]> git.proxmox.com Git - mirror_zfs.git/blobdiff - module/zfs/zio.c
Encryption Stability and On-Disk Format Fixes
[mirror_zfs.git] / module / zfs / zio.c
index 4063703adf2dd576c9b5bd1bb93fb98e7eb02e30..37259ad8ec282ead29a2150f5defbf6b7c21a18b 100644 (file)
@@ -20,7 +20,7 @@
  */
 /*
  * Copyright (c) 2005, 2010, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
- * Copyright (c) 2011, 2015 by Delphix. All rights reserved.
+ * Copyright (c) 2011, 2017 by Delphix. All rights reserved.
  * Copyright (c) 2011 Nexenta Systems, Inc. All rights reserved.
  */
 
 #include <sys/ddt.h>
 #include <sys/blkptr.h>
 #include <sys/zfeature.h>
+#include <sys/dsl_scan.h>
+#include <sys/metaslab_impl.h>
 #include <sys/time.h>
 #include <sys/trace_zio.h>
+#include <sys/abd.h>
+#include <sys/dsl_crypt.h>
 
 /*
  * ==========================================================================
  * ==========================================================================
  */
 const char *zio_type_name[ZIO_TYPES] = {
+       /*
+        * Note: Linux kernel thread name length is limited
+        * so these names will differ from upstream open zfs.
+        */
        "z_null", "z_rd", "z_wr", "z_fr", "z_cl", "z_ioctl"
 };
 
+int zio_dva_throttle_enabled = B_TRUE;
+
 /*
  * ==========================================================================
  * I/O kmem caches
@@ -60,6 +70,11 @@ kmem_cache_t *zio_cache;
 kmem_cache_t *zio_link_cache;
 kmem_cache_t *zio_buf_cache[SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT];
 kmem_cache_t *zio_data_buf_cache[SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT];
+#if defined(ZFS_DEBUG) && !defined(_KERNEL)
+uint64_t zio_buf_cache_allocs[SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT];
+uint64_t zio_buf_cache_frees[SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT];
+#endif
+
 int zio_delay_max = ZIO_DELAY_MAX;
 
 #define        ZIO_PIPELINE_CONTINUE           0x100
@@ -100,6 +115,8 @@ int zio_buf_debug_limit = 0;
 
 static inline void __zio_execute(zio_t *zio);
 
+static void zio_taskq_dispatch(zio_t *, zio_taskq_type_t, boolean_t);
+
 void
 zio_init(void)
 {
@@ -122,7 +139,7 @@ zio_init(void)
                size_t align = 0;
                size_t cflags = (size > zio_buf_debug_limit) ? KMC_NODEBUG : 0;
 
-#ifdef _ILP32
+#if defined(_ILP32) && defined(_KERNEL)
                /*
                 * Cache size limited to 1M on 32-bit platforms until ARC
                 * buffers no longer require virtual address space.
@@ -143,12 +160,21 @@ zio_init(void)
                 */
                if (arc_watch && !IS_P2ALIGNED(size, PAGESIZE))
                        continue;
-#endif
-               if (size <= 4 * SPA_MINBLOCKSIZE) {
+               /*
+                * Here's the problem - on 4K native devices in userland on
+                * Linux using O_DIRECT, buffers must be 4K aligned or I/O
+                * will fail with EINVAL, causing zdb (and others) to coredump.
+                * Since userland probably doesn't need optimized buffer caches,
+                * we just force 4K alignment on everything.
+                */
+               align = 8 * SPA_MINBLOCKSIZE;
+#else
+               if (size < PAGESIZE) {
                        align = SPA_MINBLOCKSIZE;
                } else if (IS_P2ALIGNED(size, p2 >> 2)) {
-                       align = MIN(p2 >> 2, PAGESIZE);
+                       align = PAGESIZE;
                }
+#endif
 
                if (align != 0) {
                        char name[36];
@@ -193,6 +219,13 @@ zio_fini(void)
                 */
                if (((c + 1) << SPA_MINBLOCKSHIFT) > zfs_max_recordsize)
                        break;
+#endif
+#if defined(ZFS_DEBUG) && !defined(_KERNEL)
+               if (zio_buf_cache_allocs[c] != zio_buf_cache_frees[c])
+                       (void) printf("zio_fini: [%d] %llu != %llu\n",
+                           (int)((c + 1) << SPA_MINBLOCKSHIFT),
+                           (long long unsigned)zio_buf_cache_allocs[c],
+                           (long long unsigned)zio_buf_cache_frees[c]);
 #endif
                if (zio_buf_cache[c] != last_cache) {
                        last_cache = zio_buf_cache[c];
@@ -233,6 +266,9 @@ zio_buf_alloc(size_t size)
        size_t c = (size - 1) >> SPA_MINBLOCKSHIFT;
 
        VERIFY3U(c, <, SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT);
+#if defined(ZFS_DEBUG) && !defined(_KERNEL)
+       atomic_add_64(&zio_buf_cache_allocs[c], 1);
+#endif
 
        return (kmem_cache_alloc(zio_buf_cache[c], KM_PUSHPAGE));
 }
@@ -253,26 +289,15 @@ zio_data_buf_alloc(size_t size)
        return (kmem_cache_alloc(zio_data_buf_cache[c], KM_PUSHPAGE));
 }
 
-/*
- * Use zio_buf_alloc_flags when specific allocation flags are needed.  e.g.
- * passing KM_NOSLEEP when it is acceptable for an allocation to fail.
- */
-void *
-zio_buf_alloc_flags(size_t size, int flags)
-{
-       size_t c = (size - 1) >> SPA_MINBLOCKSHIFT;
-
-       VERIFY3U(c, <, SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT);
-
-       return (kmem_cache_alloc(zio_buf_cache[c], flags));
-}
-
 void
 zio_buf_free(void *buf, size_t size)
 {
        size_t c = (size - 1) >> SPA_MINBLOCKSHIFT;
 
        VERIFY3U(c, <, SPA_MAXBLOCKSIZE >> SPA_MINBLOCKSHIFT);
+#if defined(ZFS_DEBUG) && !defined(_KERNEL)
+       atomic_add_64(&zio_buf_cache_frees[c], 1);
+#endif
 
        kmem_cache_free(zio_buf_cache[c], buf);
 }
@@ -287,18 +312,30 @@ zio_data_buf_free(void *buf, size_t size)
        kmem_cache_free(zio_data_buf_cache[c], buf);
 }
 
+static void
+zio_abd_free(void *abd, size_t size)
+{
+       abd_free((abd_t *)abd);
+}
+
 /*
  * ==========================================================================
  * Push and pop I/O transform buffers
  * ==========================================================================
  */
-static void
-zio_push_transform(zio_t *zio, void *data, uint64_t size, uint64_t bufsize,
-       zio_transform_func_t *transform)
+void
+zio_push_transform(zio_t *zio, abd_t *data, uint64_t size, uint64_t bufsize,
+    zio_transform_func_t *transform)
 {
        zio_transform_t *zt = kmem_alloc(sizeof (zio_transform_t), KM_SLEEP);
 
-       zt->zt_orig_data = zio->io_data;
+       /*
+        * Ensure that anyone expecting this zio to contain a linear ABD isn't
+        * going to get a nasty surprise when they try to access the data.
+        */
+       IMPLY(abd_is_linear(zio->io_abd), abd_is_linear(data));
+
+       zt->zt_orig_abd = zio->io_abd;
        zt->zt_orig_size = zio->io_size;
        zt->zt_bufsize = bufsize;
        zt->zt_transform = transform;
@@ -306,11 +343,11 @@ zio_push_transform(zio_t *zio, void *data, uint64_t size, uint64_t bufsize,
        zt->zt_next = zio->io_transform_stack;
        zio->io_transform_stack = zt;
 
-       zio->io_data = data;
+       zio->io_abd = data;
        zio->io_size = size;
 }
 
-static void
+void
 zio_pop_transforms(zio_t *zio)
 {
        zio_transform_t *zt;
@@ -318,12 +355,12 @@ zio_pop_transforms(zio_t *zio)
        while ((zt = zio->io_transform_stack) != NULL) {
                if (zt->zt_transform != NULL)
                        zt->zt_transform(zio,
-                           zt->zt_orig_data, zt->zt_orig_size);
+                           zt->zt_orig_abd, zt->zt_orig_size);
 
                if (zt->zt_bufsize != 0)
-                       zio_buf_free(zio->io_data, zt->zt_bufsize);
+                       abd_free(zio->io_abd);
 
-               zio->io_data = zt->zt_orig_data;
+               zio->io_abd = zt->zt_orig_abd;
                zio->io_size = zt->zt_orig_size;
                zio->io_transform_stack = zt->zt_next;
 
@@ -333,25 +370,150 @@ zio_pop_transforms(zio_t *zio)
 
 /*
  * ==========================================================================
- * I/O transform callbacks for subblocks and decompression
+ * I/O transform callbacks for subblocks, decompression, and decryption
  * ==========================================================================
  */
 static void
-zio_subblock(zio_t *zio, void *data, uint64_t size)
+zio_subblock(zio_t *zio, abd_t *data, uint64_t size)
 {
        ASSERT(zio->io_size > size);
 
        if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
-               bcopy(zio->io_data, data, size);
+               abd_copy(data, zio->io_abd, size);
 }
 
 static void
-zio_decompress(zio_t *zio, void *data, uint64_t size)
+zio_decompress(zio_t *zio, abd_t *data, uint64_t size)
 {
-       if (zio->io_error == 0 &&
-           zio_decompress_data(BP_GET_COMPRESS(zio->io_bp),
-           zio->io_data, data, zio->io_size, size) != 0)
-               zio->io_error = SET_ERROR(EIO);
+       if (zio->io_error == 0) {
+               void *tmp = abd_borrow_buf(data, size);
+               int ret = zio_decompress_data(BP_GET_COMPRESS(zio->io_bp),
+                   zio->io_abd, tmp, zio->io_size, size);
+               abd_return_buf_copy(data, tmp, size);
+
+               if (ret != 0)
+                       zio->io_error = SET_ERROR(EIO);
+       }
+}
+
+static void
+zio_decrypt(zio_t *zio, abd_t *data, uint64_t size)
+{
+       int ret;
+       void *tmp;
+       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
+       spa_t *spa = zio->io_spa;
+       uint64_t dsobj = zio->io_bookmark.zb_objset;
+       uint64_t lsize = BP_GET_LSIZE(bp);
+       dmu_object_type_t ot = BP_GET_TYPE(bp);
+       uint8_t salt[ZIO_DATA_SALT_LEN];
+       uint8_t iv[ZIO_DATA_IV_LEN];
+       uint8_t mac[ZIO_DATA_MAC_LEN];
+       boolean_t no_crypt = B_FALSE;
+
+       ASSERT(BP_USES_CRYPT(bp));
+       ASSERT3U(size, !=, 0);
+
+       if (zio->io_error != 0)
+               return;
+
+       /*
+        * Verify the cksum of MACs stored in an indirect bp. It will always
+        * be possible to verify this since it does not require an encryption
+        * key.
+        */
+       if (BP_HAS_INDIRECT_MAC_CKSUM(bp)) {
+               zio_crypt_decode_mac_bp(bp, mac);
+
+               if (BP_GET_COMPRESS(bp) != ZIO_COMPRESS_OFF) {
+                       /*
+                        * We haven't decompressed the data yet, but
+                        * zio_crypt_do_indirect_mac_checksum() requires
+                        * decompressed data to be able to parse out the MACs
+                        * from the indirect block. We decompress it now and
+                        * throw away the result after we are finished.
+                        */
+                       tmp = zio_buf_alloc(lsize);
+                       ret = zio_decompress_data(BP_GET_COMPRESS(bp),
+                           zio->io_abd, tmp, zio->io_size, lsize);
+                       if (ret != 0) {
+                               ret = SET_ERROR(EIO);
+                               goto error;
+                       }
+                       ret = zio_crypt_do_indirect_mac_checksum(B_FALSE,
+                           tmp, lsize, BP_SHOULD_BYTESWAP(bp), mac);
+                       zio_buf_free(tmp, lsize);
+               } else {
+                       ret = zio_crypt_do_indirect_mac_checksum_abd(B_FALSE,
+                           zio->io_abd, size, BP_SHOULD_BYTESWAP(bp), mac);
+               }
+               abd_copy(data, zio->io_abd, size);
+
+               if (ret != 0)
+                       goto error;
+
+               return;
+       }
+
+       /*
+        * If this is an authenticated block, just check the MAC. It would be
+        * nice to separate this out into its own flag, but for the moment
+        * enum zio_flag is out of bits.
+        */
+       if (BP_IS_AUTHENTICATED(bp)) {
+               if (ot == DMU_OT_OBJSET) {
+                       ret = spa_do_crypt_objset_mac_abd(B_FALSE, spa,
+                           dsobj, zio->io_abd, size, BP_SHOULD_BYTESWAP(bp));
+               } else {
+                       zio_crypt_decode_mac_bp(bp, mac);
+                       ret = spa_do_crypt_mac_abd(B_FALSE, spa, dsobj,
+                           zio->io_abd, size, mac);
+               }
+               abd_copy(data, zio->io_abd, size);
+
+               if (ret != 0)
+                       goto error;
+
+               return;
+       }
+
+       zio_crypt_decode_params_bp(bp, salt, iv);
+
+       if (ot == DMU_OT_INTENT_LOG) {
+               tmp = abd_borrow_buf_copy(zio->io_abd, sizeof (zil_chain_t));
+               zio_crypt_decode_mac_zil(tmp, mac);
+               abd_return_buf(zio->io_abd, tmp, sizeof (zil_chain_t));
+       } else {
+               zio_crypt_decode_mac_bp(bp, mac);
+       }
+
+       ret = spa_do_crypt_abd(B_FALSE, spa, dsobj, bp, bp->blk_birth,
+           size, data, zio->io_abd, iv, mac, salt, &no_crypt);
+       if (no_crypt)
+               abd_copy(data, zio->io_abd, size);
+
+       if (ret != 0)
+               goto error;
+
+       return;
+
+error:
+       /* assert that the key was found unless this was speculative */
+       ASSERT(ret != ENOENT || (zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE));
+
+       /*
+        * If there was a decryption / authentication error return EIO as
+        * the io_error. If this was not a speculative zio, create an ereport.
+        */
+       if (ret == ECKSUM) {
+               ret = SET_ERROR(EIO);
+               if ((zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE) == 0) {
+                       zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_AUTHENTICATION,
+                           spa, NULL, &zio->io_bookmark, zio, 0, 0);
+               }
+       } else {
+               zio->io_error = ret;
+       }
 }
 
 /*
@@ -359,52 +521,41 @@ zio_decompress(zio_t *zio, void *data, uint64_t size)
  * I/O parent/child relationships and pipeline interlocks
  * ==========================================================================
  */
-/*
- * NOTE - Callers to zio_walk_parents() and zio_walk_children must
- *        continue calling these functions until they return NULL.
- *        Otherwise, the next caller will pick up the list walk in
- *        some indeterminate state.  (Otherwise every caller would
- *        have to pass in a cookie to keep the state represented by
- *        io_walk_link, which gets annoying.)
- */
 zio_t *
-zio_walk_parents(zio_t *cio)
+zio_walk_parents(zio_t *cio, zio_link_t **zl)
 {
-       zio_link_t *zl = cio->io_walk_link;
        list_t *pl = &cio->io_parent_list;
 
-       zl = (zl == NULL) ? list_head(pl) : list_next(pl, zl);
-       cio->io_walk_link = zl;
-
-       if (zl == NULL)
+       *zl = (*zl == NULL) ? list_head(pl) : list_next(pl, *zl);
+       if (*zl == NULL)
                return (NULL);
 
-       ASSERT(zl->zl_child == cio);
-       return (zl->zl_parent);
+       ASSERT((*zl)->zl_child == cio);
+       return ((*zl)->zl_parent);
 }
 
 zio_t *
-zio_walk_children(zio_t *pio)
+zio_walk_children(zio_t *pio, zio_link_t **zl)
 {
-       zio_link_t *zl = pio->io_walk_link;
        list_t *cl = &pio->io_child_list;
 
-       zl = (zl == NULL) ? list_head(cl) : list_next(cl, zl);
-       pio->io_walk_link = zl;
+       ASSERT(MUTEX_HELD(&pio->io_lock));
 
-       if (zl == NULL)
+       *zl = (*zl == NULL) ? list_head(cl) : list_next(cl, *zl);
+       if (*zl == NULL)
                return (NULL);
 
