]> git.proxmox.com Git - mirror_zfs-debian.git/blobdiff - zfs/lib/libzpool/zio.c
Rebase to OpenSolaris b103, in the process we are removing any code which did not...
[mirror_zfs-debian.git] / zfs / lib / libzpool / zio.c
index 7eb44cbba0e5e64ea41d4b8ef773934a59466129..d347920ea6bb79a183df87a997da0b03220909d7 100644 (file)
@@ -23,8 +23,6 @@
  * Use is subject to license terms.
  */
 
-#pragma ident  "@(#)zio.c      1.32    08/03/20 SMI"
-
 #include <sys/zfs_context.h>
 #include <sys/fm/fs/zfs.h>
 #include <sys/spa.h>
@@ -61,30 +59,9 @@ uint8_t zio_priority_table[ZIO_PRIORITY_TABLE_SIZE] = {
 char *zio_type_name[ZIO_TYPES] = {
        "null", "read", "write", "free", "claim", "ioctl" };
 
-/* Force an allocation failure when non-zero */
-uint16_t zio_zil_fail_shift = 0;
-uint16_t zio_io_fail_shift = 0;
-
-/* Enable/disable the write-retry logic */
-int zio_write_retry = 1;
-
-/* Taskq to handle reissuing of I/Os */
-taskq_t *zio_taskq;
-int zio_resume_threads = 4;
-
-typedef struct zio_sync_pass {
-       int     zp_defer_free;          /* defer frees after this pass */
-       int     zp_dontcompress;        /* don't compress after this pass */
-       int     zp_rewrite;             /* rewrite new bps after this pass */
-} zio_sync_pass_t;
-
-zio_sync_pass_t zio_sync_pass = {
-       1,      /* zp_defer_free */
-       4,      /* zp_dontcompress */
-       1,      /* zp_rewrite */
-};
-
-static boolean_t zio_io_should_fail(uint16_t);
+#define        SYNC_PASS_DEFERRED_FREE 1       /* defer frees after this pass */
+#define        SYNC_PASS_DONT_COMPRESS 4       /* don't compress after this pass */
+#define        SYNC_PASS_REWRITE       1       /* rewrite new bps after this pass */
 
 /*
  * ==========================================================================
@@ -100,22 +77,8 @@ extern vmem_t *zio_alloc_arena;
 #endif
 
 /*
- * Determine if we are allowed to issue the IO based on the
- * pool state. If we must wait then block until we are told
- * that we may continue.
- */
-#define        ZIO_ENTER(spa) {                                                \
-       if (spa->spa_state == POOL_STATE_IO_FAILURE) {                  \
-               mutex_enter(&spa->spa_zio_lock);                        \
-               while (spa->spa_state == POOL_STATE_IO_FAILURE)         \
-                       cv_wait(&spa->spa_zio_cv, &spa->spa_zio_lock);  \
-               mutex_exit(&spa->spa_zio_lock);                         \
-       }                                                               \
-}
-
-/*
- * An allocation zio is one that either currently has the DVA allocate
- * stage set or will have it later in it's lifetime.
+ * An allocating zio is one that either currently has the DVA allocate
+ * stage set or will have it later in its lifetime.
  */
 #define        IO_IS_ALLOCATING(zio) \
        ((zio)->io_orig_pipeline & (1U << ZIO_STAGE_DVA_ALLOCATE))
@@ -129,7 +92,6 @@ zio_init(void)
 #ifdef _KERNEL
        data_alloc_arena = zio_alloc_arena;
 #endif
-
        zio_cache = kmem_cache_create("zio_cache", sizeof (zio_t), 0,
            NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, 0);
 
@@ -165,7 +127,6 @@ zio_init(void)
                        zio_data_buf_cache[c] = kmem_cache_create(name, size,
                            align, NULL, NULL, NULL, NULL, data_alloc_arena,
                            KMC_NODEBUG);
-
                }
        }
 
@@ -179,9 +140,6 @@ zio_init(void)
                        zio_data_buf_cache[c - 1] = zio_data_buf_cache[c];
        }
 
-       zio_taskq = taskq_create("zio_taskq", zio_resume_threads,
-           maxclsyspri, 50, INT_MAX, TASKQ_PREPOPULATE);
-
        zio_inject_init();
 }
 
@@ -206,8 +164,6 @@ zio_fini(void)
                zio_data_buf_cache[c] = NULL;
        }
 
-       taskq_destroy(zio_taskq);
-
        kmem_cache_destroy(zio_cache);
 
        zio_inject_fini();
@@ -277,13 +233,15 @@ zio_data_buf_free(void *buf, size_t size)
  * ==========================================================================
  */
 static void
-zio_push_transform(zio_t *zio, void *data, uint64_t size, uint64_t bufsize)
+zio_push_transform(zio_t *zio, void *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_data = data;
-       zt->zt_size = size;
+       zt->zt_orig_data = zio->io_data;
+       zt->zt_orig_size = zio->io_size;
        zt->zt_bufsize = bufsize;
+       zt->zt_transform = transform;
 
        zt->zt_next = zio->io_transform_stack;
        zio->io_transform_stack = zt;
@@ -293,143 +251,231 @@ zio_push_transform(zio_t *zio, void *data, uint64_t size, uint64_t bufsize)
 }
 
 static void
-zio_pop_transform(zio_t *zio, void **data, uint64_t *size, uint64_t *bufsize)
+zio_pop_transforms(zio_t *zio)
 {
-       zio_transform_t *zt = zio->io_transform_stack;
+       zio_transform_t *zt;
+
+       while ((zt = zio->io_transform_stack) != NULL) {
+               if (zt->zt_transform != NULL)
+                       zt->zt_transform(zio,
+                           zt->zt_orig_data, zt->zt_orig_size);
 
-       *data = zt->zt_data;
-       *size = zt->zt_size;
-       *bufsize = zt->zt_bufsize;
+               zio_buf_free(zio->io_data, zt->zt_bufsize);
 
-       zio->io_transform_stack = zt->zt_next;
-       kmem_free(zt, sizeof (zio_transform_t));
+               zio->io_data = zt->zt_orig_data;
+               zio->io_size = zt->zt_orig_size;
+               zio->io_transform_stack = zt->zt_next;
 
-       if ((zt = zio->io_transform_stack) != NULL) {
-               zio->io_data = zt->zt_data;
-               zio->io_size = zt->zt_size;
+               kmem_free(zt, sizeof (zio_transform_t));
        }
 }
 
+/*
+ * ==========================================================================
+ * I/O transform callbacks for subblocks and decompression
+ * ==========================================================================
+ */
+static void
+zio_subblock(zio_t *zio, void *data, uint64_t size)
+{
+       ASSERT(zio->io_size > size);
+
+       if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
+               bcopy(zio->io_data, data, size);
+}
+
+static void
+zio_decompress(zio_t *zio, void *data, uint64_t size)
+{
+       if (zio->io_error == 0 &&
+           zio_decompress_data(BP_GET_COMPRESS(zio->io_bp),
+           zio->io_data, zio->io_size, data, size) != 0)
+               zio->io_error = EIO;
+}
+
+/*
+ * ==========================================================================
+ * I/O parent/child relationships and pipeline interlocks
+ * ==========================================================================
+ */
+
+static void
+zio_add_child(zio_t *pio, zio_t *zio)
+{
+       mutex_enter(&pio->io_lock);
+       if (zio->io_stage < ZIO_STAGE_READY)
+               pio->io_children[zio->io_child_type][ZIO_WAIT_READY]++;
+       if (zio->io_stage < ZIO_STAGE_DONE)
+               pio->io_children[zio->io_child_type][ZIO_WAIT_DONE]++;
+       zio->io_sibling_prev = NULL;
+       zio->io_sibling_next = pio->io_child;
+       if (pio->io_child != NULL)
+               pio->io_child->io_sibling_prev = zio;
+       pio->io_child = zio;
+       zio->io_parent = pio;
+       mutex_exit(&pio->io_lock);
+}
+
 static void
-zio_clear_transform_stack(zio_t *zio)
+zio_remove_child(zio_t *pio, zio_t *zio)
+{
+       zio_t *next, *prev;
+
+       ASSERT(zio->io_parent == pio);
+
+       mutex_enter(&pio->io_lock);
+       next = zio->io_sibling_next;
+       prev = zio->io_sibling_prev;
+       if (next != NULL)
+               next->io_sibling_prev = prev;
+       if (prev != NULL)
+               prev->io_sibling_next = next;
+       if (pio->io_child == zio)
+               pio->io_child = next;
+       mutex_exit(&pio->io_lock);
+}
+
+static boolean_t
+zio_wait_for_children(zio_t *zio, enum zio_child child, enum zio_wait_type wait)
 {
-       void *data;
-       uint64_t size, bufsize;
+       uint64_t *countp = &zio->io_children[child][wait];
+       boolean_t waiting = B_FALSE;
+
+       mutex_enter(&zio->io_lock);
+       ASSERT(zio->io_stall == NULL);
+       if (*countp != 0) {
+               zio->io_stage--;
+               zio->io_stall = countp;
+               waiting = B_TRUE;
+       }
+       mutex_exit(&zio->io_lock);
+
+       return (waiting);
+}
 
-       ASSERT(zio->io_transform_stack != NULL);
+static void
+zio_notify_parent(zio_t *pio, zio_t *zio, enum zio_wait_type wait)
+{
+       uint64_t *countp = &pio->io_children[zio->io_child_type][wait];
+       int *errorp = &pio->io_child_error[zio->io_child_type];
 
-       zio_pop_transform(zio, &data, &size, &bufsize);
-       while (zio->io_transform_stack != NULL) {
-               zio_buf_free(data, bufsize);
-               zio_pop_transform(zio, &data, &size, &bufsize);
+       mutex_enter(&pio->io_lock);
+       if (zio->io_error && !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE))
+               *errorp = zio_worst_error(*errorp, zio->io_error);
+       pio->io_reexecute |= zio->io_reexecute;
+       ASSERT3U(*countp, >, 0);
+       if (--*countp == 0 && pio->io_stall == countp) {
+               pio->io_stall = NULL;
+               mutex_exit(&pio->io_lock);
+               zio_execute(pio);
+       } else {
+               mutex_exit(&pio->io_lock);
        }
 }
 
+static void
+zio_inherit_child_errors(zio_t *zio, enum zio_child c)
+{
+       if (zio->io_child_error[c] != 0 && zio->io_error == 0)
+               zio->io_error = zio->io_child_error[c];
+}
+
 /*
  * ==========================================================================
- * Create the various types of I/O (read, write, free)
+ * Create the various types of I/O (read, write, free, etc)
  * ==========================================================================
  */
 static zio_t *
 zio_create(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp,
     void *data, uint64_t size, zio_done_func_t *done, void *private,
-    zio_type_t type, int priority, int flags, uint8_t stage, uint32_t pipeline)
+    zio_type_t type, int priority, int flags, vdev_t *vd, uint64_t offset,
+    const zbookmark_t *zb, uint8_t stage, uint32_t pipeline)
 {
        zio_t *zio;
 
        ASSERT3U(size, <=, SPA_MAXBLOCKSIZE);
        ASSERT(P2PHASE(size, 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);
 
        zio = kmem_cache_alloc(zio_cache, KM_SLEEP);
        bzero(zio, sizeof (zio_t));
-       zio->io_parent = pio;
-       zio->io_spa = spa;
-       zio->io_txg = txg;
-       zio->io_flags = flags;
+
+       mutex_init(&zio->io_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
+       cv_init(&zio->io_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
+
+       if (vd != NULL)
+               zio->io_child_type = ZIO_CHILD_VDEV;
+       else if (flags & ZIO_FLAG_GANG_CHILD)
+               zio->io_child_type = ZIO_CHILD_GANG;
+       else
+               zio->io_child_type = ZIO_CHILD_LOGICAL;
+
        if (bp != NULL) {
                zio->io_bp = bp;
                zio->io_bp_copy = *bp;
                zio->io_bp_orig = *bp;
+               if (type != ZIO_TYPE_WRITE)
+                       zio->io_bp = &zio->io_bp_copy;  /* so caller can free */
+               if (zio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL) {
+                       if (BP_IS_GANG(bp))
+                               pipeline |= ZIO_GANG_STAGES;
+                       zio->io_logical = zio;
+               }
        }
+
+       zio->io_spa = spa;
+       zio->io_txg = txg;
+       zio->io_data = data;
+       zio->io_size = size;
        zio->io_done = done;
        zio->io_private = private;
        zio->io_type = type;
        zio->io_priority = priority;
-       zio->io_stage = stage;
-       zio->io_pipeline = pipeline;
-       zio->io_timestamp = lbolt64;
-       mutex_init(&zio->io_lock, NULL, MUTEX_DEFAULT, NULL);
-       cv_init(&zio->io_cv, NULL, CV_DEFAULT, NULL);
-       zio_push_transform(zio, data, size, size);
+       zio->io_vd = vd;
+       zio->io_offset = offset;
+       zio->io_orig_flags = zio->io_flags = flags;
+       zio->io_orig_stage = zio->io_stage = stage;
+       zio->io_orig_pipeline = zio->io_pipeline = pipeline;
 
-       /*
-        * Note on config lock:
-        *
-        * If CONFIG_HELD is set, then the caller already has the config
-        * lock, so we don't need it for this io.
-        *
-        * We set CONFIG_GRABBED to indicate that we have grabbed the
-        * config lock on behalf of this io, so it should be released
-        * in zio_done.
-        *
-        * Unless CONFIG_HELD is set, we will grab the config lock for
-        * any top-level (parent-less) io, *except* NULL top-level ios.
-        * The NULL top-level ios rarely have any children, so we delay
-        * grabbing the lock until the first child is added (but it is
-        * still grabbed on behalf of the top-level i/o, so additional
-        * children don't need to also grab it).  This greatly reduces
-        * contention on the config lock.
-        */
-       if (pio == NULL) {
-               if (type != ZIO_TYPE_NULL &&
-                   !(flags & ZIO_FLAG_CONFIG_HELD)) {
-                       spa_config_enter(spa, RW_READER, zio);
-                       zio->io_flags |= ZIO_FLAG_CONFIG_GRABBED;
-               }
-               zio->io_root = zio;
-       } else {
-               zio->io_root = pio->io_root;
-               if (!(flags & ZIO_FLAG_NOBOOKMARK))
+       if (zb != NULL)
+               zio->io_bookmark = *zb;
+
+       if (pio != NULL) {
+               /*
+                * Logical I/Os can have logical, gang, or vdev children.
+                * Gang I/Os can have gang or vdev children.
+                * Vdev I/Os can only have vdev children.
+                * The following ASSERT captures all of these constraints.
+                */
+               ASSERT(zio->io_child_type <= pio->io_child_type);
+               if (zio->io_logical == NULL)
                        zio->io_logical = pio->io_logical;
-               mutex_enter(&pio->io_lock);
-               if (pio->io_parent == NULL &&
-                   pio->io_type == ZIO_TYPE_NULL &&
-                   !(pio->io_flags & ZIO_FLAG_CONFIG_GRABBED) &&
-                   !(pio->io_flags & ZIO_FLAG_CONFIG_HELD)) {
-                       pio->io_flags |= ZIO_FLAG_CONFIG_GRABBED;
-                       spa_config_enter(spa, RW_READER, pio);
-               }
-               if (stage < ZIO_STAGE_READY)
-                       pio->io_children_notready++;
-               pio->io_children_notdone++;
-               zio->io_sibling_next = pio->io_child;
-               zio->io_sibling_prev = NULL;
-               if (pio->io_child != NULL)
-                       pio->io_child->io_sibling_prev = zio;
-               pio->io_child = zio;
-               zio->io_ndvas = pio->io_ndvas;
-               mutex_exit(&pio->io_lock);
+               zio_add_child(pio, zio);
        }
 
