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高速增长的互联网流量和网络带宽，为网络存储技术提供了广阔的应用前景，也对网络存储系统提出了新的挑战。由于多核并行、硬件加速和低功耗等优势，多核网络处理器成为一种可行的网络存储硬件平台方案。然而，在高速网络环境下，基于多核处理器的网络存储系统面临的关键技术问题主要有加速软件框架、并发I/O混沌化、传输层流量突发以及多核平台能耗等。针对上述技术挑战，本文对基于多核处理器的网络存储系统实现和优化的关键技术展开研究，尝试提供高吞吐、平稳、绿色的网络存储系统实现方案。 本文的主要研究成果和贡献总结如下: 1.透明加速软件框架:针对高速网络环境下，网络存储系统对协议加速和透明部署的两方面需求，提出了基于多核异构系统的网络存储透明加速软件框架，通过网络处理操作系统提供数据平面网络协议栈的加速处理，通过通用操作系统为上层业务提供通用接口和部署灵活性。(1)针对协议加速，一方面借助多核网络处理器的优势，在数据平面实现了一系列加速技术;另一方面进行了数据包和网卡队列两个层面的解耦设计，改善了多核可扩展性。(2)针对透明部署，底层数据平面对上层网络应用、控制/管理平面完全透明，提供了通用的开发、配置、管理接口。实验表明，所提出软件框架的性能密度优于传统Linux方案。 2.并发I/O流式调度:针对高速网络环境下，多核并行协议栈共享和并发访问存储目标端所产生的I/O混沌化问题，提出了基于访问热度的并发I/O流式调度算法P-Stream。P-Stream算法首先根据底层数据分布策略，将混沌化的I/O访问请求流化映射成I/O访问流;然后，通过基于回归拟合的流行度预测方法，得到每条I/O访问流的访问热度;最后，通过基于优先级加权的I/O流调度方法，将访问热度作为优先级权值，对I/O访问流进行统一调度。实验表明，P-Stream算法可以显著提升多核网络存储系统的吞吐性能，同时带来时延抖动、流公平性的改善。 3.传输层流量平滑:针对高速网络环境下，网络存储系统传输层流量突发和抖动的问题，分析了传统TCP算法拥塞控制策略的局限性，提出了基于速率控制的TCP流量平滑单边算法TCP-SRP，并探讨了基于透明加速软件框架的TCP-SRP算法部署。不同于传统TCP“窗口+AIMD”的拥塞控制方式，TCP-SRP算法通过控制数据包发送速率来实现拥塞控制，避免TCP稳态流量锯齿形震荡，从而改善流量平稳性。TCP-SRP采用TCP NewReno的流量模型来保证TCP友好性，并通过引入丢包事件概率和超时退避策略来处理网络状况欠佳时的丢包和超时情况。另外，TCP-SRP通过对丢包事件敏感性的改进，缓解了RBP(Rate basedPacing)类算法在高拥塞环境下带宽竞争力不足的问题。实验表明，与广泛应用的TCP NewReno相比，TCP-SRP改善了传输层流量平稳性，且在高拥塞环境下效果更优，同时具备很好的协议间公平性（TCP友好性）。 4.多核平台节能调度:针对高速网络环境下，工作负载频繁突发和波动引发的多核平台能耗开销，提出了基于划分-反馈的多核节能调度算法MCSRT-GF。MCSRT-GF算法通过启发式分组和热度优先调度方法，减少了处理核心负载强度频繁切换带来的能耗开销，并自动回收了动态松弛时间。同时，MCSRT-GF通过简单反馈准确估计了处理核心负载强度和处理能力，为服务质量提供保证。实验表明，MCSRT-GF算法改善了同类调度方法的节能效果。