PM: hibernate: make direct map manipulations more explicit
[linux-2.6-microblaze.git] / kernel / power / snapshot.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * linux/kernel/power/snapshot.c
4  *
5  * This file provides system snapshot/restore functionality for swsusp.
6  *
7  * Copyright (C) 1998-2005 Pavel Machek <pavel@ucw.cz>
8  * Copyright (C) 2006 Rafael J. Wysocki <rjw@sisk.pl>
9  */
10
11 #define pr_fmt(fmt) "PM: hibernation: " fmt
12
13 #include <linux/version.h>
14 #include <linux/module.h>
15 #include <linux/mm.h>
16 #include <linux/suspend.h>
17 #include <linux/delay.h>
18 #include <linux/bitops.h>
19 #include <linux/spinlock.h>
20 #include <linux/kernel.h>
21 #include <linux/pm.h>
22 #include <linux/device.h>
23 #include <linux/init.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/nmi.h>
26 #include <linux/syscalls.h>
27 #include <linux/console.h>
28 #include <linux/highmem.h>
29 #include <linux/list.h>
30 #include <linux/slab.h>
31 #include <linux/compiler.h>
32 #include <linux/ktime.h>
33 #include <linux/set_memory.h>
34
35 #include <linux/uaccess.h>
36 #include <asm/mmu_context.h>
37 #include <asm/tlbflush.h>
38 #include <asm/io.h>
39
40 #include "power.h"
41
42 #if defined(CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX) && defined(CONFIG_ARCH_HAS_SET_MEMORY)
43 static bool hibernate_restore_protection;
44 static bool hibernate_restore_protection_active;
45
46 void enable_restore_image_protection(void)
47 {
48         hibernate_restore_protection = true;
49 }
50
51 static inline void hibernate_restore_protection_begin(void)
52 {
53         hibernate_restore_protection_active = hibernate_restore_protection;
54 }
55
56 static inline void hibernate_restore_protection_end(void)
57 {
58         hibernate_restore_protection_active = false;
59 }
60
61 static inline void hibernate_restore_protect_page(void *page_address)
62 {
63         if (hibernate_restore_protection_active)
64                 set_memory_ro((unsigned long)page_address, 1);
65 }
66
67 static inline void hibernate_restore_unprotect_page(void *page_address)
68 {
69         if (hibernate_restore_protection_active)
70                 set_memory_rw((unsigned long)page_address, 1);
71 }
72 #else
73 static inline void hibernate_restore_protection_begin(void) {}
74 static inline void hibernate_restore_protection_end(void) {}
75 static inline void hibernate_restore_protect_page(void *page_address) {}
76 static inline void hibernate_restore_unprotect_page(void *page_address) {}
77 #endif /* CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX  && CONFIG_ARCH_HAS_SET_MEMORY */
78
79
80 /*
81  * The calls to set_direct_map_*() should not fail because remapping a page
82  * here means that we only update protection bits in an existing PTE.
83  * It is still worth to have a warning here if something changes and this
84  * will no longer be the case.
85  */
86 static inline void hibernate_map_page(struct page *page)
87 {
88         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_HAS_SET_DIRECT_MAP)) {
89                 int ret = set_direct_map_default_noflush(page);
90
91                 if (ret)
92                         pr_warn_once("Failed to remap page\n");
93         } else {
94                 debug_pagealloc_map_pages(page, 1);
95         }
96 }
97
98 static inline void hibernate_unmap_page(struct page *page)
99 {
100         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_HAS_SET_DIRECT_MAP)) {
101                 unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
102                 int ret  = set_direct_map_invalid_noflush(page);
103
104                 if (ret)
105                         pr_warn_once("Failed to remap page\n");
106
107                 flush_tlb_kernel_range(addr, addr + PAGE_SIZE);
108         } else {
109                 debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1);
110         }
111 }
112
113 static int swsusp_page_is_free(struct page *);
114 static void swsusp_set_page_forbidden(struct page *);
115 static void swsusp_unset_page_forbidden(struct page *);
116
117 /*
118  * Number of bytes to reserve for memory allocations made by device drivers
119  * from their ->freeze() and ->freeze_noirq() callbacks so that they don't
120  * cause image creation to fail (tunable via /sys/power/reserved_size).
121  */
122 unsigned long reserved_size;
123
124 void __init hibernate_reserved_size_init(void)
125 {
126         reserved_size = SPARE_PAGES * PAGE_SIZE;
127 }
128
129 /*
130  * Preferred image size in bytes (tunable via /sys/power/image_size).
131  * When it is set to N, swsusp will do its best to ensure the image
132  * size will not exceed N bytes, but if that is impossible, it will
133  * try to create the smallest image possible.
134  */
135 unsigned long image_size;
136
137 void __init hibernate_image_size_init(void)
138 {
139         image_size = ((totalram_pages() * 2) / 5) * PAGE_SIZE;
140 }
141
142 /*
143  * List of PBEs needed for restoring the pages that were allocated before
144  * the suspend and included in the suspend image, but have also been
145  * allocated by the "resume" kernel, so their contents cannot be written
146  * directly to their "original" page frames.
147  */
148 struct pbe *restore_pblist;
149
150 /* struct linked_page is used to build chains of pages */
151
152 #define LINKED_PAGE_DATA_SIZE   (PAGE_SIZE - sizeof(void *))
153
154 struct linked_page {
155         struct linked_page *next;
156         char data[LINKED_PAGE_DATA_SIZE];
157 } __packed;
158
159 /*
160  * List of "safe" pages (ie. pages that were not used by the image kernel
161  * before hibernation) that may be used as temporary storage for image kernel
162  * memory contents.
163  */
164 static struct linked_page *safe_pages_list;
165
166 /* Pointer to an auxiliary buffer (1 page) */
167 static void *buffer;
168
169 #define PG_ANY          0
170 #define PG_SAFE         1
171 #define PG_UNSAFE_CLEAR 1
172 #define PG_UNSAFE_KEEP  0
173
174 static unsigned int allocated_unsafe_pages;
175
176 /**
177  * get_image_page - Allocate a page for a hibernation image.
178  * @gfp_mask: GFP mask for the allocation.
179  * @safe_needed: Get pages that were not used before hibernation (restore only)
180  *
181  * During image restoration, for storing the PBE list and the image data, we can
182  * only use memory pages that do not conflict with the pages used before
183  * hibernation.  The "unsafe" pages have PageNosaveFree set and we count them
184  * using allocated_unsafe_pages.
185  *
186  * Each allocated image page is marked as PageNosave and PageNosaveFree so that
187  * swsusp_free() can release it.
188  */
189 static void *get_image_page(gfp_t gfp_mask, int safe_needed)
190 {
191         void *res;
192
193         res = (void *)get_zeroed_page(gfp_mask);
194         if (safe_needed)
195                 while (res && swsusp_page_is_free(virt_to_page(res))) {
196                         /* The page is unsafe, mark it for swsusp_free() */
197                         swsusp_set_page_forbidden(virt_to_page(res));
198                         allocated_unsafe_pages++;
199                         res = (void *)get_zeroed_page(gfp_mask);
200                 }
201         if (res) {
202                 swsusp_set_page_forbidden(virt_to_page(res));
203                 swsusp_set_page_free(virt_to_page(res));
204         }
205         return res;
206 }
207
208 static void *__get_safe_page(gfp_t gfp_mask)
209 {
210         if (safe_pages_list) {
211                 void *ret = safe_pages_list;
212
213                 safe_pages_list = safe_pages_list->next;
214                 memset(ret, 0, PAGE_SIZE);
215                 return ret;
216         }
217         return get_image_page(gfp_mask, PG_SAFE);
218 }
219
220 unsigned long get_safe_page(gfp_t gfp_mask)
221 {
222         return (unsigned long)__get_safe_page(gfp_mask);
223 }
224
225 static struct page *alloc_image_page(gfp_t gfp_mask)
226 {
227         struct page *page;
228
229         page = alloc_page(gfp_mask);
230         if (page) {
231                 swsusp_set_page_forbidden(page);
232                 swsusp_set_page_free(page);
233         }
234         return page;
235 }
236
237 static void recycle_safe_page(void *page_address)
238 {
239         struct linked_page *lp = page_address;
240
241         lp->next = safe_pages_list;
242         safe_pages_list = lp;
243 }
244
245 /**
246  * free_image_page - Free a page allocated for hibernation image.
247  * @addr: Address of the page to free.
248  * @clear_nosave_free: If set, clear the PageNosaveFree bit for the page.
249  *
250  * The page to free should have been allocated by get_image_page() (page flags
251  * set by it are affected).
252  */
253 static inline void free_image_page(void *addr, int clear_nosave_free)
254 {
255         struct page *page;
256
257         BUG_ON(!virt_addr_valid(addr));
258
259         page = virt_to_page(addr);
260
261         swsusp_unset_page_forbidden(page);
262         if (clear_nosave_free)
263                 swsusp_unset_page_free(page);
264
265         __free_page(page);
266 }
267
268 static inline void free_list_of_pages(struct linked_page *list,
269                                       int clear_page_nosave)
270 {
271         while (list) {
272                 struct linked_page *lp = list->next;
273
274                 free_image_page(list, clear_page_nosave);
275                 list = lp;
276         }
277 }
278
279 /*
280  * struct chain_allocator is used for allocating small objects out of
281  * a linked list of pages called 'the chain'.
282  *
283  * The chain grows each time when there is no room for a new object in
284  * the current page.  The allocated objects cannot be freed individually.
285  * It is only possible to free them all at once, by freeing the entire
286  * chain.
287  *
288  * NOTE: The chain allocator may be inefficient if the allocated objects
289  * are not much smaller than PAGE_SIZE.
290  */
291 struct chain_allocator {
292         struct linked_page *chain;      /* the chain */
293         unsigned int used_space;        /* total size of objects allocated out
294                                            of the current page */
295         gfp_t gfp_mask;         /* mask for allocating pages */
296         int safe_needed;        /* if set, only "safe" pages are allocated */
297 };
298
299 static void chain_init(struct chain_allocator *ca, gfp_t gfp_mask,
300                        int safe_needed)
301 {
302         ca->chain = NULL;
303         ca->used_space = LINKED_PAGE_DATA_SIZE;
304         ca->gfp_mask = gfp_mask;
305         ca->safe_needed = safe_needed;
306 }
307
308 static void *chain_alloc(struct chain_allocator *ca, unsigned int size)
309 {
310         void *ret;
311
312         if (LINKED_PAGE_DATA_SIZE - ca->used_space < size) {
313                 struct linked_page *lp;
314
315                 lp = ca->safe_needed ? __get_safe_page(ca->gfp_mask) :
316                                         get_image_page(ca->gfp_mask, PG_ANY);
317                 if (!lp)
318                         return NULL;
319
320                 lp->next = ca->chain;
321                 ca->chain = lp;
322                 ca->used_space = 0;
323         }
324         ret = ca->chain->data + ca->used_space;
325         ca->used_space += size;
326         return ret;
327 }
328
329 /**
330  * Data types related to memory bitmaps.
331  *
332  * Memory bitmap is a structure consiting of many linked lists of
333  * objects.  The main list's elements are of type struct zone_bitmap
334  * and each of them corresonds to one zone.  For each zone bitmap
335  * object there is a list of objects of type struct bm_block that
336  * represent each blocks of bitmap in which information is stored.
337  *
338  * struct memory_bitmap contains a pointer to the main list of zone
339  * bitmap objects, a struct bm_position used for browsing the bitmap,
340  * and a pointer to the list of pages used for allocating all of the
341  * zone bitmap objects and bitmap block objects.
342  *
343  * NOTE: It has to be possible to lay out the bitmap in memory
344  * using only allocations of order 0.  Additionally, the bitmap is
345  * designed to work with arbitrary number of zones (this is over the
346  * top for now, but let's avoid making unnecessary assumptions ;-).
347  *
348  * struct zone_bitmap contains a pointer to a list of bitmap block
349  * objects and a pointer to the bitmap block object that has been
350  * most recently used for setting bits.  Additionally, it contains the
351  * PFNs that correspond to the start and end of the represented zone.
352  *
353  * struct bm_block contains a pointer to the memory page in which
354  * information is stored (in the form of a block of bitmap)
355  * It also contains the pfns that correspond to the start and end of
356  * the represented memory area.
