江门中微子实验(JUNO)是我国的重大基础科学研究项目,其探测器位于中国广东省,距离阳江和台山核电站大约53千米处,目前正处于建设阶段。JUNO的物理课题丰富,主要目标是测定中微子质量顺序及精确测量多个中微子振荡参数,同时也包括关于地球中微子、大气中微子、太阳中微子以及超新星中微子等的研究。JUNO离线软件系统是实验的重要组成部分,主要负责离线数据处理,包括蒙特卡洛(MC)数据的产生、真实数据的收集、数据的刻度、重建,以及为数据分析提供平台和工具等功能。本论文研究的主要课题是JUNO离线软件的设计和开发,包括数据模型、数据管理模块、软件与物理结果验证系统以及并行计算技术的研究等。数据模型是JUNO离线软件系统的重要组成部分,它定义各个离线数据处理阶段中数据组织的形式与存储的格式,影响整个离线软件的功能与性能。JUNO实验特殊的需求给数据模型的设计提出了挑战:中心探测器通过反贝塔衰变(IBD)触发的一对快、慢信号探测中微子,这要求MC数据模型提供快、慢信号关联的机制;由于物理目标的多样性,一部分特殊的数据分析需要结合一个事例在多个数据处理阶段的信息,因此需要提供多个处理步骤间数据关联的机制。针对这些特殊的需求,我们设计开发了 JUNO数据模型,其在满足数据处理基本需求的前提下提供了事例内部及事例间灵活的关联机制。数据管理系统是所有的离线数据处理软件共享的基础模块,包括数据内存管理和数据输入输出系统。其中内存管理是基于SNiPER框架的DataBuffer工具所开发的服务,负责管理内存中的数据模型对象,并为分析者提供多个物理事例的缓存机制,以方便其开发IBD事例的挑选算法。输入输出系统则负责转换内存中暂态的数据模型对象和持久态的数据文件。由于JUNO探测器庞大的规模,以及数据的低信噪比特点,数据的输入和输出将成为严重影响软件性能的瓶颈。因此我们基于JUNO数据模型设计了支持惰性加载技术的数据输入输出系统,以减少数据输入输出带来的开销。目前,支持并行计算技术的JUNO离线软件原型正处于设计与开发阶段,而数据模型和数据管理系统的并行化是其重点与难点。本论文讨论在并发环境下JUNO离线软件原型的设计,及数据模型和数据管理系统设计的改进,以满足并行计算的要求。离线软件的验证系统是保证物理结果正确并提高软件质量的重要工具,包括两个层次:第一层次是以软件包为单位的单元测试,用于检测单个软件包是否可以正确运行以及运行性能是否正常;第二层次是物理结果的验证,用于检测离线软件整体是否正常及结果是否可靠。为了实现这两个层次的验证功能,我们开发了 JunoTest软件包,并在JUNO离线软件中进行了推广和应用,使其成为保障离线软件系统功能和性能的重要工具。本论文介绍JunoTest的设计与开发,以及利用其进行的一系列关于数据模型和数据管理模块的性能测试结果。测试结果表明数据模型及数据管理模块的设计可以满足JUNO实验的要求。