-       /*
-        * Save off the original state incase we need to retry later.
-        */
-       zio->io_orig_stage = zio->io_stage;
-       zio->io_orig_pipeline = zio->io_pipeline;
-       zio->io_orig_flags = zio->io_flags;
-
        return (zio);
 }
 
 static void
-zio_reset(zio_t *zio)
+zio_destroy(zio_t *zio)
 {
-       zio_clear_transform_stack(zio);
+       spa_t *spa = zio->io_spa;
+       uint8_t async_root = zio->io_async_root;
+
+       mutex_destroy(&zio->io_lock);
+       cv_destroy(&zio->io_cv);
+       kmem_cache_free(zio_cache, zio);
 
-       zio->io_flags = zio->io_orig_flags;
-       zio->io_stage = zio->io_orig_stage;
-       zio->io_pipeline = zio->io_orig_pipeline;
-       zio_push_transform(zio, zio->io_data, zio->io_size, zio->io_size);
+       if (async_root) {
+               mutex_enter(&spa->spa_async_root_lock);
+               if (--spa->spa_async_root_count == 0)
+                       cv_broadcast(&spa->spa_async_root_cv);
+               mutex_exit(&spa->spa_async_root_lock);
+       }
 }
 
 zio_t *
@@ -439,8 +485,8 @@ zio_null(zio_t *pio, spa_t *spa, zio_done_func_t *done, void *private,
        zio_t *zio;
 
        zio = zio_create(pio, spa, 0, NULL, NULL, 0, done, private,
-           ZIO_TYPE_NULL, ZIO_PRIORITY_NOW, flags, ZIO_STAGE_OPEN,
-           ZIO_WAIT_FOR_CHILDREN_PIPELINE);
+           ZIO_TYPE_NULL, ZIO_PRIORITY_NOW, flags, NULL, 0, NULL,
+           ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_INTERLOCK_PIPELINE);
 
        return (zio);
 }
@@ -452,161 +498,99 @@ zio_root(spa_t *spa, zio_done_func_t *done, void *private, int flags)
 }
 
 zio_t *
-zio_read(zio_t *pio, spa_t *spa, blkptr_t *bp, void *data,
-    uint64_t size, zio_done_func_t *done, void *private,
-    int priority, int flags, zbookmark_t *zb)
+zio_read(zio_t *pio, spa_t *spa, const blkptr_t *bp,
+    void *data, uint64_t size, zio_done_func_t *done, void *private,
+    int priority, int flags, const zbookmark_t *zb)
 {
        zio_t *zio;
 
-       ASSERT3U(size, ==, BP_GET_LSIZE(bp));
-
-       /*
-        * If the user has specified that we allow I/Os to continue
-        * then attempt to satisfy the read.
-        */
-       if (spa_get_failmode(spa) != ZIO_FAILURE_MODE_CONTINUE)
-               ZIO_ENTER(spa);
-
-       zio = zio_create(pio, spa, bp->blk_birth, bp, data, size, done, private,
-           ZIO_TYPE_READ, priority, flags | ZIO_FLAG_USER,
+       zio = zio_create(pio, spa, bp->blk_birth, (blkptr_t *)bp,
+           data, size, done, private,
+           ZIO_TYPE_READ, priority, flags, NULL, 0, zb,
            ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_READ_PIPELINE);
-       zio->io_bookmark = *zb;
 
-       zio->io_logical = zio;
+       return (zio);
+}
 
-       /*
-        * Work off our copy of the bp so the caller can free it.
-        */
-       zio->io_bp = &zio->io_bp_copy;
+void
+zio_skip_write(zio_t *zio)
+{
+       ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
+       ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_READY);
+       ASSERT(!BP_IS_GANG(zio->io_bp));
 
-       return (zio);
+       zio->io_pipeline &= ~ZIO_VDEV_IO_STAGES;
 }
 
 zio_t *
-zio_write(zio_t *pio, spa_t *spa, int checksum, int compress, int ncopies,
-    uint64_t txg, blkptr_t *bp, void *data, uint64_t size,
-    zio_done_func_t *ready, zio_done_func_t *done, void *private, int priority,
-    int flags, zbookmark_t *zb)
+zio_write(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp,
+    void *data, uint64_t size, zio_prop_t *zp,
+    zio_done_func_t *ready, zio_done_func_t *done, void *private,
+    int priority, int flags, const zbookmark_t *zb)
 {
        zio_t *zio;
 
-       ASSERT(checksum >= ZIO_CHECKSUM_OFF &&
-           checksum < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS);
-
-       ASSERT(compress >= ZIO_COMPRESS_OFF &&
-           compress < ZIO_COMPRESS_FUNCTIONS);
-
-       ZIO_ENTER(spa);
+       ASSERT(zp->zp_checksum >= ZIO_CHECKSUM_OFF &&
+           zp->zp_checksum < ZIO_CHECKSUM_FUNCTIONS &&
+           zp->zp_compress >= ZIO_COMPRESS_OFF &&
+           zp->zp_compress < ZIO_COMPRESS_FUNCTIONS &&
+           zp->zp_type < DMU_OT_NUMTYPES &&
+           zp->zp_level < 32 &&
+           zp->zp_ndvas > 0 &&
+           zp->zp_ndvas <= spa_max_replication(spa));
+       ASSERT(ready != NULL);
 
        zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, data, size, done, private,
-           ZIO_TYPE_WRITE, priority, flags | ZIO_FLAG_USER,
+           ZIO_TYPE_WRITE, priority, flags, NULL, 0, zb,
            ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_WRITE_PIPELINE);
 
        zio->io_ready = ready;
-
-       zio->io_bookmark = *zb;
-
-       zio->io_logical = zio;
-
-       zio->io_checksum = checksum;
-       zio->io_compress = compress;
-       zio->io_ndvas = ncopies;
-
-       if (bp->blk_birth != txg) {
-               /* XXX the bp usually (always?) gets re-zeroed later */
-               BP_ZERO(bp);
-               BP_SET_LSIZE(bp, size);
-               BP_SET_PSIZE(bp, size);
-       } else {
-               /* Make sure someone doesn't change their mind on overwrites */
-               ASSERT(MIN(zio->io_ndvas + BP_IS_GANG(bp),
-                   spa_max_replication(spa)) == BP_GET_NDVAS(bp));
-       }
+       zio->io_prop = *zp;
 
        return (zio);
 }
 
 zio_t *
-zio_rewrite(zio_t *pio, spa_t *spa, int checksum,
-    uint64_t txg, blkptr_t *bp, void *data, uint64_t size,
-    zio_done_func_t *done, void *private, int priority, int flags,
-    zbookmark_t *zb)
-{
-       zio_t *zio;
-
-       zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, data, size, done, private,
-           ZIO_TYPE_WRITE, priority, flags | ZIO_FLAG_USER,
-           ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_REWRITE_PIPELINE(bp));
-
-       zio->io_bookmark = *zb;
-       zio->io_checksum = checksum;
-       zio->io_compress = ZIO_COMPRESS_OFF;
-
-       if (pio != NULL)
-               ASSERT3U(zio->io_ndvas, <=, BP_GET_NDVAS(bp));
-
-       return (zio);
-}
-
-static void
-zio_write_allocate_ready(zio_t *zio)
-{
-       /* Free up the previous block */
-       if (!BP_IS_HOLE(&zio->io_bp_orig)) {
-               zio_nowait(zio_free(zio, zio->io_spa, zio->io_txg,
-                   &zio->io_bp_orig, NULL, NULL));
-       }
-}
-
-static zio_t *
-zio_write_allocate(zio_t *pio, spa_t *spa, int checksum,
-    uint64_t txg, blkptr_t *bp, void *data, uint64_t size,
-    zio_done_func_t *done, void *private, int priority, int flags)
+zio_rewrite(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp, void *data,
+    uint64_t size, zio_done_func_t *done, void *private, int priority,
+    int flags, zbookmark_t *zb)
 {
        zio_t *zio;
 
-       BP_ZERO(bp);
-       BP_SET_LSIZE(bp, size);
-       BP_SET_PSIZE(bp, size);
-       BP_SET_COMPRESS(bp, ZIO_COMPRESS_OFF);
-
        zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, data, size, done, private,
-           ZIO_TYPE_WRITE, priority, flags,
-           ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_WRITE_ALLOCATE_PIPELINE);
-
-       zio->io_checksum = checksum;
-       zio->io_compress = ZIO_COMPRESS_OFF;
-       zio->io_ready = zio_write_allocate_ready;
+           ZIO_TYPE_WRITE, priority, flags, NULL, 0, zb,
+           ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_REWRITE_PIPELINE);
 
        return (zio);
 }
 
 zio_t *
 zio_free(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp,
-    zio_done_func_t *done, void *private)
+    zio_done_func_t *done, void *private, int flags)
 {
        zio_t *zio;
 
        ASSERT(!BP_IS_HOLE(bp));
 
+       if (bp->blk_fill == BLK_FILL_ALREADY_FREED)
+               return (zio_null(pio, spa, NULL, NULL, flags));
+
        if (txg == spa->spa_syncing_txg &&
-           spa->spa_sync_pass > zio_sync_pass.zp_defer_free) {
+           spa_sync_pass(spa) > SYNC_PASS_DEFERRED_FREE) {
                bplist_enqueue_deferred(&spa->spa_sync_bplist, bp);
-               return (zio_null(pio, spa, NULL, NULL, 0));
+               return (zio_null(pio, spa, NULL, NULL, flags));
        }
 
-       zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, NULL, 0, done, private,
-           ZIO_TYPE_FREE, ZIO_PRIORITY_FREE, ZIO_FLAG_USER,
-           ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_FREE_PIPELINE(bp));
-
-       zio->io_bp = &zio->io_bp_copy;
+       zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, NULL, BP_GET_PSIZE(bp),
+           done, private, ZIO_TYPE_FREE, ZIO_PRIORITY_FREE, flags,
+           NULL, 0, NULL, ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_FREE_PIPELINE);
 
        return (zio);
 }
 
 zio_t *
 zio_claim(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp,
-    zio_done_func_t *done, void *private)
+    zio_done_func_t *done, void *private, int flags)
 {
        zio_t *zio;
 
@@ -624,11 +608,9 @@ zio_claim(zio_t *pio, spa_t *spa, uint64_t txg, blkptr_t *bp,
        ASSERT3U(spa->spa_uberblock.ub_rootbp.blk_birth, <, spa_first_txg(spa));
        ASSERT3U(spa_first_txg(spa), <=, txg);
 
-       zio = zio_create(pio, spa, txg, bp, NULL, 0, done, private,
-           ZIO_TYPE_CLAIM, ZIO_PRIORITY_NOW, 0,
-           ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_CLAIM_PIPELINE(bp));
-
-       zio->io_bp = &zio->io_bp_copy;
+       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);
 
        return (zio);
 }
@@ -642,10 +624,9 @@ zio_ioctl(zio_t *pio, spa_t *spa, vdev_t *vd, int cmd,
 
        if (vd->vdev_children == 0) {
                zio = zio_create(pio, spa, 0, NULL, NULL, 0, done, private,
-                   ZIO_TYPE_IOCTL, priority, flags,
+                   ZIO_TYPE_IOCTL, priority, flags, vd, 0, NULL,
                    ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_IOCTL_PIPELINE);
 
-               zio->io_vd = vd;
                zio->io_cmd = cmd;
        } else {
                zio = zio_null(pio, spa, NULL, NULL, flags);
@@ -658,60 +639,23 @@ zio_ioctl(zio_t *pio, spa_t *spa, vdev_t *vd, int cmd,
        return (zio);
 }
 
-static void
-zio_phys_bp_init(vdev_t *vd, blkptr_t *bp, uint64_t offset, uint64_t size,
-    int checksum, boolean_t labels)
-{
-       ASSERT(vd->vdev_children == 0);
-
-       ASSERT(size <= SPA_MAXBLOCKSIZE);
-       ASSERT(P2PHASE(size, SPA_MINBLOCKSIZE) == 0);
-       ASSERT(P2PHASE(offset, SPA_MINBLOCKSIZE) == 0);
-
-#ifdef ZFS_DEBUG
-       if (labels) {
-               ASSERT(offset + size <= VDEV_LABEL_START_SIZE ||
-                   offset >= vd->vdev_psize - VDEV_LABEL_END_SIZE);
-       }
-#endif
-       ASSERT3U(offset + size, <=, vd->vdev_psize);
-
-       BP_ZERO(bp);
-
-       BP_SET_LSIZE(bp, size);
-       BP_SET_PSIZE(bp, size);
-
-       BP_SET_CHECKSUM(bp, checksum);
-       BP_SET_COMPRESS(bp, ZIO_COMPRESS_OFF);
-       BP_SET_BYTEORDER(bp, ZFS_HOST_BYTEORDER);
-
-       if (checksum != ZIO_CHECKSUM_OFF)
-               ZIO_SET_CHECKSUM(&bp->blk_cksum, offset, 0, 0, 0);
-}
-
 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,
     int priority, int flags, boolean_t labels)
 {
        zio_t *zio;
-       blkptr_t blk;
 
-       ZIO_ENTER(vd->vdev_spa);
-
-       zio_phys_bp_init(vd, &blk, offset, size, checksum, labels);
+       ASSERT(vd->vdev_children == 0);
+       ASSERT(!labels || offset + size <= VDEV_LABEL_START_SIZE ||
+           offset >= vd->vdev_psize - VDEV_LABEL_END_SIZE);
+       ASSERT3U(offset + size, <=, vd->vdev_psize);
 
-       zio = zio_create(pio, vd->vdev_spa, 0, &blk, data, size, done, private,
-           ZIO_TYPE_READ, priority, flags | ZIO_FLAG_PHYSICAL,
+       zio = zio_create(pio, vd->vdev_spa, 0, NULL, data, size, done, private,
+           ZIO_TYPE_READ, priority, flags, vd, offset, NULL,
            ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_READ_PHYS_PIPELINE);
 
-       zio->io_vd = vd;
-       zio->io_offset = offset;
-
-       /*
-        * Work off our copy of the bp so the caller can free it.
-        */
-       zio->io_bp = &zio->io_bp_copy;
+       zio->io_prop.zp_checksum = checksum;
 
        return (zio);
 }
@@ -721,53 +665,47 @@ 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,
     int priority, int flags, boolean_t labels)
 {
-       zio_block_tail_t *zbt;
-       void *wbuf;
        zio_t *zio;
-       blkptr_t blk;
 
-       ZIO_ENTER(vd->vdev_spa);
-
-       zio_phys_bp_init(vd, &blk, offset, size, checksum, labels);
+       ASSERT(vd->vdev_children == 0);
+       ASSERT(!labels || offset + size <= VDEV_LABEL_START_SIZE ||
+           offset >= vd->vdev_psize - VDEV_LABEL_END_SIZE);
+       ASSERT3U(offset + size, <=, vd->vdev_psize);
 
-       zio = zio_create(pio, vd->vdev_spa, 0, &blk, data, size, done, private,
-           ZIO_TYPE_WRITE, priority, flags | ZIO_FLAG_PHYSICAL,
+       zio = zio_create(pio, vd->vdev_spa, 0, NULL, data, size, done, private,
+           ZIO_TYPE_WRITE, priority, flags, vd, offset, NULL,
            ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_WRITE_PHYS_PIPELINE);
 
