeof(int16_t);
  88                 } else {
  89                         *((int8_t *) ptr) = seed;
  90                         this_len = sizeof(int8_t);
  91                 }
  92                 ptr += this_len;
  93                 len -= this_len;
  94                 seed *= GOLDEN_RATIO_PRIME;
  95                 seed >>= 3;
  96         }
  97 }
  98
  99 unsigned long fill_random_buf(struct frand_state *fs, void *buf,
 100                               unsigned int len)
 101 {
 102         unsigned long r = __rand(fs);
 103
 104         if (sizeof(int) != sizeof(long *))
 105                 r *= (unsigned long) __rand(fs);
 106
 107         __fill_random_buf(buf, len, r);
 108         return r;
 109 }
 110
 111 void fill_pattern(void *p, unsigned int len, char *pattern,
 112                   unsigned int pattern_bytes)
 113 {
 114         switch (pattern_bytes) {
 115         case 0:
 116                 assert(0);
 117                 break;
 118         case 1:
 119                 memset(p, pattern[0], len);
 120                 break;
 121         default: {
 122                 unsigned int i = 0, size = 0;
 123                 unsigned char *b = p;
 124
 125                 while (i < len) {
 126                         size = pattern_bytes;
 127                         if (size > (len - i))
 128                                 size = len - i;
 129                         memcpy(b+i, pattern, size);
 130                         i += size;
 131                 }
 132                 break;
 133                 }
 134         }
 135 }
 136
 137 void __fill_random_buf_percentage(unsigned long seed, void *buf,
 138                                   unsigned int percentage,
 139                                   unsigned int segment, unsigned int len,
 140                                   char *pattern, unsigned int pbytes)
 141 {
 142         unsigned int this_len;
 143
 144         if (percentage == 100) {
 145                 if (pbytes)
 146                         fill_pattern(buf, len, pattern, pbytes);
 147                 else
 148                         memset(buf, 0, len);
 149                 return;
 150         }
 151
 152         if (segment > len)
 153                 segment = len;
 154
 155         while (len) {
 156                 /*
 157                  * Fill random chunk
 158                  */
 159                 this_len = (segment * (100 - percentage)) / 100;
 160                 if (this_len > len)
 161                         this_len = len;
 162
 163                 __fill_random_buf(buf, this_len, seed);
 164
 165                 len -= this_len;
 166                 if (!len)
 167                         break;
 168                 buf += this_len;
 169
 170                 if (this_len > len)
 171                         this_len = len;
 172                 else if (len - this_len <= sizeof(long))
 173                         this_len = len;
 174
 175                 if (pbytes)
 176                         fill_pattern(buf, this_len, pattern, pbytes);
 177                 else
 178                         memset(buf, 0, this_len);
 179
 180                 len -= this_len;
 181                 buf += this_len;
 182         }
 183 }
 184
 185 unsigned long fill_random_buf_percentage(struct frand_state *fs, void *buf,
 186                                          unsigned int percentage,
 187                                          unsigned int segment, unsigned int len,
 188                                          char *pattern, unsigned int pbytes)
 189 {
 190         unsigned long r = __rand(fs);
 191
 192         if (sizeof(int) != sizeof(long *))
 193                 r *= (unsigned long) __rand(fs);
 194
 195         __fill_random_buf_percentage(r, buf, percentage, segment, len,
 196                                         pattern, pbytes);
 197         return r;
 198 }