在大数据时代背景下,高性能应用与大数据紧密结合,来自科研领域应用的观测、实验和测试等方面的数据量迅速增加,高性能应用规模不断增大。应用普遍需要进行高强度的数据I/O,使得高性能计算应用的I/O需求快速增长,对高性能计算机存储子系统提出了高并行、高带宽、低延迟和超大容量的需求,存储系统正面临严峻的I/O压力。缓存技术是减轻高性能计算机系统I/O瓶颈的经典技术,为缓解分布式文件系统客户端I/O性能瓶颈,提升高性能计算机存储系统客户端在处理典型高性能应用时的性能,提出利用分布式文件系统客户端节点的空闲内存构建客户端缓存,并利用高性能计算机支持RDMA数据传输的机制对客户端缓存进一步优化,同时针对典型高性能应用的I/O特性优化缓存一致性策略与元数据访问机制。论文主要有以下几部分研究工作:(1)设计并实现分布式混合存储系统客户端缓存,通过对高性能计算机节点空闲内存资源进行组织管理构建客户端缓存,通过预读、写回优化客户端I/O性能。(2)利用高性能计算机支持RDMA数据传输机制,研究客户端缓存与RDMA缓存统一管理,避免数据I/O时在客户端内部多次内存拷贝,从而做到在高效利用空闲内存的同时提升用户程序的执行性能。(3)研究客户端缓存的一致性策略以及元数据优化策略,针对TH-1A上典型高性能应用的访问特性,实现一种阶段性一致性策略对客户端缓存的性能进行优化,并通过客户端元数据缓存对读性能进行优化。(4)将系统部署到TH-1A高性能计算机计算节点上,通过基准测试程序和典型的I/O密集型应用测试客户端I/O性能,并对测试结果进行深入分析。测试结果表明,本文实现的客户端缓存机制能够大幅提升客户端的I/O性能。