-       zio->io_vd = vd;
-       zio->io_offset = offset;
-
-       zio->io_bp = &zio->io_bp_copy;
-       zio->io_checksum = checksum;
+       zio->io_prop.zp_checksum = checksum;
 
        if (zio_checksum_table[checksum].ci_zbt) {
                /*
                 * zbt checksums are necessarily destructive -- they modify
-                * one word of the write buffer to hold the verifier/checksum.
+                * 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.
+                * being written to multiple places in parallel.
                 */
-               wbuf = zio_buf_alloc(size);
+               void *wbuf = zio_buf_alloc(size);
                bcopy(data, wbuf, size);
-               zio_push_transform(zio, wbuf, size, size);
-
-               zbt = (zio_block_tail_t *)((char *)wbuf + size) - 1;
-               zbt->zbt_cksum = blk.blk_cksum;
+               zio_push_transform(zio, wbuf, size, size, NULL);
        }
 
        return (zio);
 }
 
 /*
- * Create a child I/O to do some work for us.  It has no associated bp.
+ * Create a child I/O to do some work for us.
  */
 zio_t *
-zio_vdev_child_io(zio_t *zio, blkptr_t *bp, vdev_t *vd, uint64_t offset,
+zio_vdev_child_io(zio_t *pio, blkptr_t *bp, vdev_t *vd, uint64_t offset,
        void *data, uint64_t size, int type, int priority, int flags,
        zio_done_func_t *done, void *private)
 {
        uint32_t pipeline = ZIO_VDEV_CHILD_PIPELINE;
-       zio_t *cio;
+       zio_t *zio;
+
+       ASSERT(vd->vdev_parent ==
+           (pio->io_vd ? pio->io_vd : pio->io_spa->spa_root_vdev));
 
        if (type == ZIO_TYPE_READ && bp != NULL) {
                /*
@@ -777,749 +715,754 @@ zio_vdev_child_io(zio_t *zio, blkptr_t *bp, vdev_t *vd, uint64_t offset,
                 * eliminates redundant checksums in the interior nodes.
                 */
                pipeline |= 1U << ZIO_STAGE_CHECKSUM_VERIFY;
-               zio->io_pipeline &= ~(1U << ZIO_STAGE_CHECKSUM_VERIFY);
+               pio->io_pipeline &= ~(1U << ZIO_STAGE_CHECKSUM_VERIFY);
        }
 
-       cio = zio_create(zio, zio->io_spa, zio->io_txg, bp, data, size,
+       if (vd->vdev_children == 0)
+               offset += VDEV_LABEL_START_SIZE;
+
+       zio = zio_create(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp, data, size,
            done, private, type, priority,
-           (zio->io_flags & ZIO_FLAG_VDEV_INHERIT) | ZIO_FLAG_CANFAIL | flags,
+           (pio->io_flags & ZIO_FLAG_VDEV_INHERIT) |
+           ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE | flags,
+           vd, offset, &pio->io_bookmark,
            ZIO_STAGE_VDEV_IO_START - 1, pipeline);
 
-       cio->io_vd = vd;
-       cio->io_offset = offset;
-
-       return (cio);
+       return (zio);
 }
 
-/*
- * ==========================================================================
- * Initiate I/O, either sync or async
- * ==========================================================================
- */
-int
-zio_wait(zio_t *zio)
+zio_t *
+zio_vdev_delegated_io(vdev_t *vd, uint64_t offset, void *data, uint64_t size,
+       int type, int priority, int flags, zio_done_func_t *done, void *private)
 {
-       int error;
-
-       ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_OPEN);
-
-       zio->io_waiter = curthread;
-
-       zio_execute(zio);
-
-       mutex_enter(&zio->io_lock);
-       while (zio->io_stalled != ZIO_STAGE_DONE)
-               cv_wait(&zio->io_cv, &zio->io_lock);
-       mutex_exit(&zio->io_lock);
+       zio_t *zio;
 
-       error = zio->io_error;
-       mutex_destroy(&zio->io_lock);
-       cv_destroy(&zio->io_cv);
-       kmem_cache_free(zio_cache, zio);
+       ASSERT(vd->vdev_ops->vdev_op_leaf);
 
-       return (error);
-}
+       zio = zio_create(NULL, vd->vdev_spa, 0, NULL,
+           data, size, done, private, type, priority,
+           flags | ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_DONT_RETRY,
+           vd, offset, NULL,
+           ZIO_STAGE_VDEV_IO_START - 1, ZIO_VDEV_CHILD_PIPELINE);
 
-void
-zio_nowait(zio_t *zio)
-{
-       zio_execute(zio);
+       return (zio);
 }
 
 void
-zio_interrupt(zio_t *zio)
-{
-       (void) taskq_dispatch(zio->io_spa->spa_zio_intr_taskq[zio->io_type],
-           (task_func_t *)zio_execute, zio, TQ_SLEEP);
-}
-
-static int
-zio_issue_async(zio_t *zio)
+zio_flush(zio_t *zio, vdev_t *vd)
 {
-       (void) taskq_dispatch(zio->io_spa->spa_zio_issue_taskq[zio->io_type],
-           (task_func_t *)zio_execute, zio, TQ_SLEEP);
-
-       return (ZIO_PIPELINE_STOP);
+       zio_nowait(zio_ioctl(zio, zio->io_spa, vd, DKIOCFLUSHWRITECACHE,
+           NULL, NULL, ZIO_PRIORITY_NOW,
+           ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE | ZIO_FLAG_DONT_RETRY));
 }
 
 /*
  * ==========================================================================
- * I/O pipeline interlocks: parent/child dependency scoreboarding
+ * Prepare to read and write logical blocks
  * ==========================================================================
  */
+
 static int
-zio_wait_for_children(zio_t *zio, uint32_t stage, uint64_t *countp)
+zio_read_bp_init(zio_t *zio)
 {
-       int rv = ZIO_PIPELINE_CONTINUE;
+       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
 
-       mutex_enter(&zio->io_lock);
-       ASSERT(zio->io_stalled == 0);
-       if (*countp != 0) {
-               zio->io_stalled = stage;
-               rv = ZIO_PIPELINE_STOP;
+       if (BP_GET_COMPRESS(bp) != ZIO_COMPRESS_OFF && zio->io_logical == zio) {
+               uint64_t csize = BP_GET_PSIZE(bp);
+               void *cbuf = zio_buf_alloc(csize);
+
+               zio_push_transform(zio, cbuf, csize, csize, zio_decompress);
        }
-       mutex_exit(&zio->io_lock);
 
-       return (rv);
+       if (!dmu_ot[BP_GET_TYPE(bp)].ot_metadata && BP_GET_LEVEL(bp) == 0)
+               zio->io_flags |= ZIO_FLAG_DONT_CACHE;
+
+       return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 }
 
-static void
-zio_notify_parent(zio_t *zio, uint32_t stage, uint64_t *countp)
-{
-       zio_t *pio = zio->io_parent;
-
-       mutex_enter(&pio->io_lock);
-       if (pio->io_error == 0 && !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE))
-               pio->io_error = zio->io_error;
-       ASSERT3U(*countp, >, 0);
-       if (--*countp == 0 && pio->io_stalled == stage) {
-               pio->io_stalled = 0;
-               mutex_exit(&pio->io_lock);
-               zio_execute(pio);
-       } else {
-               mutex_exit(&pio->io_lock);
-       }
-}
-
-int
-zio_wait_for_children_ready(zio_t *zio)
-{
-       return (zio_wait_for_children(zio, ZIO_STAGE_WAIT_FOR_CHILDREN_READY,
-           &zio->io_children_notready));
-}
-
-int
-zio_wait_for_children_done(zio_t *zio)
-{
-       return (zio_wait_for_children(zio, ZIO_STAGE_WAIT_FOR_CHILDREN_DONE,
-           &zio->io_children_notdone));
-}
-
-static int
-zio_read_init(zio_t *zio)
+static int
+zio_write_bp_init(zio_t *zio)
 {
+       zio_prop_t *zp = &zio->io_prop;
+       int compress = zp->zp_compress;
        blkptr_t *bp = zio->io_bp;
+       void *cbuf;
+       uint64_t lsize = zio->io_size;
+       uint64_t csize = lsize;
+       uint64_t cbufsize = 0;
+       int pass = 1;
 
-       if (BP_GET_COMPRESS(bp) != ZIO_COMPRESS_OFF) {
-               uint64_t csize = BP_GET_PSIZE(bp);
-               void *cbuf = zio_buf_alloc(csize);
+       /*
+        * 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);
 
-               zio_push_transform(zio, cbuf, csize, csize);
-               zio->io_pipeline |= 1U << ZIO_STAGE_READ_DECOMPRESS;
-       }
+       if (!IO_IS_ALLOCATING(zio))
+               return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 
-       if (BP_IS_GANG(bp)) {
-               uint64_t gsize = SPA_GANGBLOCKSIZE;
-               void *gbuf = zio_buf_alloc(gsize);
+       ASSERT(compress != ZIO_COMPRESS_INHERIT);
 
-               zio_push_transform(zio, gbuf, gsize, gsize);
-               zio->io_pipeline |= 1U << ZIO_STAGE_READ_GANG_MEMBERS;
-       }
+       if (bp->blk_birth == zio->io_txg) {
+               /*
+                * We're rewriting an existing block, which means we're
+                * working on behalf of spa_sync().  For spa_sync() to
+                * converge, it must eventually be the case that we don't
+                * have to allocate new blocks.  But compression changes
+                * the blocksize, which forces a reallocate, and makes
+                * convergence take longer.  Therefore, after the first
+                * few passes, stop compressing to ensure convergence.
+                */
+               pass = spa_sync_pass(zio->io_spa);
+               ASSERT(pass > 1);
 
-       if (!dmu_ot[BP_GET_TYPE(bp)].ot_metadata && BP_GET_LEVEL(bp) == 0)
-               zio->io_flags |= ZIO_FLAG_DONT_CACHE;
+               if (pass > SYNC_PASS_DONT_COMPRESS)
+                       compress = ZIO_COMPRESS_OFF;
 
-       return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
-}
+               /*
+                * Only MOS (objset 0) data should need to be rewritten.
+                */
+               ASSERT(zio->io_logical->io_bookmark.zb_objset == 0);
 
-static int
-zio_ready(zio_t *zio)
-{
-       zio_t *pio = zio->io_parent;
+               /* Make sure someone doesn't change their mind on overwrites */
+               ASSERT(MIN(zp->zp_ndvas + BP_IS_GANG(bp),
+                   spa_max_replication(zio->io_spa)) == BP_GET_NDVAS(bp));
+       }
 
-       if (zio->io_ready)
-               zio->io_ready(zio);
+       if (compress != ZIO_COMPRESS_OFF) {
+               if (!zio_compress_data(compress, zio->io_data, zio->io_size,
+                   &cbuf, &csize, &cbufsize)) {
+                       compress = ZIO_COMPRESS_OFF;
+               } else if (csize != 0) {
+                       zio_push_transform(zio, cbuf, csize, cbufsize, NULL);
+               }
+       }
 
-       if (pio != NULL)
-               zio_notify_parent(zio, ZIO_STAGE_WAIT_FOR_CHILDREN_READY,
-                   &pio->io_children_notready);
+       /*
+        * The final pass of spa_sync() must be all rewrites, but the first
+        * few passes offer a trade-off: allocating blocks defers convergence,
+        * but newly allocated blocks are sequential, so they can be written
+        * to disk faster.  Therefore, we allow the first few passes of
+        * spa_sync() to allocate new blocks, but force rewrites after that.
+        * There should only be a handful of blocks after pass 1 in any case.
+        */
+       if (bp->blk_birth == zio->io_txg && BP_GET_PSIZE(bp) == csize &&
+           pass > SYNC_PASS_REWRITE) {
+               ASSERT(csize != 0);
+               uint32_t gang_stages = zio->io_pipeline & ZIO_GANG_STAGES;
+               zio->io_pipeline = ZIO_REWRITE_PIPELINE | gang_stages;
+               zio->io_flags |= ZIO_FLAG_IO_REWRITE;
+       } else {
+               BP_ZERO(bp);
+               zio->io_pipeline = ZIO_WRITE_PIPELINE;
+       }
 
-       if (zio->io_bp)
-               zio->io_bp_copy = *zio->io_bp;
+       if (csize == 0) {
+               zio->io_pipeline = ZIO_INTERLOCK_PIPELINE;
+       } else {
+               ASSERT(zp->zp_checksum != ZIO_CHECKSUM_GANG_HEADER);
+               BP_SET_LSIZE(bp, lsize);
+               BP_SET_PSIZE(bp, csize);
+               BP_SET_COMPRESS(bp, compress);
+               BP_SET_CHECKSUM(bp, zp->zp_checksum);
+               BP_SET_TYPE(bp, zp->zp_type);
+               BP_SET_LEVEL(bp, zp->zp_level);
+               BP_SET_BYTEORDER(bp, ZFS_HOST_BYTEORDER);
+       }
 
        return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 }
 
-static int
-zio_vdev_retry_io(zio_t *zio)
+/*
+ * ==========================================================================
+ * Execute the I/O pipeline
+ * ==========================================================================
+ */
+
+static void
+zio_taskq_dispatch(zio_t *zio, enum zio_taskq_type q)
 {
-       zio_t *pio = zio->io_parent;
+       zio_type_t t = zio->io_type;
 
        /*
-        * Preserve the failed bp so that the io_ready() callback can
-        * update the accounting accordingly. The callback will also be
-        * responsible for freeing the previously allocated block, if one
-        * exists.
+        * If we're a config writer, the normal issue and interrupt threads
+        * may all be blocked waiting for the config lock.  In this case,
+        * select the otherwise-unused taskq for ZIO_TYPE_NULL.
         */
-       zio->io_bp_orig = *zio->io_bp;
+       if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_CONFIG_WRITER)
+               t = ZIO_TYPE_NULL;
 
        /*
-        * We must zero out the old DVA and blk_birth before reallocating
-        * the bp.
+        * A similar issue exists for the L2ARC write thread until L2ARC 2.0.
         */
-       BP_ZERO_DVAS(zio->io_bp);
-       zio_reset(zio);
+       if (t == ZIO_TYPE_WRITE && zio->io_vd && zio->io_vd->vdev_aux)
+               t = ZIO_TYPE_NULL;
 
-       if (pio) {
-               /*
-                * Let the parent know that we will
-                * re-alloc the write (=> new bp info).
-                */
-               mutex_enter(&pio->io_lock);
-               pio->io_children_notready++;
+       (void) taskq_dispatch(zio->io_spa->spa_zio_taskq[t][q],
+           (task_func_t *)zio_execute, zio, TQ_SLEEP);
+}
 
-               /*
-                * If the parent I/O is still in the open stage, then
-                * don't bother telling it to retry since it hasn't
-                * progressed far enough for it to care.
-                */
-               if (pio->io_stage > ZIO_STAGE_OPEN && IO_IS_ALLOCATING(pio))
-                       pio->io_flags |= ZIO_FLAG_WRITE_RETRY;
+static boolean_t
+zio_taskq_member(zio_t *zio, enum zio_taskq_type q)
+{
+       kthread_t *executor = zio->io_executor;
+       spa_t *spa = zio->io_spa;
 
-               ASSERT(pio->io_stage <= ZIO_STAGE_WAIT_FOR_CHILDREN_DONE);
-               mutex_exit(&pio->io_lock);
-       }
+       for (zio_type_t t = 0; t < ZIO_TYPES; t++)
+               if (taskq_member(spa->spa_zio_taskq[t][q], executor))
+                       return (B_TRUE);
 
-       /*
-        * We are getting ready to process the retry request so clear
-        * the flag and the zio's current error status.
-        */
-       zio->io_flags &= ~ZIO_FLAG_WRITE_RETRY;
-       zio->io_error = 0;
+       return (B_FALSE);
+}
 
-       return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+static int
+zio_issue_async(zio_t *zio)
+{
+       zio_taskq_dispatch(zio, ZIO_TASKQ_ISSUE);
+
+       return (ZIO_PIPELINE_STOP);
 }
 
-int
-zio_vdev_resume_io(spa_t *spa)
+void
+zio_interrupt(zio_t *zio)
 {
-       zio_t *zio;
+       zio_taskq_dispatch(zio, ZIO_TASKQ_INTERRUPT);
+}
 
