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 "rand.h"
  38 #include "pattern.h"
  39 #include "../hash.h"
  40
  41 int arch_random;
  42
  43 static inline uint64_t __seed(uint64_t x, uint64_t m)
  44 {
  45         return (x < m) ? x + m : x;
  46 }
  47
  48 static void __init_rand32(struct taus88_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                 __rand32(state);
  60 }
  61
  62 void __init_rand64(struct taus258_state *state, uint64_t seed)
  63 {
  64         int cranks = 6;
  65
  66 #define LCG64(x, seed)  ((x) * 6906969069ULL ^ (seed))
  67
  68         state->s1 = __seed(LCG64((2^31) + (2^17) + (2^7), seed), 1);
  69         state->s2 = __seed(LCG64(state->s1, seed), 7);
  70         state->s3 = __seed(LCG64(state->s2, seed), 15);
  71         state->s4 = __seed(LCG64(state->s3, seed), 33);
  72         state->s5 = __seed(LCG64(state->s4, seed), 49);
  73
  74         while (cranks--)
  75                 __rand64(state);
  76 }
  77
  78 void init_rand(struct frand_state *state, bool use64)
  79 {
  80         state->use64 = use64;
  81
  82         if (!use64)
  83                 __init_rand32(&state->state32, 1);
  84         else
  85                 __init_rand64(&state->state64, 1);
  86 }
  87
  88 void init_rand_seed(struct frand_state *state, uint64_t seed, bool use64)
  89 {
  90         state->use64 = use64;
  91
  92         if (!use64)
  93                 __init_rand32(&state->state32, (unsigned int) seed);
  94         else
  95                 __init_rand64(&state->state64, seed);
  96 }
  97
  98 void __fill_random_buf(void *buf, unsigned int len, uint64_t seed)
  99 {
 100         void *ptr = buf;
 101
 102         while (len) {
 103                 int this_len;
 104
 105                 if (len >= sizeof(int64_t)) {
 106                         *((int64_t *) ptr) = seed;
 107                         this_len = sizeof(int64_t);
 108                 } else if (len >= sizeof(int32_t)) {
 109                         *((int32_t *) ptr) = seed;
 110                         this_len = sizeof(int32_t);
 111                 } else if (len >= sizeof(int16_t)) {
 112                         *((int16_t *) ptr) = seed;
 113                         this_len = sizeof(int16_t);
 114                 } else {
 115                         *((int8_t *) ptr) = seed;
 116                         this_len = sizeof(int8_t);
 117                 }
 118                 ptr += this_len;
 119                 len -= this_len;
 120                 seed *= GOLDEN_RATIO_PRIME;
 121                 seed >>= 3;
 122         }
 123 }
 124
 125 uint64_t fill_random_buf(struct frand_state *fs, void *buf,
 126                          unsigned int len)
 127 {
 128         uint64_t r = __get_next_seed(fs);
 129
 130         __fill_random_buf(buf, len, r);
 131         return r;
 132 }
 133
 134 void __fill_random_buf_percentage(uint64_t seed, void *buf,
 135                                   unsigned int percentage,
 136                                   unsigned int segment, unsigned int len,
 137                                   char *pattern, unsigned int pbytes)
 138 {
 139         unsigned int this_len;
 140
 141         if (percentage == 100) {
 142                 if (pbytes)
 143                         (void)cpy_pattern(pattern, pbytes, buf, len);
 144                 else
 145                         memset(buf, 0, len);
 146                 return;
 147         }
 148
 149         if (segment > len)
 150                 segment = len;
 151
 152         while (len) {
 153                 /*
 154                  * Fill random chunk
 155                  */
 156                 this_len = ((unsigned long long)segment * (100 - percentage)) / 100;
 157                 if (this_len > len)
 158                         this_len = len;
 159
 160                 __fill_random_buf(buf, this_len, seed);
 161
 162                 len -= this_len;
 163                 if (!len)
 164                         break;
 165                 buf += this_len;
 166                 this_len = segment - this_len;
 167
 168                 if (this_len > len)
 169                         this_len = len;
 170                 else if (len - this_len <= sizeof(long))
 171                         this_len = len;
 172
 173                 if (pbytes)
 174                         (void)cpy_pattern(pattern, pbytes, buf, this_len);
 175                 else
 176                         memset(buf, 0, this_len);
 177
 178                 len -= this_len;
 179                 buf += this_len;
 180         }
 181 }
 182
 183 uint64_t fill_random_buf_percentage(struct frand_state *fs, void *buf,
 184                                     unsigned int percentage,
 185                                     unsigned int segment, unsigned int len,
 186                                     char *pattern, unsigned int pbytes)
 187 {
 188         uint64_t r = __get_next_seed(fs);
 189
 190         __fill_random_buf_percentage(r, buf, percentage, segment, len,
 191                                         pattern, pbytes);
 192         return r;
 193 }