357  *
358  * The memory bitmap is organized as a radix tree to guarantee fast random
359  * access to the bits. There is one radix tree for each zone (as returned
360  * from create_mem_extents).
361  *
362  * One radix tree is represented by one struct mem_zone_bm_rtree. There are
363  * two linked lists for the nodes of the tree, one for the inner nodes and
364  * one for the leave nodes. The linked leave nodes are used for fast linear
365  * access of the memory bitmap.
366  *
367  * The struct rtree_node represents one node of the radix tree.
368  */
369
370 #define BM_END_OF_MAP   (~0UL)
371
372 #define BM_BITS_PER_BLOCK       (PAGE_SIZE * BITS_PER_BYTE)
373 #define BM_BLOCK_SHIFT          (PAGE_SHIFT + 3)
374 #define BM_BLOCK_MASK           ((1UL << BM_BLOCK_SHIFT) - 1)
375
376 /*
377  * struct rtree_node is a wrapper struct to link the nodes
378  * of the rtree together for easy linear iteration over
379  * bits and easy freeing
380  */
381 struct rtree_node {
382         struct list_head list;
383         unsigned long *data;
384 };
385
386 /*
387  * struct mem_zone_bm_rtree represents a bitmap used for one
388  * populated memory zone.
389  */
390 struct mem_zone_bm_rtree {
391         struct list_head list;          /* Link Zones together         */
392         struct list_head nodes;         /* Radix Tree inner nodes      */
393         struct list_head leaves;        /* Radix Tree leaves           */
394         unsigned long start_pfn;        /* Zone start page frame       */
395         unsigned long end_pfn;          /* Zone end page frame + 1     */
396         struct rtree_node *rtree;       /* Radix Tree Root             */
397         int levels;                     /* Number of Radix Tree Levels */
398         unsigned int blocks;            /* Number of Bitmap Blocks     */
399 };
400
401 /* strcut bm_position is used for browsing memory bitmaps */
402
403 struct bm_position {
404         struct mem_zone_bm_rtree *zone;
405         struct rtree_node *node;
406         unsigned long node_pfn;
407         int node_bit;
408 };
409
410 struct memory_bitmap {
411         struct list_head zones;
412         struct linked_page *p_list;     /* list of pages used to store zone
413                                            bitmap objects and bitmap block
414                                            objects */
415         struct bm_position cur; /* most recently used bit position */
416 };
417
418 /* Functions that operate on memory bitmaps */
419
420 #define BM_ENTRIES_PER_LEVEL    (PAGE_SIZE / sizeof(unsigned long))
421 #if BITS_PER_LONG == 32
422 #define BM_RTREE_LEVEL_SHIFT    (PAGE_SHIFT - 2)
423 #else
424 #define BM_RTREE_LEVEL_SHIFT    (PAGE_SHIFT - 3)
425 #endif
426 #define BM_RTREE_LEVEL_MASK     ((1UL << BM_RTREE_LEVEL_SHIFT) - 1)
427
428 /**
429  * alloc_rtree_node - Allocate a new node and add it to the radix tree.
430  *
431  * This function is used to allocate inner nodes as well as the
432  * leave nodes of the radix tree. It also adds the node to the
433  * corresponding linked list passed in by the *list parameter.
434  */
435 static struct rtree_node *alloc_rtree_node(gfp_t gfp_mask, int safe_needed,
436                                            struct chain_allocator *ca,
437                                            struct list_head *list)
438 {
439         struct rtree_node *node;
440
441         node = chain_alloc(ca, sizeof(struct rtree_node));
442         if (!node)
443                 return NULL;
444
445         node->data = get_image_page(gfp_mask, safe_needed);
446         if (!node->data)
447                 return NULL;
448
449         list_add_tail(&node->list, list);
450
451         return node;
452 }
453
454 /**
455  * add_rtree_block - Add a new leave node to the radix tree.
456  *
457  * The leave nodes need to be allocated in order to keep the leaves
458  * linked list in order. This is guaranteed by the zone->blocks
459  * counter.
460  */
461 static int add_rtree_block(struct mem_zone_bm_rtree *zone, gfp_t gfp_mask,
462                            int safe_needed, struct chain_allocator *ca)
463 {
464         struct rtree_node *node, *block, **dst;
465         unsigned int levels_needed, block_nr;
466         int i;
467
468         block_nr = zone->blocks;
469         levels_needed = 0;
470
471         /* How many levels do we need for this block nr? */
472         while (block_nr) {
473                 levels_needed += 1;
474                 block_nr >>= BM_RTREE_LEVEL_SHIFT;
475         }
476
477         /* Make sure the rtree has enough levels */
478         for (i = zone->levels; i < levels_needed; i++) {
479                 node = alloc_rtree_node(gfp_mask, safe_needed, ca,
480                                         &zone->nodes);
481                 if (!node)
482                         return -ENOMEM;
483
484                 node->data[0] = (unsigned long)zone->rtree;
485                 zone->rtree = node;
486                 zone->levels += 1;
487         }
488
489         /* Allocate new block */
490         block = alloc_rtree_node(gfp_mask, safe_needed, ca, &zone->leaves);
491         if (!block)
492                 return -ENOMEM;
493
494         /* Now walk the rtree to insert the block */
495         node = zone->rtree;
496         dst = &zone->rtree;
497         block_nr = zone->blocks;
498         for (i = zone->levels; i > 0; i--) {
499                 int index;
500
501                 if (!node) {
502                         node = alloc_rtree_node(gfp_mask, safe_needed, ca,
503                                                 &zone->nodes);
504                         if (!node)
505                                 return -ENOMEM;
506                         *dst = node;
507                 }
508
509                 index = block_nr >> ((i - 1) * BM_RTREE_LEVEL_SHIFT);
510                 index &= BM_RTREE_LEVEL_MASK;
511                 dst = (struct rtree_node **)&((*dst)->data[index]);
512                 node = *dst;
513         }
514
515         zone->blocks += 1;
516         *dst = block;
517
518         return 0;
519 }
520
521 static void free_zone_bm_rtree(struct mem_zone_bm_rtree *zone,
522                                int clear_nosave_free);
523
524 /**
525  * create_zone_bm_rtree - Create a radix tree for one zone.
526  *
527  * Allocated the mem_zone_bm_rtree structure and initializes it.
528  * This function also allocated and builds the radix tree for the
529  * zone.
530  */
531 static struct mem_zone_bm_rtree *create_zone_bm_rtree(gfp_t gfp_mask,
532                                                       int safe_needed,
533                                                       struct chain_allocator *ca,
534                                                       unsigned long start,
535                                                       unsigned long end)
536 {
537         struct mem_zone_bm_rtree *zone;
538         unsigned int i, nr_blocks;
539         unsigned long pages;
540
541         pages = end - start;
542         zone  = chain_alloc(ca, sizeof(struct mem_zone_bm_rtree));
543         if (!zone)
544                 return NULL;
545
546         INIT_LIST_HEAD(&zone->nodes);
547         INIT_LIST_HEAD(&zone->leaves);
548         zone->start_pfn = start;
549         zone->end_pfn = end;
550         nr_blocks = DIV_ROUND_UP(pages, BM_BITS_PER_BLOCK);
551
552         for (i = 0; i < nr_blocks; i++) {
553                 if (add_rtree_block(zone, gfp_mask, safe_needed, ca)) {
554                         free_zone_bm_rtree(zone, PG_UNSAFE_CLEAR);
555                         return NULL;
556                 }
557         }
558
559         return zone;
560 }
561
562 /**
563  * free_zone_bm_rtree - Free the memory of the radix tree.
564  *
565  * Free all node pages of the radix tree. The mem_zone_bm_rtree
566  * structure itself is not freed here nor are the rtree_node
567  * structs.
568  */
569 static void free_zone_bm_rtree(struct mem_zone_bm_rtree *zone,
570                                int clear_nosave_free)
571 {
572         struct rtree_node *node;
573
574         list_for_each_entry(node, &zone->nodes, list)
575                 free_image_page(node->data, clear_nosave_free);
576
577         list_for_each_entry(node, &zone->leaves, list)
578                 free_image_page(node->data, clear_nosave_free);
579 }
580
581 static void memory_bm_position_reset(struct memory_bitmap *bm)
582 {
583         bm->cur.zone = list_entry(bm->zones.next, struct mem_zone_bm_rtree,
584                                   list);
585         bm->cur.node = list_entry(bm->cur.zone->leaves.next,
586                                   struct rtree_node, list);
587         bm->cur.node_pfn = 0;
588         bm->cur.node_bit = 0;
589 }
590
591 static void memory_bm_free(struct memory_bitmap *bm, int clear_nosave_free);
592
593 struct mem_extent {
594         struct list_head hook;
595         unsigned long start;
596         unsigned long end;
597 };
598
599 /**
600  * free_mem_extents - Free a list of memory extents.
601  * @list: List of extents to free.
602  */
603 static void free_mem_extents(struct list_head *list)
604 {
605         struct mem_extent *ext, *aux;
606
607         list_for_each_entry_safe(ext, aux, list, hook) {
608                 list_del(&ext->hook);
609                 kfree(ext);
610         }
611 }
612
613 /**
614  * create_mem_extents - Create a list of memory extents.
615  * @list: List to put the extents into.
616  * @gfp_mask: Mask to use for memory allocations.
617  *
618  * The extents represent contiguous ranges of PFNs.
619  */
620 static int create_mem_extents(struct list_head *list, gfp_t gfp_mask)
621 {
622         struct zone *zone;
623
624         INIT_LIST_HEAD(list);
625
626         for_each_populated_zone(zone) {
627                 unsigned long zone_start, zone_end;
628                 struct mem_extent *ext, *cur, *aux;
629
630                 zone_start = zone->zone_start_pfn;
631                 zone_end = zone_end_pfn(zone);
632
633                 list_for_each_entry(ext, list, hook)
634                         if (zone_start <= ext->end)
635                                 break;
636
637                 if (&ext->hook == list || zone_end < ext->start) {
638                         /* New extent is necessary */
639                         struct mem_extent *new_ext;
640
641                         new_ext = kzalloc(sizeof(struct mem_extent), gfp_mask);
642                         if (!new_ext) {
643                                 free_mem_extents(list);
644                                 return -ENOMEM;
645                         }
646                         new_ext->start = zone_start;
647                         new_ext->end = zone_end;
648                         list_add_tail(&new_ext->hook, &ext->hook);
649                         continue;
650                 }
651
652                 /* Merge this zone's range of PFNs with the existing one */
653                 if (zone_start < ext->start)
654                         ext->start = zone_start;
655                 if (zone_end > ext->end)
656                         ext->end = zone_end;
657
658                 /* More merging may be possible */
659                 cur = ext;
660                 list_for_each_entry_safe_continue(cur, aux, list, hook) {
661                         if (zone_end < cur->start)
662                                 break;
663                         if (zone_end < cur->end)
664                                 ext->end = cur->end;
665                         list_del(&cur->hook);
666                         kfree(cur);
667                 }
668         }
669
670         return 0;
671 }
672
673 /**
674  * memory_bm_create - Allocate memory for a memory bitmap.
675  */
676 static int memory_bm_create(struct memory_bitmap *bm, gfp_t gfp_mask,
677                             int safe_needed)
678 {
679         struct chain_allocator ca;
680         struct list_head mem_extents;
681         struct mem_extent *ext;
682         int error;
683
684         chain_init(&ca, gfp_mask, safe_needed);
685         INIT_LIST_HEAD(&bm->zones);
686
687         error = create_mem_extents(&mem_extents, gfp_mask);
688         if (error)
689                 return error;
690
691         list_for_each_entry(ext, &mem_extents, hook) {
692                 struct mem_zone_bm_rtree *zone;
693
694                 zone = create_zone_bm_rtree(gfp_mask, safe_needed, &ca,
695                                             ext->start, ext->end);
696                 if (!zone) {
697                         error = -ENOMEM;
698                         goto Error;
699                 }
700                 list_add_tail(&zone->list, &bm->zones);
701         }
702
703         bm->p_list = ca.chain;
704         memory_bm_position_reset(bm);
705  Exit:
706         free_mem_extents(&mem_extents);
707         return error;
708
709  Error:
710         bm->p_list = ca.chain;
711         memory_bm_free(bm, PG_UNSAFE_CLEAR);
712         goto Exit;
713 }
714
715 /**
716  * memory_bm_free - Free memory occupied by the memory bitmap.