-       ASSERT(zl->zl_parent == pio);
-       return (zl->zl_child);
+       ASSERT((*zl)->zl_parent == pio);
+       return ((*zl)->zl_child);
 }
 
 zio_t *
 zio_unique_parent(zio_t *cio)
 {
-       zio_t *pio = zio_walk_parents(cio);
+       zio_link_t *zl = NULL;
+       zio_t *pio = zio_walk_parents(cio, &zl);
 
-       VERIFY(zio_walk_parents(cio) == NULL);
+       VERIFY3P(zio_walk_parents(cio, &zl), ==, NULL);
        return (pio);
 }
 
@@ -412,7 +563,6 @@ void
 zio_add_child(zio_t *pio, zio_t *cio)
 {
        zio_link_t *zl = kmem_cache_alloc(zio_link_cache, KM_SLEEP);
-       int w;
 
        /*
         * Logical I/Os can have logical, gang, or vdev children.
@@ -420,17 +570,17 @@ zio_add_child(zio_t *pio, zio_t *cio)
         * Vdev I/Os can only have vdev children.
         * The following ASSERT captures all of these constraints.
         */
-       ASSERT(cio->io_child_type <= pio->io_child_type);
+       ASSERT3S(cio->io_child_type, <=, pio->io_child_type);
 
        zl->zl_parent = pio;
        zl->zl_child = cio;
 
-       mutex_enter(&cio->io_lock);
        mutex_enter(&pio->io_lock);
+       mutex_enter(&cio->io_lock);
 
        ASSERT(pio->io_state[ZIO_WAIT_DONE] == 0);
 
-       for (w = 0; w < ZIO_WAIT_TYPES; w++)
+       for (int w = 0; w < ZIO_WAIT_TYPES; w++)
                pio->io_children[cio->io_child_type][w] += !cio->io_state[w];
 
        list_insert_head(&pio->io_child_list, zl);
@@ -439,8 +589,8 @@ zio_add_child(zio_t *pio, zio_t *cio)
        pio->io_child_count++;
        cio->io_parent_count++;
 
-       mutex_exit(&pio->io_lock);
        mutex_exit(&cio->io_lock);
+       mutex_exit(&pio->io_lock);
 }
 
 static void
@@ -449,8 +599,8 @@ zio_remove_child(zio_t *pio, zio_t *cio, zio_link_t *zl)
        ASSERT(zl->zl_parent == pio);
        ASSERT(zl->zl_child == cio);
 
-       mutex_enter(&cio->io_lock);
        mutex_enter(&pio->io_lock);
+       mutex_enter(&cio->io_lock);
 
        list_remove(&pio->io_child_list, zl);
        list_remove(&cio->io_parent_list, zl);
@@ -458,9 +608,8 @@ zio_remove_child(zio_t *pio, zio_t *cio, zio_link_t *zl)
        pio->io_child_count--;
        cio->io_parent_count--;
 
-       mutex_exit(&pio->io_lock);
        mutex_exit(&cio->io_lock);
-
+       mutex_exit(&pio->io_lock);
        kmem_cache_free(zio_link_cache, zl);
 }
 
@@ -474,6 +623,7 @@ zio_wait_for_children(zio_t *zio, enum zio_child child, enum zio_wait_type wait)
        ASSERT(zio->io_stall == NULL);
        if (*countp != 0) {
                zio->io_stage >>= 1;
+               ASSERT3U(zio->io_stage, !=, ZIO_STAGE_OPEN);
                zio->io_stall = countp;
                waiting = B_TRUE;
        }
@@ -498,9 +648,18 @@ zio_notify_parent(zio_t *pio, zio_t *zio, enum zio_wait_type wait)
        (*countp)--;
 
        if (*countp == 0 && pio->io_stall == countp) {
+               zio_taskq_type_t type =
+                   pio->io_stage < ZIO_STAGE_VDEV_IO_START ? ZIO_TASKQ_ISSUE :
+                   ZIO_TASKQ_INTERRUPT;
                pio->io_stall = NULL;
                mutex_exit(&pio->io_lock);
-               __zio_execute(pio);
+               /*
+                * Dispatch the parent zio in its own taskq so that
+                * the child can continue to make progress. This also
+                * prevents overflowing the stack when we have deeply nested
+                * parent-child relationships.
+                */
+               zio_taskq_dispatch(pio, type, B_FALSE);
        } else {
                mutex_exit(&pio->io_lock);
        }
@@ -513,6 +672,40 @@ zio_inherit_child_errors(zio_t *zio, enum zio_child c)
                zio->io_error = zio->io_child_error[c];
 }
 
+int
+zio_bookmark_compare(const void *x1, const void *x2)
+{
+       const zio_t *z1 = x1;
+       const zio_t *z2 = x2;
+
+       if (z1->io_bookmark.zb_objset < z2->io_bookmark.zb_objset)
+               return (-1);
+       if (z1->io_bookmark.zb_objset > z2->io_bookmark.zb_objset)
+               return (1);
+
+       if (z1->io_bookmark.zb_object < z2->io_bookmark.zb_object)
+               return (-1);
+       if (z1->io_bookmark.zb_object > z2->io_bookmark.zb_object)
+               return (1);
+
+       if (z1->io_bookmark.zb_level < z2->io_bookmark.zb_level)
+               return (-1);
+       if (z1->io_bookmark.zb_level > z2->io_bookmark.zb_level)
+               return (1);
+
+       if (z1->io_bookmark.zb_blkid < z2->io_bookmark.zb_blkid)
+               return (-1);
+       if (z1->io_bookmark.zb_blkid > z2->io_bookmark.zb_blkid)
+               return (1);
+
+       if (z1 < z2)
+               return (-1);
+       if (z1 > z2)
+               return (1);
+
+       return (0);
+}
+
 /*
  * ==========================================================================
  * Create the various types of I/O (read, write, free, etc)
@@ -520,21 +713,24 @@ zio_inherit_child_errors(zio_t *zio, enum zio_child c)
  */
 static zio_t *
 zio_create(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, const blkptr_t *bp,
-    void *data, uint64_t size, zio_done_func_t *done, void *private,
-    zio_type_t type, zio_priority_t priority, enum zio_flag flags,
-    vdev_t *vd, uint64_t offset, const zbookmark_phys_t *zb,
-    enum zio_stage stage, enum zio_stage pipeline)
+    abd_t *data, uint64_t lsize, uint64_t psize, zio_done_func_t *done,
+    void *private, zio_type_t type, zio_priority_t priority,
+    enum zio_flag flags, vdev_t *vd, uint64_t offset,
+    const zbookmark_phys_t *zb, enum zio_stage stage,
+    enum zio_stage pipeline)
 {
        zio_t *zio;
 
-       ASSERT3U(size, <=, SPA_MAXBLOCKSIZE);
-       ASSERT(P2PHASE(size, SPA_MINBLOCKSIZE) == 0);
+       ASSERT3U(psize, <=, SPA_MAXBLOCKSIZE);
+       ASSERT(P2PHASE(psize, SPA_MINBLOCKSIZE) == 0);
        ASSERT(P2PHASE(offset, SPA_MINBLOCKSIZE) == 0);
 
        ASSERT(!vd || spa_config_held(spa, SCL_STATE_ALL, RW_READER));
        ASSERT(!bp || !(flags & ZIO_FLAG_CONFIG_WRITER));
        ASSERT(vd || stage == ZIO_STAGE_OPEN);
 
+       IMPLY(lsize != psize, (flags & ZIO_FLAG_RAW_COMPRESS) != 0);
+
        zio = kmem_cache_alloc(zio_cache, KM_SLEEP);
        bzero(zio, sizeof (zio_t));
 
@@ -545,6 +741,7 @@ zio_create(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, const blkptr_t *bp,
            offsetof(zio_link_t, zl_parent_node));
        list_create(&zio->io_child_list, sizeof (zio_link_t),
            offsetof(zio_link_t, zl_child_node));
+       metaslab_trace_init(&zio->io_alloc_list);
 
        if (vd != NULL)
                zio->io_child_type = ZIO_CHILD_VDEV;
@@ -576,11 +773,13 @@ zio_create(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, const blkptr_t *bp,
        zio->io_priority = priority;
        zio->io_vd = vd;
        zio->io_offset = offset;
-       zio->io_orig_data = zio->io_data = data;
-       zio->io_orig_size = zio->io_size = size;
+       zio->io_orig_abd = zio->io_abd = data;
+       zio->io_orig_size = zio->io_size = psize;
+       zio->io_lsize = lsize;
        zio->io_orig_flags = zio->io_flags = flags;
        zio->io_orig_stage = zio->io_stage = stage;
        zio->io_orig_pipeline = zio->io_pipeline = pipeline;
+       zio->io_pipeline_trace = ZIO_STAGE_OPEN;
 
        zio->io_state[ZIO_WAIT_READY] = (stage >= ZIO_STAGE_READY);
        zio->io_state[ZIO_WAIT_DONE] = (stage >= ZIO_STAGE_DONE);
@@ -604,6 +803,7 @@ zio_create(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, const blkptr_t *bp,
 static void
 zio_destroy(zio_t *zio)
 {
+       metaslab_trace_fini(&zio->io_alloc_list);
        list_destroy(&zio->io_parent_list);
        list_destroy(&zio->io_child_list);
        mutex_destroy(&zio->io_lock);
@@ -617,7 +817,7 @@ zio_null(zio_t *pio, spa_t *spa, vdev_t *vd, zio_done_func_t *done,
 {
        zio_t *zio;
 
-       zio = zio_create(pio, spa, 0, NULL, NULL, 0, done, private,
+       zio = zio_create(pio, spa, 0, NULL, NULL, 0, 0, done, private,
            ZIO_TYPE_NULL, ZIO_PRIORITY_NOW, flags, vd, 0, NULL,
            ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_INTERLOCK_PIPELINE);
 
@@ -633,8 +833,6 @@ zio_root(spa_t *spa, zio_done_func_t *done, void *private, enum zio_flag flags)
 void
 zfs_blkptr_verify(spa_t *spa, const blkptr_t *bp)
 {
-       int i;
-
        if (!DMU_OT_IS_VALID(BP_GET_TYPE(bp))) {
                zfs_panic_recover("blkptr at %p has invalid TYPE %llu",
                    bp, (longlong_t)BP_GET_TYPE(bp));
@@ -673,17 +871,16 @@ zfs_blkptr_verify(spa_t *spa, const blkptr_t *bp)
         * allows the birth time of log blocks (and dmu_sync()-ed blocks
         * that are in the log) to be arbitrarily large.
         */
-       for (i = 0; i < BP_GET_NDVAS(bp); i++) {
+       for (int i = 0; i < BP_GET_NDVAS(bp); i++) {
                uint64_t vdevid = DVA_GET_VDEV(&bp->blk_dva[i]);
-               vdev_t *vd;
-               uint64_t offset, asize;
+
                if (vdevid >= spa->spa_root_vdev->vdev_children) {
                        zfs_panic_recover("blkptr at %p DVA %u has invalid "
                            "VDEV %llu",
                            bp, i, (longlong_t)vdevid);
                        continue;
                }
-               vd = spa->spa_root_vdev->vdev_child[vdevid];
+               vdev_t *vd = spa->spa_root_vdev->vdev_child[vdevid];
                if (vd == NULL) {
                        zfs_panic_recover("blkptr at %p DVA %u has invalid "
                            "VDEV %llu",
@@ -704,8 +901,8 @@ zfs_blkptr_verify(spa_t *spa, const blkptr_t *bp)
                         */
                        continue;
                }
-               offset = DVA_GET_OFFSET(&bp->blk_dva[i]);
-               asize = DVA_GET_ASIZE(&bp->blk_dva[i]);
+               uint64_t offset = DVA_GET_OFFSET(&bp->blk_dva[i]);
+               uint64_t asize = DVA_GET_ASIZE(&bp->blk_dva[i]);
                if (BP_IS_GANG(bp))
                        asize = vdev_psize_to_asize(vd, SPA_GANGBLOCKSIZE);
                if (offset + asize > vd->vdev_asize) {
@@ -718,7 +915,7 @@ zfs_blkptr_verify(spa_t *spa, const blkptr_t *bp)
 
 zio_t *
 zio_read(zio_t *pio, spa_t *spa, const blkptr_t *bp,
-    void *data, uint64_t size, zio_done_func_t *done, void *private,
+    abd_t *data, uint64_t size, zio_done_func_t *done, void *private,
     zio_priority_t priority, enum zio_flag flags, const zbookmark_phys_t *zb)
 {
        zio_t *zio;
@@ -726,7 +923,7 @@ zio_read(zio_t *pio, spa_t *spa, const blkptr_t *bp,
        zfs_blkptr_verify(spa, bp);
 
        zio = zio_create(pio, spa, BP_PHYSICAL_BIRTH(bp), bp,
-           data, size, done, private,
+           data, size, size, done, private,
            ZIO_TYPE_READ, priority, flags, NULL, 0, zb,
            ZIO_STAGE_OPEN, (flags & ZIO_FLAG_DDT_CHILD) ?
            ZIO_DDT_CHILD_READ_PIPELINE : ZIO_READ_PIPELINE);
@@ -736,10 +933,11 @@ zio_read(zio_t *pio, spa_t *spa, const blkptr_t *bp,
 
 zio_t *
 zio_write(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp,
-    void *data, uint64_t size, const zio_prop_t *zp,
-    zio_done_func_t *ready, zio_done_func_t *physdone, zio_done_func_t *done,
-    void *private,
-    zio_priority_t priority, enum zio_flag flags, const zbookmark_phys_t *zb)
+    abd_t *data, uint64_t lsize, uint64_t psize, const zio_prop_t *zp,
+    zio_done_func_t *ready, zio_done_func_t *children_ready,
+    zio_done_func_t *physdone, zio_done_func_t *done,
+    void *private, zio_priority_t priority, enum zio_flag flags,
+    const zbookmark_phys_t *zb)
 {
        zio_t *zio;
 
@@ -752,12 +950,13 @@ zio_write(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp,
            zp->zp_copies > 0 &&
            zp->zp_copies <= spa_max_replication(spa));
 
-       zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, data, size, done, private,
+       zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, data, lsize, psize, done, private,
            ZIO_TYPE_WRITE, priority, flags, NULL, 0, zb,
            ZIO_STAGE_OPEN, (flags & ZIO_FLAG_DDT_CHILD) ?
            ZIO_DDT_CHILD_WRITE_PIPELINE : ZIO_WRITE_PIPELINE);
 
        zio->io_ready = ready;
+       zio->io_children_ready = children_ready;
        zio->io_physdone = physdone;
        zio->io_prop = *zp;
 
@@ -765,9 +964,12 @@ zio_write(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp,
         * Data can be NULL if we are going to call zio_write_override() to
         * provide the already-allocated BP.  But we may need the data to
         * verify a dedup hit (if requested).  In this case, don't try to
-        * dedup (just take the already-allocated BP verbatim).
+        * dedup (just take the already-allocated BP verbatim). Encrypted
+        * dedup blocks need data as well so we also disable dedup in this
+        * case.
         */
-       if (data == NULL && zio->io_prop.zp_dedup_verify) {
+       if (data == NULL &&
+           (zio->io_prop.zp_dedup_verify || zio->io_prop.zp_encrypt)) {
                zio->io_prop.zp_dedup = zio->io_prop.zp_dedup_verify = B_FALSE;
        }
 
@@ -775,14 +977,14 @@ zio_write(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp,
 }
 
 zio_t *
-zio_rewrite(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp, void *data,
+zio_rewrite(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp, abd_t *data,
     uint64_t size, zio_done_func_t *done, void *private,
     zio_priority_t priority, enum zio_flag flags, zbookmark_phys_t *zb)
 {
        zio_t *zio;
 
-       zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, data, size, done, private,
-           ZIO_TYPE_WRITE, priority, flags, NULL, 0, zb,
+       zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, data, size, size, done, private,
+           ZIO_TYPE_WRITE, priority, flags | ZIO_FLAG_IO_REWRITE, NULL, 0, zb,
            ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_REWRITE_PIPELINE);
 
        return (zio);
@@ -851,6 +1053,7 @@ zio_free_sync(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, const blkptr_t *bp,
 
        metaslab_check_free(spa, bp);
        arc_freed(spa, bp);
+       dsl_scan_freed(spa, bp);
 
