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 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 static 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, int 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, unsigned int seed, int use64)
  89 {
  90         state->use64 = use64;
  91
  92         if (!use64)
  93                 __init_rand32(&state->state32, seed);
  94         else
  95                 __init_rand64(&state->state64, seed);
  96 }
  97
  98 void __fill_random_buf(void *buf, unsigned int len, unsigned long 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 unsigned long fill_random_buf(struct frand_state *fs, void *buf,
 126                               unsigned int len)
 127 {
 128         unsigned long r = __rand(fs);
 129
 130         if (sizeof(int) != sizeof(long *))
 131                 r *= (unsigned long) __rand(fs);
 132
 133         __fill_random_buf(buf, len, r);
 134         return r;
 135 }
 136
 137 void fill_pattern(void *p, unsigned int len, char *pattern,
 138                   unsigned int pattern_bytes)
 139 {
 140         switch (pattern_bytes) {
 141         case 0:
 142                 assert(0);
 143                 break;
 144         case 1:
 145                 memset(p, pattern[0], len);
 146                 break;
 147         default: {
 148                 unsigned int i = 0, size = 0;
 149                 unsigned char *b = p;
 150
 151                 while (i < len) {
 152                         size = pattern_bytes;
 153                         if (size > (len - i))
 154                                 size = len - i;
 155                         memcpy(b+i, pattern, size);
 156                         i += size;
 157                 }
 158                 break;
 159                 }
 160         }
 161 }
 162
 163 void __fill_random_buf_percentage(unsigned long seed, void *buf,
 164                                   unsigned int percentage,
 165                                   unsigned int segment, unsigned int len,
 166                                   char *pattern, unsigned int pbytes)
 167 {
 168         unsigned int this_len;
 169
 170         if (percentage == 100) {
 171                 if (pbytes)
 172                         fill_pattern(buf, len, pattern, pbytes);
 173                 else
 174                         memset(buf, 0, len);
 175                 return;
 176         }
 177
 178         if (segment > len)
 179                 segment = len;
 180
 181         while (len) {
 182                 /*
 183                  * Fill random chunk
 184                  */
 185                 this_len = (segment * (100 - percentage)) / 100;
 186                 if (this_len > len)
 187                         this_len = len;
 188
 189                 __fill_random_buf(buf, this_len, seed);
 190
 191                 len -= this_len;
 192                 if (!len)
 193                         break;
 194                 buf += this_len;
 195
 196                 if (this_len > len)
 197                         this_len = len;
 198                 else if (len - this_len <= sizeof(long))
 199                         this_len = len;
 200
 201                 if (pbytes)
 202                         fill_pattern(buf, this_len, pattern, pbytes);
 203                 else
 204                         memset(buf, 0, this_len);
 205
 206                 len -= this_len;
 207                 buf += this_len;
 208         }
 209 }
 210
 211 unsigned long fill_random_buf_percentage(struct frand_state *fs, void *buf,
 212                                          unsigned int percentage,
 213                                          unsigned int segment, unsigned int len,
 214                                          char *pattern, unsigned int pbytes)
 215 {
 216         unsigned long r = __rand(fs);
 217
 218         if (sizeof(int) != sizeof(long *))
 219                 r *= (unsigned long) __rand(fs);
 220
 221         __fill_random_buf_percentage(r, buf, percentage, segment, len,
 222                                         pattern, pbytes);
 223         return r;
 224 }