717  * @bm: Memory bitmap.
718  */
719 static void memory_bm_free(struct memory_bitmap *bm, int clear_nosave_free)
720 {
721         struct mem_zone_bm_rtree *zone;
722
723         list_for_each_entry(zone, &bm->zones, list)
724                 free_zone_bm_rtree(zone, clear_nosave_free);
725
726         free_list_of_pages(bm->p_list, clear_nosave_free);
727
728         INIT_LIST_HEAD(&bm->zones);
729 }
730
731 /**
732  * memory_bm_find_bit - Find the bit for a given PFN in a memory bitmap.
733  *
734  * Find the bit in memory bitmap @bm that corresponds to the given PFN.
735  * The cur.zone, cur.block and cur.node_pfn members of @bm are updated.
736  *
737  * Walk the radix tree to find the page containing the bit that represents @pfn
738  * and return the position of the bit in @addr and @bit_nr.
739  */
740 static int memory_bm_find_bit(struct memory_bitmap *bm, unsigned long pfn,
741                               void **addr, unsigned int *bit_nr)
742 {
743         struct mem_zone_bm_rtree *curr, *zone;
744         struct rtree_node *node;
745         int i, block_nr;
746
747         zone = bm->cur.zone;
748
749         if (pfn >= zone->start_pfn && pfn < zone->end_pfn)
750                 goto zone_found;
751
752         zone = NULL;
753
754         /* Find the right zone */
755         list_for_each_entry(curr, &bm->zones, list) {
756                 if (pfn >= curr->start_pfn && pfn < curr->end_pfn) {
757                         zone = curr;
758                         break;
759                 }
760         }
761
762         if (!zone)
763                 return -EFAULT;
764
765 zone_found:
766         /*
767          * We have found the zone. Now walk the radix tree to find the leaf node
768          * for our PFN.
769          */
770
771         /*
772          * If the zone we wish to scan is the current zone and the
773          * pfn falls into the current node then we do not need to walk
774          * the tree.
775          */
776         node = bm->cur.node;
777         if (zone == bm->cur.zone &&
778             ((pfn - zone->start_pfn) & ~BM_BLOCK_MASK) == bm->cur.node_pfn)
779                 goto node_found;
780
781         node      = zone->rtree;
782         block_nr  = (pfn - zone->start_pfn) >> BM_BLOCK_SHIFT;
783
784         for (i = zone->levels; i > 0; i--) {
785                 int index;
786
787                 index = block_nr >> ((i - 1) * BM_RTREE_LEVEL_SHIFT);
788                 index &= BM_RTREE_LEVEL_MASK;
789                 BUG_ON(node->data[index] == 0);
790                 node = (struct rtree_node *)node->data[index];
791         }
792
793 node_found:
794         /* Update last position */
795         bm->cur.zone = zone;
796         bm->cur.node = node;
797         bm->cur.node_pfn = (pfn - zone->start_pfn) & ~BM_BLOCK_MASK;
798
799         /* Set return values */
800         *addr = node->data;
801         *bit_nr = (pfn - zone->start_pfn) & BM_BLOCK_MASK;
802
803         return 0;
804 }
805
806 static void memory_bm_set_bit(struct memory_bitmap *bm, unsigned long pfn)
807 {
808         void *addr;
809         unsigned int bit;
810         int error;
811
812         error = memory_bm_find_bit(bm, pfn, &addr, &bit);
813         BUG_ON(error);
814         set_bit(bit, addr);
815 }
816
817 static int mem_bm_set_bit_check(struct memory_bitmap *bm, unsigned long pfn)
818 {
819         void *addr;
820         unsigned int bit;
821         int error;
822
823         error = memory_bm_find_bit(bm, pfn, &addr, &bit);
824         if (!error)
825                 set_bit(bit, addr);
826
827         return error;
828 }
829
830 static void memory_bm_clear_bit(struct memory_bitmap *bm, unsigned long pfn)
831 {
832         void *addr;
833         unsigned int bit;
834         int error;
835
836         error = memory_bm_find_bit(bm, pfn, &addr, &bit);
837         BUG_ON(error);
838         clear_bit(bit, addr);
839 }
840
841 static void memory_bm_clear_current(struct memory_bitmap *bm)
842 {
843         int bit;
844
845         bit = max(bm->cur.node_bit - 1, 0);
846         clear_bit(bit, bm->cur.node->data);
847 }
848
849 static int memory_bm_test_bit(struct memory_bitmap *bm, unsigned long pfn)
850 {
851         void *addr;
852         unsigned int bit;
853         int error;
854
855         error = memory_bm_find_bit(bm, pfn, &addr, &bit);
856         BUG_ON(error);
857         return test_bit(bit, addr);
858 }
859
860 static bool memory_bm_pfn_present(struct memory_bitmap *bm, unsigned long pfn)
861 {
862         void *addr;
863         unsigned int bit;
864
865         return !memory_bm_find_bit(bm, pfn, &addr, &bit);
866 }
867
868 /*
869  * rtree_next_node - Jump to the next leaf node.
870  *
871  * Set the position to the beginning of the next node in the
872  * memory bitmap. This is either the next node in the current
873  * zone's radix tree or the first node in the radix tree of the
874  * next zone.
875  *
876  * Return true if there is a next node, false otherwise.
877  */
878 static bool rtree_next_node(struct memory_bitmap *bm)
879 {
880         if (!list_is_last(&bm->cur.node->list, &bm->cur.zone->leaves)) {
881                 bm->cur.node = list_entry(bm->cur.node->list.next,
882                                           struct rtree_node, list);
883                 bm->cur.node_pfn += BM_BITS_PER_BLOCK;
884                 bm->cur.node_bit  = 0;
885                 touch_softlockup_watchdog();
886                 return true;
887         }
888
889         /* No more nodes, goto next zone */
890         if (!list_is_last(&bm->cur.zone->list, &bm->zones)) {
891                 bm->cur.zone = list_entry(bm->cur.zone->list.next,
892                                   struct mem_zone_bm_rtree, list);
893                 bm->cur.node = list_entry(bm->cur.zone->leaves.next,
894                                           struct rtree_node, list);
895                 bm->cur.node_pfn = 0;
896                 bm->cur.node_bit = 0;
897                 return true;
898         }
899
900         /* No more zones */
901         return false;
902 }
903
904 /**
905  * memory_bm_rtree_next_pfn - Find the next set bit in a memory bitmap.
906  * @bm: Memory bitmap.
907  *
908  * Starting from the last returned position this function searches for the next
909  * set bit in @bm and returns the PFN represented by it.  If no more bits are
910  * set, BM_END_OF_MAP is returned.
911  *
912  * It is required to run memory_bm_position_reset() before the first call to
913  * this function for the given memory bitmap.
914  */
915 static unsigned long memory_bm_next_pfn(struct memory_bitmap *bm)
916 {
917         unsigned long bits, pfn, pages;
918         int bit;
919
920         do {
921                 pages     = bm->cur.zone->end_pfn - bm->cur.zone->start_pfn;
922                 bits      = min(pages - bm->cur.node_pfn, BM_BITS_PER_BLOCK);
923                 bit       = find_next_bit(bm->cur.node->data, bits,
924                                           bm->cur.node_bit);
925                 if (bit < bits) {
926                         pfn = bm->cur.zone->start_pfn + bm->cur.node_pfn + bit;
927                         bm->cur.node_bit = bit + 1;
928                         return pfn;
929                 }
930         } while (rtree_next_node(bm));
931
932         return BM_END_OF_MAP;
933 }
934
935 /*
936  * This structure represents a range of page frames the contents of which
937  * should not be saved during hibernation.
938  */
939 struct nosave_region {
940         struct list_head list;
941         unsigned long start_pfn;
942         unsigned long end_pfn;
943 };
944
945 static LIST_HEAD(nosave_regions);
946
947 static void recycle_zone_bm_rtree(struct mem_zone_bm_rtree *zone)
948 {
949         struct rtree_node *node;
950
951         list_for_each_entry(node, &zone->nodes, list)
952                 recycle_safe_page(node->data);
953
954         list_for_each_entry(node, &zone->leaves, list)
955                 recycle_safe_page(node->data);
956 }
957
958 static void memory_bm_recycle(struct memory_bitmap *bm)
959 {
960         struct mem_zone_bm_rtree *zone;
961         struct linked_page *p_list;
962
963         list_for_each_entry(zone, &bm->zones, list)
964                 recycle_zone_bm_rtree(zone);
965
966         p_list = bm->p_list;
967         while (p_list) {
968                 struct linked_page *lp = p_list;
969
970                 p_list = lp->next;
971                 recycle_safe_page(lp);
972         }
973 }
974
975 /**
976  * register_nosave_region - Register a region of unsaveable memory.
977  *
978  * Register a range of page frames the contents of which should not be saved
979  * during hibernation (to be used in the early initialization code).
980  */
981 void __init __register_nosave_region(unsigned long start_pfn,
982                                      unsigned long end_pfn, int use_kmalloc)
983 {
984         struct nosave_region *region;
985
986         if (start_pfn >= end_pfn)
987                 return;
988
989         if (!list_empty(&nosave_regions)) {
990                 /* Try to extend the previous region (they should be sorted) */
991                 region = list_entry(nosave_regions.prev,
992                                         struct nosave_region, list);
993                 if (region->end_pfn == start_pfn) {
994                         region->end_pfn = end_pfn;
995                         goto Report;
996                 }
997         }
998         if (use_kmalloc) {
999                 /* During init, this shouldn't fail */
1000                 region = kmalloc(sizeof(struct nosave_region), GFP_KERNEL);
1001                 BUG_ON(!region);
1002         } else {
1003                 /* This allocation cannot fail */
1004                 region = memblock_alloc(sizeof(struct nosave_region),
1005                                         SMP_CACHE_BYTES);
1006                 if (!region)
1007                         panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
1008                               sizeof(struct nosave_region));
1009         }
1010         region->start_pfn = start_pfn;
1011         region->end_pfn = end_pfn;
1012         list_add_tail(&region->list, &nosave_regions);
1013  Report:
1014         pr_info("Registered nosave memory: [mem %#010llx-%#010llx]\n",
1015                 (unsigned long long) start_pfn << PAGE_SHIFT,
1016                 ((unsigned long long) end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
1017 }
1018
1019 /*
1020  * Set bits in this map correspond to the page frames the contents of which
1021  * should not be saved during the suspend.
1022  */
1023 static struct memory_bitmap *forbidden_pages_map;
1024
1025 /* Set bits in this map correspond to free page frames. */
1026 static struct memory_bitmap *free_pages_map;
1027
1028 /*
1029  * Each page frame allocated for creating the image is marked by setting the
1030  * corresponding bits in forbidden_pages_map and free_pages_map simultaneously
1031  */
1032
1033 void swsusp_set_page_free(struct page *page)
1034 {
1035         if (free_pages_map)
1036                 memory_bm_set_bit(free_pages_map, page_to_pfn(page));
1037 }
1038
1039 static int swsusp_page_is_free(struct page *page)
1040 {
1041         return free_pages_map ?
1042                 memory_bm_test_bit(free_pages_map, page_to_pfn(page)) : 0;
1043 }
1044
1045 void swsusp_unset_page_free(struct page *page)
1046 {
1047         if (free_pages_map)
1048                 memory_bm_clear_bit(free_pages_map, page_to_pfn(page));
1049 }
1050
1051 static void swsusp_set_page_forbidden(struct page *page)
1052 {
1053         if (forbidden_pages_map)
1054                 memory_bm_set_bit(forbidden_pages_map, page_to_pfn(page));
1055 }
1056
1057 int swsusp_page_is_forbidden(struct page *page)
1058 {
1059         return forbidden_pages_map ?
1060                 memory_bm_test_bit(forbidden_pages_map, page_to_pfn(page)) : 0;
1061 }
1062
1063 static void swsusp_unset_page_forbidden(struct page *page)
1064 {
1065         if (forbidden_pages_map)
1066                 memory_bm_clear_bit(forbidden_pages_map, page_to_pfn(page));
1067 }
1068
1069 /**
1070  * mark_nosave_pages - Mark pages that should not be saved.
1071  * @bm: Memory bitmap.