-       mutex_enter(&spa->spa_zio_lock);
+/*
+ * Execute the I/O pipeline until one of the following occurs:
+ * (1) the I/O completes; (2) the pipeline stalls waiting for
+ * dependent child I/Os; (3) the I/O issues, so we're waiting
+ * for an I/O completion interrupt; (4) the I/O is delegated by
+ * vdev-level caching or aggregation; (5) the I/O is deferred
+ * due to vdev-level queueing; (6) the I/O is handed off to
+ * another thread.  In all cases, the pipeline stops whenever
+ * there's no CPU work; it never burns a thread in cv_wait().
+ *
+ * There's no locking on io_stage because there's no legitimate way
+ * for multiple threads to be attempting to process the same I/O.
+ */
+static zio_pipe_stage_t *zio_pipeline[ZIO_STAGES];
 
-       /*
-        * Probe all of vdevs that have experienced an I/O error.
-        * If we are still unable to verify the integrity of the vdev
-        * then we prevent the resume from proceeeding.
-        */
-       for (zio = list_head(&spa->spa_zio_list); zio != NULL;
-           zio = list_next(&spa->spa_zio_list, zio)) {
-               int error = 0;
+void
+zio_execute(zio_t *zio)
+{
+       zio->io_executor = curthread;
 
-               /* We only care about I/Os that must succeed */
-               if (zio->io_vd == NULL || zio->io_flags & ZIO_FLAG_CANFAIL)
-                       continue;
-               error = vdev_probe(zio->io_vd);
-               if (error) {
-                       mutex_exit(&spa->spa_zio_lock);
-                       return (error);
-               }
-       }
+       while (zio->io_stage < ZIO_STAGE_DONE) {
+               uint32_t pipeline = zio->io_pipeline;
+               zio_stage_t stage = zio->io_stage;
+               int rv;
 
-       /*
-        * Clear the vdev stats so that I/O can flow.
-        */
-       vdev_clear(spa, NULL, B_FALSE);
+               ASSERT(!MUTEX_HELD(&zio->io_lock));
 
-       spa->spa_state = POOL_STATE_ACTIVE;
-       while ((zio = list_head(&spa->spa_zio_list)) != NULL) {
-               list_remove(&spa->spa_zio_list, zio);
-               zio->io_error = 0;
+               while (((1U << ++stage) & pipeline) == 0)
+                       continue;
+
+               ASSERT(stage <= ZIO_STAGE_DONE);
+               ASSERT(zio->io_stall == NULL);
 
                /*
-                * If we are resuming an allocating I/O then we force it
-                * to retry and let it resume operation where it left off.
-                * Otherwise, go back to the ready stage and pick up from
-                * there.
+                * If we are in interrupt context and this pipeline stage
+                * will grab a config lock that is held across I/O,
+                * issue async to avoid deadlock.
                 */
-               if (zio_write_retry && IO_IS_ALLOCATING(zio)) {
-                       zio->io_flags |= ZIO_FLAG_WRITE_RETRY;
-                       zio->io_stage--;
-               } else {
-                       zio->io_stage = ZIO_STAGE_READY;
+               if (((1U << stage) & ZIO_CONFIG_LOCK_BLOCKING_STAGES) &&
+                   zio->io_vd == NULL &&
+                   zio_taskq_member(zio, ZIO_TASKQ_INTERRUPT)) {
+                       zio_taskq_dispatch(zio, ZIO_TASKQ_ISSUE);
+                       return;
                }
 
-               (void) taskq_dispatch(zio_taskq, (task_func_t *)zio_execute,
-                   zio, TQ_SLEEP);
-       }
-       mutex_exit(&spa->spa_zio_lock);
-
-       /*
-        * Wait for the taskqs to finish and recheck the pool state since
-        * it's possible that a resumed I/O has failed again.
-        */
-       taskq_wait(zio_taskq);
-       if (spa_state(spa) == POOL_STATE_IO_FAILURE)
-               return (EIO);
+               zio->io_stage = stage;
+               rv = zio_pipeline[stage](zio);
 
-       mutex_enter(&spa->spa_zio_lock);
-       cv_broadcast(&spa->spa_zio_cv);
-       mutex_exit(&spa->spa_zio_lock);
+               if (rv == ZIO_PIPELINE_STOP)
+                       return;
 
-       return (0);
+               ASSERT(rv == ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+       }
 }
 
-static int
-zio_vdev_suspend_io(zio_t *zio)
+/*
+ * ==========================================================================
+ * Initiate I/O, either sync or async
+ * ==========================================================================
+ */
+int
+zio_wait(zio_t *zio)
 {
-       spa_t *spa = zio->io_spa;
-
-       /*
-        * We've experienced an unrecoverable failure so
-        * set the pool state accordingly and queue all
-        * failed IOs.
-        */
-       spa->spa_state = POOL_STATE_IO_FAILURE;
-
-       mutex_enter(&spa->spa_zio_lock);
-       list_insert_tail(&spa->spa_zio_list, zio);
+       int error;
 
-#ifndef _KERNEL
-       /* Used to notify ztest that the pool has suspended */
-       cv_broadcast(&spa->spa_zio_cv);
-#endif
-       mutex_exit(&spa->spa_zio_lock);
+       ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_OPEN);
+       ASSERT(zio->io_executor == NULL);
 
-       return (ZIO_PIPELINE_STOP);
-}
+       zio->io_waiter = curthread;
 
-static int
-zio_assess(zio_t *zio)
-{
-       spa_t *spa = zio->io_spa;
-       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
-       vdev_t *vd = zio->io_vd;
+       zio_execute(zio);
 
-       ASSERT(zio->io_children_notready == 0);
-       ASSERT(zio->io_children_notdone == 0);
+       mutex_enter(&zio->io_lock);
+       while (zio->io_executor != NULL)
+               cv_wait(&zio->io_cv, &zio->io_lock);
+       mutex_exit(&zio->io_lock);
 
-       if (bp != NULL) {
-               ASSERT(bp->blk_pad[0] == 0);
-               ASSERT(bp->blk_pad[1] == 0);
-               ASSERT(bp->blk_pad[2] == 0);
-               ASSERT(bcmp(bp, &zio->io_bp_copy, sizeof (blkptr_t)) == 0);
-               if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE && !BP_IS_HOLE(bp) &&
-                   !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REPAIR)) {
-                       ASSERT(!BP_SHOULD_BYTESWAP(bp));
-                       if (zio->io_ndvas != 0)
-                               ASSERT3U(zio->io_ndvas, <=, BP_GET_NDVAS(bp));
-                       ASSERT(BP_COUNT_GANG(bp) == 0 ||
-                           (BP_COUNT_GANG(bp) == BP_GET_NDVAS(bp)));
-               }
-       }
+       error = zio->io_error;
+       zio_destroy(zio);
 
-       /*
-        * Some child I/O has indicated that a retry is necessary, so
-        * we set an error on the I/O and let the logic below do the
-        * rest.
-        */
-       if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_WRITE_RETRY)
-               zio->io_error = ERESTART;
+       return (error);
+}
 
-       if (vd != NULL)
-               vdev_stat_update(zio);
+void
+zio_nowait(zio_t *zio)
+{
+       ASSERT(zio->io_executor == NULL);
 
-       if (zio->io_error) {
+       if (zio->io_parent == NULL && zio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL) {
                /*
-                * If this I/O is attached to a particular vdev,
-                * generate an error message describing the I/O failure
-                * at the block level.  We ignore these errors if the
-                * device is currently unavailable.
+                * This is a logical async I/O with no parent to wait for it.
+                * Attach it to the pool's global async root zio so that
+                * spa_unload() has a way of waiting for async I/O to finish.
                 */
-               if (zio->io_error != ECKSUM && vd != NULL && !vdev_is_dead(vd))
-                       zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_IO, spa, vd, zio, 0, 0);
+               spa_t *spa = zio->io_spa;
+               zio->io_async_root = B_TRUE;
+               mutex_enter(&spa->spa_async_root_lock);
+               spa->spa_async_root_count++;
+               mutex_exit(&spa->spa_async_root_lock);
+       }
 
-               if ((zio->io_error == EIO ||
-                   !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE)) &&
-                   zio->io_logical == zio) {
-                       /*
-                        * For root I/O requests, tell the SPA to log the error
-                        * appropriately.  Also, generate a logical data
-                        * ereport.
-                        */
-                       spa_log_error(spa, zio);
+       zio_execute(zio);
+}
 
-                       zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_DATA, spa, NULL, zio,
-                           0, 0);
-               }
+/*
+ * ==========================================================================
+ * Reexecute or suspend/resume failed I/O
+ * ==========================================================================
+ */
 
-               /*
-                * If we are an allocating I/O then we attempt to reissue
-                * the I/O on another vdev unless the pool is out of space.
-                * We handle this condition based on the spa's failmode
-                * property.
-                */
-               if (zio_write_retry && zio->io_error != ENOSPC &&
-                   IO_IS_ALLOCATING(zio))
-                       return (zio_vdev_retry_io(zio));
+static void
+zio_reexecute(zio_t *pio)
+{
+       zio_t *zio, *zio_next;
 
-               ASSERT(!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_WRITE_RETRY));
+       pio->io_flags = pio->io_orig_flags;
+       pio->io_stage = pio->io_orig_stage;
+       pio->io_pipeline = pio->io_orig_pipeline;
+       pio->io_reexecute = 0;
+       pio->io_error = 0;
+       for (int c = 0; c < ZIO_CHILD_TYPES; c++)
+               pio->io_child_error[c] = 0;
 
+       if (IO_IS_ALLOCATING(pio)) {
                /*
-                * For I/O requests that cannot fail, we carry out
-                * the requested behavior based on the failmode pool
-                * property.
-                *
-                * XXX - Need to differentiate between an ENOSPC as
-                * a result of vdev failures vs. a full pool.
+                * Remember the failed bp so that the io_ready() callback
+                * can update its accounting upon reexecution.  The block
+                * was already freed in zio_done(); we indicate this with
+                * a fill count of -1 so that zio_free() knows to skip it.
                 */
-               if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_CANFAIL)) {
-                       char *blkbuf;
-
-#ifdef ZFS_DEBUG
-                       blkbuf = kmem_alloc(BP_SPRINTF_LEN, KM_NOSLEEP);
-                       if (blkbuf) {
-                               sprintf_blkptr(blkbuf, BP_SPRINTF_LEN,
-                                   bp ? bp : &zio->io_bp_copy);
-                       }
-                       cmn_err(CE_WARN, "ZFS: %s (%s on %s off %llx: zio %p "
-                           "%s): error %d", zio->io_error == ECKSUM ?
-                           "bad checksum" : "I/O failure",
-                           zio_type_name[zio->io_type],
-                           vdev_description(vd),
-                           (u_longlong_t)zio->io_offset,
-                           (void *)zio, blkbuf ? blkbuf : "", zio->io_error);
-#endif
+               blkptr_t *bp = pio->io_bp;
+               ASSERT(bp->blk_birth == 0 || bp->blk_birth == pio->io_txg);
+               bp->blk_fill = BLK_FILL_ALREADY_FREED;
+               pio->io_bp_orig = *bp;
+               BP_ZERO(bp);
+       }
 
-                       if (spa_get_failmode(spa) == ZIO_FAILURE_MODE_PANIC) {
-                               fm_panic("Pool '%s' has encountered an "
-                                   "uncorrectable I/O failure and the "
-                                   "failure mode property for this pool "
-                                   "is set to panic.", spa_name(spa));
-                       }
-                       cmn_err(CE_WARN, "Pool '%s' has encountered "
-                           "an uncorrectable I/O error. "
-                           "Manual intervention is required.", spa_name(spa));
-                       return (zio_vdev_suspend_io(zio));
-               }
+       /*
+        * As we reexecute pio's children, new children could be created.
+        * New children go to the head of the io_child list, however,
+        * so we will (correctly) not reexecute them.  The key is that
+        * the remainder of the io_child list, from 'zio_next' onward,
+        * cannot be affected by any side effects of reexecuting 'zio'.
+        */
+       for (zio = pio->io_child; zio != NULL; zio = zio_next) {
+               zio_next = zio->io_sibling_next;
+               mutex_enter(&pio->io_lock);
+               pio->io_children[zio->io_child_type][ZIO_WAIT_READY]++;
+               pio->io_children[zio->io_child_type][ZIO_WAIT_DONE]++;
+               mutex_exit(&pio->io_lock);
+               zio_reexecute(zio);
        }
-       ASSERT(!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_WRITE_RETRY));
-       ASSERT(zio->io_children_notready == 0);
 
-       return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+       /*
+        * Now that all children have been reexecuted, execute the parent.
+        */
+       zio_execute(pio);
 }
 
-static int
-zio_done(zio_t *zio)
+void
+zio_suspend(spa_t *spa, zio_t *zio)
 {
-       zio_t *pio = zio->io_parent;
-       spa_t *spa = zio->io_spa;
+       if (spa_get_failmode(spa) == ZIO_FAILURE_MODE_PANIC)
+               fm_panic("Pool '%s' has encountered an uncorrectable I/O "
+                   "failure and the failure mode property for this pool "
+                   "is set to panic.", spa_name(spa));
 
-       ASSERT(zio->io_children_notready == 0);
-       ASSERT(zio->io_children_notdone == 0);
+       zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_IO_FAILURE, spa, NULL, NULL, 0, 0);
 
-       zio_clear_transform_stack(zio);
+       mutex_enter(&spa->spa_suspend_lock);
 
-       if (zio->io_done)
-               zio->io_done(zio);
+       if (spa->spa_suspend_zio_root == NULL)
+               spa->spa_suspend_zio_root = zio_root(spa, NULL, NULL, 0);
 
-       ASSERT(zio->io_delegate_list == NULL);
-       ASSERT(zio->io_delegate_next == NULL);
+       spa->spa_suspended = B_TRUE;
 
-       if (pio != NULL) {
-               zio_t *next, *prev;
+       if (zio != NULL) {
+               ASSERT(zio != spa->spa_suspend_zio_root);
+               ASSERT(zio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL);
+               ASSERT(zio->io_parent == NULL);
+               ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_DONE);
+               zio_add_child(spa->spa_suspend_zio_root, zio);
+       }
 
-               mutex_enter(&pio->io_lock);
-               next = zio->io_sibling_next;
-               prev = zio->io_sibling_prev;
-               if (next != NULL)
-                       next->io_sibling_prev = prev;
-               if (prev != NULL)
-                       prev->io_sibling_next = next;
-               if (pio->io_child == zio)
-                       pio->io_child = next;
-               mutex_exit(&pio->io_lock);
+       mutex_exit(&spa->spa_suspend_lock);
+}
 
-               zio_notify_parent(zio, ZIO_STAGE_WAIT_FOR_CHILDREN_DONE,
-                   &pio->io_children_notdone);
-       }
+void
+zio_resume(spa_t *spa)
+{
+       zio_t *pio, *zio;
 
        /*
-        * Note: this I/O is now done, and will shortly be freed, so there is no
-        * need to clear this (or any other) flag.
+        * Reexecute all previously suspended i/o.
         */
-       if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_CONFIG_GRABBED)
-               spa_config_exit(spa, zio);
-
-       if (zio->io_waiter != NULL) {
-               mutex_enter(&zio->io_lock);
-               ASSERT(zio->io_stage == ZIO_STAGE_DONE);
-               zio->io_stalled = zio->io_stage;
-               cv_broadcast(&zio->io_cv);
-               mutex_exit(&zio->io_lock);
-       } else {
-               mutex_destroy(&zio->io_lock);
-               cv_destroy(&zio->io_cv);
-               kmem_cache_free(zio_cache, zio);
+       mutex_enter(&spa->spa_suspend_lock);
+       spa->spa_suspended = B_FALSE;
+       cv_broadcast(&spa->spa_suspend_cv);
+       pio = spa->spa_suspend_zio_root;
+       spa->spa_suspend_zio_root = NULL;
+       mutex_exit(&spa->spa_suspend_lock);
+
+       if (pio == NULL)
+               return;
+
+       while ((zio = pio->io_child) != NULL) {
+               zio_remove_child(pio, zio);
+               zio->io_parent = NULL;
+               zio_reexecute(zio);
        }
 
