数字化信息的爆炸性增长，对存储系统的性能、扩展性和可用性等提出了较高的要求。磁盘阵列（Redundant Array of Independent Disk, RAID）作为存储系统中的核心存储设备，其以可靠性高、并行性好等优点，从提出之日起就备受学术界和产业界的关注。然而现有磁盘阵列所采用的集中式控制结构容易产生性能瓶颈，且扩展性不好。高端企业级磁盘阵列往往采用专用的硬件部件，并通过高度冗余的结构设计和定制的通道结构来提高阵列的性能和可靠性，但这些方法价格昂贵且升级困难。因此，探寻一种具有高性价比、高可靠、易扩展的大规模磁盘阵列组织方法，来应对飞速增长的存储需求，已成为摆在研究者面前的重要课题。　　 采用标准存储单元构建模块化存储系统是当前存储系统的发展趋势，该方法具有性价比高和扩展性好等优点，但现有模块化存储系统研究忽略了存储单元之间的组织结构，借鉴高性能计算领域中的拓扑结构研究，并考虑到存储系统I/O访问自身的特点，提出了一种模块化树结构互联的分层磁盘阵列结构MT2RAID（Modular Tree-connected Multi-Tier RAID）。MT2RAID由标准的存储系统单元组成，其中每个存储单元包含CPU、内存、磁盘和接口部件等，存储单元之间通过胖树结构互联通道进行连接。　　 在MT2RAID结构中，每个存储单元都是一个独立的存储子系统，由于其由标准部件组成，只能提供有限的性能和可靠性，为了满足系统不同性能和可靠性的要求，设计并实现了三种不同的数据分布方式，MT2RAID-S采用无校验块交叉方式，MT2RAID-M采用分级镜像方式，MT2RAID-P采用分级块交叉奇偶校验方式。考虑到MT2RAID层次性结构的特点，进而又采用层间写日志方法和层间缓存方法来进一步优化系统读写性能。　　 与集中式磁盘阵列结构相比，MT2RAID结构在性价比和扩展性上具有很大优势，但MT2RAID结构中每个存储单元的资源有限。为了最大限度地提高MT2RAID结构的性能，采用全局协作缓存管理方法，充分利用MT2RAID结构中其它存储单元的空闲缓存资源，在不增加每个存储单元内存大小的情况下，提高MT2RAID结构中缓存资源的利用率，减少磁盘I/O。同时，MT2RAID全局缓存空间大小也会随着系统中存储单元的增加而线性增长。　　 MT2RAID作为一个由模块化存储单元构成的大规模磁盘阵列结构，其存储空间管理是需要解决的另一个重要问题，随着应用需求的增加，存储系统应能提供灵活多变的存储服务。MT2RAID通过内部存储虚拟化方法将各存储单元的存储空间形成一个虚拟存储池，进行统一管理，并根据外部应用需求进行动态分配，这种方式还有利于提高存储单元中磁盘存储空间的利用率。　　 磁盘阵列、数据复制和和远程镜像等技术，可以在磁盘出现故障或站点失效时，对系统中的数据提供有效的保护，但无法避免软件缺陷、病毒攻击和人为操作失误等软故障导致的数据丢失。结合MT2RAID结构分层的特点，采用持续数据保护、快照和数据备份等技术构成一个多级数据可恢复方法，在不同层提供不同的访问性能、数据可靠性和数据可恢复性。针对现有写时拷贝快照和持续数据保护方法中写操作开销较大的缺点，提出多线程并发执行和日志方式的优化方法，分析及实验结果表明，这些优化方法可有效地提高快照和持续数据保护方法的性能。　　 绿色节能是当前数据中心发展的趋势，MT2RAID作为一种大规模磁盘存储系统结构，其能量消耗也是需要关注的问题。现有的基于磁盘中数据分布的节能方法，主要从提高数据命中率的角度出发，而忽略了访问缺失对磁盘状态的影响，进而影响到磁盘存储系统的节能效果。通过对访问负载的分析，提出一种基于数据聚集的节能方法，其将经常访问且关联性较强的数据聚集到少数活动磁盘中，以延长其他磁盘处于空闲状态的时间。该方法的另一个好处是，通过将经常访问的数据聚集到一起进行放置，还可以有效地减少磁头臂的寻道时间和旋转等待延迟，在提高访问性能的同时进一步减少活动磁盘的能耗。