1072  *
1073  * Set the bits in @bm that correspond to the page frames the contents of which
1074  * should not be saved.
1075  */
1076 static void mark_nosave_pages(struct memory_bitmap *bm)
1077 {
1078         struct nosave_region *region;
1079
1080         if (list_empty(&nosave_regions))
1081                 return;
1082
1083         list_for_each_entry(region, &nosave_regions, list) {
1084                 unsigned long pfn;
1085
1086                 pr_debug("Marking nosave pages: [mem %#010llx-%#010llx]\n",
1087                          (unsigned long long) region->start_pfn << PAGE_SHIFT,
1088                          ((unsigned long long) region->end_pfn << PAGE_SHIFT)
1089                                 - 1);
1090
1091                 for (pfn = region->start_pfn; pfn < region->end_pfn; pfn++)
1092                         if (pfn_valid(pfn)) {
1093                                 /*
1094                                  * It is safe to ignore the result of
1095                                  * mem_bm_set_bit_check() here, since we won't
1096                                  * touch the PFNs for which the error is
1097                                  * returned anyway.
1098                                  */
1099                                 mem_bm_set_bit_check(bm, pfn);
1100                         }
1101         }
1102 }
1103
1104 /**
1105  * create_basic_memory_bitmaps - Create bitmaps to hold basic page information.
1106  *
1107  * Create bitmaps needed for marking page frames that should not be saved and
1108  * free page frames.  The forbidden_pages_map and free_pages_map pointers are
1109  * only modified if everything goes well, because we don't want the bits to be
1110  * touched before both bitmaps are set up.
1111  */
1112 int create_basic_memory_bitmaps(void)
1113 {
1114         struct memory_bitmap *bm1, *bm2;
1115         int error = 0;
1116
1117         if (forbidden_pages_map && free_pages_map)
1118                 return 0;
1119         else
1120                 BUG_ON(forbidden_pages_map || free_pages_map);
1121
1122         bm1 = kzalloc(sizeof(struct memory_bitmap), GFP_KERNEL);
1123         if (!bm1)
1124                 return -ENOMEM;
1125
1126         error = memory_bm_create(bm1, GFP_KERNEL, PG_ANY);
1127         if (error)
1128                 goto Free_first_object;
1129
1130         bm2 = kzalloc(sizeof(struct memory_bitmap), GFP_KERNEL);
1131         if (!bm2)
1132                 goto Free_first_bitmap;
1133
1134         error = memory_bm_create(bm2, GFP_KERNEL, PG_ANY);
1135         if (error)
1136                 goto Free_second_object;
1137
1138         forbidden_pages_map = bm1;
1139         free_pages_map = bm2;
1140         mark_nosave_pages(forbidden_pages_map);
1141
1142         pr_debug("Basic memory bitmaps created\n");
1143
1144         return 0;
1145
1146  Free_second_object:
1147         kfree(bm2);
1148  Free_first_bitmap:
1149         memory_bm_free(bm1, PG_UNSAFE_CLEAR);
1150  Free_first_object:
1151         kfree(bm1);
1152         return -ENOMEM;
1153 }
1154
1155 /**
1156  * free_basic_memory_bitmaps - Free memory bitmaps holding basic information.
1157  *
1158  * Free memory bitmaps allocated by create_basic_memory_bitmaps().  The
1159  * auxiliary pointers are necessary so that the bitmaps themselves are not
1160  * referred to while they are being freed.
1161  */
1162 void free_basic_memory_bitmaps(void)
1163 {
1164         struct memory_bitmap *bm1, *bm2;
1165
1166         if (WARN_ON(!(forbidden_pages_map && free_pages_map)))
1167                 return;
1168
1169         bm1 = forbidden_pages_map;
1170         bm2 = free_pages_map;
1171         forbidden_pages_map = NULL;
1172         free_pages_map = NULL;
1173         memory_bm_free(bm1, PG_UNSAFE_CLEAR);
1174         kfree(bm1);
1175         memory_bm_free(bm2, PG_UNSAFE_CLEAR);
1176         kfree(bm2);
1177
1178         pr_debug("Basic memory bitmaps freed\n");
1179 }
1180
1181 void clear_free_pages(void)
1182 {
1183         struct memory_bitmap *bm = free_pages_map;
1184         unsigned long pfn;
1185
1186         if (WARN_ON(!(free_pages_map)))
1187                 return;
1188
1189         if (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) || want_init_on_free()) {
1190                 memory_bm_position_reset(bm);
1191                 pfn = memory_bm_next_pfn(bm);
1192                 while (pfn != BM_END_OF_MAP) {
1193                         if (pfn_valid(pfn))
1194                                 clear_highpage(pfn_to_page(pfn));
1195
1196                         pfn = memory_bm_next_pfn(bm);
1197                 }
1198                 memory_bm_position_reset(bm);
1199                 pr_info("free pages cleared after restore\n");
1200         }
1201 }
1202
1203 /**
1204  * snapshot_additional_pages - Estimate the number of extra pages needed.
1205  * @zone: Memory zone to carry out the computation for.
1206  *
1207  * Estimate the number of additional pages needed for setting up a hibernation
1208  * image data structures for @zone (usually, the returned value is greater than
1209  * the exact number).
1210  */
1211 unsigned int snapshot_additional_pages(struct zone *zone)
1212 {
1213         unsigned int rtree, nodes;
1214
1215         rtree = nodes = DIV_ROUND_UP(zone->spanned_pages, BM_BITS_PER_BLOCK);
1216         rtree += DIV_ROUND_UP(rtree * sizeof(struct rtree_node),
1217                               LINKED_PAGE_DATA_SIZE);
1218         while (nodes > 1) {
1219                 nodes = DIV_ROUND_UP(nodes, BM_ENTRIES_PER_LEVEL);
1220                 rtree += nodes;
1221         }
1222
1223         return 2 * rtree;
1224 }
1225
1226 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1227 /**
1228  * count_free_highmem_pages - Compute the total number of free highmem pages.
1229  *
1230  * The returned number is system-wide.
1231  */
1232 static unsigned int count_free_highmem_pages(void)
1233 {
1234         struct zone *zone;
1235         unsigned int cnt = 0;
1236
1237         for_each_populated_zone(zone)
1238                 if (is_highmem(zone))
1239                         cnt += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
1240
1241         return cnt;
1242 }
1243
1244 /**
1245  * saveable_highmem_page - Check if a highmem page is saveable.
1246  *
1247  * Determine whether a highmem page should be included in a hibernation image.
1248  *
1249  * We should save the page if it isn't Nosave or NosaveFree, or Reserved,
1250  * and it isn't part of a free chunk of pages.
1251  */
1252 static struct page *saveable_highmem_page(struct zone *zone, unsigned long pfn)
1253 {
1254         struct page *page;
1255
1256         if (!pfn_valid(pfn))
1257                 return NULL;
1258
1259         page = pfn_to_online_page(pfn);
1260         if (!page || page_zone(page) != zone)
1261                 return NULL;
1262
1263         BUG_ON(!PageHighMem(page));
1264
1265         if (swsusp_page_is_forbidden(page) ||  swsusp_page_is_free(page))
1266                 return NULL;
1267
1268         if (PageReserved(page) || PageOffline(page))
1269                 return NULL;
1270
1271         if (page_is_guard(page))
1272                 return NULL;
1273
1274         return page;
1275 }
1276
1277 /**
1278  * count_highmem_pages - Compute the total number of saveable highmem pages.
1279  */
1280 static unsigned int count_highmem_pages(void)
1281 {
1282         struct zone *zone;
1283         unsigned int n = 0;
1284
1285         for_each_populated_zone(zone) {
1286                 unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1287
1288                 if (!is_highmem(zone))
1289                         continue;
1290
1291                 mark_free_pages(zone);
1292                 max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1293                 for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1294                         if (saveable_highmem_page(zone, pfn))
1295                                 n++;
1296         }
1297         return n;
1298 }
1299 #else
1300 static inline void *saveable_highmem_page(struct zone *z, unsigned long p)
1301 {
1302         return NULL;
1303 }
1304 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
1305
1306 /**
1307  * saveable_page - Check if the given page is saveable.
1308  *
1309  * Determine whether a non-highmem page should be included in a hibernation
1310  * image.
1311  *
1312  * We should save the page if it isn't Nosave, and is not in the range
1313  * of pages statically defined as 'unsaveable', and it isn't part of
1314  * a free chunk of pages.
1315  */
1316 static struct page *saveable_page(struct zone *zone, unsigned long pfn)
1317 {
1318         struct page *page;
1319
1320         if (!pfn_valid(pfn))
1321                 return NULL;
1322
1323         page = pfn_to_online_page(pfn);
1324         if (!page || page_zone(page) != zone)
1325                 return NULL;
1326
1327         BUG_ON(PageHighMem(page));
1328
1329         if (swsusp_page_is_forbidden(page) || swsusp_page_is_free(page))
1330                 return NULL;
1331
1332         if (PageOffline(page))
1333                 return NULL;
1334
1335         if (PageReserved(page)
1336             && (!kernel_page_present(page) || pfn_is_nosave(pfn)))
1337                 return NULL;
1338
1339         if (page_is_guard(page))
1340                 return NULL;
1341
1342         return page;
1343 }
1344
1345 /**
1346  * count_data_pages - Compute the total number of saveable non-highmem pages.
1347  */
1348 static unsigned int count_data_pages(void)
1349 {
1350         struct zone *zone;
1351         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1352         unsigned int n = 0;
1353
1354         for_each_populated_zone(zone) {
1355                 if (is_highmem(zone))
1356                         continue;
1357
1358                 mark_free_pages(zone);
1359                 max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1360                 for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1361                         if (saveable_page(zone, pfn))
1362                                 n++;
1363         }
1364         return n;
1365 }
1366
1367 /*
1368  * This is needed, because copy_page and memcpy are not usable for copying
1369  * task structs.
1370  */
1371 static inline void do_copy_page(long *dst, long *src)
1372 {
1373         int n;
1374
1375         for (n = PAGE_SIZE / sizeof(long); n; n--)
1376                 *dst++ = *src++;
1377 }
1378
1379 /**
1380  * safe_copy_page - Copy a page in a safe way.
1381  *
1382  * Check if the page we are going to copy is marked as present in the kernel
1383  * page tables. This always is the case if CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC or
1384  * CONFIG_ARCH_HAS_SET_DIRECT_MAP is not set. In that case kernel_page_present()
1385  * always returns 'true'.
1386  */
1387 static void safe_copy_page(void *dst, struct page *s_page)
1388 {
1389         if (kernel_page_present(s_page)) {
1390                 do_copy_page(dst, page_address(s_page));
1391         } else {
1392                 hibernate_map_page(s_page);
1393                 do_copy_page(dst, page_address(s_page));
1394                 hibernate_unmap_page(s_page);
1395         }
1396 }
1397
1398 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1399 static inline struct page *page_is_saveable(struct zone *zone, unsigned long pfn)
1400 {
1401         return is_highmem(zone) ?