-       return (ZIO_PIPELINE_STOP);
+       ASSERT(pio->io_children[ZIO_CHILD_LOGICAL][ZIO_WAIT_DONE] == 0);
+
+       (void) zio_wait(pio);
+}
+
+void
+zio_resume_wait(spa_t *spa)
+{
+       mutex_enter(&spa->spa_suspend_lock);
+       while (spa_suspended(spa))
+               cv_wait(&spa->spa_suspend_cv, &spa->spa_suspend_lock);
+       mutex_exit(&spa->spa_suspend_lock);
 }
 
 /*
  * ==========================================================================
- * Compression support
+ * Gang blocks.
+ *
+ * A gang block is a collection of small blocks that looks to the DMU
+ * like one large block.  When zio_dva_allocate() cannot find a block
+ * of the requested size, due to either severe fragmentation or the pool
+ * being nearly full, it calls zio_write_gang_block() to construct the
+ * block from smaller fragments.
+ *
+ * A gang block consists of a gang header (zio_gbh_phys_t) and up to
+ * three (SPA_GBH_NBLKPTRS) gang members.  The gang header is just like
+ * an indirect block: it's an array of block pointers.  It consumes
+ * only one sector and hence is allocatable regardless of fragmentation.
+ * The gang header's bps point to its gang members, which hold the data.
+ *
+ * Gang blocks are self-checksumming, using the bp's <vdev, offset, txg>
+ * as the verifier to ensure uniqueness of the SHA256 checksum.
+ * Critically, the gang block bp's blk_cksum is the checksum of the data,
+ * not the gang header.  This ensures that data block signatures (needed for
+ * deduplication) are independent of how the block is physically stored.
+ *
+ * Gang blocks can be nested: a gang member may itself be a gang block.
+ * Thus every gang block is a tree in which root and all interior nodes are
+ * gang headers, and the leaves are normal blocks that contain user data.
+ * The root of the gang tree is called the gang leader.
+ *
+ * To perform any operation (read, rewrite, free, claim) on a gang block,
+ * zio_gang_assemble() first assembles the gang tree (minus data leaves)
+ * in the io_gang_tree field of the original logical i/o by recursively
+ * reading the gang leader and all gang headers below it.  This yields
+ * an in-core tree containing the contents of every gang header and the
+ * bps for every constituent of the gang block.
+ *
+ * With the gang tree now assembled, zio_gang_issue() just walks the gang tree
+ * and invokes a callback on each bp.  To free a gang block, zio_gang_issue()
+ * calls zio_free_gang() -- a trivial wrapper around zio_free() -- for each bp.
+ * zio_claim_gang() provides a similarly trivial wrapper for zio_claim().
+ * zio_read_gang() is a wrapper around zio_read() that omits reading gang
+ * headers, since we already have those in io_gang_tree.  zio_rewrite_gang()
+ * performs a zio_rewrite() of the data or, for gang headers, a zio_rewrite()
+ * of the gang header plus zio_checksum_compute() of the data to update the
+ * gang header's blk_cksum as described above.
+ *
+ * The two-phase assemble/issue model solves the problem of partial failure --
+ * what if you'd freed part of a gang block but then couldn't read the
+ * gang header for another part?  Assembling the entire gang tree first
+ * ensures that all the necessary gang header I/O has succeeded before
+ * starting the actual work of free, claim, or write.  Once the gang tree
+ * is assembled, free and claim are in-memory operations that cannot fail.
+ *
+ * In the event that a gang write fails, zio_dva_unallocate() walks the
+ * gang tree to immediately free (i.e. insert back into the space map)
+ * everything we've allocated.  This ensures that we don't get ENOSPC
+ * errors during repeated suspend/resume cycles due to a flaky device.
+ *
+ * Gang rewrites only happen during sync-to-convergence.  If we can't assemble
+ * the gang tree, we won't modify the block, so we can safely defer the free
+ * (knowing that the block is still intact).  If we *can* assemble the gang
+ * tree, then even if some of the rewrites fail, zio_dva_unallocate() will free
+ * each constituent bp and we can allocate a new block on the next sync pass.
+ *
+ * In all cases, the gang tree allows complete recovery from partial failure.
  * ==========================================================================
  */
-static int
-zio_write_compress(zio_t *zio)
+
+static zio_t *
+zio_read_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, void *data)
 {
-       int compress = zio->io_compress;
-       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
-       void *cbuf;
-       uint64_t lsize = zio->io_size;
-       uint64_t csize = lsize;
-       uint64_t cbufsize = 0;
-       int pass;
+       if (gn != NULL)
+               return (pio);
 
-       if (bp->blk_birth == zio->io_txg) {
+       return (zio_read(pio, pio->io_spa, bp, data, BP_GET_PSIZE(bp),
+           NULL, 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)
+{
+       zio_t *zio;
+
+       if (gn != NULL) {
+               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);
                /*
-                * We're rewriting an existing block, which means we're
-                * working on behalf of spa_sync().  For spa_sync() to
-                * converge, it must eventually be the case that we don't
-                * have to allocate new blocks.  But compression changes
-                * the blocksize, which forces a reallocate, and makes
-                * convergence take longer.  Therefore, after the first
-                * few passes, stop compressing to ensure convergence.
+                * As we rewrite each gang header, the pipeline will compute
+                * a new gang block header checksum for it; but no one will
+                * compute a new data checksum, so we do that here.  The one
+                * exception is the gang leader: the pipeline already computed
+                * its data checksum because that stage precedes gang assembly.
+                * (Presently, nothing actually uses interior data checksums;
+                * this is just good hygiene.)
                 */
-               pass = spa_sync_pass(zio->io_spa);
-               if (pass > zio_sync_pass.zp_dontcompress)
-                       compress = ZIO_COMPRESS_OFF;
+               if (gn != pio->io_logical->io_gang_tree) {
+                       zio_checksum_compute(zio, BP_GET_CHECKSUM(bp),
+                           data, BP_GET_PSIZE(bp));
+               }
        } else {
-               ASSERT(BP_IS_HOLE(bp));
-               pass = 1;
+               zio = zio_rewrite(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp,
+                   data, BP_GET_PSIZE(bp), NULL, NULL, pio->io_priority,
+                   ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio), &pio->io_bookmark);
        }
 
-       if (compress != ZIO_COMPRESS_OFF)
-               if (!zio_compress_data(compress, zio->io_data, zio->io_size,
-                   &cbuf, &csize, &cbufsize))
-                       compress = ZIO_COMPRESS_OFF;
-
-       if (compress != ZIO_COMPRESS_OFF && csize != 0)
-               zio_push_transform(zio, cbuf, csize, cbufsize);
-
-       /*
-        * The final pass of spa_sync() must be all rewrites, but the first
-        * few passes offer a trade-off: allocating blocks defers convergence,
-        * but newly allocated blocks are sequential, so they can be written
-        * to disk faster.  Therefore, we allow the first few passes of
-        * spa_sync() to reallocate new blocks, but force rewrites after that.
-        * There should only be a handful of blocks after pass 1 in any case.
-        */
-       if (bp->blk_birth == zio->io_txg && BP_GET_PSIZE(bp) == csize &&
-           pass > zio_sync_pass.zp_rewrite) {
-               ASSERT(csize != 0);
-               BP_SET_LSIZE(bp, lsize);
-               BP_SET_COMPRESS(bp, compress);
-               zio->io_pipeline = ZIO_REWRITE_PIPELINE(bp);
-       } else {
-               if (bp->blk_birth == zio->io_txg)
-                       BP_ZERO(bp);
-               if (csize == 0) {
-                       BP_ZERO(bp);
-                       zio->io_pipeline = ZIO_WAIT_FOR_CHILDREN_PIPELINE;
-               } else {
-                       ASSERT3U(BP_GET_NDVAS(bp), ==, 0);
-                       BP_SET_LSIZE(bp, lsize);
-                       BP_SET_PSIZE(bp, csize);
-                       BP_SET_COMPRESS(bp, compress);
-               }
-       }
+       return (zio);
+}
 
-       return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+/* ARGSUSED */
+zio_t *
+zio_free_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, void *data)
+{
+       return (zio_free(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp,
+           NULL, NULL, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio)));
 }
 
-static int
-zio_read_decompress(zio_t *zio)
+/* ARGSUSED */
+zio_t *
+zio_claim_gang(zio_t *pio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t *gn, void *data)
 {
-       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
-       void *data;
-       uint64_t size;
-       uint64_t bufsize;
-       int compress = BP_GET_COMPRESS(bp);
+       return (zio_claim(pio, pio->io_spa, pio->io_txg, bp,
+           NULL, NULL, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio)));
+}
+
+static zio_gang_issue_func_t *zio_gang_issue_func[ZIO_TYPES] = {
+       NULL,
+       zio_read_gang,
+       zio_rewrite_gang,
+       zio_free_gang,
+       zio_claim_gang,
+       NULL
+};
 
-       ASSERT(compress != ZIO_COMPRESS_OFF);
+static void zio_gang_tree_assemble_done(zio_t *zio);
 
-       zio_pop_transform(zio, &data, &size, &bufsize);
+static zio_gang_node_t *
+zio_gang_node_alloc(zio_gang_node_t **gnpp)
+{
+       zio_gang_node_t *gn;
 
-       if (zio_decompress_data(compress, data, size,
-           zio->io_data, zio->io_size))
-               zio->io_error = EIO;
+       ASSERT(*gnpp == NULL);
 
-       zio_buf_free(data, bufsize);
+       gn = kmem_zalloc(sizeof (*gn), KM_SLEEP);
+       gn->gn_gbh = zio_buf_alloc(SPA_GANGBLOCKSIZE);
+       *gnpp = gn;
 
-       return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+       return (gn);
 }
 
-/*
- * ==========================================================================
- * Gang block support
- * ==========================================================================
- */
 static void
-zio_gang_byteswap(zio_t *zio)
+zio_gang_node_free(zio_gang_node_t **gnpp)
 {
-       ASSERT(zio->io_size == SPA_GANGBLOCKSIZE);
+       zio_gang_node_t *gn = *gnpp;
 
-       if (BP_SHOULD_BYTESWAP(zio->io_bp))
-               byteswap_uint64_array(zio->io_data, zio->io_size);
+       for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++)
+               ASSERT(gn->gn_child[g] == NULL);
+
+       zio_buf_free(gn->gn_gbh, SPA_GANGBLOCKSIZE);
+       kmem_free(gn, sizeof (*gn));
+       *gnpp = NULL;
 }
 
-static int
-zio_get_gang_header(zio_t *zio)
+static void
+zio_gang_tree_free(zio_gang_node_t **gnpp)
 {
-       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
-       uint64_t gsize = SPA_GANGBLOCKSIZE;
-       void *gbuf = zio_buf_alloc(gsize);
-
-       ASSERT(BP_IS_GANG(bp));
+       zio_gang_node_t *gn = *gnpp;
 
-       zio_push_transform(zio, gbuf, gsize, gsize);
+       if (gn == NULL)
+               return;
 
-       zio_nowait(zio_create(zio, zio->io_spa, bp->blk_birth, bp, gbuf, gsize,
-           NULL, NULL, ZIO_TYPE_READ, zio->io_priority,
-           zio->io_flags & ZIO_FLAG_GANG_INHERIT,
-           ZIO_STAGE_OPEN, ZIO_READ_GANG_PIPELINE));
+       for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++)
+               zio_gang_tree_free(&gn->gn_child[g]);
 
-       return (zio_wait_for_children_done(zio));
+       zio_gang_node_free(gnpp);
 }
 
-static int
-zio_read_gang_members(zio_t *zio)
+static void
+zio_gang_tree_assemble(zio_t *lio, blkptr_t *bp, zio_gang_node_t **gnpp)
 {
-       zio_gbh_phys_t *gbh;
-       uint64_t gsize, gbufsize, loff, lsize;
-       int i;
+       zio_gang_node_t *gn = zio_gang_node_alloc(gnpp);
+
+       ASSERT(lio->io_logical == lio);
+       ASSERT(BP_IS_GANG(bp));
 
-       ASSERT(BP_IS_GANG(zio->io_bp));
+       zio_nowait(zio_read(lio, lio->io_spa, bp, gn->gn_gbh,
+           SPA_GANGBLOCKSIZE, zio_gang_tree_assemble_done, gn,
+           lio->io_priority, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(lio), &lio->io_bookmark));
+}
 
-       zio_gang_byteswap(zio);
-       zio_pop_transform(zio, (void **)&gbh, &gsize, &gbufsize);
+static void
+zio_gang_tree_assemble_done(zio_t *zio)
+{
+       zio_t *lio = zio->io_logical;
+       zio_gang_node_t *gn = zio->io_private;
+       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
 
-       for (loff = 0, i = 0; loff != zio->io_size; loff += lsize, i++) {
-               blkptr_t *gbp = &gbh->zg_blkptr[i];
-               lsize = BP_GET_PSIZE(gbp);
+       ASSERT(zio->io_parent == lio);
+       ASSERT(zio->io_child == NULL);
 
-               ASSERT(BP_GET_COMPRESS(gbp) == ZIO_COMPRESS_OFF);
-               ASSERT3U(lsize, ==, BP_GET_LSIZE(gbp));
-               ASSERT3U(loff + lsize, <=, zio->io_size);
-               ASSERT(i < SPA_GBH_NBLKPTRS);
-               ASSERT(!BP_IS_HOLE(gbp));
+       if (zio->io_error)
+               return;
 
-               zio_nowait(zio_read(zio, zio->io_spa, gbp,
-                   (char *)zio->io_data + loff, lsize,
-                   NULL, NULL, zio->io_priority,
-                   zio->io_flags & ZIO_FLAG_GANG_INHERIT, &zio->io_bookmark));
-       }
+       if (BP_SHOULD_BYTESWAP(bp))
+               byteswap_uint64_array(zio->io_data, zio->io_size);
 
-       zio_buf_free(gbh, gbufsize);
+       ASSERT(zio->io_data == gn->gn_gbh);
+       ASSERT(zio->io_size == SPA_GANGBLOCKSIZE);
+       ASSERT(gn->gn_gbh->zg_tail.zbt_magic == ZBT_MAGIC);
 
-       return (zio_wait_for_children_done(zio));
+       for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++) {
+               blkptr_t *gbp = &gn->gn_gbh->zg_blkptr[g];
+               if (!BP_IS_GANG(gbp))
+                       continue;
+               zio_gang_tree_assemble(lio, gbp, &gn->gn_child[g]);
+       }
 }
 
-static int
-zio_rewrite_gang_members(zio_t *zio)
+static void
+zio_gang_tree_issue(zio_t *pio, zio_gang_node_t *gn, blkptr_t *bp, void *data)
 {
-       zio_gbh_phys_t *gbh;
-       uint64_t gsize, gbufsize, loff, lsize;
-       int i;
-
-       ASSERT(BP_IS_GANG(zio->io_bp));
-       ASSERT3U(zio->io_size, ==, SPA_GANGBLOCKSIZE);
-
-       zio_gang_byteswap(zio);
-       zio_pop_transform(zio, (void **)&gbh, &gsize, &gbufsize);
+       zio_t *lio = pio->io_logical;
+       zio_t *zio;
 
-       ASSERT(gsize == gbufsize);
+       ASSERT(BP_IS_GANG(bp) == !!gn);
+       ASSERT(BP_GET_CHECKSUM(bp) == BP_GET_CHECKSUM(lio->io_bp));
+       ASSERT(BP_GET_LSIZE(bp) == BP_GET_PSIZE(bp) || gn == lio->io_gang_tree);
 
-       for (loff = 0, i = 0; loff != zio->io_size; loff += lsize, i++) {
-               blkptr_t *gbp = &gbh->zg_blkptr[i];
-               lsize = BP_GET_PSIZE(gbp);
+       /*
+        * 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[lio->io_type](pio, bp, gn, data);
 
