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