Merge branch 's3_crypto' of github.com:hualongfeng/fio
[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 "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_small(void *buf, unsigned int len, uint64_t seed)
99 {
100         uint64_t *b = buf;
101         uint64_t *e = b  + len / sizeof(*b);
102         unsigned int rest = len % sizeof(*b);
103
104         for (; b != e; ++b) {
105                 *b = seed;
106                 seed = __hash_u64(seed);
107         }
108
109         if (fio_unlikely(rest))
110                 __builtin_memcpy(e, &seed, rest);
111 }
112
113 void __fill_random_buf(void *buf, unsigned int len, uint64_t seed)
114 {
115         static uint64_t prime[] = {1, 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17,
116                                    19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47};
117         uint64_t *b, *e, s[CONFIG_SEED_BUCKETS];
118         unsigned int rest;
119         int p;
120
121         /*
122          * Calculate the max index which is multiples of the seed buckets.
123          */
124         rest = (len / sizeof(*b) / CONFIG_SEED_BUCKETS) * CONFIG_SEED_BUCKETS;
125
126         b = buf;
127         e = b + rest;
128
129         rest = len - (rest * sizeof(*b));
130
131         for (p = 0; p < CONFIG_SEED_BUCKETS; p++)
132                 s[p] = seed * prime[p];
133
134         for (; b != e; b += CONFIG_SEED_BUCKETS) {
135                 for (p = 0; p < CONFIG_SEED_BUCKETS; ++p) {
136                         b[p] = s[p];
137                         s[p] = __hash_u64(s[p]);
138                 }
139         }
140
141         __fill_random_buf_small(b, rest, s[0]);
142 }
143
144 uint64_t fill_random_buf(struct frand_state *fs, void *buf,
145                          unsigned int len)
146 {
147         uint64_t r = __get_next_seed(fs);
148
149         __fill_random_buf(buf, len, r);
150         return r;
151 }
152
153 void __fill_random_buf_percentage(uint64_t seed, void *buf,
154                                   unsigned int percentage,
155                                   unsigned int segment, unsigned int len,
156                                   char *pattern, unsigned int pbytes)
157 {
158         unsigned int this_len;
159
160         if (percentage == 100) {
161                 if (pbytes)
162                         (void)cpy_pattern(pattern, pbytes, buf, len);
163                 else
164                         memset(buf, 0, len);
165                 return;
166         }
167
168         if (segment > len)
169                 segment = len;
170
171         while (len) {
172                 /*
173                  * Fill random chunk
174                  */
175                 this_len = ((unsigned long long)segment * (100 - percentage)) / 100;
176                 if (this_len > len)
177                         this_len = len;
178
179                 __fill_random_buf(buf, this_len, seed);
180
181                 len -= this_len;
182                 if (!len)
183                         break;
184                 buf += this_len;
185                 this_len = segment - this_len;
186
187                 if (this_len > len)
188                         this_len = len;
189                 else if (len - this_len <= sizeof(long))
190                         this_len = len;
191
192                 if (pbytes)
193                         (void)cpy_pattern(pattern, pbytes, buf, this_len);
194                 else
195                         memset(buf, 0, this_len);
196
197                 len -= this_len;
198                 buf += this_len;
199         }
200 }
201
202 uint64_t fill_random_buf_percentage(struct frand_state *fs, void *buf,
203                                     unsigned int percentage,
204                                     unsigned int segment, unsigned int len,
205                                     char *pattern, unsigned int pbytes)
206 {
207         uint64_t r = __get_next_seed(fs);
208
209         __fill_random_buf_percentage(r, buf, percentage, segment, len,
210                                         pattern, pbytes);
211         return r;
212 }