现今,随着科学技术的进步,高性能计算(High Performance Computing)在气候模拟、流体力学、分子动力学、生物信息学等很多领域都得到了愈加广泛的应用。这些应用程序大都是科学计算应用程序,它们不断朝着更高分辨率、更大并行规模的方向发展。对于高性能计算机来说,能与这种发展趋势相匹配的是高性能计算机的计算能力在不断提升,然而其存储系统的发展却相对缓慢,“存储墙”问题越来越突出,计算与IO的速度越来越不匹配,设计和构建平衡体系结构越来越困难。在实际的生产环境中,对于许多科学计算应用来说,IO性能而非计算性能在不少场景下己经成为限制其整体性能进一步提升的瓶颈。因此,在不能改变与升级高性能计算机存储系统软硬件架构的前提下,从文件系统和应用IO角度出发,如何全面而正确地理解应用的IO行为特征,快速而精准地定位应用的IO热点,缓解和改善“存储墙”问题成为一个重要的研究课题。为了探索与理解HPC应用IO行为,量化分析HPC应用IO性能,本文在一个高性能计算集群系统上设计、实现与部署了 一套集IO行为信息采集、存储与可视化分析功能于一体的IO资源监控与分析系统-IOStar。IOStarg部署于曙光高性能计算集群系统上,在真实生产环境中作为系统工具应用面向HPC应用程序提供IO量化分析服务,定位并分析IO热点。IOStar包含三个子系统:IOStar采集子系统,IO日志数据存储子系统和作业IO分析与可视化子系统。IOStar采集子系统负责采集计算节点上共享文件系统客户端定制的IO日志信息和作业进程信息,然后通过以太网将IO日志信息发送给IO日志存储子系统,将作业进程信息发送给作业IO分析子系统;IO日志数据存储子系统负责收集IO日志信息数据并将其持久化存储到分布式日志收集和存储服务集群;作业IO分析子系统负责量化分析应用的IO行为、特征和性能问题,以可视化分析结果的形式展示,为分析应用IO热点,优化应用IO性能提供有力参考。利用IOStar采集并存储的IO日志信息数据,本文提出了一种HPC应用IO行为分析与性能诊断方法。通过量化分析IO日志信息数据,从应用、文件和进程三个角度,以IO带宽、IOPS(IO Operations per Second)、读写数据量、文件IO访问模式等量化指标作为分析参数,来进行HPC应用IO行为分析与IO性能诊断,分析应用IO热点。通过本文的工作,可以为未来在更大规模高性能计算机系统上部署更全面的系统资源监控与分析平台积累经验,为未来HPC应用程序IO模块设计提供优化建议。