通用文件系统的出现已经超过半个世纪,它为上层应用提供通用的文件/目录抽象及相应处理接口,并在其内部维护文件逻辑空间到物理存储空间的映射。进入大数据时代,蓬勃发展的数据密集型应用对于文件系统的并发处理能力提出了更高的要求。同时作为主流存储设备,机械硬盘（Hard-Drive Disk,HDD）,固态硬盘（SolidState Disk,SSD）和非易失性内存（Non-Volatile Memory,NVM）的性能和容量也在不断提升。因此学术界和工业界需要探索和研究新型文件系统,以充分发挥存储设备的特性,提升文件系统的并发处理能力,满足数据处理应用日益增长的吞吐量需求。传统文件系统普遍采用基于标准POSIX（Portable Operating System Interface）文件接口的单文件处理方式,这种方式难以提升批量文件的处理效率。此外,经典文件系统主要是面向并发能力有限的机械磁盘设计的,不太适应新型NVM和SSD设备。因此,本文从文件系统批量、并发处理入手,重点研究面向批量文件高效存取的文件系统新访问方式,面向并行度有限的NVM的可扩展文件系统和面向NVM和SSD高性能混合存储的并行文件系统,以期为未来新型文件系统架构提供理论和关键技术支持。本文的主要研究内容和创新点如下:针对文件系统批量访问的低效性,提出了基于两阶段访问机制的批量文件存取方案。现有文件系统标准POSIX接口仅提供单文件访问方式。每个文件的存取操作都通常需要遍历整个存储栈,并产生元数据I/O和数据I/O来访问不同存储位置上的元数据和文件数据。当批量存取文件时,这种单文件访问方式会产生大量小而离散的I/O。为了提升批量文件访问性能,首先通过实验和量化分析了批量文件访问效率低下的根本原因。然后,提出了一种优化的批量文件访问方法BFO（Batch-File Operations）。BFO使用两阶段访问机制来分别、分批地访问所有文件元数据和数据部分,并设计了批量文件读（BFOr）和批量文件写（BFOw）操作。基于这两个操作,进一步提出了一种高效的批量文件迁移方法BFOm。实验结果表明,BFO的批量文件读、写性能始终高于现有的单文件访问方式。具体来说,在HDD和SSD上,BFO分别将读性能最多提升了22.4倍和1.8倍;写性能最多提升了111.4倍和2.9倍。此外,BFOm同样显著降低了整体数据迁移时间。针对NVM设备内在的有限并行性,提出了基于细粒度并发控制的高可扩展NVM文件系统。Intel傲腾NVM设备表现出有限的并行性,特别是写操作,这个特性通常被现有的NVM文件系统所忽视。此外,NVM文件系统内部的并发控制也限制了其在高性能NVM上的扩展性。因此,提出了一种新型的可扩展持久内存文件系统SPMFS（Scalable Persistent Memory File System）。SPMFS首先将文件系统的全局元数据结构细分到每个处理器核上,以均衡负载和缓解资源争用;其次,SPMFS提供了一个细粒度的访问范围锁来支持对文件的并发访问;最后,SPMFS引入了专用的I/O线程池,分离用户线程I/O过程,保证NVM维持最佳的写并行性。实验结果表明,SPMFS展现了良好的扩展性,在不牺牲读性能的前提下,SPMFS可实现高达2.37倍写吞吐率的提升。针对NVM和SSD混合分级存储架构中的低I/O利用率的问题,提出了面向高性能混合存储的并行文件系统。NVM和SSD能组成高性能的、高性价比的混合存储系统。但是,传统分层存储系统架构往往会过度使用上层昂贵的NVM设备,而不能充分发挥下层SSD的I/O能力。为了充分利用这种混合系统的全部I/O能力,提出了一种新型的NVM-SSD并行文件系统NSPFS（NVM-SSD Parallelized File System）。NSPFS首先使用了一个异构全局数据布局,和混合inode及自适应索引结构来统一管理和索引混合存储空间;其次,NSPFS提供了一种动态写分配机制,可以策略性地将写请求定向到NVM和/或SSD;最后,NSPFS采用了一个多线程的I/O调度机制来发挥多设备内部的并行度,并引入了一个冷热感知的数据迁移策略,根据数据热度变化在设备间自动重新分布数据。实验结果表明,NSPFS分别提升2.83倍和8.19倍的读和写吞吐率。