随着大数据技术的飞速发展,传统的机械硬盘已经无法满足当前海量存储的性能需求,闪存凭借其高性能、低能耗、高可靠和抗震等优点脱颖而出,然而闪存具有非对称的I/O操作延迟、写前擦除和有限的寿命等缺陷,需要设计面向闪存的缓冲区算法来优化闪存的性能。当前面向闪存的缓冲区优化算法研究仍然不够成熟:一方面,缓冲区管理算法没有深入考虑访问负载的局部性特征导致性能有限;另一方面,地址映射算法存在映射项命中率低且垃圾回收代价高的缺陷。针对上述两个问题,本文分别提出基于动态页面权重的缓冲区管理算法以及局部性感知的闪存页级地址映射算法。本文的创新点和主要工作体现在如下方面:1.针对现有的闪存缓冲区管理算法没有深入挖掘访问负载的局部性特征导致性能有限的问题,本文提出了一种基于动态页面权重的缓冲区管理算法(Dynamic Page Weight LRU,DPW-LRU)。该算法根据页面的访问模式和访问频率对页面进行分类,将缓冲区划分为工作区和交换区并设计了页面迁移策略。此外算法通过对缓冲区页面的时间局部性、驱逐代价和新颖性进行评估,从而计算动态页面权重,作为页面迁移的依据,算法通过对页面综合考虑其访问局部性特征,提升闪存缓冲区命中率并降低访问开销。2.针对现有的页级地址映射算法映射项命中率低且垃圾回收代价高的问题,本文提出了一种局部性感知的闪存页级地址映射算法(Locality-aware Page-level Mapping,LPM)。该算法在考虑映射项局部性特征的基础上设计了缓冲区划分策略,将缓冲区划分为顺序缓存映射表、工作缓存映射表和交换缓存映射表,实行顺序地址映射项压缩和预取,利用映射项邻近性减少缓冲区空间占用并提高命中率。此外算法还设计了基于聚类的回写聚集策略,通过提高页面在数据块中的局部性,减少块擦除次数和响应时间。3.本文通过使用Flash-DBSim和FlashSim两个闪存存储系统仿真平台,实现了 DPW-LRU算法和LPM算法。经过多组实验对比,从命中率、写操作以及总延迟等方面,验证了本文所提出算法的有效性。实验结果表明,DPW-LRU算法相比LRU算法提高了 8.3%的命中率,减少了 22.6%的写操作和18.8%的总延迟;LPM算法对比DFTL算法,提高了 8.5%的命中率,减少了 10.5%的块擦除次数以及12.3%的响应时间。