1402                 saveable_highmem_page(zone, pfn) : saveable_page(zone, pfn);
1403 }
1404
1405 static void copy_data_page(unsigned long dst_pfn, unsigned long src_pfn)
1406 {
1407         struct page *s_page, *d_page;
1408         void *src, *dst;
1409
1410         s_page = pfn_to_page(src_pfn);
1411         d_page = pfn_to_page(dst_pfn);
1412         if (PageHighMem(s_page)) {
1413                 src = kmap_atomic(s_page);
1414                 dst = kmap_atomic(d_page);
1415                 do_copy_page(dst, src);
1416                 kunmap_atomic(dst);
1417                 kunmap_atomic(src);
1418         } else {
1419                 if (PageHighMem(d_page)) {
1420                         /*
1421                          * The page pointed to by src may contain some kernel
1422                          * data modified by kmap_atomic()
1423                          */
1424                         safe_copy_page(buffer, s_page);
1425                         dst = kmap_atomic(d_page);
1426                         copy_page(dst, buffer);
1427                         kunmap_atomic(dst);
1428                 } else {
1429                         safe_copy_page(page_address(d_page), s_page);
1430                 }
1431         }
1432 }
1433 #else
1434 #define page_is_saveable(zone, pfn)     saveable_page(zone, pfn)
1435
1436 static inline void copy_data_page(unsigned long dst_pfn, unsigned long src_pfn)
1437 {
1438         safe_copy_page(page_address(pfn_to_page(dst_pfn)),
1439                                 pfn_to_page(src_pfn));
1440 }
1441 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
1442
1443 static void copy_data_pages(struct memory_bitmap *copy_bm,
1444                             struct memory_bitmap *orig_bm)
1445 {
1446         struct zone *zone;
1447         unsigned long pfn;
1448
1449         for_each_populated_zone(zone) {
1450                 unsigned long max_zone_pfn;
1451
1452                 mark_free_pages(zone);
1453                 max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1454                 for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1455                         if (page_is_saveable(zone, pfn))
1456                                 memory_bm_set_bit(orig_bm, pfn);
1457         }
1458         memory_bm_position_reset(orig_bm);
1459         memory_bm_position_reset(copy_bm);
1460         for(;;) {
1461                 pfn = memory_bm_next_pfn(orig_bm);
1462                 if (unlikely(pfn == BM_END_OF_MAP))
1463                         break;
1464                 copy_data_page(memory_bm_next_pfn(copy_bm), pfn);
1465         }
1466 }
1467
1468 /* Total number of image pages */
1469 static unsigned int nr_copy_pages;
1470 /* Number of pages needed for saving the original pfns of the image pages */
1471 static unsigned int nr_meta_pages;
1472 /*
1473  * Numbers of normal and highmem page frames allocated for hibernation image
1474  * before suspending devices.
1475  */
1476 static unsigned int alloc_normal, alloc_highmem;
1477 /*
1478  * Memory bitmap used for marking saveable pages (during hibernation) or
1479  * hibernation image pages (during restore)
1480  */
1481 static struct memory_bitmap orig_bm;
1482 /*
1483  * Memory bitmap used during hibernation for marking allocated page frames that
1484  * will contain copies of saveable pages.  During restore it is initially used
1485  * for marking hibernation image pages, but then the set bits from it are
1486  * duplicated in @orig_bm and it is released.  On highmem systems it is next
1487  * used for marking "safe" highmem pages, but it has to be reinitialized for
1488  * this purpose.
1489  */
1490 static struct memory_bitmap copy_bm;
1491
1492 /**
1493  * swsusp_free - Free pages allocated for hibernation image.
1494  *
1495  * Image pages are alocated before snapshot creation, so they need to be
1496  * released after resume.
1497  */
1498 void swsusp_free(void)
1499 {
1500         unsigned long fb_pfn, fr_pfn;
1501
1502         if (!forbidden_pages_map || !free_pages_map)
1503                 goto out;
1504
1505         memory_bm_position_reset(forbidden_pages_map);
1506         memory_bm_position_reset(free_pages_map);
1507
1508 loop:
1509         fr_pfn = memory_bm_next_pfn(free_pages_map);
1510         fb_pfn = memory_bm_next_pfn(forbidden_pages_map);
1511
1512         /*
1513          * Find the next bit set in both bitmaps. This is guaranteed to
1514          * terminate when fb_pfn == fr_pfn == BM_END_OF_MAP.
1515          */
1516         do {
1517                 if (fb_pfn < fr_pfn)
1518                         fb_pfn = memory_bm_next_pfn(forbidden_pages_map);
1519                 if (fr_pfn < fb_pfn)
1520                         fr_pfn = memory_bm_next_pfn(free_pages_map);
1521         } while (fb_pfn != fr_pfn);
1522
1523         if (fr_pfn != BM_END_OF_MAP && pfn_valid(fr_pfn)) {
1524                 struct page *page = pfn_to_page(fr_pfn);
1525
1526                 memory_bm_clear_current(forbidden_pages_map);
1527                 memory_bm_clear_current(free_pages_map);
1528                 hibernate_restore_unprotect_page(page_address(page));
1529                 __free_page(page);
1530                 goto loop;
1531         }
1532
1533 out:
1534         nr_copy_pages = 0;
1535         nr_meta_pages = 0;
1536         restore_pblist = NULL;
1537         buffer = NULL;
1538         alloc_normal = 0;
1539         alloc_highmem = 0;
1540         hibernate_restore_protection_end();
1541 }
1542
1543 /* Helper functions used for the shrinking of memory. */
1544
1545 #define GFP_IMAGE       (GFP_KERNEL | __GFP_NOWARN)
1546
1547 /**
1548  * preallocate_image_pages - Allocate a number of pages for hibernation image.
1549  * @nr_pages: Number of page frames to allocate.
1550  * @mask: GFP flags to use for the allocation.
1551  *
1552  * Return value: Number of page frames actually allocated
1553  */
1554 static unsigned long preallocate_image_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t mask)
1555 {
1556         unsigned long nr_alloc = 0;
1557
1558         while (nr_pages > 0) {
1559                 struct page *page;
1560
1561                 page = alloc_image_page(mask);
1562                 if (!page)
1563                         break;
1564                 memory_bm_set_bit(&copy_bm, page_to_pfn(page));
1565                 if (PageHighMem(page))
1566                         alloc_highmem++;
1567                 else
1568                         alloc_normal++;
1569                 nr_pages--;
1570                 nr_alloc++;
1571         }
1572
1573         return nr_alloc;
1574 }
1575
1576 static unsigned long preallocate_image_memory(unsigned long nr_pages,
1577                                               unsigned long avail_normal)
1578 {
1579         unsigned long alloc;
1580
1581         if (avail_normal <= alloc_normal)
1582                 return 0;
1583
1584         alloc = avail_normal - alloc_normal;
1585         if (nr_pages < alloc)
1586                 alloc = nr_pages;
1587
1588         return preallocate_image_pages(alloc, GFP_IMAGE);
1589 }
1590
1591 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1592 static unsigned long preallocate_image_highmem(unsigned long nr_pages)
1593 {
1594         return preallocate_image_pages(nr_pages, GFP_IMAGE | __GFP_HIGHMEM);
1595 }
1596
1597 /**
1598  *  __fraction - Compute (an approximation of) x * (multiplier / base).
1599  */
1600 static unsigned long __fraction(u64 x, u64 multiplier, u64 base)
1601 {
1602         return div64_u64(x * multiplier, base);
1603 }
1604
1605 static unsigned long preallocate_highmem_fraction(unsigned long nr_pages,
1606                                                   unsigned long highmem,
1607                                                   unsigned long total)
1608 {
1609         unsigned long alloc = __fraction(nr_pages, highmem, total);
1610
1611         return preallocate_image_pages(alloc, GFP_IMAGE | __GFP_HIGHMEM);
1612 }
1613 #else /* CONFIG_HIGHMEM */
1614 static inline unsigned long preallocate_image_highmem(unsigned long nr_pages)
1615 {
1616         return 0;
1617 }
1618
1619 static inline unsigned long preallocate_highmem_fraction(unsigned long nr_pages,
1620                                                          unsigned long highmem,
1621                                                          unsigned long total)
1622 {
1623         return 0;
1624 }
1625 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
1626
1627 /**
1628  * free_unnecessary_pages - Release preallocated pages not needed for the image.
1629  */
1630 static unsigned long free_unnecessary_pages(void)
1631 {
1632         unsigned long save, to_free_normal, to_free_highmem, free;
1633
1634         save = count_data_pages();
1635         if (alloc_normal >= save) {
1636                 to_free_normal = alloc_normal - save;
1637                 save = 0;
1638         } else {
1639                 to_free_normal = 0;
1640                 save -= alloc_normal;
1641         }
1642         save += count_highmem_pages();
1643         if (alloc_highmem >= save) {
1644                 to_free_highmem = alloc_highmem - save;
1645         } else {
1646                 to_free_highmem = 0;
1647                 save -= alloc_highmem;
1648                 if (to_free_normal > save)
1649                         to_free_normal -= save;
1650                 else
1651                         to_free_normal = 0;
1652         }
1653         free = to_free_normal + to_free_highmem;
1654
1655         memory_bm_position_reset(&copy_bm);
1656
1657         while (to_free_normal > 0 || to_free_highmem > 0) {
1658                 unsigned long pfn = memory_bm_next_pfn(&copy_bm);
1659                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1660
1661                 if (PageHighMem(page)) {
1662                         if (!to_free_highmem)
1663                                 continue;
1664                         to_free_highmem--;
1665                         alloc_highmem--;
1666                 } else {
1667                         if (!to_free_normal)
1668                                 continue;
1669                         to_free_normal--;
1670                         alloc_normal--;
1671                 }
1672                 memory_bm_clear_bit(&copy_bm, pfn);
1673                 swsusp_unset_page_forbidden(page);
1674                 swsusp_unset_page_free(page);
1675                 __free_page(page);
1676         }
1677
1678         return free;
1679 }
1680
1681 /**
1682  * minimum_image_size - Estimate the minimum acceptable size of an image.
1683  * @saveable: Number of saveable pages in the system.
1684  *
1685  * We want to avoid attempting to free too much memory too hard, so estimate the
1686  * minimum acceptable size of a hibernation image to use as the lower limit for
1687  * preallocating memory.
1688  *
1689  * We assume that the minimum image size should be proportional to
1690  *
1691  * [number of saveable pages] - [number of pages that can be freed in theory]
1692  *
1693  * where the second term is the sum of (1) reclaimable slab pages, (2) active
1694  * and (3) inactive anonymous pages, (4) active and (5) inactive file pages.
1695  */
1696 static unsigned long minimum_image_size(unsigned long saveable)
1697 {
1698         unsigned long size;
1699
1700         size = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B)
1701                 + global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON)
1702                 + global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON)
1703                 + global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE)
1704                 + global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE);
1705
1706         return saveable <= size ? 0 : saveable - size;
1707 }
1708
1709 /**
1710  * hibernate_preallocate_memory - Preallocate memory for hibernation image.
1711  *
1712  * To create a hibernation image it is necessary to make a copy of every page
1713  * frame in use.  We also need a number of page frames to be free during
1714  * hibernation for allocations made while saving the image and for device
1715  * drivers, in case they need to allocate memory from their hibernation
1716  * callbacks (these two numbers are given by PAGES_FOR_IO (which is a rough
1717  * estimate) and reserved_size divided by PAGE_SIZE (which is tunable through
1718  * /sys/power/reserved_size, respectively).  To make this happen, we compute the
1719  * total number of available page frames and allocate at least
1720  *
1721  * ([page frames total] + PAGES_FOR_IO + [metadata pages]) / 2
1722  *  + 2 * DIV_ROUND_UP(reserved_size, PAGE_SIZE)
1723  *
1724  * of them, which corresponds to the maximum size of a hibernation image.
1725  *
1726  * If image_size is set below the number following from the above formula,
1727  * the preallocation of memory is continued until the total number of saveable
1728  * pages in the system is below the requested image size or the minimum
1729  * acceptable image size returned by minimum_image_size(), whichever is greater.
1730  */
1731 int hibernate_preallocate_memory(void)
1732 {
1733         struct zone *zone;
1734         unsigned long saveable, size, max_size, count, highmem, pages = 0;
1735         unsigned long alloc, save_highmem, pages_highmem, avail_normal;
1736         ktime_t start, stop;
1737         int error;
1738
1739         pr_info("Preallocating image memory\n");
1740         start = ktime_get();
1741
1742         error = memory_bm_create(&orig_bm, GFP_IMAGE, PG_ANY);
1743         if (error) {
1744                 pr_err("Cannot allocate original bitmap\n");
1745                 goto err_out;
1746         }
1747
1748         error = memory_bm_create(&copy_bm, GFP_IMAGE, PG_ANY);
1749         if (error) {
1750                 pr_err("Cannot allocate copy bitmap\n");
1751                 goto err_out;
1752         }
1753
1754         alloc_normal = 0;
1755         alloc_highmem = 0;
1756
1757         /* Count the number of saveable data pages. */
1758         save_highmem = count_highmem_pages();
1759         saveable = count_data_pages();
1760
1761         /*
1762          * Compute the total number of page frames we can use (count) and the
1763          * number of pages needed for image metadata (size).