        /*
         * GANG and DEDUP blocks can induce a read (for the gang block header,
@@ -861,8 +1064,8 @@ zio_free_sync(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, const blkptr_t *bp,
                stage |= ZIO_STAGE_ISSUE_ASYNC;
 
        zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, NULL, BP_GET_PSIZE(bp),
-           NULL, NULL, ZIO_TYPE_FREE, ZIO_PRIORITY_NOW, flags,
-           NULL, 0, NULL, ZIO_STAGE_OPEN, stage);
+           BP_GET_PSIZE(bp), NULL, NULL, ZIO_TYPE_FREE, ZIO_PRIORITY_NOW,
+           flags, NULL, 0, NULL, ZIO_STAGE_OPEN, stage);
 
        return (zio);
 }
@@ -895,8 +1098,9 @@ zio_claim(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, const blkptr_t *bp,
        ASSERT(!BP_GET_DEDUP(bp) || !spa_writeable(spa));       /* zdb(1M) */
 
        zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, NULL, BP_GET_PSIZE(bp),
-           done, private, ZIO_TYPE_CLAIM, ZIO_PRIORITY_NOW, flags,
-           NULL, 0, NULL, ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_CLAIM_PIPELINE);
+           BP_GET_PSIZE(bp), done, private, ZIO_TYPE_CLAIM, ZIO_PRIORITY_NOW,
+           flags, NULL, 0, NULL, ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_CLAIM_PIPELINE);
+       ASSERT0(zio->io_queued_timestamp);
 
        return (zio);
 }
@@ -909,7 +1113,7 @@ zio_ioctl(zio_t *pio, spa_t *spa, vdev_t *vd, int cmd,
        int c;
 
        if (vd->vdev_children == 0) {
-               zio = zio_create(pio, spa, 0, NULL, NULL, 0, done, private,
+               zio = zio_create(pio, spa, 0, NULL, NULL, 0, 0, done, private,
                    ZIO_TYPE_IOCTL, ZIO_PRIORITY_NOW, flags, vd, 0, NULL,
                    ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_IOCTL_PIPELINE);
 
@@ -927,7 +1131,7 @@ zio_ioctl(zio_t *pio, spa_t *spa, vdev_t *vd, int cmd,
 
 zio_t *
 zio_read_phys(zio_t *pio, vdev_t *vd, uint64_t offset, uint64_t size,
-    void *data, int checksum, zio_done_func_t *done, void *private,
+    abd_t *data, int checksum, zio_done_func_t *done, void *private,
     zio_priority_t priority, enum zio_flag flags, boolean_t labels)
 {
        zio_t *zio;
@@ -937,9 +1141,9 @@ zio_read_phys(zio_t *pio, vdev_t *vd, uint64_t offset, uint64_t size,
            offset >= vd->vdev_psize - VDEV_LABEL_END_SIZE);
        ASSERT3U(offset + size, <=, vd->vdev_psize);
 
-       zio = zio_create(pio, vd->vdev_spa, 0, NULL, data, size, done, private,
-           ZIO_TYPE_READ, priority, flags | ZIO_FLAG_PHYSICAL, vd, offset,
-           NULL, ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_READ_PHYS_PIPELINE);
+       zio = zio_create(pio, vd->vdev_spa, 0, NULL, data, size, size, done,
+           private, ZIO_TYPE_READ, priority, flags | ZIO_FLAG_PHYSICAL, vd,
+           offset, NULL, ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_READ_PHYS_PIPELINE);
 
        zio->io_prop.zp_checksum = checksum;
 
@@ -948,7 +1152,7 @@ zio_read_phys(zio_t *pio, vdev_t *vd, uint64_t offset, uint64_t size,
 
 zio_t *
 zio_write_phys(zio_t *pio, vdev_t *vd, uint64_t offset, uint64_t size,
-    void *data, int checksum, zio_done_func_t *done, void *private,
+    abd_t *data, int checksum, zio_done_func_t *done, void *private,
     zio_priority_t priority, enum zio_flag flags, boolean_t labels)
 {
        zio_t *zio;
@@ -958,21 +1162,22 @@ zio_write_phys(zio_t *pio, vdev_t *vd, uint64_t offset, uint64_t size,
            offset >= vd->vdev_psize - VDEV_LABEL_END_SIZE);
        ASSERT3U(offset + size, <=, vd->vdev_psize);
 
-       zio = zio_create(pio, vd->vdev_spa, 0, NULL, data, size, done, private,
-           ZIO_TYPE_WRITE, priority, flags | ZIO_FLAG_PHYSICAL, vd, offset,
-           NULL, ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_WRITE_PHYS_PIPELINE);
+       zio = zio_create(pio, vd->vdev_spa, 0, NULL, data, size, size, done,
+           private, ZIO_TYPE_WRITE, priority, flags | ZIO_FLAG_PHYSICAL, vd,
+           offset, NULL, ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_WRITE_PHYS_PIPELINE);
 
        zio->io_prop.zp_checksum = checksum;
 
-       if (zio_checksum_table[checksum].ci_eck) {
+       if (zio_checksum_table[checksum].ci_flags & ZCHECKSUM_FLAG_EMBEDDED) {
                /*
                 * zec checksums are necessarily destructive -- they modify
                 * the end of the write buffer to hold the verifier/checksum.
                 * Therefore, we must make a local copy in case the data is
                 * being written to multiple places in parallel.
                 */
-               void *wbuf = zio_buf_alloc(size);
-               bcopy(data, wbuf, size);
+               abd_t *wbuf = abd_alloc_sametype(data, size);
+               abd_copy(wbuf, data, size);
+
                zio_push_transform(zio, wbuf, size, size, NULL);
        }
 
@@ -984,8 +1189,8 @@ zio_write_phys(zio_t *pio, vdev_t *vd, uint64_t offset, uint64_t size,
  */
 zio_t *
 zio_vdev_child_io(zio_t *pio, blkptr_t *bp, vdev_t *vd, uint64_t offset,
-       void *data, uint64_t size, int type, zio_priority_t priority,
-       enum zio_flag flags, zio_done_func_t *done, void *private)
+    abd_t *data, uint64_t size, int type, zio_priority_t priority,
+    enum zio_flag flags, zio_done_func_t *done, void *private)
 {
        enum zio_stage pipeline = ZIO_VDEV_CHILD_PIPELINE;
        zio_t *zio;
@@ -1016,9 +1221,31 @@ zio_vdev_child_io(zio_t *pio, blkptr_t *bp, vdev_t *vd, uint64_t offset,
        if (flags & ZIO_FLAG_IO_REPAIR)
                flags &= ~ZIO_FLAG_SPECULATIVE;
 
-       zio = zio_create(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp, data, size,
+       /*
+        * If we're creating a child I/O that is not associated with a
+        * top-level vdev, then the child zio is not an allocating I/O.
+        * If this is a retried I/O then we ignore it since we will
+        * have already processed the original allocating I/O.
+        */
+       if (flags & ZIO_FLAG_IO_ALLOCATING &&
+           (vd != vd->vdev_top || (flags & ZIO_FLAG_IO_RETRY))) {
+               ASSERTV(metaslab_class_t *mc = spa_normal_class(pio->io_spa));
+
+               ASSERT(mc->mc_alloc_throttle_enabled);
+               ASSERT(type == ZIO_TYPE_WRITE);
+               ASSERT(priority == ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE);
+               ASSERT(!(flags & ZIO_FLAG_IO_REPAIR));
+               ASSERT(!(pio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REWRITE) ||
+                   pio->io_child_type == ZIO_CHILD_GANG);
+
+               flags &= ~ZIO_FLAG_IO_ALLOCATING;
+       }
+
+
+       zio = zio_create(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp, data, size, size,
            done, private, type, priority, flags, vd, offset, &pio->io_bookmark,
            ZIO_STAGE_VDEV_IO_START >> 1, pipeline);
+       ASSERT3U(zio->io_child_type, ==, ZIO_CHILD_VDEV);
 
        zio->io_physdone = pio->io_physdone;
        if (vd->vdev_ops->vdev_op_leaf && zio->io_logical != NULL)
@@ -1028,16 +1255,16 @@ zio_vdev_child_io(zio_t *pio, blkptr_t *bp, vdev_t *vd, uint64_t offset,
 }
 
 zio_t *
-zio_vdev_delegated_io(vdev_t *vd, uint64_t offset, void *data, uint64_t size,
-       int type, zio_priority_t priority, enum zio_flag flags,
-       zio_done_func_t *done, void *private)
+zio_vdev_delegated_io(vdev_t *vd, uint64_t offset, abd_t *data, uint64_t size,
+    int type, zio_priority_t priority, enum zio_flag flags,
+    zio_done_func_t *done, void *private)
 {
        zio_t *zio;
 
        ASSERT(vd->vdev_ops->vdev_op_leaf);
 
        zio = zio_create(NULL, vd->vdev_spa, 0, NULL,
-           data, size, done, private, type, priority,
+           data, size, size, done, private, type, priority,
            flags | ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_DONT_RETRY | ZIO_FLAG_DELEGATED,
            vd, offset, NULL,
            ZIO_STAGE_VDEV_IO_START >> 1, ZIO_VDEV_CHILD_PIPELINE);
@@ -1056,9 +1283,9 @@ zio_flush(zio_t *zio, vdev_t *vd)
 void
 zio_shrink(zio_t *zio, uint64_t size)
 {
-       ASSERT(zio->io_executor == NULL);
-       ASSERT(zio->io_orig_size == zio->io_size);
-       ASSERT(size <= zio->io_size);
+       ASSERT3P(zio->io_executor, ==, NULL);
+       ASSERT3U(zio->io_orig_size, ==, zio->io_size);
+       ASSERT3U(size, <=, zio->io_size);
 
        /*
         * We don't shrink for raidz because of problems with the
@@ -1066,8 +1293,11 @@ zio_shrink(zio_t *zio, uint64_t size)
         * Note, BP_IS_RAIDZ() assumes no compression.
         */
        ASSERT(BP_GET_COMPRESS(zio->io_bp) == ZIO_COMPRESS_OFF);
-       if (!BP_IS_RAIDZ(zio->io_bp))
-               zio->io_orig_size = zio->io_size = size;
+       if (!BP_IS_RAIDZ(zio->io_bp)) {
+               /* we are not doing a raw write */
+               ASSERT3U(zio->io_size, ==, zio->io_lsize);
+               zio->io_orig_size = zio->io_size = zio->io_lsize = size;
+       }
 }
 
 /*
@@ -1080,20 +1310,30 @@ static int
 zio_read_bp_init(zio_t *zio)
 {
        blkptr_t *bp = zio->io_bp;
+       uint64_t psize =
+           BP_IS_EMBEDDED(bp) ? BPE_GET_PSIZE(bp) : BP_GET_PSIZE(bp);
 
        if (BP_GET_COMPRESS(bp) != ZIO_COMPRESS_OFF &&
            zio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL &&
-           !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_RAW)) {
-               uint64_t psize =
-                   BP_IS_EMBEDDED(bp) ? BPE_GET_PSIZE(bp) : BP_GET_PSIZE(bp);
-               void *cbuf = zio_buf_alloc(psize);
+           !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_RAW_COMPRESS)) {
+               zio_push_transform(zio, abd_alloc_sametype(zio->io_abd, psize),
+                   psize, psize, zio_decompress);
+       }
 
-               zio_push_transform(zio, cbuf, psize, psize, zio_decompress);
+       if (((BP_IS_PROTECTED(bp) && !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_RAW_ENCRYPT)) ||
+           BP_HAS_INDIRECT_MAC_CKSUM(bp)) &&
+           zio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL) {
+               zio_push_transform(zio, abd_alloc_sametype(zio->io_abd, psize),
+                   psize, psize, zio_decrypt);
        }
 
        if (BP_IS_EMBEDDED(bp) && BPE_GET_ETYPE(bp) == BP_EMBEDDED_TYPE_DATA) {
+               int psize = BPE_GET_PSIZE(bp);
+               void *data = abd_borrow_buf(zio->io_abd, psize);
+
                zio->io_pipeline = ZIO_INTERLOCK_PIPELINE;
-               decode_embedded_bp_compressed(bp, zio->io_data);
+               decode_embedded_bp_compressed(bp, data);
+               abd_return_buf_copy(zio->io_abd, data, psize);
        } else {
                ASSERT(!BP_IS_EMBEDDED(bp));
        }
@@ -1113,28 +1353,15 @@ zio_read_bp_init(zio_t *zio)
 static int
 zio_write_bp_init(zio_t *zio)
 {
-       spa_t *spa = zio->io_spa;
-       zio_prop_t *zp = &zio->io_prop;
-       enum zio_compress compress = zp->zp_compress;
-       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
-       uint64_t lsize = zio->io_size;
-       uint64_t psize = lsize;
-       int pass = 1;
-
-       /*
-        * If our children haven't all reached the ready stage,
-        * wait for them and then repeat this pipeline stage.
-        */
-       if (zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_GANG, ZIO_WAIT_READY) ||
-           zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_LOGICAL, ZIO_WAIT_READY))
-               return (ZIO_PIPELINE_STOP);
-
        if (!IO_IS_ALLOCATING(zio))
                return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 
        ASSERT(zio->io_child_type != ZIO_CHILD_DDT);
 
        if (zio->io_bp_override) {
+               blkptr_t *bp = zio->io_bp;
+               zio_prop_t *zp = &zio->io_prop;
+
                ASSERT(bp->blk_birth != zio->io_txg);
                ASSERT(BP_GET_DEDUP(zio->io_bp_override) == 0);
 
@@ -1151,6 +1378,7 @@ zio_write_bp_init(zio_t *zio)
                 */
                if (!BP_IS_HOLE(bp) && zp->zp_nopwrite) {
                        ASSERT(!zp->zp_dedup);
+                       ASSERT3U(BP_GET_CHECKSUM(bp), ==, zp->zp_checksum);
                        zio->io_flags |= ZIO_FLAG_NOPWRITE;
                        return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
                }
@@ -1160,18 +1388,63 @@ zio_write_bp_init(zio_t *zio)
                if (BP_IS_HOLE(bp) || !zp->zp_dedup)
                        return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 
-               ASSERT(zio_checksum_table[zp->zp_checksum].ci_dedup ||
-                   zp->zp_dedup_verify);
+               ASSERT((zio_checksum_table[zp->zp_checksum].ci_flags &
+                   ZCHECKSUM_FLAG_DEDUP) || zp->zp_dedup_verify);
 
-               if (BP_GET_CHECKSUM(bp) == zp->zp_checksum) {
+               if (BP_GET_CHECKSUM(bp) == zp->zp_checksum &&
+                   !zp->zp_encrypt) {
                        BP_SET_DEDUP(bp, 1);
                        zio->io_pipeline |= ZIO_STAGE_DDT_WRITE;
                        return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
                }
+
+               /*
+                * We were unable to handle this as an override bp, treat
+                * it as a regular write I/O.
+                */
                zio->io_bp_override = NULL;
-               BP_ZERO(bp);
+               *bp = zio->io_bp_orig;
+               zio->io_pipeline = zio->io_orig_pipeline;
        }
 
+       return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+}
+
+static int
+zio_write_compress(zio_t *zio)
+{
+       spa_t *spa = zio->io_spa;
+       zio_prop_t *zp = &zio->io_prop;
+       enum zio_compress compress = zp->zp_compress;
+       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
+       uint64_t lsize = zio->io_lsize;
+       uint64_t psize = zio->io_size;
+       int pass = 1;
+
+       /*
+        * If our children haven't all reached the ready stage,
+        * wait for them and then repeat this pipeline stage.
+        */
+       if (zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_GANG, ZIO_WAIT_READY) ||
+           zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_LOGICAL, ZIO_WAIT_READY))
+               return (ZIO_PIPELINE_STOP);
+
+       if (!IO_IS_ALLOCATING(zio))
+               return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+
+       if (zio->io_children_ready != NULL) {
+               /*
+                * Now that all our children are ready, run the callback
+                * associated with this zio in case it wants to modify the
+                * data to be written.
+                */
+               ASSERT3U(zp->zp_level, >, 0);
+               zio->io_children_ready(zio);
+       }
+
+       ASSERT(zio->io_child_type != ZIO_CHILD_DDT);
+       ASSERT(zio->io_bp_override == NULL);
+
        if (!BP_IS_HOLE(bp) && bp->blk_birth == zio->io_txg) {
                /*
                 * We're rewriting an existing block, which means we're
@@ -1196,13 +1469,16 @@ zio_write_bp_init(zio_t *zio)
                    spa_max_replication(spa)) == BP_GET_NDVAS(bp));
        }
 
