进入二十一世纪后，信息呈现爆炸式地增长，数字信息化的加深使得数据的重要性日益提高，企业对存储系统的备份与恢复功能提出了越来越高的要求，快照技术因其快速的即时备份，且生产副本和数据副本可以并发存在，成为数据备份研究领域广泛采用的一种技术。但是，目前的快照系统普遍存在着随机读写性能不足的问题，进而影响到整个系统的性能。快照随机读写性能差的根本原因在于其底层物理设备的随机性能差，因此，解决问题的关键在于使用高性能的存储设备，但又不能对成本产生太大的影响。　　为了同时解决这两个问题，本文首先提出了一种层次化的、包含多级缓存的快照系统框架。通过对快照系统的各个功能进行抽象并加以分层，分离快照语义、数据缓存和资源管理等功能，降低了系统的复杂度，提高了系统的可维护性和通用性;通过在快照系统中同时集成内存缓存与SSD缓存，既提高了快照系统的随机读写性能，又不会对成本产生过多的影响。　　然后，基于该框架并结合具体的应用环境，设计并实现了一种兼容BW-RAID存储系统的多级缓存快照系统MCSS。MCSS包含内存与SSD两级缓存，通过把缓存设备包裹在两个配对的快照设备之间，既解决了缓存冗余问题，又支持了缓存设备的精准预取。　　针对多级缓存快照框架有可能导致BW-RAID数据重映射不一致的问题，通过在缓存设备之间添加快照语义设备，阻止缓存设备在重映射期间发生数据流动，保证了数据重映射的正确性，实现了MCSS对BW-RAID存储系统的完全兼容。　　针对缓存块管理粒度过大，导致下层设备带宽开销过大的问题，本文设计的多级缓存快照系统是一种支持差异粒度的快照系统。小粒度的缓存层提高了快照系统的随机读写性能，大粒度的资源管理层提高了资源管理效率，并降低系统开销。　　测试结果表明，在同样的配置条件下，MCSS的随机读写性能分别比与缓存配合的通用快照系统CGSS高出3.1倍和12倍，比Linux的逻辑卷管理器LVM2高出3.1倍和7.4倍，由此证明了多级缓存快照系统的正确性与高效性。