-               ASSERT(BP_GET_COMPRESS(gbp) == ZIO_COMPRESS_OFF);
-               ASSERT3U(lsize, ==, BP_GET_LSIZE(gbp));
-               ASSERT3U(loff + lsize, <=, zio->io_size);
-               ASSERT(i < SPA_GBH_NBLKPTRS);
-               ASSERT(!BP_IS_HOLE(gbp));
+       if (gn != NULL) {
+               ASSERT(gn->gn_gbh->zg_tail.zbt_magic == ZBT_MAGIC);
 
-               zio_nowait(zio_rewrite(zio, zio->io_spa, zio->io_checksum,
-                   zio->io_txg, gbp, (char *)zio->io_data + loff, lsize,
-                   NULL, NULL, zio->io_priority,
-                   zio->io_flags & ZIO_FLAG_GANG_INHERIT, &zio->io_bookmark));
+               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_push_transform(zio, gbh, gsize, gbufsize);
+       if (gn == lio->io_gang_tree)
+               ASSERT3P((char *)lio->io_data + lio->io_size, ==, data);
 
-       return (zio_wait_for_children_ready(zio));
+       if (zio != pio)
+               zio_nowait(zio);
 }
 
 static int
-zio_free_gang_members(zio_t *zio)
+zio_gang_assemble(zio_t *zio)
 {
-       zio_gbh_phys_t *gbh;
-       uint64_t gsize, gbufsize;
-       int i;
-
-       ASSERT(BP_IS_GANG(zio->io_bp));
+       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
 
-       zio_gang_byteswap(zio);
-       zio_pop_transform(zio, (void **)&gbh, &gsize, &gbufsize);
+       ASSERT(BP_IS_GANG(bp) && zio == zio->io_logical);
 
-       for (i = 0; i < SPA_GBH_NBLKPTRS; i++) {
-               blkptr_t *gbp = &gbh->zg_blkptr[i];
-
-               if (BP_IS_HOLE(gbp))
-                       continue;
-               zio_nowait(zio_free(zio, zio->io_spa, zio->io_txg,
-                   gbp, NULL, NULL));
-       }
-
-       zio_buf_free(gbh, gbufsize);
+       zio_gang_tree_assemble(zio, bp, &zio->io_gang_tree);
 
        return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 }
 
 static int
-zio_claim_gang_members(zio_t *zio)
+zio_gang_issue(zio_t *zio)
 {
-       zio_gbh_phys_t *gbh;
-       uint64_t gsize, gbufsize;
-       int i;
+       zio_t *lio = zio->io_logical;
+       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
 
-       ASSERT(BP_IS_GANG(zio->io_bp));
+       if (zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_GANG, ZIO_WAIT_DONE))
+               return (ZIO_PIPELINE_STOP);
 
-       zio_gang_byteswap(zio);
-       zio_pop_transform(zio, (void **)&gbh, &gsize, &gbufsize);
+       ASSERT(BP_IS_GANG(bp) && zio == lio);
 
-       for (i = 0; i < SPA_GBH_NBLKPTRS; i++) {
-               blkptr_t *gbp = &gbh->zg_blkptr[i];
-               if (BP_IS_HOLE(gbp))
-                       continue;
-               zio_nowait(zio_claim(zio, zio->io_spa, zio->io_txg,
-                   gbp, NULL, NULL));
-       }
+       if (zio->io_child_error[ZIO_CHILD_GANG] == 0)
+               zio_gang_tree_issue(lio, lio->io_gang_tree, bp, lio->io_data);
+       else
+               zio_gang_tree_free(&lio->io_gang_tree);
 
-       zio_buf_free(gbh, gbufsize);
+       zio->io_pipeline = ZIO_INTERLOCK_PIPELINE;
 
        return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 }
 
 static void
-zio_write_allocate_gang_member_done(zio_t *zio)
+zio_write_gang_member_ready(zio_t *zio)
 {
        zio_t *pio = zio->io_parent;
+       zio_t *lio = zio->io_logical;
        dva_t *cdva = zio->io_bp->blk_dva;
        dva_t *pdva = pio->io_bp->blk_dva;
        uint64_t asize;
-       int d;
 
-       ASSERT3U(pio->io_ndvas, ==, zio->io_ndvas);
+       if (BP_IS_HOLE(zio->io_bp))
+               return;
+
+       ASSERT(BP_IS_HOLE(&zio->io_bp_orig));
+
+       ASSERT(zio->io_child_type == ZIO_CHILD_GANG);
+       ASSERT3U(zio->io_prop.zp_ndvas, ==, lio->io_prop.zp_ndvas);
+       ASSERT3U(zio->io_prop.zp_ndvas, <=, BP_GET_NDVAS(zio->io_bp));
+       ASSERT3U(pio->io_prop.zp_ndvas, <=, BP_GET_NDVAS(pio->io_bp));
        ASSERT3U(BP_GET_NDVAS(zio->io_bp), <=, BP_GET_NDVAS(pio->io_bp));
-       ASSERT3U(zio->io_ndvas, <=, BP_GET_NDVAS(zio->io_bp));
-       ASSERT3U(pio->io_ndvas, <=, BP_GET_NDVAS(pio->io_bp));
 
        mutex_enter(&pio->io_lock);
-       for (d = 0; d < BP_GET_NDVAS(pio->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]);
@@ -1529,100 +1472,76 @@ zio_write_allocate_gang_member_done(zio_t *zio)
 }
 
 static int
-zio_write_allocate_gang_members(zio_t *zio, metaslab_class_t *mc)
+zio_write_gang_block(zio_t *pio)
 {
-       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
-       dva_t *dva = bp->blk_dva;
-       spa_t *spa = zio->io_spa;
+       spa_t *spa = pio->io_spa;
+       blkptr_t *bp = pio->io_bp;
+       zio_t *lio = pio->io_logical;
+       zio_t *zio;
+       zio_gang_node_t *gn, **gnpp;
        zio_gbh_phys_t *gbh;
-       uint64_t txg = zio->io_txg;
-       uint64_t resid = zio->io_size;
-       uint64_t maxalloc = P2ROUNDUP(zio->io_size >> 1, SPA_MINBLOCKSIZE);
-       uint64_t gsize, loff, lsize;
-       uint32_t gbps_left;
-       int ndvas = zio->io_ndvas;
+       uint64_t txg = pio->io_txg;
+       uint64_t resid = pio->io_size;
+       uint64_t lsize;
+       int ndvas = lio->io_prop.zp_ndvas;
        int gbh_ndvas = MIN(ndvas + 1, spa_max_replication(spa));
+       zio_prop_t zp;
        int error;
-       int i, d;
 
-       gsize = SPA_GANGBLOCKSIZE;
-       gbps_left = SPA_GBH_NBLKPTRS;
-
-       error = metaslab_alloc(spa, mc, gsize, bp, gbh_ndvas, txg, NULL,
-           B_FALSE);
+       error = metaslab_alloc(spa, spa->spa_normal_class, SPA_GANGBLOCKSIZE,
+           bp, gbh_ndvas, txg, pio == lio ? NULL : lio->io_bp,
+           METASLAB_HINTBP_FAVOR | METASLAB_GANG_HEADER);
        if (error) {
-               zio->io_error = error;
+               pio->io_error = error;
                return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
        }
 
-       for (d = 0; d < gbh_ndvas; d++)
-               DVA_SET_GANG(&dva[d], 1);
-
-       bp->blk_birth = txg;
-
-       gbh = zio_buf_alloc(gsize);
-       bzero(gbh, gsize);
-
-       for (loff = 0, i = 0; loff != zio->io_size;
-           loff += lsize, resid -= lsize, gbps_left--, i++) {
-               blkptr_t *gbp = &gbh->zg_blkptr[i];
-               dva = gbp->blk_dva;
-
-               ASSERT(gbps_left != 0);
-               maxalloc = MIN(maxalloc, resid);
-
-               while (resid <= maxalloc * gbps_left) {
-                       error = metaslab_alloc(spa, mc, maxalloc, gbp, ndvas,
-                           txg, bp, B_FALSE);
-                       if (error == 0)
-                               break;
-                       ASSERT3U(error, ==, ENOSPC);
-                       /* XXX - free up previous allocations? */
-                       if (maxalloc == SPA_MINBLOCKSIZE) {
-                               zio->io_error = error;
-                               return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
-                       }
-                       maxalloc = P2ROUNDUP(maxalloc >> 1, SPA_MINBLOCKSIZE);
-               }
-
-               if (resid <= maxalloc * gbps_left) {
-                       lsize = maxalloc;
-                       BP_SET_LSIZE(gbp, lsize);
-                       BP_SET_PSIZE(gbp, lsize);
-                       BP_SET_COMPRESS(gbp, ZIO_COMPRESS_OFF);
-                       gbp->blk_birth = txg;
-                       zio_nowait(zio_rewrite(zio, spa,
-                           zio->io_checksum, txg, gbp,
-                           (char *)zio->io_data + loff, lsize,
-                           zio_write_allocate_gang_member_done, NULL,
-                           zio->io_priority,
-                           zio->io_flags & ZIO_FLAG_GANG_INHERIT,
-                           &zio->io_bookmark));
-               } else {
-                       lsize = P2ROUNDUP(resid / gbps_left, SPA_MINBLOCKSIZE);
-                       ASSERT(lsize != SPA_MINBLOCKSIZE);
-                       zio_nowait(zio_write_allocate(zio, spa,
-                           zio->io_checksum, txg, gbp,
-                           (char *)zio->io_data + loff, lsize,
-                           zio_write_allocate_gang_member_done, NULL,
-                           zio->io_priority,
-                           zio->io_flags & ZIO_FLAG_GANG_INHERIT));
-               }
+       if (pio == lio) {
+               gnpp = &lio->io_gang_tree;
+       } else {
+               gnpp = pio->io_private;
+               ASSERT(pio->io_ready == zio_write_gang_member_ready);
        }
 
-       ASSERT(resid == 0 && loff == zio->io_size);
+       gn = zio_gang_node_alloc(gnpp);
+       gbh = gn->gn_gbh;
+       bzero(gbh, SPA_GANGBLOCKSIZE);
 
-       zio->io_pipeline |= 1U << ZIO_STAGE_GANG_CHECKSUM_GENERATE;
+       /*
+        * 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_push_transform(zio, gbh, gsize, gsize);
+       /*
+        * Create and nowait the gang children.
+        */
+       for (int g = 0; resid != 0; resid -= lsize, g++) {
+               lsize = P2ROUNDUP(resid / (SPA_GBH_NBLKPTRS - g),
+                   SPA_MINBLOCKSIZE);
+               ASSERT(lsize >= SPA_MINBLOCKSIZE && lsize <= resid);
+
+               zp.zp_checksum = lio->io_prop.zp_checksum;
+               zp.zp_compress = ZIO_COMPRESS_OFF;
+               zp.zp_type = DMU_OT_NONE;
+               zp.zp_level = 0;
+               zp.zp_ndvas = lio->io_prop.zp_ndvas;
+
+               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, &gn->gn_child[g],
+                   pio->io_priority, ZIO_GANG_CHILD_FLAGS(pio),
+                   &pio->io_bookmark));
+       }
 
        /*
-        * As much as we'd like this to be 'ready' instead of 'done',
-        * updating our ASIZE doesn't happen until the io_done callback,
-        * so we have to wait for that to finish in order for our BP
-        * to be stable.
+        * Set pio's pipeline to just wait for zio to finish.
         */
-       return (zio_wait_for_children_done(zio));
+       pio->io_pipeline = ZIO_INTERLOCK_PIPELINE;
+
+       zio_nowait(zio);
+
+       return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 }
 
 /*
@@ -1630,6 +1549,7 @@ zio_write_allocate_gang_members(zio_t *zio, metaslab_class_t *mc)
  * Allocate and free blocks
  * ==========================================================================
  */
+
 static int
 zio_dva_allocate(zio_t *zio)
 {
@@ -1640,29 +1560,16 @@ zio_dva_allocate(zio_t *zio)
 
        ASSERT(BP_IS_HOLE(bp));
        ASSERT3U(BP_GET_NDVAS(bp), ==, 0);
-       ASSERT3U(zio->io_ndvas, >, 0);
-       ASSERT3U(zio->io_ndvas, <=, spa_max_replication(spa));
-
-       /*
-        * For testing purposes, we force I/Os to retry. We don't allow
-        * retries beyond the first pass since those I/Os are non-allocating
-        * writes.
-        */
-       if (zio_io_fail_shift &&
-           spa_sync_pass(zio->io_spa) <= zio_sync_pass.zp_rewrite &&
-           zio_io_should_fail(zio_io_fail_shift))
-               zio->io_flags |= ZIO_FLAG_WRITE_RETRY;
-
+       ASSERT3U(zio->io_prop.zp_ndvas, >, 0);
+       ASSERT3U(zio->io_prop.zp_ndvas, <=, spa_max_replication(spa));
        ASSERT3U(zio->io_size, ==, BP_GET_PSIZE(bp));
 
-       error = metaslab_alloc(spa, mc, zio->io_size, bp, zio->io_ndvas,
-           zio->io_txg, NULL, B_FALSE);
+       error = metaslab_alloc(spa, mc, zio->io_size, bp,
+           zio->io_prop.zp_ndvas, zio->io_txg, NULL, 0);
 
-       if (error == 0) {
-               bp->blk_birth = zio->io_txg;
-       } else if (error == ENOSPC && zio->io_size > SPA_MINBLOCKSIZE) {
-               return (zio_write_allocate_gang_members(zio, mc));
-       } else {
+       if (error) {
+               if (error == ENOSPC && zio->io_size > SPA_MINBLOCKSIZE)
+                       return (zio_write_gang_block(zio));
                zio->io_error = error;
        }
 
@@ -1672,11 +1579,7 @@ zio_dva_allocate(zio_t *zio)
 static int
 zio_dva_free(zio_t *zio)
 {
-       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
-
-       metaslab_free(zio->io_spa, bp, zio->io_txg, B_FALSE);
-
-       BP_ZERO(bp);
+       metaslab_free(zio->io_spa, zio->io_bp, zio->io_txg, B_FALSE);
 
        return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 }
@@ -1684,142 +1587,326 @@ zio_dva_free(zio_t *zio)
 static int
 zio_dva_claim(zio_t *zio)
 {
-       zio->io_error = metaslab_claim(zio->io_spa, zio->io_bp, zio->io_txg);
+       int error;
+
+       error = metaslab_claim(zio->io_spa, zio->io_bp, zio->io_txg);
+       if (error)
+               zio->io_error = error;
 
        return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 }
 
+/*
+ * Undo an allocation.  This is used by zio_done() when an I/O fails
+ * and we want to give back the block we just allocated.
+ * This handles both normal blocks and gang blocks.
+ */
+static void
+zio_dva_unallocate(zio_t *zio, zio_gang_node_t *gn, blkptr_t *bp)
+{
+       spa_t *spa = zio->io_spa;
+       boolean_t now = !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REWRITE);
+
+       ASSERT(bp->blk_birth == zio->io_txg || BP_IS_HOLE(bp));
+
+       if (zio->io_bp == bp && !now) {
+               /*
+                * This is a rewrite for sync-to-convergence.
+                * We can't do a metaslab_free(NOW) because bp wasn't allocated
+                * during this sync pass, which means that metaslab_sync()
+                * already committed the allocation.
+                */
+               ASSERT(DVA_EQUAL(BP_IDENTITY(bp),
+                   BP_IDENTITY(&zio->io_bp_orig)));
+               ASSERT(spa_sync_pass(spa) > 1);
+
+               if (BP_IS_GANG(bp) && gn == NULL) {
+                       /*
+                        * This is a gang leader whose gang header(s) we
+                        * couldn't read now, so defer the free until later.
+                        * The block should still be intact because without
+                        * the headers, we'd never even start the rewrite.
+                        */
+                       bplist_enqueue_deferred(&spa->spa_sync_bplist, bp);
+                       return;
+               }
+       }
+
+       if (!BP_IS_HOLE(bp))
+               metaslab_free(spa, bp, bp->blk_birth, now);
+
+       if (gn != NULL) {
+               for (int g = 0; g < SPA_GBH_NBLKPTRS; g++) {
+                       zio_dva_unallocate(zio, gn->gn_child[g],
+                           &gn->gn_gbh->zg_blkptr[g]);
+               }
+       }
+}
+
+/*
+ * Try to allocate an intent log block.  Return 0 on success, errno on failure.
+ */
+int
+zio_alloc_blk(spa_t *spa, uint64_t size, blkptr_t *new_bp, blkptr_t *old_bp,
+    uint64_t txg)
+{
+       int error;
+
+       error = metaslab_alloc(spa, spa->spa_log_class, size,
+           new_bp, 1, txg, old_bp, METASLAB_HINTBP_AVOID);
+
+       if (error)
+               error = metaslab_alloc(spa, spa->spa_normal_class, size,
+                   new_bp, 1, txg, old_bp, METASLAB_HINTBP_AVOID);
+
+       if (error == 0) {
+               BP_SET_LSIZE(new_bp, size);
+               BP_SET_PSIZE(new_bp, size);
+               BP_SET_COMPRESS(new_bp, ZIO_COMPRESS_OFF);
+               BP_SET_CHECKSUM(new_bp, ZIO_CHECKSUM_ZILOG);
+               BP_SET_TYPE(new_bp, DMU_OT_INTENT_LOG);
+               BP_SET_LEVEL(new_bp, 0);
+               BP_SET_BYTEORDER(new_bp, ZFS_HOST_BYTEORDER);
+       }
+
+       return (error);
+}
+
+/*
+ * Free an intent log block.  We know it can't be a gang block, so there's
+ * nothing to do except metaslab_free() it.
+ */
+void
+zio_free_blk(spa_t *spa, blkptr_t *bp, uint64_t txg)
+{
+       ASSERT(!BP_IS_GANG(bp));
+
+       metaslab_free(spa, bp, txg, B_FALSE);
+}
+
 /*
  * ==========================================================================
  * Read and write to physical devices
  * ==========================================================================
  */
 