1764          */
1765         count = saveable;
1766         saveable += save_highmem;
1767         highmem = save_highmem;
1768         size = 0;
1769         for_each_populated_zone(zone) {
1770                 size += snapshot_additional_pages(zone);
1771                 if (is_highmem(zone))
1772                         highmem += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
1773                 else
1774                         count += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
1775         }
1776         avail_normal = count;
1777         count += highmem;
1778         count -= totalreserve_pages;
1779
1780         /* Compute the maximum number of saveable pages to leave in memory. */
1781         max_size = (count - (size + PAGES_FOR_IO)) / 2
1782                         - 2 * DIV_ROUND_UP(reserved_size, PAGE_SIZE);
1783         /* Compute the desired number of image pages specified by image_size. */
1784         size = DIV_ROUND_UP(image_size, PAGE_SIZE);
1785         if (size > max_size)
1786                 size = max_size;
1787         /*
1788          * If the desired number of image pages is at least as large as the
1789          * current number of saveable pages in memory, allocate page frames for
1790          * the image and we're done.
1791          */
1792         if (size >= saveable) {
1793                 pages = preallocate_image_highmem(save_highmem);
1794                 pages += preallocate_image_memory(saveable - pages, avail_normal);
1795                 goto out;
1796         }
1797
1798         /* Estimate the minimum size of the image. */
1799         pages = minimum_image_size(saveable);
1800         /*
1801          * To avoid excessive pressure on the normal zone, leave room in it to
1802          * accommodate an image of the minimum size (unless it's already too
1803          * small, in which case don't preallocate pages from it at all).
1804          */
1805         if (avail_normal > pages)
1806                 avail_normal -= pages;
1807         else
1808                 avail_normal = 0;
1809         if (size < pages)
1810                 size = min_t(unsigned long, pages, max_size);
1811
1812         /*
1813          * Let the memory management subsystem know that we're going to need a
1814          * large number of page frames to allocate and make it free some memory.
1815          * NOTE: If this is not done, performance will be hurt badly in some
1816          * test cases.
1817          */
1818         shrink_all_memory(saveable - size);
1819
1820         /*
1821          * The number of saveable pages in memory was too high, so apply some
1822          * pressure to decrease it.  First, make room for the largest possible
1823          * image and fail if that doesn't work.  Next, try to decrease the size
1824          * of the image as much as indicated by 'size' using allocations from
1825          * highmem and non-highmem zones separately.
1826          */
1827         pages_highmem = preallocate_image_highmem(highmem / 2);
1828         alloc = count - max_size;
1829         if (alloc > pages_highmem)
1830                 alloc -= pages_highmem;
1831         else
1832                 alloc = 0;
1833         pages = preallocate_image_memory(alloc, avail_normal);
1834         if (pages < alloc) {
1835                 /* We have exhausted non-highmem pages, try highmem. */
1836                 alloc -= pages;
1837                 pages += pages_highmem;
1838                 pages_highmem = preallocate_image_highmem(alloc);
1839                 if (pages_highmem < alloc) {
1840                         pr_err("Image allocation is %lu pages short\n",
1841                                 alloc - pages_highmem);
1842                         goto err_out;
1843                 }
1844                 pages += pages_highmem;
1845                 /*
1846                  * size is the desired number of saveable pages to leave in
1847                  * memory, so try to preallocate (all memory - size) pages.
1848                  */
1849                 alloc = (count - pages) - size;
1850                 pages += preallocate_image_highmem(alloc);
1851         } else {
1852                 /*
1853                  * There are approximately max_size saveable pages at this point
1854                  * and we want to reduce this number down to size.
1855                  */
1856                 alloc = max_size - size;
1857                 size = preallocate_highmem_fraction(alloc, highmem, count);
1858                 pages_highmem += size;
1859                 alloc -= size;
1860                 size = preallocate_image_memory(alloc, avail_normal);
1861                 pages_highmem += preallocate_image_highmem(alloc - size);
1862                 pages += pages_highmem + size;
1863         }
1864
1865         /*
1866          * We only need as many page frames for the image as there are saveable
1867          * pages in memory, but we have allocated more.  Release the excessive
1868          * ones now.
1869          */
1870         pages -= free_unnecessary_pages();
1871
1872  out:
1873         stop = ktime_get();
1874         pr_info("Allocated %lu pages for snapshot\n", pages);
1875         swsusp_show_speed(start, stop, pages, "Allocated");
1876
1877         return 0;
1878
1879  err_out:
1880         swsusp_free();
1881         return -ENOMEM;
1882 }
1883
1884 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1885 /**
1886  * count_pages_for_highmem - Count non-highmem pages needed for copying highmem.
1887  *
1888  * Compute the number of non-highmem pages that will be necessary for creating
1889  * copies of highmem pages.
1890  */
1891 static unsigned int count_pages_for_highmem(unsigned int nr_highmem)
1892 {
1893         unsigned int free_highmem = count_free_highmem_pages() + alloc_highmem;
1894
1895         if (free_highmem >= nr_highmem)
1896                 nr_highmem = 0;
1897         else
1898                 nr_highmem -= free_highmem;
1899
1900         return nr_highmem;
1901 }
1902 #else
1903 static unsigned int count_pages_for_highmem(unsigned int nr_highmem) { return 0; }
1904 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
1905
1906 /**
1907  * enough_free_mem - Check if there is enough free memory for the image.
1908  */
1909 static int enough_free_mem(unsigned int nr_pages, unsigned int nr_highmem)
1910 {
1911         struct zone *zone;
1912         unsigned int free = alloc_normal;
1913
1914         for_each_populated_zone(zone)
1915                 if (!is_highmem(zone))
1916                         free += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
1917
1918         nr_pages += count_pages_for_highmem(nr_highmem);
1919         pr_debug("Normal pages needed: %u + %u, available pages: %u\n",
1920                  nr_pages, PAGES_FOR_IO, free);
1921
1922         return free > nr_pages + PAGES_FOR_IO;
1923 }
1924
1925 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1926 /**
1927  * get_highmem_buffer - Allocate a buffer for highmem pages.
1928  *
1929  * If there are some highmem pages in the hibernation image, we may need a
1930  * buffer to copy them and/or load their data.
1931  */
1932 static inline int get_highmem_buffer(int safe_needed)
1933 {
1934         buffer = get_image_page(GFP_ATOMIC, safe_needed);
1935         return buffer ? 0 : -ENOMEM;
1936 }
1937
1938 /**
1939  * alloc_highmem_image_pages - Allocate some highmem pages for the image.
1940  *
1941  * Try to allocate as many pages as needed, but if the number of free highmem
1942  * pages is less than that, allocate them all.
1943  */
1944 static inline unsigned int alloc_highmem_pages(struct memory_bitmap *bm,
1945                                                unsigned int nr_highmem)
1946 {
1947         unsigned int to_alloc = count_free_highmem_pages();
1948
1949         if (to_alloc > nr_highmem)
1950                 to_alloc = nr_highmem;
1951
1952         nr_highmem -= to_alloc;
1953         while (to_alloc-- > 0) {
1954                 struct page *page;
1955
1956                 page = alloc_image_page(__GFP_HIGHMEM|__GFP_KSWAPD_RECLAIM);
1957                 memory_bm_set_bit(bm, page_to_pfn(page));
1958         }
1959         return nr_highmem;
1960 }
1961 #else
1962 static inline int get_highmem_buffer(int safe_needed) { return 0; }
1963
1964 static inline unsigned int alloc_highmem_pages(struct memory_bitmap *bm,
1965                                                unsigned int n) { return 0; }
1966 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
1967
1968 /**
1969  * swsusp_alloc - Allocate memory for hibernation image.
1970  *
1971  * We first try to allocate as many highmem pages as there are
1972  * saveable highmem pages in the system.  If that fails, we allocate
1973  * non-highmem pages for the copies of the remaining highmem ones.
1974  *
1975  * In this approach it is likely that the copies of highmem pages will
1976  * also be located in the high memory, because of the way in which
1977  * copy_data_pages() works.
1978  */
1979 static int swsusp_alloc(struct memory_bitmap *copy_bm,
1980                         unsigned int nr_pages, unsigned int nr_highmem)
1981 {
1982         if (nr_highmem > 0) {
1983                 if (get_highmem_buffer(PG_ANY))
1984                         goto err_out;
1985                 if (nr_highmem > alloc_highmem) {
1986                         nr_highmem -= alloc_highmem;
1987                         nr_pages += alloc_highmem_pages(copy_bm, nr_highmem);
1988                 }
1989         }
1990         if (nr_pages > alloc_normal) {
1991                 nr_pages -= alloc_normal;
1992                 while (nr_pages-- > 0) {
1993                         struct page *page;
1994
1995                         page = alloc_image_page(GFP_ATOMIC);
1996                         if (!page)
1997                                 goto err_out;
1998                         memory_bm_set_bit(copy_bm, page_to_pfn(page));
1999                 }
2000         }
2001
2002         return 0;
2003
2004  err_out:
2005         swsusp_free();
2006         return -ENOMEM;
2007 }
2008
2009 asmlinkage __visible int swsusp_save(void)
2010 {
2011         unsigned int nr_pages, nr_highmem;
2012
2013         pr_info("Creating image:\n");
2014
2015         drain_local_pages(NULL);
2016         nr_pages = count_data_pages();
2017         nr_highmem = count_highmem_pages();
2018         pr_info("Need to copy %u pages\n", nr_pages + nr_highmem);
2019
2020         if (!enough_free_mem(nr_pages, nr_highmem)) {
2021                 pr_err("Not enough free memory\n");
2022                 return -ENOMEM;
2023         }
2024
2025         if (swsusp_alloc(&copy_bm, nr_pages, nr_highmem)) {
2026                 pr_err("Memory allocation failed\n");
2027                 return -ENOMEM;
2028         }
2029
2030         /*
2031          * During allocating of suspend pagedir, new cold pages may appear.
2032          * Kill them.
2033          */
2034         drain_local_pages(NULL);
2035         copy_data_pages(&copy_bm, &orig_bm);
2036
2037         /*
2038          * End of critical section. From now on, we can write to memory,
2039          * but we should not touch disk. This specially means we must _not_
2040          * touch swap space! Except we must write out our image of course.
2041          */
2042
2043         nr_pages += nr_highmem;
2044         nr_copy_pages = nr_pages;
2045         nr_meta_pages = DIV_ROUND_UP(nr_pages * sizeof(long), PAGE_SIZE);
2046
2047         pr_info("Image created (%d pages copied)\n", nr_pages);
2048
2049         return 0;
2050 }
2051
2052 #ifndef CONFIG_ARCH_HIBERNATION_HEADER
2053 static int init_header_complete(struct swsusp_info *info)
2054 {
2055         memcpy(&info->uts, init_utsname(), sizeof(struct new_utsname));
2056         info->version_code = LINUX_VERSION_CODE;
2057         return 0;
2058 }
2059
2060 static const char *check_image_kernel(struct swsusp_info *info)
2061 {
2062         if (info->version_code != LINUX_VERSION_CODE)
2063                 return "kernel version";
2064         if (strcmp(info->uts.sysname,init_utsname()->sysname))
2065                 return "system type";
2066         if (strcmp(info->uts.release,init_utsname()->release))
2067                 return "kernel release";
2068         if (strcmp(info->uts.version,init_utsname()->version))
2069                 return "version";
2070         if (strcmp(info->uts.machine,init_utsname()->machine))
2071                 return "machine";
2072         return NULL;
2073 }
2074 #endif /* CONFIG_ARCH_HIBERNATION_HEADER */
2075
2076 unsigned long snapshot_get_image_size(void)
2077 {
2078         return nr_copy_pages + nr_meta_pages + 1;
2079 }
2080
2081 static int init_header(struct swsusp_info *info)
2082 {
2083         memset(info, 0, sizeof(struct swsusp_info));
2084         info->num_physpages = get_num_physpages();
2085         info->image_pages = nr_copy_pages;
2086         info->pages = snapshot_get_image_size();
2087         info->size = info->pages;
2088         info->size <<= PAGE_SHIFT;
2089         return init_header_complete(info);
2090 }
2091
2092 /**
2093  * pack_pfns - Prepare PFNs for saving.
2094  * @bm: Memory bitmap.
2095  * @buf: Memory buffer to store the PFNs in.
2096  *
2097  * PFNs corresponding to set bits in @bm are stored in the area of memory
2098  * pointed to by @buf (1 page at a time).
