随着计算机技术的发展以及用户对于存储需求的日益增长，主动存储系统成为热点研究。如何利用未来存储设备上的计算能力来支持高性能的计算和高效的存储访问成为问题的关键。本文首先提出了存储对象和应用对象相结合的设备访问接口结构，并提出了一种主动存储系统的可扩展模型，该模型有效地利用设备的物理特征来提高设备访问性能，在该模型的基础上提出了存储管理系统中优化服务质量的算法。在这些研究的基础上，设计并实现了一个基于主动存储设备的分布式存储系统，取得了较好的效果。 本文的贡献主要包括以下几个方面：(1)提出了一种主动存储体系结构的计算和存储访问模型，同时研究和分析了该模型相对于传统存储系统的性能优势，并探讨了适用于该计算模型的应用实例。实验结果表明基于该模型所完成的并行数据敏感性应用任务在性能方面得到了显著提高。 (2)提出了一种在主动存储设备上构建分布式存储系统的可扩展元数据访问机制。基于该机制构建的分布式存储系统能够保证系统的元数据访问具有良好的可扩展性能。实验数据表明，使用该机制的系统，随存储结点的增加吞吐率呈近似线性扩展。 (3)提出了一种利用主动存储设备上的计算能力通过理解设备的物理特征来提高I/O访问性能的机制。利用本方法可以针对不同访问模式的数据进行相应的优化处理。实验数据表明，对于同步的I/O写请求，本方法能够将性能提高5-8倍左右。 (4)提出了一种保证服务质量(QoS)的虚拟存储空间管理算法。该算法能够针对用户的不同级别和访问要求支持相应的服务质量。在充分利用整体资源的条件下，对于高优先权的用户分配较多的存储资源；同时尽可能地保证低优先权用户的权益。 (5)设计了一个主动存储设备(TOSD)。该设备采用了本文中的部分研究成果，支持高效的、事务的并发访问。并且基于该主动设备完成了一个分布式存储系统——TODS，该系统的特点是提供透明持久化的对象式访问接口，能够提供便捷的、高效的分布式数据存储功能。同时在该系统的基础上开发了一个可扩展的Email服务应用。