随着高性能计算应用领域的不断增加和数字化信息规模的不断扩展,使得存储系统在高性能计算机中占据了越来越重要的地位。同时对存储系统的性能也提出了更高的要求,主要包括:高速的I/O传输能力、并发的分组处理能力,拥塞控制,用户带宽保证,高可靠性等。存储网关作为存储网络节点之间通信的枢纽,其性能高低对存储系统有很大影响。然而,传统存储网关也面临一些问题:软件开销大、拥塞控制复杂、用户带宽合理划分难度大等。针对高性能计算存储访问及存储网关所面临的严峻挑战,在深入研究当前高性能计算存储系统架构的基础上,同时借鉴软件定义存储技术的思想,本文提出了面向高性能计算的软件定义存储网关SoSG(Software-defined Storage Gateway)的模型。本文的主要工作和创新点包括:1)提出了软件定义存储网关的概念和模型。设计了软件定义存储网关SoSG的控制平面、转发平面的功能模块及控制器与存储网关之间的抽象表示和相关接口,从而使得网络配置更加灵活、快捷,系统管理更加方便,故障排查更加容易。详细描述了SoSG的工作原理和工作流程,提出了用户策略的解析映射机制以及数据平面处理流程。2)对软件定义存储网关的关键技术进行了详细分析及深入研究;根据异构网络场景建立多节点流量分配模型,提出基于用户需求及网关资源现状的准入控制算法,降低网络拥塞发生概率,满足用户对带宽资源的需求;深入研究存储网关及IB节点的地址映射机制,实现报文快速转发,解决协议转换过程中软件开销大的问题;研究SoSG IB接口的速率调节机制及实现过程,实现网关对接口速率协商实时性的要求,有效解决了网关耗能问题。3)对软件定义存储网关实现模型进行详细设计。对SoSG的应用场景、实现模型进行了设定。对SoSG接口实现模型进行深入分析,为IB接口链路初始化及速率动态调节提供理论基础。对SoSG各模块的具体功能进行详细设计与实现,提高了各模块之间的关联性及其工作效率,保证SoSG整体性能的提升。详细描述SoSG的工作流程,包括开放的控制策略映射方法及多协议数据平面处理流程,使得SoSG更加清晰易懂。4)测试软件定义存储网关的原型系统性能并对其性能进行分析。结果表明,SoSG原型系统实现了以太网与IB网络之间数据流的高速转发,用户带宽需求能够得到很好的保证,SoSG IB接口速率可以实时进行动态调节,系统管理的工作量大幅度减小。本文提出的软件定义存储网关具有很高的可用性,适合部署到实际的环境中去。综上所述,为了解决目前存储系统及存储网关存在的问题,本文提出了面向高性能计算的软件定义存储网关SoSG。由于该模型的易用性、可行性、可靠性等特点,对于高性能存储系统中存储网关的设计具有参考价值和实用价值。