近年来,纠删码技术因存储开销小、容错能力强的优点而被分布式存储系统广泛应用。纠删码的高修复开销不仅降低了数据恢复效率,还影响了系统的整体性能。局部性修复编码(Locally Repairable Codes,LRC码)使用额外的存储开销来提升单节点修复效率,但因为采用水平结构,仍消耗了大量稀缺的机架间修复带宽,对修复性能的优化效果有限。针对存储集群的层次架构对LRC码进行改进,本项研究做了以下工作:首先提出了分层LRC码(Layered LRC,LLRC),给出了基于分层放置和修复的LLRC框架,将LRC码条带内的多个编码块放在同一机架内,将修复过程分为机架内修复和机架间修复两阶段;提出了基于该框架的两种LLRC码,以及对应的放置和修复方法;还给出了一种底层LRC码的构造方法;接着分析了LLRC码的可靠性与开销,修复开销分析显示LLRC码可以大幅减少修复消耗的机架间带宽,编码容错能力分析说明LLRC码具有可观的存储容错效率,系统可靠性分析显示LLRC码系统因修复效率更高而获得了更高的可靠性,开销收益分析显示LLRC码达到了更好的存储开销-机架间修复带宽开销的权衡;还设计并实现了一个LLRC码原型存储系统,以仿真分布式存储系统中的读写和编解码过程,并在该系统中实现了LLRC码等多种编码策略。对LLRC码修复性能的测试结果表明:机架间的网络传输确实限制了编码存储系统的修复性能;LLRC码则通过减少机架间修复带宽大幅提升了修复性能,与LRC码相比,LLRC码的降级读时间最多减少了69.5%,节点恢复效率最多提升了292.6%。