-       if (compress != ZIO_COMPRESS_OFF) {
+       /* If it's a compressed write that is not raw, compress the buffer. */
+       if (compress != ZIO_COMPRESS_OFF &&
+           !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_RAW_COMPRESS)) {
                void *cbuf = zio_buf_alloc(lsize);
-               psize = zio_compress_data(compress, zio->io_data, cbuf, lsize);
+               psize = zio_compress_data(compress, zio->io_abd, cbuf, lsize);
                if (psize == 0 || psize == lsize) {
                        compress = ZIO_COMPRESS_OFF;
                        zio_buf_free(cbuf, lsize);
-               } else if (!zp->zp_dedup && psize <= BPE_PAYLOAD_SIZE &&
+               } else if (!zp->zp_dedup && !zp->zp_encrypt &&
+                   psize <= BPE_PAYLOAD_SIZE &&
                    zp->zp_level == 0 && !DMU_OT_HAS_FILL(zp->zp_type) &&
                    spa_feature_is_enabled(spa, SPA_FEATURE_EMBEDDED_DATA)) {
                        encode_embedded_bp_compressed(bp,
@@ -1225,23 +1501,34 @@ zio_write_bp_init(zio_t *zio)
                         * in that we charge for the padding used to fill out
                         * the last sector.
                         */
-                       size_t rounded;
-
                        ASSERT3U(spa->spa_min_ashift, >=, SPA_MINBLOCKSHIFT);
-
-                       rounded = (size_t)P2ROUNDUP(psize,
+                       size_t rounded = (size_t)P2ROUNDUP(psize,
                            1ULL << spa->spa_min_ashift);
                        if (rounded >= lsize) {
                                compress = ZIO_COMPRESS_OFF;
                                zio_buf_free(cbuf, lsize);
                                psize = lsize;
                        } else {
-                               bzero((char *)cbuf + psize, rounded - psize);
+                               abd_t *cdata = abd_get_from_buf(cbuf, lsize);
+                               abd_take_ownership_of_buf(cdata, B_TRUE);
+                               abd_zero_off(cdata, psize, rounded - psize);
                                psize = rounded;
-                               zio_push_transform(zio, cbuf,
+                               zio_push_transform(zio, cdata,
                                    psize, lsize, NULL);
                        }
                }
+
+               /*
+                * We were unable to handle this as an override bp, treat
+                * it as a regular write I/O.
+                */
+               zio->io_bp_override = NULL;
+               *bp = zio->io_bp_orig;
+               zio->io_pipeline = zio->io_orig_pipeline;
+
+       } else {
+               ASSERT3U(psize, !=, 0);
+
        }
 
        /*
@@ -1255,8 +1542,8 @@ zio_write_bp_init(zio_t *zio)
        if (!BP_IS_HOLE(bp) && bp->blk_birth == zio->io_txg &&
            BP_GET_PSIZE(bp) == psize &&
            pass >= zfs_sync_pass_rewrite) {
-               enum zio_stage gang_stages = zio->io_pipeline & ZIO_GANG_STAGES;
                ASSERT(psize != 0);
+               enum zio_stage gang_stages = zio->io_pipeline & ZIO_GANG_STAGES;
                zio->io_pipeline = ZIO_REWRITE_PIPELINE | gang_stages;
                zio->io_flags |= ZIO_FLAG_IO_REWRITE;
        } else {
@@ -1286,6 +1573,8 @@ zio_write_bp_init(zio_t *zio)
                if (zp->zp_dedup) {
                        ASSERT(zio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL);
                        ASSERT(!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REWRITE));
+                       ASSERT(!zp->zp_encrypt ||
+                           DMU_OT_IS_ENCRYPTED(zp->zp_type));
                        zio->io_pipeline = ZIO_DDT_WRITE_PIPELINE;
                }
                if (zp->zp_nopwrite) {
@@ -1294,7 +1583,6 @@ zio_write_bp_init(zio_t *zio)
                        zio->io_pipeline |= ZIO_STAGE_NOP_WRITE;
                }
        }
-
        return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 }
 
@@ -1363,9 +1651,8 @@ zio_taskq_member(zio_t *zio, zio_taskq_type_t q)
 {
        kthread_t *executor = zio->io_executor;
        spa_t *spa = zio->io_spa;
-       zio_type_t t;
 
-       for (t = 0; t < ZIO_TYPES; t++) {
+       for (zio_type_t t = 0; t < ZIO_TYPES; t++) {
                spa_taskqs_t *tqs = &spa->spa_zio_taskq[t][q];
                uint_t i;
                for (i = 0; i < tqs->stqs_count; i++) {
@@ -1443,9 +1730,9 @@ zio_delay_interrupt(zio_t *zio)
                                 * OpenZFS's timeout_generic().
                                 */
                                tid = taskq_dispatch_delay(system_taskq,
-                                   (task_func_t *) zio_interrupt,
+                                   (task_func_t *)zio_interrupt,
                                    zio, TQ_NOSLEEP, expire_at_tick);
-                               if (!tid) {
+                               if (tid == TASKQID_INVALID) {
                                        /*
                                         * Couldn't allocate a task.  Just
                                         * finish the zio without a delay.
@@ -1461,6 +1748,80 @@ zio_delay_interrupt(zio_t *zio)
        zio_interrupt(zio);
 }
 
+static void
+zio_deadman_impl(zio_t *pio)
+{
+       zio_t *cio, *cio_next;
+       zio_link_t *zl = NULL;
+       vdev_t *vd = pio->io_vd;
+
+       if (vd != NULL && vd->vdev_ops->vdev_op_leaf) {
+               vdev_queue_t *vq = &vd->vdev_queue;
+               zbookmark_phys_t *zb = &pio->io_bookmark;
+               uint64_t delta = gethrtime() - pio->io_timestamp;
+               uint64_t failmode = spa_get_deadman_failmode(pio->io_spa);
+
+               zfs_dbgmsg("slow zio: zio=%p timestamp=%llu "
+                   "delta=%llu queued=%llu io=%llu "
+                   "path=%s last=%llu "
+                   "type=%d priority=%d flags=0x%x "
+                   "stage=0x%x pipeline=0x%x pipeline-trace=0x%x "
+                   "objset=%llu object=%llu level=%llu blkid=%llu "
+                   "offset=%llu size=%llu error=%d",
+                   pio, pio->io_timestamp,
+                   delta, pio->io_delta, pio->io_delay,
+                   vd->vdev_path, vq->vq_io_complete_ts,
+                   pio->io_type, pio->io_priority, pio->io_flags,
+                   pio->io_state, pio->io_pipeline, pio->io_pipeline_trace,
+                   zb->zb_objset, zb->zb_object, zb->zb_level, zb->zb_blkid,
+                   pio->io_offset, pio->io_size, pio->io_error);
+               zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_DEADMAN,
+                   pio->io_spa, vd, zb, pio, 0, 0);
+
+               if (failmode == ZIO_FAILURE_MODE_CONTINUE &&
+                   taskq_empty_ent(&pio->io_tqent)) {
+                       zio_interrupt(pio);
+               }
+       }
+
+       mutex_enter(&pio->io_lock);
+       for (cio = zio_walk_children(pio, &zl); cio != NULL; cio = cio_next) {
+               cio_next = zio_walk_children(pio, &zl);
+               zio_deadman_impl(cio);
+       }
+       mutex_exit(&pio->io_lock);
+}
+
+/*
+ * Log the critical information describing this zio and all of its children
+ * using the zfs_dbgmsg() interface then post deadman event for the ZED.
+ */
+void
+zio_deadman(zio_t *pio, char *tag)
+{
+       spa_t *spa = pio->io_spa;
+       char *name = spa_name(spa);
+
+       if (!zfs_deadman_enabled || spa_suspended(spa))
+               return;
+
+       zio_deadman_impl(pio);
+
+       switch (spa_get_deadman_failmode(spa)) {
+       case ZIO_FAILURE_MODE_WAIT:
+               zfs_dbgmsg("%s waiting for hung I/O to pool '%s'", tag, name);
+               break;
+
+       case ZIO_FAILURE_MODE_CONTINUE:
+               zfs_dbgmsg("%s restarting hung I/O for pool '%s'", tag, name);
+               break;
+
+       case ZIO_FAILURE_MODE_PANIC:
+               fm_panic("%s determined I/O to pool '%s' is hung.", tag, name);
+               break;
+       }
+}
+
 /*
  * Execute the I/O pipeline until one of the following occurs:
  * (1) the I/O completes; (2) the pipeline stalls waiting for
@@ -1525,6 +1886,8 @@ __zio_execute(zio_t *zio)
 {
        zio->io_executor = curthread;
 
+       ASSERT3U(zio->io_queued_timestamp, >, 0);
+
        while (zio->io_stage < ZIO_STAGE_DONE) {
                enum zio_stage pipeline = zio->io_pipeline;
                enum zio_stage stage = zio->io_stage;
@@ -1569,6 +1932,7 @@ __zio_execute(zio_t *zio)
                }
 
                zio->io_stage = stage;
+               zio->io_pipeline_trace |= zio->io_stage;
                rv = zio_pipeline[highbit64(stage) - 1](zio);
 
                if (rv == ZIO_PIPELINE_STOP)
@@ -1587,18 +1951,32 @@ __zio_execute(zio_t *zio)
 int
 zio_wait(zio_t *zio)
 {
+       long timeout = MSEC_TO_TICK(zfs_deadman_ziotime_ms);
        int error;
 
-       ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_OPEN);
-       ASSERT(zio->io_executor == NULL);
+       ASSERT3S(zio->io_stage, ==, ZIO_STAGE_OPEN);
+       ASSERT3P(zio->io_executor, ==, NULL);
 
        zio->io_waiter = curthread;
+       ASSERT0(zio->io_queued_timestamp);
+       zio->io_queued_timestamp = gethrtime();
 
        __zio_execute(zio);
 
        mutex_enter(&zio->io_lock);
-       while (zio->io_executor != NULL)
-               cv_wait_io(&zio->io_cv, &zio->io_lock);
+       while (zio->io_executor != NULL) {
+               error = cv_timedwait_io(&zio->io_cv, &zio->io_lock,
+                   ddi_get_lbolt() + timeout);
+
+               if (zfs_deadman_enabled && error == -1 &&
+                   gethrtime() - zio->io_queued_timestamp >
+                   spa_deadman_ziotime(zio->io_spa)) {
+                       mutex_exit(&zio->io_lock);
+                       timeout = MSEC_TO_TICK(zfs_deadman_checktime_ms);
+                       zio_deadman(zio, FTAG);
+                       mutex_enter(&zio->io_lock);
+               }
+       }
        mutex_exit(&zio->io_lock);
 
        error = zio->io_error;
@@ -1610,7 +1988,7 @@ zio_wait(zio_t *zio)
 void
 zio_nowait(zio_t *zio)
 {
-       ASSERT(zio->io_executor == NULL);
+       ASSERT3P(zio->io_executor, ==, NULL);
 
        if (zio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL &&
            zio_unique_parent(zio) == NULL) {
@@ -1629,12 +2007,14 @@ zio_nowait(zio_t *zio)
                zio_add_child(pio, zio);
        }
 
+       ASSERT0(zio->io_queued_timestamp);
+       zio->io_queued_timestamp = gethrtime();
        __zio_execute(zio);
 }
 
 /*
  * ==========================================================================
- * Reexecute or suspend/resume failed I/O
+ * Reexecute, cancel, or suspend/resume failed I/O
  * ==========================================================================
  */
 
@@ -1642,7 +2022,6 @@ static void
 zio_reexecute(zio_t *pio)
 {
        zio_t *cio, *cio_next;
-       int c, w;
 
        ASSERT(pio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL);
        ASSERT(pio->io_orig_stage == ZIO_STAGE_OPEN);
@@ -1654,10 +2033,11 @@ zio_reexecute(zio_t *pio)
        pio->io_pipeline = pio->io_orig_pipeline;
        pio->io_reexecute = 0;
        pio->io_flags |= ZIO_FLAG_REEXECUTED;
+       pio->io_pipeline_trace = 0;
        pio->io_error = 0;
-       for (w = 0; w < ZIO_WAIT_TYPES; w++)
+       for (int w = 0; w < ZIO_WAIT_TYPES; w++)
                pio->io_state[w] = 0;
-       for (c = 0; c < ZIO_CHILD_TYPES; c++)
+       for (int c = 0; c < ZIO_CHILD_TYPES; c++)
                pio->io_child_error[c] = 0;
 
        if (IO_IS_ALLOCATING(pio))
@@ -1670,22 +2050,27 @@ zio_reexecute(zio_t *pio)
         * the remainder of pio's io_child_list, from 'cio_next' onward,
         * cannot be affected by any side effects of reexecuting 'cio'.
         */
-       for (cio = zio_walk_children(pio); cio != NULL; cio = cio_next) {
-               cio_next = zio_walk_children(pio);
-               mutex_enter(&pio->io_lock);
-               for (w = 0; w < ZIO_WAIT_TYPES; w++)
+       zio_link_t *zl = NULL;
+       mutex_enter(&pio->io_lock);
+       for (cio = zio_walk_children(pio, &zl); cio != NULL; cio = cio_next) {
+               cio_next = zio_walk_children(pio, &zl);
+               for (int w = 0; w < ZIO_WAIT_TYPES; w++)
                        pio->io_children[cio->io_child_type][w]++;
                mutex_exit(&pio->io_lock);
                zio_reexecute(cio);
+               mutex_enter(&pio->io_lock);
        }
+       mutex_exit(&pio->io_lock);
 
        /*
         * Now that all children have been reexecuted, execute the parent.
         * We don't reexecute "The Godfather" I/O here as it's the
-        * responsibility of the caller to wait on him.
+        * responsibility of the caller to wait on it.
         */
-       if (!(pio->io_flags & ZIO_FLAG_GODFATHER))
+       if (!(pio->io_flags & ZIO_FLAG_GODFATHER)) {
+               pio->io_queued_timestamp = gethrtime();
                __zio_execute(pio);
+       }
 }
 
 void
@@ -1699,7 +2084,8 @@ zio_suspend(spa_t *spa, zio_t *zio)
        cmn_err(CE_WARN, "Pool '%s' has encountered an uncorrectable I/O "
            "failure and has been suspended.\n", spa_name(spa));
 
-       zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_IO_FAILURE, spa, NULL, NULL, 0, 0);
+       zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_IO_FAILURE, spa, NULL,
+           NULL, NULL, 0, 0);
 
        mutex_enter(&spa->spa_suspend_lock);
 
@@ -1819,26 +2205,38 @@ zio_resume_wait(spa_t *spa)
  * ==========================================================================
  */
 
+static void
+zio_gang_issue_func_done(zio_t *zio)
+{
+       abd_put(zio->io_abd);
+}
+
 static zio_t *
-zio_read_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, void *data)
+zio_read_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, abd_t *data,
+    uint64_t offset)
 {
        if (gn != NULL)
                return (pio);
 
-       return (zio_read(pio, pio->io_spa, bp, data, BP_GET_PSIZE(bp),
-           NULL, NULL, pio->io_priority, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio),
+       return (zio_read(pio, pio->io_spa, bp, abd_get_offset(data, offset),
+           BP_GET_PSIZE(bp), zio_gang_issue_func_done,
+           NULL, pio->io_priority, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio),
            &pio->io_bookmark));
 }
 
-zio_t *
-zio_rewrite_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, void *data)
+static zio_t *
+zio_rewrite_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, abd_t *data,
+    uint64_t offset)
 {
        zio_t *zio;
 
        if (gn != NULL) {
+               abd_t *gbh_abd =
+                   abd_get_from_buf(gn->gn_gbh, SPA_GANGBLOCKSIZE);
                zio = zio_rewrite(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp,
-                   gn->gn_gbh, SPA_GANGBLOCKSIZE, NULL, NULL, pio->io_priority,
-                   ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio), &pio->io_bookmark);
+                   gbh_abd, SPA_GANGBLOCKSIZE, zio_gang_issue_func_done, NULL,
+                   pio->io_priority, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio),
+                   &pio->io_bookmark);
                /*
                 * As we rewrite each gang header, the pipeline will compute
                 * a new gang block header checksum for it; but no one will
@@ -1849,8 +2247,12 @@ zio_rewrite_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, void *data)
                 * this is just good hygiene.)
                 */
                if (gn != pio->io_gang_leader->io_gang_tree) {
+                       abd_t *buf = abd_get_offset(data, offset);
+
                        zio_checksum_compute(zio, BP_GET_CHECKSUM(bp),
-                           data, BP_GET_PSIZE(bp));
+                           buf, BP_GET_PSIZE(bp));
+
+                       abd_put(buf);
                }
                /*
                 * If we are here to damage data for testing purposes,
@@ -1860,7 +2262,8 @@ zio_rewrite_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, void *data)
                        zio->io_pipeline &= ~ZIO_VDEV_IO_STAGES;
        } else {
                zio = zio_rewrite(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp,
-                   data, BP_GET_PSIZE(bp), NULL, NULL, pio->io_priority,
+                   abd_get_offset(data, offset), BP_GET_PSIZE(bp),
+                   zio_gang_issue_func_done, NULL, pio->io_priority,
                    ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio), &pio->io_bookmark);
        }
 
@@ -1868,16 +2271,18 @@ zio_rewrite_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, void *data)
 }
 
