lib/zipf.c

   1 #include <math.h>
   2 #include <string.h>
   3 #include <inttypes.h>
   4 #include <stdio.h>
   5 #include <unistd.h>
   6 #include <sys/types.h>
   7 #include <fcntl.h>
   8 #include "ieee754.h"
   9 #include "../log.h"
  10 #include "zipf.h"
  11 #include "../minmax.h"
  12 #include "../os/os.h"
  13
  14 struct fio_zipf_disk {
  15         uint64_t ver_magic;
  16         uint64_t nranges;
  17         uint64_t zetan;
  18 };
  19
  20 #define FIO_ZIPF_DISK_MAGIC     0x7a697066
  21 #define FIO_ZIPF_DISK_VER       1
  22 #define FIO_ZIPF_MAGIC          ((FIO_ZIPF_DISK_MAGIC << 16) | FIO_ZIPF_DISK_VER)
  23
  24 static void write_zipf(struct zipf_state *zs)
  25 {
  26         struct fio_zipf_disk f;
  27         char tmp[80];
  28         int fd;
  29
  30         sprintf(tmp, "fio.zipf.%f.%llu", zs->theta, (unsigned long long) zs->nranges);
  31         fd = open(tmp, O_CREAT | O_WRONLY, 0644);
  32         if (fd == -1)
  33                 return;
  34
  35         f.ver_magic = __cpu_to_le64(FIO_ZIPF_MAGIC);
  36         f.nranges = __cpu_to_le64(zs->nranges);
  37         f.zetan = __cpu_to_le64(fio_double_to_uint64(zs->zetan));
  38         if (write(fd, &f, sizeof(f)) != sizeof(f))
  39                 unlink(tmp);
  40
  41         close(fd);
  42 }
  43
  44 static void zipf_update(struct zipf_state *zs)
  45 {
  46         unsigned int i;
  47
  48         log_info("fio: generating zetan for theta=%f, ranges=%lu\n", zs->theta, zs->nranges);
  49
  50         for (i = 0; i < zs->nranges; i++)
  51                 zs->zetan += pow(1.0 / (double) (i + 1), zs->theta);
  52
  53         write_zipf(zs);
  54 }
  55
  56 static void zipf_load_gen_zeta(struct zipf_state *zs)
  57 {
  58         struct fio_zipf_disk f;
  59         char tmp[80];
  60         int fd;
  61
  62         sprintf(tmp, "fio.zipf.%f.%llu", zs->theta, (unsigned long long) zs->nranges);
  63         fd = open(tmp, O_RDONLY);
  64         if (fd == -1) {
  65 punt:
  66                 zipf_update(zs);
  67                 return;
  68         }
  69
  70         if (read(fd, &f, sizeof(f)) != sizeof(f)) {
  71                 close(fd);
  72                 goto punt;
  73         }
  74
  75         close(fd);
  76
  77         f.ver_magic = le64_to_cpu(f.ver_magic);
  78         f.nranges = le64_to_cpu(f.nranges);
  79         f.zetan = le64_to_cpu(f.zetan);
  80
  81         if (f.ver_magic != FIO_ZIPF_MAGIC) {
  82                 unlink(tmp);
  83                 goto punt;
  84         }
  85
  86         zs->zetan = fio_uint64_to_double(f.zetan);
  87         zs->nranges = f.nranges;
  88 }
  89
  90 void zipf_init(struct zipf_state *zs, unsigned long nranges, double theta)
  91 {
  92         unsigned int i;
  93
  94         memset(zs, 0, sizeof(*zs));
  95
  96         zs->nranges = nranges;
  97         zs->theta = theta;
  98
  99         for (i = 1; i <= 2; i++)
 100                 zs->zeta2 += pow(1.0 / (double) i, zs->theta);
 101
 102         init_rand(&zs->rand);
 103
 104         zipf_load_gen_zeta(zs);
 105 }
 106
 107 unsigned long long zipf_next(struct zipf_state *zs)
 108 {
 109
 110         double alpha, eta, rand_uni, rand_z;
 111         unsigned long long n = zs->nranges;
 112         unsigned long long val;
 113
 114         alpha = 1.0 / (1.0 - zs->theta);
 115         eta = (1.0 - pow(2.0 / n, 1.0 - zs->theta)) / (1.0 - zs->zeta2 / zs->zetan);
 116
 117         rand_uni = (double) __rand(&zs->rand) / (double) FRAND_MAX;
 118         rand_z = rand_uni * zs->zetan;
 119
 120         if (rand_z < 1.0)
 121                 val = 1;
 122         else if (rand_z < (1.0 + pow(0.5, zs->theta)))
 123                 val = 2;
 124         else
 125                 val = 1 + (unsigned long long)(n * pow(eta*rand_uni - eta + 1.0, alpha));
 126
 127         return val - 1;
 128 }
 129
 130 void pareto_init(struct zipf_state *zs, unsigned long nranges, double h)
 131 {
 132         memset(zs, 0, sizeof(*zs));
 133
 134         zs->nranges = nranges;
 135         zs->pareto_pow = log(h) / log(1.0 - h);
 136
 137         init_rand(&zs->rand);
 138 }
 139
 140 unsigned long long pareto_next(struct zipf_state *zs)
 141 {
 142         double rand = (double) __rand(&zs->rand) / (double) FRAND_MAX;
 143         unsigned long long n = zs->nranges - 1;
 144
 145         return n * pow(rand, zs->pareto_pow);
 146 }