+static void
+zio_vdev_io_probe_done(zio_t *zio)
+{
+       zio_t *dio;
+       vdev_t *vd = zio->io_private;
+
+       mutex_enter(&vd->vdev_probe_lock);
+       ASSERT(vd->vdev_probe_zio == zio);
+       vd->vdev_probe_zio = NULL;
+       mutex_exit(&vd->vdev_probe_lock);
+
+       while ((dio = zio->io_delegate_list) != NULL) {
+               zio->io_delegate_list = dio->io_delegate_next;
+               dio->io_delegate_next = NULL;
+               if (!vdev_accessible(vd, dio))
+                       dio->io_error = ENXIO;
+               zio_execute(dio);
+       }
+}
+
+/*
+ * Probe the device to determine whether I/O failure is specific to this
+ * zio (e.g. a bad sector) or affects the entire vdev (e.g. unplugged).
+ */
+static int
+zio_vdev_io_probe(zio_t *zio)
+{
+       vdev_t *vd = zio->io_vd;
+       zio_t *pio = NULL;
+       boolean_t created_pio = B_FALSE;
+
+       /*
+        * Don't probe the probe.
+        */
+       if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_PROBE)
+               return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+
+       /*
+        * To prevent 'probe storms' when a device fails, we create
+        * just one probe i/o at a time.  All zios that want to probe
+        * this vdev will join the probe zio's io_delegate_list.
+        */
+       mutex_enter(&vd->vdev_probe_lock);
+
+       if ((pio = vd->vdev_probe_zio) == NULL) {
+               vd->vdev_probe_zio = pio = zio_root(zio->io_spa,
+                   zio_vdev_io_probe_done, vd, ZIO_FLAG_CANFAIL);
+               created_pio = B_TRUE;
+               vd->vdev_probe_wanted = B_TRUE;
+               spa_async_request(zio->io_spa, SPA_ASYNC_PROBE);
+       }
+
+       zio->io_delegate_next = pio->io_delegate_list;
+       pio->io_delegate_list = zio;
+
+       mutex_exit(&vd->vdev_probe_lock);
+
+       if (created_pio) {
+               zio_nowait(vdev_probe(vd, pio));
+               zio_nowait(pio);
+       }
+
+       return (ZIO_PIPELINE_STOP);
+}
+
 static int
 zio_vdev_io_start(zio_t *zio)
 {
        vdev_t *vd = zio->io_vd;
-       vdev_t *tvd = vd ? vd->vdev_top : NULL;
-       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
        uint64_t align;
        spa_t *spa = zio->io_spa;
 
-       /*
-        * If the pool is already in a failure state then just suspend
-        * this IO until the problem is resolved. We will reissue them
-        * at that time.
-        */
-       if (spa_state(spa) == POOL_STATE_IO_FAILURE &&
-           zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE)
-               return (zio_vdev_suspend_io(zio));
-
-       /*
-        * The mirror_ops handle multiple DVAs in a single BP
-        */
-       if (vd == NULL)
-               return (vdev_mirror_ops.vdev_op_io_start(zio));
-
-       align = 1ULL << tvd->vdev_ashift;
+       ASSERT(zio->io_error == 0);
+       ASSERT(zio->io_child_error[ZIO_CHILD_VDEV] == 0);
 
-       if (zio->io_retries == 0 && vd == tvd)
-               zio->io_flags |= ZIO_FLAG_FAILFAST;
+       if (vd == NULL) {
+               if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_CONFIG_WRITER))
+                       spa_config_enter(spa, SCL_ZIO, zio, RW_READER);
 
-       if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_PHYSICAL) && vd->vdev_children == 0) {
-               zio->io_flags |= ZIO_FLAG_PHYSICAL;
-               zio->io_offset += VDEV_LABEL_START_SIZE;
+               /*
+                * The mirror_ops handle multiple DVAs in a single BP.
+                */
+               return (vdev_mirror_ops.vdev_op_io_start(zio));
        }
 
+       align = 1ULL << vd->vdev_top->vdev_ashift;
+
        if (P2PHASE(zio->io_size, align) != 0) {
                uint64_t asize = P2ROUNDUP(zio->io_size, align);
                char *abuf = zio_buf_alloc(asize);
-               ASSERT(vd == tvd);
+               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);
                }
-               zio_push_transform(zio, abuf, asize, asize);
-               ASSERT(!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SUBBLOCK));
-               zio->io_flags |= ZIO_FLAG_SUBBLOCK;
+               zio_push_transform(zio, abuf, asize, asize, zio_subblock);
        }
 
        ASSERT(P2PHASE(zio->io_offset, align) == 0);
        ASSERT(P2PHASE(zio->io_size, align) == 0);
-       ASSERT(bp == NULL ||
-           P2ROUNDUP(ZIO_GET_IOSIZE(zio), align) == zio->io_size);
        ASSERT(zio->io_type != ZIO_TYPE_WRITE || (spa_mode & FWRITE));
 
+       if (vd->vdev_ops->vdev_op_leaf &&
+           (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ || zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE)) {
+
+               if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ && vdev_cache_read(zio) == 0)
+                       return (ZIO_PIPELINE_STOP);
+
+               if ((zio = vdev_queue_io(zio)) == NULL)
+                       return (ZIO_PIPELINE_STOP);
+
+               if (!vdev_accessible(vd, zio)) {
+                       zio->io_error = ENXIO;
+                       zio_interrupt(zio);
+                       return (ZIO_PIPELINE_STOP);
+               }
+
+       }
+
        return (vd->vdev_ops->vdev_op_io_start(zio));
 }
 
 static int
 zio_vdev_io_done(zio_t *zio)
 {
-       if (zio->io_vd == NULL)
-               return (vdev_mirror_ops.vdev_op_io_done(zio));
+       vdev_t *vd = zio->io_vd;
+       vdev_ops_t *ops = vd ? vd->vdev_ops : &vdev_mirror_ops;
+       boolean_t unexpected_error = B_FALSE;
 
-       return (zio->io_vd->vdev_ops->vdev_op_io_done(zio));
-}
+       if (zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_VDEV, ZIO_WAIT_DONE))
+               return (ZIO_PIPELINE_STOP);
 
-/* XXPOLICY */
-boolean_t
-zio_should_retry(zio_t *zio)
-{
-       vdev_t *vd = zio->io_vd;
+       ASSERT(zio->io_type == ZIO_TYPE_READ || zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE);
+
+       if (vd != NULL && vd->vdev_ops->vdev_op_leaf) {
+
+               vdev_queue_io_done(zio);
+
+               if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE)
+                       vdev_cache_write(zio);
+
+               if (zio_injection_enabled && zio->io_error == 0)
+                       zio->io_error = zio_handle_device_injection(vd, EIO);
+
+               if (zio_injection_enabled && zio->io_error == 0)
+                       zio->io_error = zio_handle_label_injection(zio, EIO);
+
+               if (zio->io_error) {
+                       if (!vdev_accessible(vd, zio)) {
+                               zio->io_error = ENXIO;
+                       } else {
+                               unexpected_error = B_TRUE;
+                       }
+               }
+       }
+
+       ops->vdev_op_io_done(zio);
 
-       if (zio->io_error == 0)
-               return (B_FALSE);
-       if (zio->io_delegate_list != NULL)
-               return (B_FALSE);
-       if (vd && vd != vd->vdev_top)
-               return (B_FALSE);
-       if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_RETRY)
-               return (B_FALSE);
-       if (zio->io_retries > 0)
-               return (B_FALSE);
+       if (unexpected_error)
+               return (zio_vdev_io_probe(zio));
 
-       return (B_TRUE);
+       return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 }
 
 static int
 zio_vdev_io_assess(zio_t *zio)
 {
        vdev_t *vd = zio->io_vd;
-       vdev_t *tvd = vd ? vd->vdev_top : NULL;
-
-       ASSERT(zio->io_vsd == NULL);
-
-       if (zio->io_flags & ZIO_FLAG_SUBBLOCK) {
-               void *abuf;
-               uint64_t asize;
-               ASSERT(vd == tvd);
-               zio_pop_transform(zio, &abuf, &asize, &asize);
-               if (zio->io_type == ZIO_TYPE_READ)
-                       bcopy(abuf, zio->io_data, zio->io_size);
-               zio_buf_free(abuf, asize);
-               zio->io_flags &= ~ZIO_FLAG_SUBBLOCK;
+
+       if (zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_VDEV, ZIO_WAIT_DONE))
+               return (ZIO_PIPELINE_STOP);
+
+       if (vd == NULL && !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_CONFIG_WRITER))
+               spa_config_exit(zio->io_spa, SCL_ZIO, zio);
+
+       if (zio->io_vsd != NULL) {
+               zio->io_vsd_free(zio);
+               zio->io_vsd = NULL;
        }
 
-       if (zio_injection_enabled && !zio->io_error)
+       if (zio_injection_enabled && zio->io_error == 0)
                zio->io_error = zio_handle_fault_injection(zio, EIO);
 
        /*
         * If the I/O failed, determine whether we should attempt to retry it.
         */
-       /* XXPOLICY */
-       if (zio_should_retry(zio)) {
-               ASSERT(tvd == vd);
-
-               zio->io_retries++;
+       if (zio->io_error && vd == NULL &&
+           !(zio->io_flags & (ZIO_FLAG_DONT_RETRY | ZIO_FLAG_IO_RETRY))) {
+               ASSERT(!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_DONT_QUEUE)); /* not a leaf */
+               ASSERT(!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_BYPASS));  /* not a leaf */
                zio->io_error = 0;
-               zio->io_flags &= ZIO_FLAG_RETRY_INHERIT;
-               /* XXPOLICY */
-               zio->io_flags &= ~ZIO_FLAG_FAILFAST;
-               zio->io_flags |= ZIO_FLAG_DONT_CACHE;
+               zio->io_flags |= ZIO_FLAG_IO_RETRY |
+                   ZIO_FLAG_DONT_CACHE | ZIO_FLAG_DONT_AGGREGATE;
                zio->io_stage = ZIO_STAGE_VDEV_IO_START - 1;
-
-               return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+               zio_taskq_dispatch(zio, ZIO_TASKQ_ISSUE);
+               return (ZIO_PIPELINE_STOP);
        }
 
+       /*
+        * If we got an error on a leaf device, convert it to ENXIO
+        * if the device is not accessible at all.
+        */
+       if (zio->io_error && vd != NULL && vd->vdev_ops->vdev_op_leaf &&
+           !vdev_accessible(vd, zio))
+               zio->io_error = ENXIO;
+
+       /*
+        * If we can't write to an interior vdev (mirror or RAID-Z),
+        * set vdev_cant_write so that we stop trying to allocate from it.
+        */
+       if (zio->io_error == ENXIO && zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE &&
+           vd != NULL && !vd->vdev_ops->vdev_op_leaf)
+               vd->vdev_cant_write = B_TRUE;
+
+       if (zio->io_error)
+               zio->io_pipeline = ZIO_INTERLOCK_PIPELINE;
+
        return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 }
 
@@ -1858,43 +1945,57 @@ zio_vdev_io_bypass(zio_t *zio)
 static int
 zio_checksum_generate(zio_t *zio)
 {
-       int checksum = zio->io_checksum;
        blkptr_t *bp = zio->io_bp;
+       enum zio_checksum checksum;
 
-       ASSERT3U(zio->io_size, ==, BP_GET_PSIZE(bp));
+       if (bp == NULL) {
+               /*
+                * This is zio_write_phys().
+                * We're either generating a label checksum, or none at all.
+                */
+               checksum = zio->io_prop.zp_checksum;
 
-       BP_SET_CHECKSUM(bp, checksum);
-       BP_SET_BYTEORDER(bp, ZFS_HOST_BYTEORDER);
+               if (checksum == ZIO_CHECKSUM_OFF)
+                       return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
+
+               ASSERT(checksum == ZIO_CHECKSUM_LABEL);
+       } else {
+               if (BP_IS_GANG(bp) && zio->io_child_type == ZIO_CHILD_GANG) {
+                       ASSERT(!IO_IS_ALLOCATING(zio));
+                       checksum = ZIO_CHECKSUM_GANG_HEADER;
+               } else {
+                       checksum = BP_GET_CHECKSUM(bp);
+               }
+       }
 
-       zio_checksum(checksum, &bp->blk_cksum, zio->io_data, zio->io_size);
+       zio_checksum_compute(zio, checksum, zio->io_data, zio->io_size);
 
        return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 }
 
 static int
-zio_gang_checksum_generate(zio_t *zio)
+zio_checksum_verify(zio_t *zio)
 {
-       zio_cksum_t zc;
-       zio_gbh_phys_t *gbh = zio->io_data;
-
-       ASSERT(BP_IS_GANG(zio->io_bp));
-       ASSERT3U(zio->io_size, ==, SPA_GANGBLOCKSIZE);
-
-       zio_set_gang_verifier(zio, &gbh->zg_tail.zbt_cksum);
+       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
+       int error;
 
-       zio_checksum(ZIO_CHECKSUM_GANG_HEADER, &zc, zio->io_data, zio->io_size);
+       if (bp == NULL) {
+               /*
+                * This is zio_read_phys().
+                * We're either verifying a label checksum, or nothing at all.
+                */
+               if (zio->io_prop.zp_checksum == ZIO_CHECKSUM_OFF)
+                       return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 
-       return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
-}
+               ASSERT(zio->io_prop.zp_checksum == ZIO_CHECKSUM_LABEL);
+       }
 
-static int
-zio_checksum_verify(zio_t *zio)
-{
-       if (zio->io_bp != NULL) {
-               zio->io_error = zio_checksum_error(zio);
-               if (zio->io_error && !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE))
+       if ((error = zio_checksum_error(zio)) != 0) {
+               zio->io_error = error;
+               if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE)) {
                        zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_CHECKSUM,
                            zio->io_spa, zio->io_vd, zio, 0, 0);
+               }
        }
 
        return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
@@ -1910,173 +2011,263 @@ zio_checksum_verified(zio_t *zio)
 }
 