 /* ARGSUSED */
-zio_t *
-zio_free_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, void *data)
+static zio_t *
+zio_free_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, abd_t *data,
+    uint64_t offset)
 {
        return (zio_free_sync(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp,
            ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio)));
 }
 
 /* ARGSUSED */
-zio_t *
-zio_claim_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, void *data)
+static zio_t *
+zio_claim_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, abd_t *data,
+    uint64_t offset)
 {
        return (zio_claim(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp,
            NULL, NULL, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio)));
@@ -1912,9 +2317,8 @@ static void
 zio_gang_node_free(zio_gang_node_t **gnpp)
 {
        zio_gang_node_t *gn = *gnpp;
-       int g;
 
-       for (g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++)
+       for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++)
                ASSERT(gn->gn_child[g] == NULL);
 
        zio_buf_free(gn->gn_gbh, SPA_GANGBLOCKSIZE);
@@ -1926,12 +2330,11 @@ static void
 zio_gang_tree_free(zio_gang_node_t **gnpp)
 {
        zio_gang_node_t *gn = *gnpp;
-       int g;
 
        if (gn == NULL)
                return;
 
-       for (g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++)
+       for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++)
                zio_gang_tree_free(&gn->gn_child[g]);
 
        zio_gang_node_free(gnpp);
@@ -1941,13 +2344,14 @@ static void
 zio_gang_tree_assemble(zio_t *gio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t **gnpp)
 {
        zio_gang_node_t *gn = zio_gang_node_alloc(gnpp);
+       abd_t *gbh_abd = abd_get_from_buf(gn->gn_gbh, SPA_GANGBLOCKSIZE);
 
        ASSERT(gio->io_gang_leader == gio);
        ASSERT(BP_IS_GANG(bp));
 
-       zio_nowait(zio_read(gio, gio->io_spa, bp, gn->gn_gbh,
-           SPA_GANGBLOCKSIZE, zio_gang_tree_assemble_done, gn,
-           gio->io_priority, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(gio), &gio->io_bookmark));
+       zio_nowait(zio_read(gio, gio->io_spa, bp, gbh_abd, SPA_GANGBLOCKSIZE,
+           zio_gang_tree_assemble_done, gn, gio->io_priority,
+           ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(gio), &gio->io_bookmark));
 }
 
 static void
@@ -1956,7 +2360,6 @@ zio_gang_tree_assemble_done(zio_t *zio)
        zio_t *gio = zio->io_gang_leader;
        zio_gang_node_t *gn = zio->io_private;
        blkptr_t *bp = zio->io_bp;
-       int g;
 
        ASSERT(gio == zio_unique_parent(zio));
        ASSERT(zio->io_child_count == 0);
@@ -1964,14 +2367,17 @@ zio_gang_tree_assemble_done(zio_t *zio)
        if (zio->io_error)
                return;
 
+       /* this ABD was created from a linear buf in zio_gang_tree_assemble */
        if (BP_SHOULD_BYTESWAP(bp))
-               byteswap_uint64_array(zio->io_data, zio->io_size);
+               byteswap_uint64_array(abd_to_buf(zio->io_abd), zio->io_size);
 
-       ASSERT(zio->io_data == gn->gn_gbh);
+       ASSERT3P(abd_to_buf(zio->io_abd), ==, gn->gn_gbh);
        ASSERT(zio->io_size == SPA_GANGBLOCKSIZE);
        ASSERT(gn->gn_gbh->zg_tail.zec_magic == ZEC_MAGIC);
 
-       for (g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++) {
+       abd_put(zio->io_abd);
+
+       for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++) {
                blkptr_t *gbp = &gn->gn_gbh->zg_blkptr[g];
                if (!BP_IS_GANG(gbp))
                        continue;
@@ -1980,11 +2386,11 @@ zio_gang_tree_assemble_done(zio_t *zio)
 }
 
 static void
-zio_gang_tree_issue(zio_t *pio, zio_gang_node_t *gn, blkptr_t *bp, void *data)
+zio_gang_tree_issue(zio_t *pio, zio_gang_node_t *gn, blkptr_t *bp, abd_t *data,
+    uint64_t offset)
 {
        zio_t *gio = pio->io_gang_leader;
        zio_t *zio;
-       int g;
 
        ASSERT(BP_IS_GANG(bp) == !!gn);
        ASSERT(BP_GET_CHECKSUM(bp) == BP_GET_CHECKSUM(gio->io_bp));
@@ -1994,22 +2400,23 @@ zio_gang_tree_issue(zio_t *pio, zio_gang_node_t *gn, blkptr_t *bp, void *data)
         * If you're a gang header, your data is in gn->gn_gbh.
         * If you're a gang member, your data is in 'data' and gn == NULL.
         */
-       zio = zio_gang_issue_func[gio->io_type](pio, bp, gn, data);
+       zio = zio_gang_issue_func[gio->io_type](pio, bp, gn, data, offset);
 
        if (gn != NULL) {
                ASSERT(gn->gn_gbh->zg_tail.zec_magic == ZEC_MAGIC);
 
-               for (g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++) {
+               for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++) {
                        blkptr_t *gbp = &gn->gn_gbh->zg_blkptr[g];
                        if (BP_IS_HOLE(gbp))
                                continue;
-                       zio_gang_tree_issue(zio, gn->gn_child[g], gbp, data);
-                       data = (char *)data + BP_GET_PSIZE(gbp);
+                       zio_gang_tree_issue(zio, gn->gn_child[g], gbp, data,
+                           offset);
+                       offset += BP_GET_PSIZE(gbp);
                }
        }
 
        if (gn == gio->io_gang_tree)
-               ASSERT3P((char *)gio->io_data + gio->io_size, ==, data);
+               ASSERT3U(gio->io_size, ==, offset);
 
        if (zio != pio)
                zio_nowait(zio);
@@ -2042,7 +2449,8 @@ zio_gang_issue(zio_t *zio)
        ASSERT(zio->io_child_type > ZIO_CHILD_GANG);
 
        if (zio->io_child_error[ZIO_CHILD_GANG] == 0)
-               zio_gang_tree_issue(zio, zio->io_gang_tree, bp, zio->io_data);
+               zio_gang_tree_issue(zio, zio->io_gang_tree, bp, zio->io_abd,
+                   0);
        else
                zio_gang_tree_free(&zio->io_gang_tree);
 
@@ -2058,7 +2466,6 @@ zio_write_gang_member_ready(zio_t *zio)
        dva_t *cdva = zio->io_bp->blk_dva;
        dva_t *pdva = pio->io_bp->blk_dva;
        uint64_t asize;
-       int d;
        ASSERTV(zio_t *gio = zio->io_gang_leader);
 
        if (BP_IS_HOLE(zio->io_bp))
@@ -2073,7 +2480,7 @@ zio_write_gang_member_ready(zio_t *zio)
        ASSERT3U(BP_GET_NDVAS(zio->io_bp), <=, BP_GET_NDVAS(pio->io_bp));
 
        mutex_enter(&pio->io_lock);
-       for (d = 0; d < BP_GET_NDVAS(zio->io_bp); d++) {
+       for (int d = 0; d < BP_GET_NDVAS(zio->io_bp); d++) {
                ASSERT(DVA_GET_GANG(&pdva[d]));
                asize = DVA_GET_ASIZE(&pdva[d]);
                asize += DVA_GET_ASIZE(&cdva[d]);
@@ -2082,27 +2489,78 @@ zio_write_gang_member_ready(zio_t *zio)
        mutex_exit(&pio->io_lock);
 }
 
+static void
+zio_write_gang_done(zio_t *zio)
+{
+       abd_put(zio->io_abd);
+}
+
 static int
 zio_write_gang_block(zio_t *pio)
 {
        spa_t *spa = pio->io_spa;
+       metaslab_class_t *mc = spa_normal_class(spa);
        blkptr_t *bp = pio->io_bp;
        zio_t *gio = pio->io_gang_leader;
        zio_t *zio;
        zio_gang_node_t *gn, **gnpp;
        zio_gbh_phys_t *gbh;
+       abd_t *gbh_abd;
        uint64_t txg = pio->io_txg;
        uint64_t resid = pio->io_size;
        uint64_t lsize;
        int copies = gio->io_prop.zp_copies;
-       int gbh_copies = MIN(copies + 1, spa_max_replication(spa));
+       int gbh_copies;
        zio_prop_t zp;
-       int g, error;
+       int error;
+
+       /*
+        * encrypted blocks need DVA[2] free so encrypted gang headers can't
+        * have a third copy.
+        */
+       gbh_copies = MIN(copies + 1, spa_max_replication(spa));
+       if (gio->io_prop.zp_encrypt && gbh_copies >= SPA_DVAS_PER_BP)
+               gbh_copies = SPA_DVAS_PER_BP - 1;
 
-       error = metaslab_alloc(spa, spa_normal_class(spa), SPA_GANGBLOCKSIZE,
-           bp, gbh_copies, txg, pio == gio ? NULL : gio->io_bp,
-           METASLAB_HINTBP_FAVOR | METASLAB_GANG_HEADER);
+       int flags = METASLAB_HINTBP_FAVOR | METASLAB_GANG_HEADER;
+       if (pio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_ALLOCATING) {
+               ASSERT(pio->io_priority == ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE);
+               ASSERT(!(pio->io_flags & ZIO_FLAG_NODATA));
+
+               flags |= METASLAB_ASYNC_ALLOC;
+               VERIFY(refcount_held(&mc->mc_alloc_slots, pio));
+
+               /*
+                * The logical zio has already placed a reservation for
+                * 'copies' allocation slots but gang blocks may require
+                * additional copies. These additional copies
+                * (i.e. gbh_copies - copies) are guaranteed to succeed
+                * since metaslab_class_throttle_reserve() always allows
+                * additional reservations for gang blocks.
+                */
+               VERIFY(metaslab_class_throttle_reserve(mc, gbh_copies - copies,
+                   pio, flags));
+       }
+
+       error = metaslab_alloc(spa, mc, SPA_GANGBLOCKSIZE,
+           bp, gbh_copies, txg, pio == gio ? NULL : gio->io_bp, flags,
+           &pio->io_alloc_list, pio);
        if (error) {
+               if (pio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_ALLOCATING) {
+                       ASSERT(pio->io_priority == ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE);
+                       ASSERT(!(pio->io_flags & ZIO_FLAG_NODATA));
+
+                       /*
+                        * If we failed to allocate the gang block header then
+                        * we remove any additional allocation reservations that
+                        * we placed here. The original reservation will
+                        * be removed when the logical I/O goes to the ready
+                        * stage.
+                        */
+                       metaslab_class_throttle_unreserve(mc,
+                           gbh_copies - copies, pio);
+               }
+
                pio->io_error = error;
                return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
        }
@@ -2117,17 +2575,19 @@ zio_write_gang_block(zio_t *pio)
        gn = zio_gang_node_alloc(gnpp);
        gbh = gn->gn_gbh;
        bzero(gbh, SPA_GANGBLOCKSIZE);
+       gbh_abd = abd_get_from_buf(gbh, SPA_GANGBLOCKSIZE);
 
        /*
         * Create the gang header.
         */
-       zio = zio_rewrite(pio, spa, txg, bp, gbh, SPA_GANGBLOCKSIZE, NULL, NULL,
-           pio->io_priority, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio), &pio->io_bookmark);
+       zio = zio_rewrite(pio, spa, txg, bp, gbh_abd, SPA_GANGBLOCKSIZE,
+           zio_write_gang_done, NULL, pio->io_priority,
+           ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio), &pio->io_bookmark);
 
        /*
         * Create and nowait the gang children.
         */
-       for (g = 0; resid != 0; resid -= lsize, g++) {
+       for (int g = 0; resid != 0; resid -= lsize, g++) {
                lsize = P2ROUNDUP(resid / (SPA_GBH_NBLKPTRS - g),
                    SPA_MINBLOCKSIZE);
                ASSERT(lsize >= SPA_MINBLOCKSIZE && lsize <= resid);
@@ -2140,12 +2600,31 @@ zio_write_gang_block(zio_t *pio)
                zp.zp_dedup = B_FALSE;
                zp.zp_dedup_verify = B_FALSE;
                zp.zp_nopwrite = B_FALSE;
+               zp.zp_encrypt = gio->io_prop.zp_encrypt;
+               zp.zp_byteorder = gio->io_prop.zp_byteorder;
+               bzero(zp.zp_salt, ZIO_DATA_SALT_LEN);
+               bzero(zp.zp_iv, ZIO_DATA_IV_LEN);
+               bzero(zp.zp_mac, ZIO_DATA_MAC_LEN);
+
+               zio_t *cio = zio_write(zio, spa, txg, &gbh->zg_blkptr[g],
+                   abd_get_offset(pio->io_abd, pio->io_size - resid), lsize,
+                   lsize, &zp, zio_write_gang_member_ready, NULL, NULL,
+                   zio_write_gang_done, &gn->gn_child[g], pio->io_priority,
+                   ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio), &pio->io_bookmark);
 
-               zio_nowait(zio_write(zio, spa, txg, &gbh->zg_blkptr[g],
-                   (char *)pio->io_data + (pio->io_size - resid), lsize, &zp,
-                   zio_write_gang_member_ready, NULL, NULL, &gn->gn_child[g],
-                   pio->io_priority, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio),
-                   &pio->io_bookmark));
+               if (pio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_ALLOCATING) {
+                       ASSERT(pio->io_priority == ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE);
+                       ASSERT(!(pio->io_flags & ZIO_FLAG_NODATA));
+
+                       /*
+                        * Gang children won't throttle but we should
+                        * account for their work, so reserve an allocation
+                        * slot for them here.
+                        */
+                       VERIFY(metaslab_class_throttle_reserve(mc,
+                           zp.zp_copies, cio, flags));
+               }
+               zio_nowait(cio);
        }
 
        /*
@@ -2164,12 +2643,22 @@ zio_write_gang_block(zio_t *pio)
 }
 
 /*
- * The zio_nop_write stage in the pipeline determines if allocating
- * a new bp is necessary.  By leveraging a cryptographically secure checksum,
- * such as SHA256, we can compare the checksums of the new data and the old
- * to determine if allocating a new block is required.  The nopwrite
- * feature can handle writes in either syncing or open context (i.e. zil
- * writes) and as a result is mutually exclusive with dedup.
+ * The zio_nop_write stage in the pipeline determines if allocating a
+ * new bp is necessary.  The nopwrite feature can handle writes in
+ * either syncing or open context (i.e. zil writes) and as a result is
+ * mutually exclusive with dedup.
+ *
+ * By leveraging a cryptographically secure checksum, such as SHA256, we
+ * can compare the checksums of the new data and the old to determine if
+ * allocating a new block is required.  Note that our requirements for
+ * cryptographic strength are fairly weak: there can't be any accidental
+ * hash collisions, but we don't need to be secure against intentional
+ * (malicious) collisions.  To trigger a nopwrite, you have to be able
+ * to write the file to begin with, and triggering an incorrect (hash
+ * collision) nopwrite is no worse than simply writing to the file.
+ * That said, there are no known attacks against the checksum algorithms
+ * used for nopwrite, assuming that the salt and the checksums
+ * themselves remain secret.
  */
 static int
 zio_nop_write(zio_t *zio)
@@ -2192,7 +2681,9 @@ zio_nop_write(zio_t *zio)
         * allocate a new bp.
         */
        if (BP_IS_HOLE(bp_orig) ||
-           !zio_checksum_table[BP_GET_CHECKSUM(bp)].ci_dedup ||
+           !(zio_checksum_table[BP_GET_CHECKSUM(bp)].ci_flags &
+           ZCHECKSUM_FLAG_NOPWRITE) ||
+           BP_IS_ENCRYPTED(bp) || BP_IS_ENCRYPTED(bp_orig) ||
            BP_GET_CHECKSUM(bp) != BP_GET_CHECKSUM(bp_orig) ||
            BP_GET_COMPRESS(bp) != BP_GET_COMPRESS(bp_orig) ||
            BP_GET_DEDUP(bp) != BP_GET_DEDUP(bp_orig) ||
@@ -2204,7 +2695,8 @@ zio_nop_write(zio_t *zio)
         * avoid allocating a new bp and issuing any I/O.
         */
        if (ZIO_CHECKSUM_EQUAL(bp->blk_cksum, bp_orig->blk_cksum)) {
-               ASSERT(zio_checksum_table[zp->zp_checksum].ci_dedup);
+               ASSERT(zio_checksum_table[zp->zp_checksum].ci_flags &
+                   ZCHECKSUM_FLAG_NOPWRITE);
                ASSERT3U(BP_GET_PSIZE(bp), ==, BP_GET_PSIZE(bp_orig));
                ASSERT3U(BP_GET_LSIZE(bp), ==, BP_GET_LSIZE(bp_orig));
                ASSERT(zp->zp_compress != ZIO_COMPRESS_OFF);
@@ -2236,10 +2728,11 @@ zio_ddt_child_read_done(zio_t *zio)
        ddp = ddt_phys_select(dde, bp);
        if (zio->io_error == 0)
                ddt_phys_clear(ddp);    /* this ddp doesn't need repair */
-       if (zio->io_error == 0 && dde->dde_repair_data == NULL)
-               dde->dde_repair_data = zio->io_data;
+
+       if (zio->io_error == 0 && dde->dde_repair_abd == NULL)
+               dde->dde_repair_abd = zio->io_abd;
        else
-               zio_buf_free(zio->io_data, zio->io_size);
+               abd_free(zio->io_abd);
        mutex_exit(&pio->io_lock);
 }
 
