lib/rand.h

   1 #ifndef FIO_RAND_H
   2 #define FIO_RAND_H
   3
   4 #include <inttypes.h>
   5 #include <assert.h>
   6 #include "types.h"
   7
   8 #define FRAND32_MAX     (-1U)
   9 #define FRAND32_MAX_PLUS_ONE    (1.0 * (1ULL << 32))
  10 #define FRAND64_MAX     (-1ULL)
  11 #define FRAND64_MAX_PLUS_ONE    (1.0 * (1ULL << 32) * (1ULL << 32))
  12
  13 struct taus88_state {
  14         unsigned int s1, s2, s3;
  15 };
  16
  17 struct taus258_state {
  18         uint64_t s1, s2, s3, s4, s5;
  19 };
  20
  21 struct frand_state {
  22         unsigned int use64;
  23         union {
  24                 struct taus88_state state32;
  25                 struct taus258_state state64;
  26         };
  27 };
  28
  29 static inline uint64_t rand_max(struct frand_state *state)
  30 {
  31         if (state->use64)
  32                 return FRAND64_MAX;
  33         else
  34                 return FRAND32_MAX;
  35 }
  36
  37 static inline void __frand32_copy(struct taus88_state *dst,
  38                                   struct taus88_state *src)
  39 {
  40         dst->s1 = src->s1;
  41         dst->s2 = src->s2;
  42         dst->s3 = src->s3;
  43 }
  44
  45 static inline void __frand64_copy(struct taus258_state *dst,
  46                                   struct taus258_state *src)
  47 {
  48         dst->s1 = src->s1;
  49         dst->s2 = src->s2;
  50         dst->s3 = src->s3;
  51         dst->s4 = src->s4;
  52         dst->s5 = src->s5;
  53 }
  54
  55 static inline void frand_copy(struct frand_state *dst, struct frand_state *src)
  56 {
  57         if (src->use64)
  58                 __frand64_copy(&dst->state64, &src->state64);
  59         else
  60                 __frand32_copy(&dst->state32, &src->state32);
  61
  62         dst->use64 = src->use64;
  63 }
  64
  65 static inline unsigned int __rand32(struct taus88_state *state)
  66 {
  67 #define TAUSWORTHE(s,a,b,c,d) ((s&c)<<d) ^ (((s <<a) ^ s)>>b)
  68
  69         state->s1 = TAUSWORTHE(state->s1, 13, 19, 4294967294UL, 12);
  70         state->s2 = TAUSWORTHE(state->s2, 2, 25, 4294967288UL, 4);
  71         state->s3 = TAUSWORTHE(state->s3, 3, 11, 4294967280UL, 17);
  72
  73         return (state->s1 ^ state->s2 ^ state->s3);
  74 }
  75
  76 static inline uint64_t __rand64(struct taus258_state *state)
  77 {
  78         uint64_t xval;
  79
  80         xval = ((state->s1 <<  1) ^ state->s1) >> 53;
  81         state->s1 = ((state->s1 & 18446744073709551614ULL) << 10) ^ xval;
  82
  83         xval = ((state->s2 << 24) ^ state->s2) >> 50;
  84         state->s2 = ((state->s2 & 18446744073709551104ULL) <<  5) ^ xval;
  85
  86         xval = ((state->s3 <<  3) ^ state->s3) >> 23;
  87         state->s3 = ((state->s3 & 18446744073709547520ULL) << 29) ^ xval;
  88
  89         xval = ((state->s4 <<  5) ^ state->s4) >> 24;
  90         state->s4 = ((state->s4 & 18446744073709420544ULL) << 23) ^ xval;
  91
  92         xval = ((state->s5 <<  3) ^ state->s5) >> 33;
  93         state->s5 = ((state->s5 & 18446744073701163008ULL) <<  8) ^ xval;
  94
  95         return (state->s1 ^ state->s2 ^ state->s3 ^ state->s4 ^ state->s5);
  96 }
  97
  98 static inline uint64_t __rand(struct frand_state *state)
  99 {
 100         if (state->use64)
 101                 return __rand64(&state->state64);
 102         else
 103                 return __rand32(&state->state32);
 104 }
 105
 106 static inline double __rand_0_1(struct frand_state *state)
 107 {
 108         if (state->use64) {
 109                 uint64_t val = __rand64(&state->state64);
 110
 111                 return (val + 1.0) / FRAND64_MAX_PLUS_ONE;
 112         } else {
 113                 uint32_t val = __rand32(&state->state32);
 114
 115                 return (val + 1.0) / FRAND32_MAX_PLUS_ONE;
 116         }
 117 }
 118
 119 static inline uint32_t rand32_upto(struct frand_state *state, uint32_t end)
 120 {
 121         uint32_t r;
 122
 123         assert(!state->use64);
 124
 125         r = __rand32(&state->state32);
 126         end++;
 127         return (int) ((double)end * (r / FRAND32_MAX_PLUS_ONE));
 128 }
 129
 130 static inline uint64_t rand64_upto(struct frand_state *state, uint64_t end)
 131 {
 132         uint64_t r;
 133
 134         assert(state->use64);
 135
 136         r = __rand64(&state->state64);
 137         end++;
 138         return (uint64_t) ((double)end * (r / FRAND64_MAX_PLUS_ONE));
 139 }
 140
 141 /*
 142  * Generate a random value between 'start' and 'end', both inclusive
 143  */
 144 static inline uint64_t rand_between(struct frand_state *state, uint64_t start,
 145                                     uint64_t end)
 146 {
 147         if (state->use64)
 148                 return start + rand64_upto(state, end - start);
 149         else
 150                 return start + rand32_upto(state, end - start);
 151 }
 152
 153 extern void init_rand(struct frand_state *, bool);
 154 extern void init_rand_seed(struct frand_state *, uint64_t seed, bool);
 155 extern void __fill_random_buf(void *buf, unsigned int len, uint64_t seed);
 156 extern uint64_t fill_random_buf(struct frand_state *, void *buf, unsigned int len);
 157 extern void __fill_random_buf_percentage(uint64_t, void *, unsigned int, unsigned int, unsigned int, char *, unsigned int);
 158 extern uint64_t fill_random_buf_percentage(struct frand_state *, void *, unsigned int, unsigned int, unsigned int, char *, unsigned int);
 159
 160 #endif