 /*
- * Set the external verifier for a gang block based on stuff in the bp
+ * ==========================================================================
+ * Error rank.  Error are ranked in the order 0, ENXIO, ECKSUM, EIO, other.
+ * An error of 0 indictes success.  ENXIO indicates whole-device failure,
+ * which may be transient (e.g. unplugged) or permament.  ECKSUM and EIO
+ * indicate errors that are specific to one I/O, and most likely permanent.
+ * Any other error is presumed to be worse because we weren't expecting it.
+ * ==========================================================================
  */
-void
-zio_set_gang_verifier(zio_t *zio, zio_cksum_t *zcp)
+int
+zio_worst_error(int e1, int e2)
 {
-       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
+       static int zio_error_rank[] = { 0, ENXIO, ECKSUM, EIO };
+       int r1, r2;
+
+       for (r1 = 0; r1 < sizeof (zio_error_rank) / sizeof (int); r1++)
+               if (e1 == zio_error_rank[r1])
+                       break;
 
-       zcp->zc_word[0] = DVA_GET_VDEV(BP_IDENTITY(bp));
-       zcp->zc_word[1] = DVA_GET_OFFSET(BP_IDENTITY(bp));
-       zcp->zc_word[2] = bp->blk_birth;
-       zcp->zc_word[3] = 0;
+       for (r2 = 0; r2 < sizeof (zio_error_rank) / sizeof (int); r2++)
+               if (e2 == zio_error_rank[r2])
+                       break;
+
+       return (r1 > r2 ? e1 : e2);
 }
 
 /*
  * ==========================================================================
- * Define the pipeline
+ * I/O completion
  * ==========================================================================
  */
-typedef int zio_pipe_stage_t(zio_t *zio);
-
-zio_pipe_stage_t *zio_pipeline[ZIO_STAGE_DONE + 2] = {
-       NULL,
-       zio_wait_for_children_ready,
-       zio_read_init,
-       zio_issue_async,
-       zio_write_compress,
-       zio_checksum_generate,
-       zio_get_gang_header,
-       zio_rewrite_gang_members,
-       zio_free_gang_members,
-       zio_claim_gang_members,
-       zio_dva_allocate,
-       zio_dva_free,
-       zio_dva_claim,
-       zio_gang_checksum_generate,
-       zio_ready,
-       zio_vdev_io_start,
-       zio_vdev_io_done,
-       zio_vdev_io_assess,
-       zio_wait_for_children_done,
-       zio_checksum_verify,
-       zio_read_gang_members,
-       zio_read_decompress,
-       zio_assess,
-       zio_done,
-       NULL
-};
-
-/*
- * Execute the I/O pipeline until one of the following occurs:
- * (1) the I/O completes; (2) the pipeline stalls waiting for
- * dependent child I/Os; (3) the I/O issues, so we're waiting
- * for an I/O completion interrupt; (4) the I/O is delegated by
- * vdev-level caching or aggregation; (5) the I/O is deferred
- * due to vdev-level queueing; (6) the I/O is handed off to
- * another thread.  In all cases, the pipeline stops whenever
- * there's no CPU work; it never burns a thread in cv_wait().
- *
- * There's no locking on io_stage because there's no legitimate way
- * for multiple threads to be attempting to process the same I/O.
- */
-void
-zio_execute(zio_t *zio)
+static int
+zio_ready(zio_t *zio)
 {
-       while (zio->io_stage < ZIO_STAGE_DONE) {
-               uint32_t pipeline = zio->io_pipeline;
-               int rv;
+       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
+       zio_t *pio = zio->io_parent;
 
-               ASSERT(!MUTEX_HELD(&zio->io_lock));
+       if (zio->io_ready) {
+               if (BP_IS_GANG(bp) &&
+                   zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_GANG, ZIO_WAIT_READY))
+                       return (ZIO_PIPELINE_STOP);
 
-               /*
-                * If an error occurred outside the vdev stack,
-                * just execute the interlock stages to clean up.
-                */
-               if (zio->io_error &&
-                   ((1U << zio->io_stage) & ZIO_VDEV_IO_STAGES) == 0)
-                       pipeline &= ZIO_ERROR_PIPELINE_MASK;
+               ASSERT(IO_IS_ALLOCATING(zio));
+               ASSERT(bp->blk_birth == zio->io_txg || BP_IS_HOLE(bp));
+               ASSERT(zio->io_children[ZIO_CHILD_GANG][ZIO_WAIT_READY] == 0);
 
-               while (((1U << ++zio->io_stage) & pipeline) == 0)
-                       continue;
+               zio->io_ready(zio);
+       }
 
-               ASSERT(zio->io_stage <= ZIO_STAGE_DONE);
-               ASSERT(zio->io_stalled == 0);
+       if (bp != NULL && bp != &zio->io_bp_copy)
+               zio->io_bp_copy = *bp;
 
-               rv = zio_pipeline[zio->io_stage](zio);
+       if (zio->io_error)
+               zio->io_pipeline = ZIO_INTERLOCK_PIPELINE;
 
-               if (rv == ZIO_PIPELINE_STOP)
-                       return;
+       if (pio != NULL)
+               zio_notify_parent(pio, zio, ZIO_WAIT_READY);
 
-               ASSERT(rv == ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
-       }
+       return (ZIO_PIPELINE_CONTINUE);
 }
 
-static boolean_t
-zio_io_should_fail(uint16_t range)
+static int
+zio_done(zio_t *zio)
 {
-       static uint16_t allocs = 0;
+       spa_t *spa = zio->io_spa;
+       zio_t *pio = zio->io_parent;
+       zio_t *lio = zio->io_logical;
+       blkptr_t *bp = zio->io_bp;
+       vdev_t *vd = zio->io_vd;
+       uint64_t psize = zio->io_size;
 
-       return (P2PHASE(allocs++, 1U<<range) == 0);
-}
+       /*
+        * If our of children haven't all completed,
+        * wait for them and then repeat this pipeline stage.
+        */
+       if (zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_VDEV, ZIO_WAIT_DONE) ||
+           zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_GANG, ZIO_WAIT_DONE) ||
+           zio_wait_for_children(zio, ZIO_CHILD_LOGICAL, ZIO_WAIT_DONE))
+               return (ZIO_PIPELINE_STOP);
 
-/*
- * Try to allocate an intent log block.  Return 0 on success, errno on failure.
- */
-int
-zio_alloc_blk(spa_t *spa, uint64_t size, blkptr_t *new_bp, blkptr_t *old_bp,
-    uint64_t txg)
-{
-       int error;
+       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 (bp != NULL) {
+               ASSERT(bp->blk_pad[0] == 0);
+               ASSERT(bp->blk_pad[1] == 0);
+               ASSERT(bp->blk_pad[2] == 0);
+               ASSERT(bcmp(bp, &zio->io_bp_copy, sizeof (blkptr_t)) == 0 ||
+                   (pio != NULL && bp == pio->io_bp));
+               if (zio->io_type == ZIO_TYPE_WRITE && !BP_IS_HOLE(bp) &&
+                   !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_IO_REPAIR)) {
+                       ASSERT(!BP_SHOULD_BYTESWAP(bp));
+                       ASSERT3U(zio->io_prop.zp_ndvas, <=, BP_GET_NDVAS(bp));
+                       ASSERT(BP_COUNT_GANG(bp) == 0 ||
+                           (BP_COUNT_GANG(bp) == BP_GET_NDVAS(bp)));
+               }
+       }
+
+       /*
+        * If there were child vdev or gang errors, they apply to us now.
+        */
+       zio_inherit_child_errors(zio, ZIO_CHILD_VDEV);
+       zio_inherit_child_errors(zio, ZIO_CHILD_GANG);
+
+       zio_pop_transforms(zio);        /* note: may set zio->io_error */
+
+       vdev_stat_update(zio, psize);
+
+       if (zio->io_error) {
+               /*
+                * If this I/O is attached to a particular vdev,
+                * generate an error message describing the I/O failure
+                * at the block level.  We ignore these errors if the
+                * device is currently unavailable.
+                */
+               if (zio->io_error != ECKSUM && vd != NULL && !vdev_is_dead(vd))
+                       zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_IO, spa, vd, zio, 0, 0);
 
-       spa_config_enter(spa, RW_READER, FTAG);
+               if ((zio->io_error == EIO ||
+                   !(zio->io_flags & ZIO_FLAG_SPECULATIVE)) && zio == lio) {
+                       /*
+                        * For logical I/O requests, tell the SPA to log the
+                        * error and generate a logical data ereport.
+                        */
+                       spa_log_error(spa, zio);
+                       zfs_ereport_post(FM_EREPORT_ZFS_DATA, spa, NULL, zio,
+                           0, 0);
+               }
+       }
 
-       if (zio_zil_fail_shift && zio_io_should_fail(zio_zil_fail_shift)) {
-               spa_config_exit(spa, FTAG);
-               return (ENOSPC);
+       if (zio->io_error && zio == lio) {
+               /*
+                * Determine whether zio should be reexecuted.  This will
+                * propagate all the way to the root via zio_notify_parent().
+                */
+               ASSERT(vd == NULL && bp != NULL);
+
+               if (IO_IS_ALLOCATING(zio))
+                       if (zio->io_error != ENOSPC)
+                               zio->io_reexecute |= ZIO_REEXECUTE_NOW;
+                       else
+                               zio->io_reexecute |= ZIO_REEXECUTE_SUSPEND;
+
+               if ((zio->io_type == ZIO_TYPE_READ ||
+                   zio->io_type == ZIO_TYPE_FREE) &&
+                   zio->io_error == ENXIO &&
+                   spa_get_failmode(spa) != ZIO_FAILURE_MODE_CONTINUE)
+                       zio->io_reexecute |= ZIO_REEXECUTE_SUSPEND;
+
+               if (!(zio->io_flags & ZIO_FLAG_CANFAIL) && !zio->io_reexecute)
+                       zio->io_reexecute |= ZIO_REEXECUTE_SUSPEND;
        }
 
        /*
-        * We were passed the previous log block's DVA in bp->blk_dva[0].
-        * We use that as a hint for which vdev to allocate from next.
+        * If there were logical child errors, they apply to us now.
+        * We defer this until now to avoid conflating logical child
+        * errors with errors that happened to the zio itself when
+        * updating vdev stats and reporting FMA events above.
         */
-       error = metaslab_alloc(spa, spa->spa_log_class, size,
-           new_bp, 1, txg, old_bp, B_TRUE);
+       zio_inherit_child_errors(zio, ZIO_CHILD_LOGICAL);
 
-       if (error)
-               error = metaslab_alloc(spa, spa->spa_normal_class, size,
-                   new_bp, 1, txg, old_bp, B_TRUE);
+       if (zio->io_reexecute) {
+               /*
+                * This is a logical I/O that wants to reexecute.
+                *
+                * Reexecute is top-down.  When an i/o fails, if it's not
+                * the root, it simply notifies its parent and sticks around.
+                * The parent, seeing that it still has children in zio_done(),
+                * does the same.  This percolates all the way up to the root.
+                * The root i/o will reexecute or suspend the entire tree.
+                *
+                * This approach ensures that zio_reexecute() honors
+                * all the original i/o dependency relationships, e.g.
+                * parents not executing until children are ready.
+                */
+               ASSERT(zio->io_child_type == ZIO_CHILD_LOGICAL);
 
-       if (error == 0) {
-               BP_SET_LSIZE(new_bp, size);
-               BP_SET_PSIZE(new_bp, size);
-               BP_SET_COMPRESS(new_bp, ZIO_COMPRESS_OFF);
-               BP_SET_CHECKSUM(new_bp, ZIO_CHECKSUM_ZILOG);
-               BP_SET_TYPE(new_bp, DMU_OT_INTENT_LOG);
-               BP_SET_LEVEL(new_bp, 0);
-               BP_SET_BYTEORDER(new_bp, ZFS_HOST_BYTEORDER);
-               new_bp->blk_birth = txg;
+               if (IO_IS_ALLOCATING(zio))
+                       zio_dva_unallocate(zio, zio->io_gang_tree, bp);
+
+               zio_gang_tree_free(&zio->io_gang_tree);
+
+               if (pio != NULL) {
+                       /*
+                        * We're not a root i/o, so there's nothing to do
+                        * but notify our parent.  Don't propagate errors
+                        * upward since we haven't permanently failed yet.
+                        */
+                       zio->io_flags |= ZIO_FLAG_DONT_PROPAGATE;
+                       zio_notify_parent(pio, zio, ZIO_WAIT_DONE);
+               } else if (zio->io_reexecute & ZIO_REEXECUTE_SUSPEND) {
+                       /*
+                        * We'd fail again if we reexecuted now, so suspend
+                        * until conditions improve (e.g. device comes online).
+                        */
+                       zio_suspend(spa, zio);
+               } else {
+                       /*
+                        * Reexecution is potentially a huge amount of work.
+                        * Hand it off to the otherwise-unused claim taskq.
+                        */
+                       (void) taskq_dispatch(
+                           spa->spa_zio_taskq[ZIO_TYPE_CLAIM][ZIO_TASKQ_ISSUE],
+                           (task_func_t *)zio_reexecute, zio, TQ_SLEEP);
+               }
+               return (ZIO_PIPELINE_STOP);
        }
 
-       spa_config_exit(spa, FTAG);
+       ASSERT(zio->io_child == NULL);
+       ASSERT(zio->io_reexecute == 0);
+       ASSERT(zio->io_error == 0 || (zio->io_flags & ZIO_FLAG_CANFAIL));
 
-       return (error);
-}
+       if (zio->io_done)
+               zio->io_done(zio);
 
-/*
- * Free an intent log block.  We know it can't be a gang block, so there's
- * nothing to do except metaslab_free() it.
- */
-void
-zio_free_blk(spa_t *spa, blkptr_t *bp, uint64_t txg)
-{
-       ASSERT(!BP_IS_GANG(bp));
+       zio_gang_tree_free(&zio->io_gang_tree);
+
+       ASSERT(zio->io_delegate_list == NULL);
+       ASSERT(zio->io_delegate_next == NULL);
 
-       spa_config_enter(spa, RW_READER, FTAG);
+       if (pio != NULL) {
+               zio_remove_child(pio, zio);
+               zio_notify_parent(pio, zio, ZIO_WAIT_DONE);
+       }
 
-       metaslab_free(spa, bp, txg, B_FALSE);
+       if (zio->io_waiter != NULL) {
+               mutex_enter(&zio->io_lock);
+               zio->io_executor = NULL;
+               cv_broadcast(&zio->io_cv);
+               mutex_exit(&zio->io_lock);
+       } else {
+               zio_destroy(zio);
+       }
 
-       spa_config_exit(spa, FTAG);
+       return (ZIO_PIPELINE_STOP);
 }
 
 /*
- * start an async flush of the write cache for this vdev
+ * ==========================================================================
+ * I/O pipeline definition
+ * ==========================================================================
  */
-void
-zio_flush(zio_t *zio, vdev_t *vd)
-{
-       zio_nowait(zio_ioctl(zio, zio->io_spa, vd, DKIOCFLUSHWRITECACHE,
-           NULL, NULL, ZIO_PRIORITY_NOW,
-           ZIO_FLAG_CANFAIL | ZIO_FLAG_DONT_RETRY));
-}
+static zio_pipe_stage_t *zio_pipeline[ZIO_STAGES] = {
+       NULL,
+       zio_issue_async,
+       zio_read_bp_init,
+       zio_write_bp_init,
+       zio_checksum_generate,
+       zio_gang_assemble,
+       zio_gang_issue,
+       zio_dva_allocate,
+       zio_dva_free,
+       zio_dva_claim,
+       zio_ready,
+       zio_vdev_io_start,
+       zio_vdev_io_done,
+       zio_vdev_io_assess,
+       zio_checksum_verify,
+       zio_done
+};