@@ -2247,7 +2740,6 @@ static int
 zio_ddt_read_start(zio_t *zio)
 {
        blkptr_t *bp = zio->io_bp;
-       int p;
 
        ASSERT(BP_GET_DEDUP(bp));
        ASSERT(BP_GET_PSIZE(bp) == zio->io_size);
@@ -2266,22 +2758,22 @@ zio_ddt_read_start(zio_t *zio)
                if (ddp_self == NULL)
                        return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 
-               for (p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++) {
+               for (int p = 0; p < DDT_PHYS_TYPES; p++, ddp++) {
                        if (ddp->ddp_phys_birth == 0 || ddp == ddp_self)
                                continue;
                        ddt_bp_create(ddt->ddt_checksum, &dde->dde_key, ddp,
                            &blk);
                        zio_nowait(zio_read(zio, zio->io_spa, &blk,
-                           zio_buf_alloc(zio->io_size), zio->io_size,
-                           zio_ddt_child_read_done, dde, zio->io_priority,
-                           ZIO_DDT_CHILD_FLAGS(zio) | ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE,
-                           &zio->io_bookmark));
+                           abd_alloc_for_io(zio->io_size, B_TRUE),
+                           zio->io_size, zio_ddt_child_read_done, dde,
+                           zio->io_priority, ZIO_DDT_CHILD_FLAGS(zio) |
+                           ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE, &zio->io_bookmark));
                }
                return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
        }
 
        zio_nowait(zio_read(zio, zio->io_spa, bp,
-           zio->io_data, zio->io_size, NULL, NULL, zio->io_priority,
+           zio->io_abd, zio->io_size, NULL, NULL, zio->io_priority,
            ZIO_DDT_CHILD_FLAGS(zio), &zio->io_bookmark));
 
        return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
@@ -2311,8 +2803,9 @@ zio_ddt_read_done(zio_t *zio)
                        zio_taskq_dispatch(zio, ZIO_TASKQ_ISSUE, B_FALSE);
                        return (ZIO_PIPELINE_STOP);
                }
-               if (dde->dde_repair_data != NULL) {
-                       bcopy(dde->dde_repair_data, zio->io_data, zio->io_size);
+               if (dde->dde_repair_abd != NULL) {
+                       abd_copy(zio->io_abd, dde->dde_repair_abd,
+                           zio->io_size);
                        zio->io_child_error[ZIO_CHILD_DDT] = 0;
                }
                ddt_repair_done(ddt, dde);
@@ -2328,28 +2821,67 @@ static boolean_t
 zio_ddt_collision(zio_t *zio, ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde)
 {
        spa_t *spa = zio->io_spa;
-       int p;
+       boolean_t do_raw = !!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_RAW);
+
+       ASSERT(!(zio->io_bp_override && do_raw));
 
        /*
         * Note: we compare the original data, not the transformed data,
         * because when zio->io_bp is an override bp, we will not have
         * pushed the I/O transforms.  That's an important optimization
         * because otherwise we'd compress/encrypt all dmu_sync() data twice.
+        * However, we should never get a raw, override zio so in these
+        * cases we can compare the io_abd directly. This is useful because
+        * it allows us to do dedup verification even if we don't have access
+        * to the original data (for instance, if the encryption keys aren't
+        * loaded).
         */
-       for (p = DDT_PHYS_SINGLE; p <= DDT_PHYS_TRIPLE; p++) {
+
+       for (int p = DDT_PHYS_SINGLE; p <= DDT_PHYS_TRIPLE; p++) {
                zio_t *lio = dde->dde_lead_zio[p];
 
-               if (lio != NULL) {
+               if (lio != NULL && do_raw) {
+                       return (lio->io_size != zio->io_size ||
+                           abd_cmp(zio->io_abd, lio->io_abd) != 0);
+               } else if (lio != NULL) {
                        return (lio->io_orig_size != zio->io_orig_size ||
-                           bcmp(zio->io_orig_data, lio->io_orig_data,
-                           zio->io_orig_size) != 0);
+                           abd_cmp(zio->io_orig_abd, lio->io_orig_abd) != 0);
                }
        }
 
-       for (p = DDT_PHYS_SINGLE; p <= DDT_PHYS_TRIPLE; p++) {
+       for (int p = DDT_PHYS_SINGLE; p <= DDT_PHYS_TRIPLE; p++) {
                ddt_phys_t *ddp = &dde->dde_phys[p];
 
-               if (ddp->ddp_phys_birth != 0) {
+               if (ddp->ddp_phys_birth != 0 && do_raw) {
+                       blkptr_t blk = *zio->io_bp;
+                       uint64_t psize;
+                       abd_t *tmpabd;
+                       int error;
+
+                       ddt_bp_fill(ddp, &blk, ddp->ddp_phys_birth);
+                       psize = BP_GET_PSIZE(&blk);
+
+                       if (psize != zio->io_size)
+                               return (B_TRUE);
+
+                       ddt_exit(ddt);
+
+                       tmpabd = abd_alloc_for_io(psize, B_TRUE);
+
+                       error = zio_wait(zio_read(NULL, spa, &blk, tmpabd,
+                           psize, NULL, NULL, ZIO_PRIORITY_SYNC_READ,
+                           ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_SPECULATIVE |
+                           ZIO_FLAG_RAW, &zio->io_bookmark));
+
+                       if (error == 0) {
+                               if (abd_cmp(tmpabd, zio->io_abd) != 0)
+                                       error = SET_ERROR(ENOENT);
+                       }
+
+                       abd_free(tmpabd);
+                       ddt_enter(ddt);
+                       return (error != 0);
+               } else if (ddp->ddp_phys_birth != 0) {
                        arc_buf_t *abuf = NULL;
                        arc_flags_t aflags = ARC_FLAG_WAIT;
                        blkptr_t blk = *zio->io_bp;
@@ -2357,6 +2889,9 @@ zio_ddt_collision(zio_t *zio, ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde)
 
                        ddt_bp_fill(ddp, &blk, ddp->ddp_phys_birth);
 
+                       if (BP_GET_LSIZE(&blk) != zio->io_orig_size)
+                               return (B_TRUE);
+
                        ddt_exit(ddt);
 
                        error = arc_read(NULL, spa, &blk,
@@ -2365,11 +2900,10 @@ zio_ddt_collision(zio_t *zio, ddt_t *ddt, ddt_entry_t *dde)
                            &aflags, &zio->io_bookmark);
 
                        if (error == 0) {
-                               if (arc_buf_size(abuf) != zio->io_orig_size ||
-                                   bcmp(abuf->b_data, zio->io_orig_data,
+                               if (abd_cmp_buf(zio->io_orig_abd, abuf->b_data,
                                    zio->io_orig_size) != 0)
-                                       error = SET_ERROR(EEXIST);
-                               VERIFY(arc_buf_remove_ref(abuf, &abuf));
+                                       error = SET_ERROR(ENOENT);
+                               arc_buf_destroy(abuf, &abuf);
                        }
 
                        ddt_enter(ddt);
@@ -2398,7 +2932,8 @@ zio_ddt_child_write_ready(zio_t *zio)
 
        ddt_phys_fill(ddp, zio->io_bp);
 
-       while ((pio = zio_walk_parents(zio)) != NULL)
+       zio_link_t *zl = NULL;
+       while ((pio = zio_walk_parents(zio, &zl)) != NULL)
                ddt_bp_fill(ddp, pio->io_bp, zio->io_txg);
 
        ddt_exit(ddt);
@@ -2419,7 +2954,8 @@ zio_ddt_child_write_done(zio_t *zio)
        dde->dde_lead_zio[p] = NULL;
 
        if (zio->io_error == 0) {
-               while (zio_walk_parents(zio) != NULL)
+               zio_link_t *zl = NULL;
+               while (zio_walk_parents(zio, &zl) != NULL)
                        ddt_phys_addref(ddp);
        } else {
                ddt_phys_clear(ddp);
@@ -2432,12 +2968,12 @@ static void
 zio_ddt_ditto_write_done(zio_t *zio)
 {
        int p = DDT_PHYS_DITTO;
+       ASSERTV(zio_prop_t *zp = &zio->io_prop);
        blkptr_t *bp = zio->io_bp;
        ddt_t *ddt = ddt_select(zio->io_spa, bp);
        ddt_entry_t *dde = zio->io_private;
        ddt_phys_t *ddp = &dde->dde_phys[p];
        ddt_key_t *ddk = &dde->dde_key;
-       ASSERTV(zio_prop_t *zp = &zio->io_prop);
 
        ddt_enter(ddt);
 
@@ -2475,6 +3011,7 @@ zio_ddt_write(zio_t *zio)
        ASSERT(BP_GET_DEDUP(bp));
        ASSERT(BP_GET_CHECKSUM(bp) == zp->zp_checksum);
        ASSERT(BP_IS_HOLE(bp) || zio->io_bp_override);
+       ASSERT(!(zio->io_bp_override && (zio->io_flags & ZIO_FLAG_RAW)));
 
        ddt_enter(ddt);
        dde = ddt_lookup(ddt, bp, B_TRUE);
@@ -2487,7 +3024,8 @@ zio_ddt_write(zio_t *zio)
                 * we can't resolve it, so just convert to an ordinary write.
                 * (And automatically e-mail a paper to Nature?)
                 */
-               if (!zio_checksum_table[zp->zp_checksum].ci_dedup) {
+               if (!(zio_checksum_table[zp->zp_checksum].ci_flags &
+                   ZCHECKSUM_FLAG_DEDUP)) {
                        zp->zp_checksum = spa_dedup_checksum(spa);
                        zio_pop_transforms(zio);
                        zio->io_stage = ZIO_STAGE_OPEN;
@@ -2526,12 +3064,12 @@ zio_ddt_write(zio_t *zio)
                        return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
                }
 
-               dio = zio_write(zio, spa, txg, bp, zio->io_orig_data,
-                   zio->io_orig_size, &czp, NULL, NULL,
-                   zio_ddt_ditto_write_done, dde, zio->io_priority,
+               dio = zio_write(zio, spa, txg, bp, zio->io_orig_abd,
+                   zio->io_orig_size, zio->io_orig_size, &czp, NULL, NULL,
+                   NULL, zio_ddt_ditto_write_done, dde, zio->io_priority,
                    ZIO_DDT_CHILD_FLAGS(zio), &zio->io_bookmark);
 
-               zio_push_transform(dio, zio->io_data, zio->io_size, 0, NULL);
+               zio_push_transform(dio, zio->io_abd, zio->io_size, 0, NULL);
                dde->dde_lead_zio[DDT_PHYS_DITTO] = dio;
        }
 
@@ -2548,12 +3086,13 @@ zio_ddt_write(zio_t *zio)
                ddt_phys_fill(ddp, bp);
                ddt_phys_addref(ddp);
        } else {
-               cio = zio_write(zio, spa, txg, bp, zio->io_orig_data,
-                   zio->io_orig_size, zp, zio_ddt_child_write_ready, NULL,
+               cio = zio_write(zio, spa, txg, bp, zio->io_orig_abd,
+                   zio->io_orig_size, zio->io_orig_size, zp,
+                   zio_ddt_child_write_ready, NULL, NULL,
                    zio_ddt_child_write_done, dde, zio->io_priority,
                    ZIO_DDT_CHILD_FLAGS(zio), &zio->io_bookmark);
 
-               zio_push_transform(cio, zio->io_data, zio->io_size, 0, NULL);
+               zio_push_transform(cio, zio->io_abd, zio->io_size, 0, NULL);
                dde->dde_lead_zio[p] = cio;
        }
 
@@ -2598,6 +3137,95 @@ zio_ddt_free(zio_t *zio)
  * Allocate and free blocks
  * ==========================================================================
  */
+
+static zio_t *
+zio_io_to_allocate(spa_t *spa)
+{
+       zio_t *zio;
+
+       ASSERT(MUTEX_HELD(&spa->spa_alloc_lock));
+
+       zio = avl_first(&spa->spa_alloc_tree);
+       if (zio == NULL)
+               return (NULL);
+
+       ASSERT(IO_IS_ALLOCATING(zio));
+
+       /*
+        * Try to place a reservation for this zio. If we're unable to
+        * reserve then we throttle.
+        */
+       if (!metaslab_class_throttle_reserve(spa_normal_class(spa),
+           zio->io_prop.zp_copies, zio, 0)) {
+               return (NULL);
+       }
+
+       avl_remove(&spa->spa_alloc_tree, zio);
+       ASSERT3U(zio->io_stage, <, ZIO_STAGE_DVA_ALLOCATE);
+
+       return (zio);
+}
+
+static int
+zio_dva_throttle(zio_t *zio)
+{
+       spa_t *spa = zio->io_spa;
+       zio_t *nio;
+
+       if (zio->io_priority == ZIO_PRIORITY_SYNC_WRITE ||
+           !spa_normal_class(zio->io_spa)->mc_alloc_throttle_enabled ||
+           zio->io_child_type == ZIO_CHILD_GANG ||
+           zio->io_flags & ZIO_FLAG_NODATA) {
+               return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+       }
+
+       ASSERT(zio->io_child_type > ZIO_CHILD_GANG);
+
+       ASSERT3U(zio->io_queued_timestamp, >, 0);
+       ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_DVA_THROTTLE);
+
+       mutex_enter(&spa->spa_alloc_lock);
+
+       ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
+       avl_add(&spa->spa_alloc_tree, zio);
+
+       nio = zio_io_to_allocate(zio->io_spa);
+       mutex_exit(&spa->spa_alloc_lock);
+
+       if (nio == zio)
+               return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+
+       if (nio != NULL) {
+               ASSERT(nio->io_stage == ZIO_STAGE_DVA_THROTTLE);
+               /*
+                * We are passing control to a new zio so make sure that
+                * it is processed by a different thread. We do this to
+                * avoid stack overflows that can occur when parents are
+                * throttled and children are making progress. We allow
+                * it to go to the head of the taskq since it's already
+                * been waiting.
+                */
+               zio_taskq_dispatch(nio, ZIO_TASKQ_ISSUE, B_TRUE);
+       }
+       return (ZIO_PIPELINE_STOP);
+}
+
+void
+zio_allocate_dispatch(spa_t *spa)
+{
+       zio_t *zio;
+
+       mutex_enter(&spa->spa_alloc_lock);
+       zio = zio_io_to_allocate(spa);
+       mutex_exit(&spa->spa_alloc_lock);
+       if (zio == NULL)
+               return;
+
+       ASSERT3U(zio->io_stage, ==, ZIO_STAGE_DVA_THROTTLE);
+       ASSERT0(zio->io_error);
+       zio_taskq_dispatch(zio, ZIO_TASKQ_ISSUE, B_TRUE);
+}
+
 static int
 zio_dva_allocate(zio_t *zio)
 {
@@ -2618,19 +3246,19 @@ zio_dva_allocate(zio_t *zio)
        ASSERT3U(zio->io_prop.zp_copies, <=, spa_max_replication(spa));
        ASSERT3U(zio->io_size, ==, BP_GET_PSIZE(bp));
 
-       /*
-        * The dump device does not support gang blocks so allocation on
-        * behalf of the dump device (i.e. ZIO_FLAG_NODATA) must avoid
-        * the "fast" gang feature.
-        */
-       flags |= (zio->io_flags & ZIO_FLAG_NODATA) ? METASLAB_GANG_AVOID : 0;
-       flags |= (zio->io_flags & ZIO_FLAG_GANG_CHILD) ?
-           METASLAB_GANG_CHILD : 0;
        flags |= (zio->io_flags & ZIO_FLAG_FASTWRITE) ? METASLAB_FASTWRITE : 0;
+       if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_NODATA)
+               flags |= METASLAB_DONT_THROTTLE;
+       if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_GANG_CHILD)
+               flags |= METASLAB_GANG_CHILD;
+       if (zio->io_priority == ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE)
+               flags |= METASLAB_ASYNC_ALLOC;
+
        error = metaslab_alloc(spa, mc, zio->io_size, bp,
-           zio->io_prop.zp_copies, zio->io_txg, NULL, flags);
+           zio->io_prop.zp_copies, zio->io_txg, NULL, flags,
+           &zio->io_alloc_list, zio);
 
