闪存是近年来出现的一种新型存储介质,由于具有非易失性、高速、高抗震性、低功耗、小巧轻便等优良特性,闪存被广泛应用于嵌入式系统和便携式设备。由于早期闪存容量较小,因此闪存的应用原来大都局限在手机、数码相机、便携式媒体播放器等领域,但随着闪存容量的快速提高以及价格的不断降低,闪存逐渐开始应用于传统磁盘的应用领域。随着闪存的应用日益广泛,闪存逐渐成为一种重要的二级存储设备,所以闪存存储管理越来越受到研究者们的关注。由于在最近的几十年中,磁盘一直是主流的存储介质,所以目前主流的存储管理技术大多是基于磁盘的特性进行设计的。而现有的基于磁盘的存储管理机制无法直接支持闪存设备,其原因在于闪存与磁盘在物理结构、存取方式等方面均存在着显著的差异。因此,针对闪存特性,研究高效的闪存存储管理机制,具有十分重要的理论意义和应用价值。本论文对闪存存储管理领域的已有研究成果进行了总结,分析了闪存存储管理的关键问题,并在空间分配、垃圾回收、缓冲区置换策略等方面进行了研究,提出了相应的解决方法。论文首先对闪存的特性进行分析和总结,比较了NAND闪存和NOR闪存的异同,并对闪存存储管理领域的关键问题进行了详细介绍。空间分配是闪存存储管理中的一个关键问题。论文提出一种基于块集的闪存存储管理方法,根据逻辑块的更新负载将其分为冷块和热块,并采用不同的管理方式,从而在擦除次数和闪存空间利用率之间取得了良好的平衡。垃圾回收是闪存存储管理中的一个研究热点。论文提出一种基于双替换块模式的垃圾回收机制,根据逻辑块的更新页数目对其进行区分,并采用不同的管理方式,从而降低了垃圾回收的有效页复制开销。论文还关注了针对闪存的缓冲区页面置换算法,提出一种基于预期闪存访问开销的缓冲区置换算法,针对闪存写代价显著高于读代价的特性,根据页面的读写负载,对页面的预期访问开销进行评估,优先换出预期访问开销最低的页,从而降低了闪存访问开销。论文的主要贡献包括以下几个方面:(1)提出一种基于块集的闪存存储管理机制。该机制根据逻辑块的更新负载将其分为热块和冷块,并采用不同的管理方式,从而减少了擦除次数,同时也具有较好的空间利用率。(2)提出一种基于双替换块模式的垃圾回收机制。该机制根据逻辑块的更新页数目对其进行区分,并采用不同的管理方式,从而降低了垃圾回收的有效页复制开销,减少了擦除次数,并提高了垃圾回收效率。(3)提出一种基于预期闪存访问开销的缓冲区置换算法。该算法针对闪存写代价显著高于读代价的特性,根据页面的读写负载对其预期闪存访问开销进行评估,优先换出预期闪存访问开销最低的页,从而降低了闪存访问开销,并能够适应不同读写比例的访问负载。