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, bool 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, bool 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 }