-       if (error) {
+       if (error != 0) {
                spa_dbgmsg(spa, "%s: metaslab allocation failure: zio %p, "
                    "size %llu, error %d", spa_name(spa), zio, zio->io_size,
                    error);
@@ -2670,8 +3298,6 @@ zio_dva_claim(zio_t *zio)
 static void
 zio_dva_unallocate(zio_t *zio, zio_gang_node_t *gn, blkptr_t *bp)
 {
-       int g;
-
        ASSERT(bp->blk_birth == zio->io_txg || BP_IS_HOLE(bp));
        ASSERT(zio->io_bp_override == NULL);
 
@@ -2679,7 +3305,7 @@ zio_dva_unallocate(zio_t *zio, zio_gang_node_t *gn, blkptr_t *bp)
                metaslab_free(zio->io_spa, bp, bp->blk_birth, B_TRUE);
 
        if (gn != NULL) {
-               for (g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++) {
+               for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++) {
                        zio_dva_unallocate(zio, gn->gn_child[g],
                            &gn->gn_gbh->zg_blkptr[g]);
                }
@@ -2690,29 +3316,27 @@ zio_dva_unallocate(zio_t *zio, zio_gang_node_t *gn, blkptr_t *bp)
  * Try to allocate an intent log block.  Return 0 on success, errno on failure.
  */
 int
-zio_alloc_zil(spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *new_bp, uint64_t size,
-    boolean_t use_slog)
+zio_alloc_zil(spa_t *spa, objset_t *os, uint64_t txg, blkptr_t *new_bp,
+    uint64_t size, boolean_t *slog)
 {
        int error = 1;
+       zio_alloc_list_t io_alloc_list;
 
        ASSERT(txg > spa_syncing_txg(spa));
 
-       /*
-        * ZIL blocks are always contiguous (i.e. not gang blocks) so we
-        * set the METASLAB_GANG_AVOID flag so that they don't "fast gang"
-        * when allocating them.
-        */
-       if (use_slog) {
-               error = metaslab_alloc(spa, spa_log_class(spa), size,
-                   new_bp, 1, txg, NULL,
-                   METASLAB_FASTWRITE | METASLAB_GANG_AVOID);
-       }
-
-       if (error) {
+       metaslab_trace_init(&io_alloc_list);
+       error = metaslab_alloc(spa, spa_log_class(spa), size, new_bp, 1,
+           txg, NULL, METASLAB_FASTWRITE, &io_alloc_list, NULL);
+       if (error == 0) {
+               *slog = TRUE;
+       } else {
                error = metaslab_alloc(spa, spa_normal_class(spa), size,
-                   new_bp, 1, txg, NULL,
-                   METASLAB_FASTWRITE);
+                   new_bp, 1, txg, NULL, METASLAB_FASTWRITE,
+                   &io_alloc_list, NULL);
+               if (error == 0)
+                       *slog = FALSE;
        }
+       metaslab_trace_fini(&io_alloc_list);
 
        if (error == 0) {
                BP_SET_LSIZE(new_bp, size);
@@ -2725,6 +3349,26 @@ zio_alloc_zil(spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *new_bp, uint64_t size,
                BP_SET_LEVEL(new_bp, 0);
                BP_SET_DEDUP(new_bp, 0);
                BP_SET_BYTEORDER(new_bp, ZFS_HOST_BYTEORDER);
+
+               /*
+                * encrypted blocks will require an IV and salt. We generate
+                * these now since we will not be rewriting the bp at
+                * rewrite time.
+                */
+               if (os->os_encrypted) {
+                       uint8_t iv[ZIO_DATA_IV_LEN];
+                       uint8_t salt[ZIO_DATA_SALT_LEN];
+
+                       BP_SET_CRYPT(new_bp, B_TRUE);
+                       VERIFY0(spa_crypt_get_salt(spa,
+                           dmu_objset_id(os), salt));
+                       VERIFY0(zio_crypt_generate_iv(iv));
+
+                       zio_crypt_encode_params_bp(new_bp, salt, iv);
+               }
+       } else {
+               zfs_dbgmsg("%s: zil block allocation failure: "
+                   "size %llu, error %d", spa_name(spa), size, error);
        }
 
        return (error);
@@ -2782,25 +3426,7 @@ zio_vdev_io_start(zio_t *zio)
                return (ZIO_PIPELINE_STOP);
        }
 
-       /*
-        * We keep track of time-sensitive I/Os so that the scan thread
-        * can quickly react to certain workloads.  In particular, we care
-        * about non-scrubbing, top-level reads and writes with the following
-        * characteristics:
-        *      - synchronous writes of user data to non-slog devices
-        *      - any reads of user data
-        * When these conditions are met, adjust the timestamp of spa_last_io
-        * which allows the scan thread to adjust its workload accordingly.
-        */
-       if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SCAN_THREAD) && zio->io_bp != NULL &&
-           vd == vd->vdev_top && !vd->vdev_islog &&
-           zio->io_bookmark.zb_objset != DMU_META_OBJSET &&
-           zio->io_txg != spa_syncing_txg(spa)) {
-               uint64_t old = spa->spa_last_io;
-               uint64_t new = ddi_get_lbolt64();
-               if (old != new)
-                       (void) atomic_cas_64(&spa->spa_last_io, old, new);
-       }
+       ASSERT3P(zio->io_logical, !=, zio);
 
        align = 1ULL << vd->vdev_top->vdev_ashift;
 
@@ -2808,11 +3434,11 @@ zio_vdev_io_start(zio_t *zio)
            P2PHASE(zio->io_size, align) != 0) {
                /* Transform logical writes to be a full physical block size. */
                uint64_t asize = P2ROUNDUP(zio->io_size, align);
-               char *abuf = zio_buf_alloc(asize);
+               abd_t *abuf = abd_alloc_sametype(zio->io_abd, asize);
                ASSERT(vd == vd->vdev_top);
                if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE) {
-                       bcopy(zio->io_data, abuf, zio->io_size);
-                       bzero(abuf + zio->io_size, asize - zio->io_size);
+                       abd_copy(abuf, zio->io_abd, zio->io_size);
+                       abd_zero_off(abuf, zio->io_size, asize - zio->io_size);
                }
                zio_push_transform(zio, abuf, asize, asize, zio_subblock);
        }
@@ -2871,9 +3497,9 @@ zio_vdev_io_start(zio_t *zio)
                        zio_interrupt(zio);
                        return (ZIO_PIPELINE_STOP);
                }
+               zio->io_delay = gethrtime();
        }
 
-       zio->io_delay = gethrtime();
        vd->vdev_ops->vdev_op_io_start(zio);
        return (ZIO_PIPELINE_STOP);
 }
@@ -2901,8 +3527,8 @@ zio_vdev_io_done(zio_t *zio)
                        vdev_cache_write(zio);
 
                if (zio_injection_enabled && zio->io_error == 0)
-                       zio->io_error = zio_handle_device_injection(vd,
-                           zio, EIO);
+                       zio->io_error = zio_handle_device_injections(vd, zio,
+                           EIO, EILSEQ);
 
                if (zio_injection_enabled && zio->io_error == 0)
                        zio->io_error = zio_handle_label_injection(zio, EIO);
@@ -2924,13 +3550,42 @@ zio_vdev_io_done(zio_t *zio)
        return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 }
 
+/*
+ * This function is used to change the priority of an existing zio that is
+ * currently in-flight. This is used by the arc to upgrade priority in the
+ * event that a demand read is made for a block that is currently queued
+ * as a scrub or async read IO. Otherwise, the high priority read request
+ * would end up having to wait for the lower priority IO.
+ */
+void
+zio_change_priority(zio_t *pio, zio_priority_t priority)
+{
+       zio_t *cio, *cio_next;
+       zio_link_t *zl = NULL;
+
+       ASSERT3U(priority, <, ZIO_PRIORITY_NUM_QUEUEABLE);
+
+       if (pio->io_vd != NULL && pio->io_vd->vdev_ops->vdev_op_leaf) {
+               vdev_queue_change_io_priority(pio, priority);
+       } else {
+               pio->io_priority = priority;
+       }
+
+       mutex_enter(&pio->io_lock);
+       for (cio = zio_walk_children(pio, &zl); cio != NULL; cio = cio_next) {
+               cio_next = zio_walk_children(pio, &zl);
+               zio_change_priority(cio, priority);
+       }
+       mutex_exit(&pio->io_lock);
+}
+
 /*
  * For non-raidz ZIOs, we can just copy aside the bad data read from the
  * disk, and use that to finish the checksum ereport later.
  */
 static void
 zio_vsd_default_cksum_finish(zio_cksum_report_t *zcr,
-    const void *good_buf)
+    const abd_t *good_buf)
 {
        /* no processing needed */
        zfs_ereport_finish_checksum(zcr, good_buf, zcr->zcr_cbdata, B_FALSE);
@@ -2940,14 +3595,14 @@ zio_vsd_default_cksum_finish(zio_cksum_report_t *zcr,
 void
 zio_vsd_default_cksum_report(zio_t *zio, zio_cksum_report_t *zcr, void *ignored)
 {
-       void *buf = zio_buf_alloc(zio->io_size);
+       void *abd = abd_alloc_sametype(zio->io_abd, zio->io_size);
 
-       bcopy(zio->io_data, buf, zio->io_size);
+       abd_copy(abd, zio->io_abd, zio->io_size);
 
        zcr->zcr_cbinfo = zio->io_size;
-       zcr->zcr_cbdata = buf;
+       zcr->zcr_cbdata = abd;
        zcr->zcr_finish = zio_vsd_default_cksum_finish;
-       zcr->zcr_free = zio_buf_free;
+       zcr->zcr_free = zio_abd_free;
 }
 
 static int
@@ -3005,6 +3660,16 @@ zio_vdev_io_assess(zio_t *zio)
                vd->vdev_cant_write = B_TRUE;
        }
 
+       /*
+        * If a cache flush returns ENOTSUP or ENOTTY, we know that no future
+        * attempts will ever succeed. In this case we set a persistent bit so
+        * that we don't bother with it in the future.
+        */
+       if ((zio->io_error == ENOTSUP || zio->io_error == ENOTTY) &&
+           zio->io_type == ZIO_TYPE_IOCTL &&
+           zio->io_cmd == DKIOCFLUSHWRITECACHE && vd != NULL)
+               vd->vdev_nowritecache = B_TRUE;
+
        if (zio->io_error)
                zio->io_pipeline = ZIO_INTERLOCK_PIPELINE;
 
@@ -3045,6 +3710,163 @@ zio_vdev_io_bypass(zio_t *zio)
        zio->io_stage = ZIO_STAGE_VDEV_IO_ASSESS >> 1;
 }
 
+/*
+ * ==========================================================================
+ * Encrypt and store encryption parameters
+ * ==========================================================================
+ */
+
+
+/*
+ * This function is used for ZIO_STAGE_ENCRYPT. It is responsible for
+ * managing the storage of encryption parameters and passing them to the
+ * lower-level encryption functions.
+ */
+static int
+zio_encrypt(zio_t *zio)
+{
+       zio_prop_t *zp = &zio->io_prop;
+       spa_t *spa = zio->io_spa;
+       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
+       uint64_t psize = BP_GET_PSIZE(bp);
+       uint64_t dsobj = zio->io_bookmark.zb_objset;
+       dmu_object_type_t ot = BP_GET_TYPE(bp);
+       void *enc_buf = NULL;
+       abd_t *eabd = NULL;
+       uint8_t salt[ZIO_DATA_SALT_LEN];
+       uint8_t iv[ZIO_DATA_IV_LEN];
+       uint8_t mac[ZIO_DATA_MAC_LEN];
+       boolean_t no_crypt = B_FALSE;
+
+       /* the root zio already encrypted the data */
+       if (zio->io_child_type == ZIO_CHILD_GANG)
+               return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+
+       /* only ZIL blocks are re-encrypted on rewrite */
+       if (!IO_IS_ALLOCATING(zio) && ot != DMU_OT_INTENT_LOG)
+               return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+
+       if (!(zp->zp_encrypt || BP_IS_ENCRYPTED(bp))) {
+               BP_SET_CRYPT(bp, B_FALSE);
+               return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+       }
+
+       /* if we are doing raw encryption set the provided encryption params */
+       if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_RAW_ENCRYPT) {
+               ASSERT0(BP_GET_LEVEL(bp));
+               BP_SET_CRYPT(bp, B_TRUE);
+               BP_SET_BYTEORDER(bp, zp->zp_byteorder);
+               if (ot != DMU_OT_OBJSET)
+                       zio_crypt_encode_mac_bp(bp, zp->zp_mac);
+
+               /* dnode blocks must be written out in the provided byteorder */
+               if (zp->zp_byteorder != ZFS_HOST_BYTEORDER &&
+                   ot == DMU_OT_DNODE) {
+                       void *bswap_buf = zio_buf_alloc(psize);
+                       abd_t *babd = abd_get_from_buf(bswap_buf, psize);
+
+                       ASSERT3U(BP_GET_COMPRESS(bp), ==, ZIO_COMPRESS_OFF);
+                       abd_copy_to_buf(bswap_buf, zio->io_abd, psize);
+                       dmu_ot_byteswap[DMU_OT_BYTESWAP(ot)].ob_func(bswap_buf,
+                           psize);
+
+                       abd_take_ownership_of_buf(babd, B_TRUE);
+                       zio_push_transform(zio, babd, psize, psize, NULL);
+               }
+
+               if (DMU_OT_IS_ENCRYPTED(ot))
+                       zio_crypt_encode_params_bp(bp, zp->zp_salt, zp->zp_iv);
+               return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+       }
+
+       /* indirect blocks only maintain a cksum of the lower level MACs */
+       if (BP_GET_LEVEL(bp) > 0) {
+               BP_SET_CRYPT(bp, B_TRUE);
+               VERIFY0(zio_crypt_do_indirect_mac_checksum_abd(B_TRUE,
+                   zio->io_orig_abd, BP_GET_LSIZE(bp), BP_SHOULD_BYTESWAP(bp),
+                   mac));
+               zio_crypt_encode_mac_bp(bp, mac);
+               return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+       }
+
+       /*
+        * Objset blocks are a special case since they have 2 256-bit MACs
+        * embedded within them.
+        */
+       if (ot == DMU_OT_OBJSET) {
+               ASSERT0(DMU_OT_IS_ENCRYPTED(ot));
+               ASSERT3U(BP_GET_COMPRESS(bp), ==, ZIO_COMPRESS_OFF);
+               BP_SET_CRYPT(bp, B_TRUE);
+               VERIFY0(spa_do_crypt_objset_mac_abd(B_TRUE, spa, dsobj,
+                   zio->io_abd, psize, BP_SHOULD_BYTESWAP(bp)));
+               return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+       }
+
+       /* unencrypted object types are only authenticated with a MAC */
+       if (!DMU_OT_IS_ENCRYPTED(ot)) {
+               BP_SET_CRYPT(bp, B_TRUE);
+               VERIFY0(spa_do_crypt_mac_abd(B_TRUE, spa, dsobj,
+                   zio->io_abd, psize, mac));
+               zio_crypt_encode_mac_bp(bp, mac);
+               return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+       }
+
+       /*
+        * Later passes of sync-to-convergence may decide to rewrite data
+        * in place to avoid more disk reallocations. This presents a problem
+        * for encryption because this consitutes rewriting the new data with
+        * the same encryption key and IV. However, this only applies to blocks
+        * in the MOS (particularly the spacemaps) and we do not encrypt the
+        * MOS. We assert that the zio is allocating or an intent log write
+        * to enforce this.
+        */
+       ASSERT(IO_IS_ALLOCATING(zio) || ot == DMU_OT_INTENT_LOG);
+       ASSERT(BP_GET_LEVEL(bp) == 0 || ot == DMU_OT_INTENT_LOG);
+       ASSERT(spa_feature_is_active(spa, SPA_FEATURE_ENCRYPTION));
+       ASSERT3U(psize, !=, 0);
+
+       enc_buf = zio_buf_alloc(psize);
+       eabd = abd_get_from_buf(enc_buf, psize);
+       abd_take_ownership_of_buf(eabd, B_TRUE);
+
+       /*
+        * For an explanation of what encryption parameters are stored
+        * where, see the block comment in zio_crypt.c.
+        */
+       if (ot == DMU_OT_INTENT_LOG) {
+               zio_crypt_decode_params_bp(bp, salt, iv);
+       } else {
+               BP_SET_CRYPT(bp, B_TRUE);
+       }
+
+       /* Perform the encryption. This should not fail */
+       VERIFY0(spa_do_crypt_abd(B_TRUE, spa, dsobj, bp, zio->io_txg,
+           psize, zio->io_abd, eabd, iv, mac, salt, &no_crypt));
+
+       /* encode encryption metadata into the bp */
+       if (ot == DMU_OT_INTENT_LOG) {
+               /*
+                * ZIL blocks store the MAC in the embedded checksum, so the
+                * transform must always be applied.
+                */
+               zio_crypt_encode_mac_zil(enc_buf, mac);
+               zio_push_transform(zio, eabd, psize, psize, NULL);
+       } else {
+               BP_SET_CRYPT(bp, B_TRUE);
+               zio_crypt_encode_params_bp(bp, salt, iv);
+               zio_crypt_encode_mac_bp(bp, mac);
+
+               if (no_crypt) {
+                       ASSERT3U(ot, ==, DMU_OT_DNODE);
+                       abd_free(eabd);
+               } else {
+                       zio_push_transform(zio, eabd, psize, psize, NULL);
+               }
+       }
+
+       return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+}
+
 /*
  * ==========================================================================
  * Generate and verify checksums
@@ -3076,7 +3898,7 @@ zio_checksum_generate(zio_t *zio)
                }
        }
 