2099  */
2100 static inline void pack_pfns(unsigned long *buf, struct memory_bitmap *bm)
2101 {
2102         int j;
2103
2104         for (j = 0; j < PAGE_SIZE / sizeof(long); j++) {
2105                 buf[j] = memory_bm_next_pfn(bm);
2106                 if (unlikely(buf[j] == BM_END_OF_MAP))
2107                         break;
2108         }
2109 }
2110
2111 /**
2112  * snapshot_read_next - Get the address to read the next image page from.
2113  * @handle: Snapshot handle to be used for the reading.
2114  *
2115  * On the first call, @handle should point to a zeroed snapshot_handle
2116  * structure.  The structure gets populated then and a pointer to it should be
2117  * passed to this function every next time.
2118  *
2119  * On success, the function returns a positive number.  Then, the caller
2120  * is allowed to read up to the returned number of bytes from the memory
2121  * location computed by the data_of() macro.
2122  *
2123  * The function returns 0 to indicate the end of the data stream condition,
2124  * and negative numbers are returned on errors.  If that happens, the structure
2125  * pointed to by @handle is not updated and should not be used any more.
2126  */
2127 int snapshot_read_next(struct snapshot_handle *handle)
2128 {
2129         if (handle->cur > nr_meta_pages + nr_copy_pages)
2130                 return 0;
2131
2132         if (!buffer) {
2133                 /* This makes the buffer be freed by swsusp_free() */
2134                 buffer = get_image_page(GFP_ATOMIC, PG_ANY);
2135                 if (!buffer)
2136                         return -ENOMEM;
2137         }
2138         if (!handle->cur) {
2139                 int error;
2140
2141                 error = init_header((struct swsusp_info *)buffer);
2142                 if (error)
2143                         return error;
2144                 handle->buffer = buffer;
2145                 memory_bm_position_reset(&orig_bm);
2146                 memory_bm_position_reset(&copy_bm);
2147         } else if (handle->cur <= nr_meta_pages) {
2148                 clear_page(buffer);
2149                 pack_pfns(buffer, &orig_bm);
2150         } else {
2151                 struct page *page;
2152
2153                 page = pfn_to_page(memory_bm_next_pfn(&copy_bm));
2154                 if (PageHighMem(page)) {
2155                         /*
2156                          * Highmem pages are copied to the buffer,
2157                          * because we can't return with a kmapped
2158                          * highmem page (we may not be called again).
2159                          */
2160                         void *kaddr;
2161
2162                         kaddr = kmap_atomic(page);
2163                         copy_page(buffer, kaddr);
2164                         kunmap_atomic(kaddr);
2165                         handle->buffer = buffer;
2166                 } else {
2167                         handle->buffer = page_address(page);
2168                 }
2169         }
2170         handle->cur++;
2171         return PAGE_SIZE;
2172 }
2173
2174 static void duplicate_memory_bitmap(struct memory_bitmap *dst,
2175                                     struct memory_bitmap *src)
2176 {
2177         unsigned long pfn;
2178
2179         memory_bm_position_reset(src);
2180         pfn = memory_bm_next_pfn(src);
2181         while (pfn != BM_END_OF_MAP) {
2182                 memory_bm_set_bit(dst, pfn);
2183                 pfn = memory_bm_next_pfn(src);
2184         }
2185 }
2186
2187 /**
2188  * mark_unsafe_pages - Mark pages that were used before hibernation.
2189  *
2190  * Mark the pages that cannot be used for storing the image during restoration,
2191  * because they conflict with the pages that had been used before hibernation.
2192  */
2193 static void mark_unsafe_pages(struct memory_bitmap *bm)
2194 {
2195         unsigned long pfn;
2196
2197         /* Clear the "free"/"unsafe" bit for all PFNs */
2198         memory_bm_position_reset(free_pages_map);
2199         pfn = memory_bm_next_pfn(free_pages_map);
2200         while (pfn != BM_END_OF_MAP) {
2201                 memory_bm_clear_current(free_pages_map);
2202                 pfn = memory_bm_next_pfn(free_pages_map);
2203         }
2204
2205         /* Mark pages that correspond to the "original" PFNs as "unsafe" */
2206         duplicate_memory_bitmap(free_pages_map, bm);
2207
2208         allocated_unsafe_pages = 0;
2209 }
2210
2211 static int check_header(struct swsusp_info *info)
2212 {
2213         const char *reason;
2214
2215         reason = check_image_kernel(info);
2216         if (!reason && info->num_physpages != get_num_physpages())
2217                 reason = "memory size";
2218         if (reason) {
2219                 pr_err("Image mismatch: %s\n", reason);
2220                 return -EPERM;
2221         }
2222         return 0;
2223 }
2224
2225 /**
2226  * load header - Check the image header and copy the data from it.
2227  */
2228 static int load_header(struct swsusp_info *info)
2229 {
2230         int error;
2231
2232         restore_pblist = NULL;
2233         error = check_header(info);
2234         if (!error) {
2235                 nr_copy_pages = info->image_pages;
2236                 nr_meta_pages = info->pages - info->image_pages - 1;
2237         }
2238         return error;
2239 }
2240
2241 /**
2242  * unpack_orig_pfns - Set bits corresponding to given PFNs in a memory bitmap.
2243  * @bm: Memory bitmap.
2244  * @buf: Area of memory containing the PFNs.
2245  *
2246  * For each element of the array pointed to by @buf (1 page at a time), set the
2247  * corresponding bit in @bm.
2248  */
2249 static int unpack_orig_pfns(unsigned long *buf, struct memory_bitmap *bm)
2250 {
2251         int j;
2252
2253         for (j = 0; j < PAGE_SIZE / sizeof(long); j++) {
2254                 if (unlikely(buf[j] == BM_END_OF_MAP))
2255                         break;
2256
2257                 if (pfn_valid(buf[j]) && memory_bm_pfn_present(bm, buf[j]))
2258                         memory_bm_set_bit(bm, buf[j]);
2259                 else
2260                         return -EFAULT;
2261         }
2262
2263         return 0;
2264 }
2265
2266 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
2267 /*
2268  * struct highmem_pbe is used for creating the list of highmem pages that
2269  * should be restored atomically during the resume from disk, because the page
2270  * frames they have occupied before the suspend are in use.
2271  */
2272 struct highmem_pbe {
2273         struct page *copy_page; /* data is here now */
2274         struct page *orig_page; /* data was here before the suspend */
2275         struct highmem_pbe *next;
2276 };
2277
2278 /*
2279  * List of highmem PBEs needed for restoring the highmem pages that were
2280  * allocated before the suspend and included in the suspend image, but have
2281  * also been allocated by the "resume" kernel, so their contents cannot be
2282  * written directly to their "original" page frames.
2283  */
2284 static struct highmem_pbe *highmem_pblist;
2285
2286 /**
2287  * count_highmem_image_pages - Compute the number of highmem pages in the image.
2288  * @bm: Memory bitmap.
2289  *
2290  * The bits in @bm that correspond to image pages are assumed to be set.
2291  */
2292 static unsigned int count_highmem_image_pages(struct memory_bitmap *bm)
2293 {
2294         unsigned long pfn;
2295         unsigned int cnt = 0;
2296
2297         memory_bm_position_reset(bm);
2298         pfn = memory_bm_next_pfn(bm);
2299         while (pfn != BM_END_OF_MAP) {
2300                 if (PageHighMem(pfn_to_page(pfn)))
2301                         cnt++;
2302
2303                 pfn = memory_bm_next_pfn(bm);
2304         }
2305         return cnt;
2306 }
2307
2308 static unsigned int safe_highmem_pages;
2309
2310 static struct memory_bitmap *safe_highmem_bm;
2311
2312 /**
2313  * prepare_highmem_image - Allocate memory for loading highmem data from image.
2314  * @bm: Pointer to an uninitialized memory bitmap structure.
2315  * @nr_highmem_p: Pointer to the number of highmem image pages.
2316  *
2317  * Try to allocate as many highmem pages as there are highmem image pages
2318  * (@nr_highmem_p points to the variable containing the number of highmem image
2319  * pages).  The pages that are "safe" (ie. will not be overwritten when the
2320  * hibernation image is restored entirely) have the corresponding bits set in
2321  * @bm (it must be unitialized).
2322  *
2323  * NOTE: This function should not be called if there are no highmem image pages.
2324  */
2325 static int prepare_highmem_image(struct memory_bitmap *bm,
2326                                  unsigned int *nr_highmem_p)
2327 {
2328         unsigned int to_alloc;
2329
2330         if (memory_bm_create(bm, GFP_ATOMIC, PG_SAFE))
2331                 return -ENOMEM;
2332
2333         if (get_highmem_buffer(PG_SAFE))
2334                 return -ENOMEM;
2335
2336         to_alloc = count_free_highmem_pages();
2337         if (to_alloc > *nr_highmem_p)
2338                 to_alloc = *nr_highmem_p;
2339         else
2340                 *nr_highmem_p = to_alloc;
2341
2342         safe_highmem_pages = 0;
2343         while (to_alloc-- > 0) {
2344                 struct page *page;
2345
2346                 page = alloc_page(__GFP_HIGHMEM);
2347                 if (!swsusp_page_is_free(page)) {
2348                         /* The page is "safe", set its bit the bitmap */
2349                         memory_bm_set_bit(bm, page_to_pfn(page));
2350                         safe_highmem_pages++;
2351                 }
2352                 /* Mark the page as allocated */
2353                 swsusp_set_page_forbidden(page);
2354                 swsusp_set_page_free(page);
2355         }
2356         memory_bm_position_reset(bm);
2357         safe_highmem_bm = bm;
2358         return 0;
2359 }
2360
2361 static struct page *last_highmem_page;
2362
2363 /**
2364  * get_highmem_page_buffer - Prepare a buffer to store a highmem image page.
2365  *
2366  * For a given highmem image page get a buffer that suspend_write_next() should
2367  * return to its caller to write to.
2368  *
2369  * If the page is to be saved to its "original" page frame or a copy of
2370  * the page is to be made in the highmem, @buffer is returned.  Otherwise,
2371  * the copy of the page is to be made in normal memory, so the address of
2372  * the copy is returned.
2373  *
2374  * If @buffer is returned, the caller of suspend_write_next() will write
2375  * the page's contents to @buffer, so they will have to be copied to the
2376  * right location on the next call to suspend_write_next() and it is done
2377  * with the help of copy_last_highmem_page().  For this purpose, if
2378  * @buffer is returned, @last_highmem_page is set to the page to which
2379  * the data will have to be copied from @buffer.
2380  */
2381 static void *get_highmem_page_buffer(struct page *page,
2382                                      struct chain_allocator *ca)
2383 {
2384         struct highmem_pbe *pbe;
2385         void *kaddr;
2386
2387         if (swsusp_page_is_forbidden(page) && swsusp_page_is_free(page)) {
2388                 /*
2389                  * We have allocated the "original" page frame and we can
2390                  * use it directly to store the loaded page.
2391                  */
2392                 last_highmem_page = page;
2393                 return buffer;
2394         }
2395         /*
2396          * The "original" page frame has not been allocated and we have to
2397          * use a "safe" page frame to store the loaded page.
2398          */
2399         pbe = chain_alloc(ca, sizeof(struct highmem_pbe));
2400         if (!pbe) {
2401                 swsusp_free();
2402                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
2403         }
2404         pbe->orig_page = page;
2405         if (safe_highmem_pages > 0) {
2406                 struct page *tmp;
2407
2408                 /* Copy of the page will be stored in high memory */
2409                 kaddr = buffer;
2410                 tmp = pfn_to_page(memory_bm_next_pfn(safe_highmem_bm));
2411                 safe_highmem_pages--;
2412                 last_highmem_page = tmp;
2413                 pbe->copy_page = tmp;
2414         } else {
2415                 /* Copy of the page will be stored in normal memory */
2416                 kaddr = safe_pages_list;
2417                 safe_pages_list = safe_pages_list->next;
2418                 pbe->copy_page = virt_to_page(kaddr);
2419         }
2420         pbe->next = highmem_pblist;
2421         highmem_pblist = pbe;
2422         return kaddr;
2423 }
2424
2425 /**
2426  * copy_last_highmem_page - Copy most the most recent highmem image page.
2427  *
2428  * Copy the contents of a highmem image from @buffer, where the caller of
2429  * snapshot_write_next() has stored them, to the right location represented by
2430  * @last_highmem_page .
