云计算虚拟机技术的发展对存储系统的性能提出了前所未有的挑战。在传统的IT架构中,网络存储设备只为少量的服务器提供存储服务,而在云计算虚拟化环境中,网络存储设备需要为大量的虚拟机提供存储服务。多虚拟机中的应用程序并发访问存储系统,需要网络存储系统提供更高的吞吐量,但多虚拟机的并发访问使得I/O呈现随机化、碎片化的特征,导致存储系统性能反而受到严重影响。本文以并发性为突破口,通过研究存储系统中磁盘冗余阵列组RAID5的并发性、操作系统I/O访问的并发性,揭示了导致现有存储系统的性能瓶颈的深层原因。在此基础之上,采用异步非阻塞事件驱动编程模型,设计实现了一个新的高性能分布式块系统SubDawn。论文的主要工作如下:1)回顾了存储系统的发展历史,分析了几种重要存储技术的特点和应用场景;针对数据块分布问题,从单节点和分布式两个方面较为全面地研究了存储系统中数据块、数据存储节点和存储节点中物理块的映射机制。2)研究了磁盘冗余阵列RAID5在高并发访问模式下的读写性能,在高并发环境中对硬件RAID5和软件RAID5进行了系统的测试,深入分析并揭示了造成磁盘冗余阵列RAID5性能瓶颈的深层原因。3)研究分析操作系统的四种I/O访问模型:同步阻塞、同步非阻塞、异步阻塞和异步非阻塞,分析了每种模型的I/O路径、调度流程和适用场景。4)分析了目前得到广泛应用的重要开源软件SCST。分析了SCST的整体架构、各个模块的功能和交互过程,并重点分析了缓冲区管理和I/O并发机制。5)在前述研究成果基础上,设计实现了高性能存储系统SubDawn。该存储系统软件架构采用事件驱动编程模型,利用Linux操作系统提供的AIO等高级特性实现了高并发I/O访问;在磁盘管理和数据布局方面提出了基于文件分块的数据布局算法,能够在不使用传统RAID的方式下实现系统容量扩展。6)针对不同块大小和不同的访问模式的访问请求,对本文设计的存储系统进行了全面测试。测试表明本文设计的存储系统在高并发访问模式下吞吐量和IOPS性能都显著高于现有系统。