-       zio_checksum_compute(zio, checksum, zio->io_data, zio->io_size);
+       zio_checksum_compute(zio, checksum, zio->io_abd, zio->io_size);
 
        return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 }
@@ -3106,8 +3928,8 @@ zio_checksum_verify(zio_t *zio)
                if (error == ECKSUM &&
                    !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE)) {
                        zfs_ereport_start_checksum(zio->io_spa,
-                           zio->io_vd, zio, zio->io_offset,
-                           zio->io_size, NULL, &info);
+                           zio->io_vd, &zio->io_bookmark, zio,
+                           zio->io_offset, zio->io_size, NULL, &info);
                }
        }
 
@@ -3159,6 +3981,7 @@ zio_ready(zio_t *zio)
 {
        blkptr_t *bp = zio->io_bp;
        zio_t *pio, *pio_next;
+       zio_link_t *zl = NULL;
 
        if (zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_GANG, ZIO_WAIT_READY) ||
            zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_DDT, ZIO_WAIT_READY))
@@ -3176,12 +3999,26 @@ zio_ready(zio_t *zio)
        if (bp != NULL && bp != &zio->io_bp_copy)
                zio->io_bp_copy = *bp;
 
-       if (zio->io_error)
+       if (zio->io_error != 0) {
                zio->io_pipeline = ZIO_INTERLOCK_PIPELINE;
 
+               if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_ALLOCATING) {
+                       ASSERT(IO_IS_ALLOCATING(zio));
+                       ASSERT(zio->io_priority == ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE);
+                       /*
+                        * We were unable to allocate anything, unreserve and
+                        * issue the next I/O to allocate.
+                        */
+                       metaslab_class_throttle_unreserve(
+                           spa_normal_class(zio->io_spa),
+                           zio->io_prop.zp_copies, zio);
+                       zio_allocate_dispatch(zio->io_spa);
+               }
+       }
+
        mutex_enter(&zio->io_lock);
        zio->io_state[ZIO_WAIT_READY] = 1;
-       pio = zio_walk_parents(zio);
+       pio = zio_walk_parents(zio, &zl);
        mutex_exit(&zio->io_lock);
 
        /*
@@ -3192,7 +4029,7 @@ zio_ready(zio_t *zio)
         * all parents must wait for us to be done before they can be done.
         */
        for (; pio != NULL; pio = pio_next) {
-               pio_next = zio_walk_parents(zio);
+               pio_next = zio_walk_parents(zio, &zl);
                zio_notify_parent(pio, zio, ZIO_WAIT_READY);
        }
 
@@ -3200,7 +4037,7 @@ zio_ready(zio_t *zio)
                if (BP_IS_GANG(bp)) {
                        zio->io_flags &= ~ZIO_FLAG_NODATA;
                } else {
-                       ASSERT((uintptr_t)zio->io_data < SPA_MAXBLOCKSIZE);
+                       ASSERT((uintptr_t)zio->io_abd < SPA_MAXBLOCKSIZE);
                        zio->io_pipeline &= ~ZIO_VDEV_IO_STAGES;
                }
        }
@@ -3212,11 +4049,77 @@ zio_ready(zio_t *zio)
        return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 }
 
+/*
+ * Update the allocation throttle accounting.
+ */
+static void
+zio_dva_throttle_done(zio_t *zio)
+{
+       ASSERTV(zio_t *lio = zio->io_logical);
+       zio_t *pio = zio_unique_parent(zio);
+       vdev_t *vd = zio->io_vd;
+       int flags = METASLAB_ASYNC_ALLOC;
+
+       ASSERT3P(zio->io_bp, !=, NULL);
+       ASSERT3U(zio->io_type, ==, ZIO_TYPE_WRITE);
+       ASSERT3U(zio->io_priority, ==, ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE);
+       ASSERT3U(zio->io_child_type, ==, ZIO_CHILD_VDEV);
+       ASSERT(vd != NULL);
+       ASSERT3P(vd, ==, vd->vdev_top);
+       ASSERT(zio_injection_enabled || !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_RETRY));
+       ASSERT(!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REPAIR));
+       ASSERT(zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_ALLOCATING);
+       ASSERT(!(lio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REWRITE));
+       ASSERT(!(lio->io_orig_flags & ZIO_FLAG_NODATA));
+
+       /*
+        * Parents of gang children can have two flavors -- ones that
+        * allocated the gang header (will have ZIO_FLAG_IO_REWRITE set)
+        * and ones that allocated the constituent blocks. The allocation
+        * throttle needs to know the allocating parent zio so we must find
+        * it here.
+        */
+       if (pio->io_child_type == ZIO_CHILD_GANG) {
+               /*
+                * If our parent is a rewrite gang child then our grandparent
+                * would have been the one that performed the allocation.
+                */
+               if (pio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REWRITE)
+                       pio = zio_unique_parent(pio);
+               flags |= METASLAB_GANG_CHILD;
+       }
+
+       ASSERT(IO_IS_ALLOCATING(pio));
+       ASSERT3P(zio, !=, zio->io_logical);
+       ASSERT(zio->io_logical != NULL);
+       ASSERT(!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REPAIR));
+       ASSERT0(zio->io_flags & ZIO_FLAG_NOPWRITE);
+
+       mutex_enter(&pio->io_lock);
+       metaslab_group_alloc_decrement(zio->io_spa, vd->vdev_id, pio, flags);
+       mutex_exit(&pio->io_lock);
+
+       metaslab_class_throttle_unreserve(spa_normal_class(zio->io_spa),
+           1, pio);
+
+       /*
+        * Call into the pipeline to see if there is more work that
+        * needs to be done. If there is work to be done it will be
+        * dispatched to another taskq thread.
+        */
+       zio_allocate_dispatch(zio->io_spa);
+}
+
 static int
 zio_done(zio_t *zio)
 {
+       /*
+        * Always attempt to keep stack usage minimal here since
+        * we can be called recurisvely up to 19 levels deep.
+        */
+       const uint64_t psize = zio->io_size;
        zio_t *pio, *pio_next;
-       int c, w;
+       zio_link_t *zl = NULL;
 
        /*
         * If our children haven't all completed,
@@ -3228,8 +4131,35 @@ zio_done(zio_t *zio)
            zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_LOGICAL, ZIO_WAIT_DONE))
                return (ZIO_PIPELINE_STOP);
 
-       for (c = 0; c < ZIO_CHILD_TYPES; c++)
-               for (w = 0; w < ZIO_WAIT_TYPES; w++)
+       /*
+        * If the allocation throttle is enabled, then update the accounting.
+        * We only track child I/Os that are part of an allocating async
+        * write. We must do this since the allocation is performed
+        * by the logical I/O but the actual write is done by child I/Os.
+        */
+       if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_ALLOCATING &&
+           zio->io_child_type == ZIO_CHILD_VDEV) {
+               ASSERT(spa_normal_class(
+                   zio->io_spa)->mc_alloc_throttle_enabled);
+               zio_dva_throttle_done(zio);
+       }
+
+       /*
+        * If the allocation throttle is enabled, verify that
+        * we have decremented the refcounts for every I/O that was throttled.
+        */
+       if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_ALLOCATING) {
+               ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
+               ASSERT(zio->io_priority == ZIO_PRIORITY_ASYNC_WRITE);
+               ASSERT(zio->io_bp != NULL);
+               metaslab_group_alloc_verify(zio->io_spa, zio->io_bp, zio);
+               VERIFY(refcount_not_held(
+                   &(spa_normal_class(zio->io_spa)->mc_alloc_slots), zio));
+       }
+
+
+       for (int c = 0; c < ZIO_CHILD_TYPES; c++)
+               for (int w = 0; w < ZIO_WAIT_TYPES; w++)
                        ASSERT(zio->io_children[c][w] == 0);
 
        if (zio->io_bp != NULL && !BP_IS_EMBEDDED(zio->io_bp)) {
@@ -3241,7 +4171,6 @@ zio_done(zio_t *zio)
                if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE && !BP_IS_HOLE(zio->io_bp) &&
                    zio->io_bp_override == NULL &&
                    !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REPAIR)) {
-                       ASSERT(!BP_SHOULD_BYTESWAP(zio->io_bp));
                        ASSERT3U(zio->io_prop.zp_copies, <=,
                            BP_GET_NDVAS(zio->io_bp));
                        ASSERT(BP_COUNT_GANG(zio->io_bp) == 0 ||
@@ -3267,28 +4196,28 @@ zio_done(zio_t *zio)
                while (zio->io_cksum_report != NULL) {
                        zio_cksum_report_t *zcr = zio->io_cksum_report;
                        uint64_t align = zcr->zcr_align;
-                       uint64_t asize = P2ROUNDUP(zio->io_size, align);
-                       char *abuf = zio->io_data;
+                       uint64_t asize = P2ROUNDUP(psize, align);
+                       abd_t *adata = zio->io_abd;
 
-                       if (asize != zio->io_size) {
-                               abuf = zio_buf_alloc(asize);
-                               bcopy(zio->io_data, abuf, zio->io_size);
-                               bzero(abuf+zio->io_size, asize-zio->io_size);
+                       if (asize != psize) {
+                               adata = abd_alloc(asize, B_TRUE);
+                               abd_copy(adata, zio->io_abd, psize);
+                               abd_zero_off(adata, psize, asize - psize);
                        }
 
                        zio->io_cksum_report = zcr->zcr_next;
                        zcr->zcr_next = NULL;
-                       zcr->zcr_finish(zcr, abuf);
+                       zcr->zcr_finish(zcr, adata);
                        zfs_ereport_free_checksum(zcr);
 
-                       if (asize != zio->io_size)
-                               zio_buf_free(abuf, asize);
+                       if (asize != psize)
+                               abd_free(adata);
                }
        }
 
        zio_pop_transforms(zio);        /* note: may set zio->io_error */
 
-       vdev_stat_update(zio, zio->io_size);
+       vdev_stat_update(zio, psize);
 
        /*
         * If this I/O is attached to a particular vdev is slow, exceeding
@@ -3298,7 +4227,7 @@ zio_done(zio_t *zio)
        if (zio->io_delay >= MSEC2NSEC(zio_delay_max)) {
                if (zio->io_vd != NULL && !vdev_is_dead(zio->io_vd))
                        zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_DELAY, zio->io_spa,
-                           zio->io_vd, zio, 0, 0);
+                           zio->io_vd, &zio->io_bookmark, zio, 0, 0);
        }
 
        if (zio->io_error) {
@@ -3309,9 +4238,9 @@ zio_done(zio_t *zio)
                 * device is currently unavailable.
                 */
                if (zio->io_error != ECKSUM && zio->io_vd != NULL &&
-                       !vdev_is_dead(zio->io_vd))
+                   !vdev_is_dead(zio->io_vd))
                        zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_IO, zio->io_spa,
-                                               zio->io_vd, zio, 0, 0);
+                           zio->io_vd, &zio->io_bookmark, zio, 0, 0);
 
                if ((zio->io_error == EIO || !(zio->io_flags &
                    (ZIO_FLAG_SPECULATIVE | ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE))) &&
@@ -3320,9 +4249,9 @@ zio_done(zio_t *zio)
                         * For logical I/O requests, tell the SPA to log the
                         * error and generate a logical data ereport.
                         */
-                       spa_log_error(zio->io_spa, zio);
+                       spa_log_error(zio->io_spa, &zio->io_bookmark);
                        zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_DATA, zio->io_spa,
-                           NULL, zio, 0, 0);
+                           NULL, &zio->io_bookmark, zio, 0, 0);
                }
        }
 
@@ -3382,7 +4311,7 @@ zio_done(zio_t *zio)
         */
        if ((zio->io_flags & ZIO_FLAG_GODFATHER) &&
            (zio->io_reexecute & ZIO_REEXECUTE_SUSPEND))
-               zio->io_reexecute = 0;
+               zio->io_reexecute &= ~ZIO_REEXECUTE_SUSPEND;
 
        if (zio->io_reexecute) {
                /*
@@ -3413,13 +4342,15 @@ zio_done(zio_t *zio)
                 * trouble (e.g. suspended). This allows "The Godfather"
                 * I/O to return status without blocking.
                 */
-               for (pio = zio_walk_parents(zio); pio != NULL; pio = pio_next) {
-                       zio_link_t *zl = zio->io_walk_link;
-                       pio_next = zio_walk_parents(zio);
+               zl = NULL;
+               for (pio = zio_walk_parents(zio, &zl); pio != NULL;
+                   pio = pio_next) {
+                       zio_link_t *remove_zl = zl;
+                       pio_next = zio_walk_parents(zio, &zl);
 
                        if ((pio->io_flags & ZIO_FLAG_GODFATHER) &&
                            (zio->io_reexecute & ZIO_REEXECUTE_SUSPEND)) {
-                               zio_remove_child(pio, zio, zl);
+                               zio_remove_child(pio, zio, remove_zl);
                                zio_notify_parent(pio, zio, ZIO_WAIT_DONE);
                        }
                }
@@ -3486,10 +4417,11 @@ zio_done(zio_t *zio)
        zio->io_state[ZIO_WAIT_DONE] = 1;
        mutex_exit(&zio->io_lock);
 
-       for (pio = zio_walk_parents(zio); pio != NULL; pio = pio_next) {
-               zio_link_t *zl = zio->io_walk_link;
-               pio_next = zio_walk_parents(zio);
-               zio_remove_child(pio, zio, zl);
+       zl = NULL;
+       for (pio = zio_walk_parents(zio, &zl); pio != NULL; pio = pio_next) {
+               zio_link_t *remove_zl = zl;
+               pio_next = zio_walk_parents(zio, &zl);
+               zio_remove_child(pio, zio, remove_zl);
                zio_notify_parent(pio, zio, ZIO_WAIT_DONE);
        }
 
@@ -3513,9 +4445,11 @@ zio_done(zio_t *zio)
 static zio_pipe_stage_t *zio_pipeline[] = {
        NULL,
        zio_read_bp_init,
+       zio_write_bp_init,
        zio_free_bp_init,
        zio_issue_async,
-       zio_write_bp_init,
+       zio_write_compress,
+       zio_encrypt,
        zio_checksum_generate,
        zio_nop_write,
        zio_ddt_read_start,
@@ -3524,6 +4458,7 @@ static zio_pipe_stage_t *zio_pipeline[] = {
        zio_ddt_free,
        zio_gang_assemble,
        zio_gang_issue,
+       zio_dva_throttle,
        zio_dva_allocate,
        zio_dva_free,
        zio_dva_claim,
@@ -3664,7 +4599,6 @@ zbookmark_subtree_completed(const dnode_phys_t *dnp,
 EXPORT_SYMBOL(zio_type_name);
 EXPORT_SYMBOL(zio_buf_alloc);
 EXPORT_SYMBOL(zio_data_buf_alloc);
-EXPORT_SYMBOL(zio_buf_alloc_flags);
 EXPORT_SYMBOL(zio_buf_free);
 EXPORT_SYMBOL(zio_data_buf_free);
 
@@ -3685,4 +4619,8 @@ MODULE_PARM_DESC(zfs_sync_pass_dont_compress,
 module_param(zfs_sync_pass_rewrite, int, 0644);
 MODULE_PARM_DESC(zfs_sync_pass_rewrite,
        "Rewrite new bps starting in this pass");
+
+module_param(zio_dva_throttle_enabled, int, 0644);
+MODULE_PARM_DESC(zio_dva_throttle_enabled,
+       "Throttle block allocations in the ZIO pipeline");
 #endif