2431  */
2432 static void copy_last_highmem_page(void)
2433 {
2434         if (last_highmem_page) {
2435                 void *dst;
2436
2437                 dst = kmap_atomic(last_highmem_page);
2438                 copy_page(dst, buffer);
2439                 kunmap_atomic(dst);
2440                 last_highmem_page = NULL;
2441         }
2442 }
2443
2444 static inline int last_highmem_page_copied(void)
2445 {
2446         return !last_highmem_page;
2447 }
2448
2449 static inline void free_highmem_data(void)
2450 {
2451         if (safe_highmem_bm)
2452                 memory_bm_free(safe_highmem_bm, PG_UNSAFE_CLEAR);
2453
2454         if (buffer)
2455                 free_image_page(buffer, PG_UNSAFE_CLEAR);
2456 }
2457 #else
2458 static unsigned int count_highmem_image_pages(struct memory_bitmap *bm) { return 0; }
2459
2460 static inline int prepare_highmem_image(struct memory_bitmap *bm,
2461                                         unsigned int *nr_highmem_p) { return 0; }
2462
2463 static inline void *get_highmem_page_buffer(struct page *page,
2464                                             struct chain_allocator *ca)
2465 {
2466         return ERR_PTR(-EINVAL);
2467 }
2468
2469 static inline void copy_last_highmem_page(void) {}
2470 static inline int last_highmem_page_copied(void) { return 1; }
2471 static inline void free_highmem_data(void) {}
2472 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
2473
2474 #define PBES_PER_LINKED_PAGE    (LINKED_PAGE_DATA_SIZE / sizeof(struct pbe))
2475
2476 /**
2477  * prepare_image - Make room for loading hibernation image.
2478  * @new_bm: Unitialized memory bitmap structure.
2479  * @bm: Memory bitmap with unsafe pages marked.
2480  *
2481  * Use @bm to mark the pages that will be overwritten in the process of
2482  * restoring the system memory state from the suspend image ("unsafe" pages)
2483  * and allocate memory for the image.
2484  *
2485  * The idea is to allocate a new memory bitmap first and then allocate
2486  * as many pages as needed for image data, but without specifying what those
2487  * pages will be used for just yet.  Instead, we mark them all as allocated and
2488  * create a lists of "safe" pages to be used later.  On systems with high
2489  * memory a list of "safe" highmem pages is created too.
2490  */
2491 static int prepare_image(struct memory_bitmap *new_bm, struct memory_bitmap *bm)
2492 {
2493         unsigned int nr_pages, nr_highmem;
2494         struct linked_page *lp;
2495         int error;
2496
2497         /* If there is no highmem, the buffer will not be necessary */
2498         free_image_page(buffer, PG_UNSAFE_CLEAR);
2499         buffer = NULL;
2500
2501         nr_highmem = count_highmem_image_pages(bm);
2502         mark_unsafe_pages(bm);
2503
2504         error = memory_bm_create(new_bm, GFP_ATOMIC, PG_SAFE);
2505         if (error)
2506                 goto Free;
2507
2508         duplicate_memory_bitmap(new_bm, bm);
2509         memory_bm_free(bm, PG_UNSAFE_KEEP);
2510         if (nr_highmem > 0) {
2511                 error = prepare_highmem_image(bm, &nr_highmem);
2512                 if (error)
2513                         goto Free;
2514         }
2515         /*
2516          * Reserve some safe pages for potential later use.
2517          *
2518          * NOTE: This way we make sure there will be enough safe pages for the
2519          * chain_alloc() in get_buffer().  It is a bit wasteful, but
2520          * nr_copy_pages cannot be greater than 50% of the memory anyway.
2521          *
2522          * nr_copy_pages cannot be less than allocated_unsafe_pages too.
2523          */
2524         nr_pages = nr_copy_pages - nr_highmem - allocated_unsafe_pages;
2525         nr_pages = DIV_ROUND_UP(nr_pages, PBES_PER_LINKED_PAGE);
2526         while (nr_pages > 0) {
2527                 lp = get_image_page(GFP_ATOMIC, PG_SAFE);
2528                 if (!lp) {
2529                         error = -ENOMEM;
2530                         goto Free;
2531                 }
2532                 lp->next = safe_pages_list;
2533                 safe_pages_list = lp;
2534                 nr_pages--;
2535         }
2536         /* Preallocate memory for the image */
2537         nr_pages = nr_copy_pages - nr_highmem - allocated_unsafe_pages;
2538         while (nr_pages > 0) {
2539                 lp = (struct linked_page *)get_zeroed_page(GFP_ATOMIC);
2540                 if (!lp) {
2541                         error = -ENOMEM;
2542                         goto Free;
2543                 }
2544                 if (!swsusp_page_is_free(virt_to_page(lp))) {
2545                         /* The page is "safe", add it to the list */
2546                         lp->next = safe_pages_list;
2547                         safe_pages_list = lp;
2548                 }
2549                 /* Mark the page as allocated */
2550                 swsusp_set_page_forbidden(virt_to_page(lp));
2551                 swsusp_set_page_free(virt_to_page(lp));
2552                 nr_pages--;
2553         }
2554         return 0;
2555
2556  Free:
2557         swsusp_free();
2558         return error;
2559 }
2560
2561 /**
2562  * get_buffer - Get the address to store the next image data page.
2563  *
2564  * Get the address that snapshot_write_next() should return to its caller to
2565  * write to.
2566  */
2567 static void *get_buffer(struct memory_bitmap *bm, struct chain_allocator *ca)
2568 {
2569         struct pbe *pbe;
2570         struct page *page;
2571         unsigned long pfn = memory_bm_next_pfn(bm);
2572
2573         if (pfn == BM_END_OF_MAP)
2574                 return ERR_PTR(-EFAULT);
2575
2576         page = pfn_to_page(pfn);
2577         if (PageHighMem(page))
2578                 return get_highmem_page_buffer(page, ca);
2579
2580         if (swsusp_page_is_forbidden(page) && swsusp_page_is_free(page))
2581                 /*
2582                  * We have allocated the "original" page frame and we can
2583                  * use it directly to store the loaded page.
2584                  */
2585                 return page_address(page);
2586
2587         /*
2588          * The "original" page frame has not been allocated and we have to
2589          * use a "safe" page frame to store the loaded page.
2590          */
2591         pbe = chain_alloc(ca, sizeof(struct pbe));
2592         if (!pbe) {
2593                 swsusp_free();
2594                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
2595         }
2596         pbe->orig_address = page_address(page);
2597         pbe->address = safe_pages_list;
2598         safe_pages_list = safe_pages_list->next;
2599         pbe->next = restore_pblist;
2600         restore_pblist = pbe;
2601         return pbe->address;
2602 }
2603
2604 /**
2605  * snapshot_write_next - Get the address to store the next image page.
2606  * @handle: Snapshot handle structure to guide the writing.
2607  *
2608  * On the first call, @handle should point to a zeroed snapshot_handle
2609  * structure.  The structure gets populated then and a pointer to it should be
2610  * passed to this function every next time.
2611  *
2612  * On success, the function returns a positive number.  Then, the caller
2613  * is allowed to write up to the returned number of bytes to the memory
2614  * location computed by the data_of() macro.
2615  *
2616  * The function returns 0 to indicate the "end of file" condition.  Negative
2617  * numbers are returned on errors, in which cases the structure pointed to by
2618  * @handle is not updated and should not be used any more.
2619  */
2620 int snapshot_write_next(struct snapshot_handle *handle)
2621 {
2622         static struct chain_allocator ca;
2623         int error = 0;
2624
2625         /* Check if we have already loaded the entire image */
2626         if (handle->cur > 1 && handle->cur > nr_meta_pages + nr_copy_pages)
2627                 return 0;
2628
2629         handle->sync_read = 1;
2630
2631         if (!handle->cur) {
2632                 if (!buffer)
2633                         /* This makes the buffer be freed by swsusp_free() */
2634                         buffer = get_image_page(GFP_ATOMIC, PG_ANY);
2635
2636                 if (!buffer)
2637                         return -ENOMEM;
2638
2639                 handle->buffer = buffer;
2640         } else if (handle->cur == 1) {
2641                 error = load_header(buffer);
2642                 if (error)
2643                         return error;
2644
2645                 safe_pages_list = NULL;
2646
2647                 error = memory_bm_create(&copy_bm, GFP_ATOMIC, PG_ANY);
2648                 if (error)
2649                         return error;
2650
2651                 hibernate_restore_protection_begin();
2652         } else if (handle->cur <= nr_meta_pages + 1) {
2653                 error = unpack_orig_pfns(buffer, &copy_bm);
2654                 if (error)
2655                         return error;
2656
2657                 if (handle->cur == nr_meta_pages + 1) {
2658                         error = prepare_image(&orig_bm, &copy_bm);
2659                         if (error)
2660                                 return error;
2661
2662                         chain_init(&ca, GFP_ATOMIC, PG_SAFE);
2663                         memory_bm_position_reset(&orig_bm);
2664                         restore_pblist = NULL;
2665                         handle->buffer = get_buffer(&orig_bm, &ca);
2666                         handle->sync_read = 0;
2667                         if (IS_ERR(handle->buffer))
2668                                 return PTR_ERR(handle->buffer);
2669                 }
2670         } else {
2671                 copy_last_highmem_page();
2672                 hibernate_restore_protect_page(handle->buffer);
2673                 handle->buffer = get_buffer(&orig_bm, &ca);
2674                 if (IS_ERR(handle->buffer))
2675                         return PTR_ERR(handle->buffer);
2676                 if (handle->buffer != buffer)
2677                         handle->sync_read = 0;
2678         }
2679         handle->cur++;
2680         return PAGE_SIZE;
2681 }
2682
2683 /**
2684  * snapshot_write_finalize - Complete the loading of a hibernation image.
2685  *
2686  * Must be called after the last call to snapshot_write_next() in case the last
2687  * page in the image happens to be a highmem page and its contents should be
2688  * stored in highmem.  Additionally, it recycles bitmap memory that's not
2689  * necessary any more.
2690  */
2691 void snapshot_write_finalize(struct snapshot_handle *handle)
2692 {
2693         copy_last_highmem_page();
2694         hibernate_restore_protect_page(handle->buffer);
2695         /* Do that only if we have loaded the image entirely */
2696         if (handle->cur > 1 && handle->cur > nr_meta_pages + nr_copy_pages) {
2697                 memory_bm_recycle(&orig_bm);
2698                 free_highmem_data();
2699         }
2700 }
2701
2702 int snapshot_image_loaded(struct snapshot_handle *handle)
2703 {
2704         return !(!nr_copy_pages || !last_highmem_page_copied() ||
2705                         handle->cur <= nr_meta_pages + nr_copy_pages);
2706 }
2707
2708 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
2709 /* Assumes that @buf is ready and points to a "safe" page */
2710 static inline void swap_two_pages_data(struct page *p1, struct page *p2,
2711                                        void *buf)
2712 {
2713         void *kaddr1, *kaddr2;
2714
2715         kaddr1 = kmap_atomic(p1);
2716         kaddr2 = kmap_atomic(p2);
2717         copy_page(buf, kaddr1);
2718         copy_page(kaddr1, kaddr2);
2719         copy_page(kaddr2, buf);
2720         kunmap_atomic(kaddr2);
2721         kunmap_atomic(kaddr1);
2722 }
2723
2724 /**
2725  * restore_highmem - Put highmem image pages into their original locations.
2726  *
2727  * For each highmem page that was in use before hibernation and is included in
2728  * the image, and also has been allocated by the "restore" kernel, swap its
2729  * current contents with the previous (ie. "before hibernation") ones.
2730  *
2731  * If the restore eventually fails, we can call this function once again and
2732  * restore the highmem state as seen by the restore kernel.
2733  */
2734 int restore_highmem(void)
2735 {
2736         struct highmem_pbe *pbe = highmem_pblist;
2737         void *buf;
2738
2739         if (!pbe)
2740                 return 0;
2741
2742         buf = get_image_page(GFP_ATOMIC, PG_SAFE);
2743         if (!buf)
2744                 return -ENOMEM;
2745
2746         while (pbe) {
2747                 swap_two_pages_data(pbe->copy_page, pbe->orig_page, buf);
2748                 pbe = pbe->next;
2749         }
2750         free_image_page(buf, PG_UNSAFE_CLEAR);
2751         return 0;
2752 }
2753 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */