在过去的几十年,计算机存储系统与CPU之间的性能差距进一步拉大,特别是随着多核技术的发展,这种差距还将越来越大。与此同时,出现了互联网、移动网络等新型应用,导致数据处理和存储规模的急剧增长,存储系统成为制约计算机性能提高的瓶颈。尽管传统的存储系统采用了很多提高I/O性能的技术,例如缓存、RAID并行机制、预取机制等,但并不能从根本上改善存储系统的性能。近年来,NAND闪存的低延迟、低能耗、体积小、抗震等优点,使之被广泛的应用于便携式电子设备。随着闪存的价格逐年下降,基于NAND闪存的固态硬盘越来越多的应用在个人PC和企业存储系统。但固态硬盘不支持原地更新、读写不对称等缺点,使之不能够完全的取代传统机械硬盘。因此,采用机械硬盘和固态硬盘的混合硬盘技术随之产生了,大多数的混合硬盘将固态硬盘作为机械硬盘的缓存。并没有充分发挥机械硬盘和固态硬盘各自的长处。本文主要研究了机械硬盘和固态硬盘的相关策略和方法,其主要目标是提高存储系统的性能。主要研究内容包括:机械硬盘的I/O调度策略的研究、NAND闪存转换层策略的研究、基于固态硬盘的RAID-6技术的研究和混合磁盘数据分布方案的研究。本文的具体研究如下:一、针对机械硬盘预期调度算法不能适应负载的动态变化,提出了一种基于负载特性的和服务时间评估的预期调度算法(Workload Characteristic and Service Time Evaluation AS),简称WPCAS。该算法依据负载特性为每类进程指定不同的预期周期长度,并且根据服务时间决定是否预期下一个I/O请求。二、针对闪存转换层(FTL)的BAST和FAST策略会带来昂贵的垃圾回收开销,提出了一种基于页面写相关的闪存转换层策略(Page Write-related Sector Translation),简称PWRST。该策略主要将写相关的页面存储在同一数据块。达到提高固态硬盘性能和延长固态硬盘使用寿命的目标。三、针对传统的RAID-6会带来校验信息的频繁更新,降低磁盘阵列的性能和缩短固态硬盘的使用寿命,提出了一种延迟写入校验信息的PRAID-6(Parity RAID-6)。这种方案在数据更新时,只计算部分校验块,并将部分校验块写入非易失性存储器。当垃圾回收发生时,计算完整的校验信息,写入固态硬盘。PRAID-6降低了磁盘阵列的响应时间和延缓了固态硬盘的损耗。四、通过分析了实际存储系统运行的负载,并综合考虑了机械硬盘和固态硬盘各自的优缺点,提出了一种混合磁盘阵列架构(HRAID-5)。HRAID-5由多个机械硬盘和1个固态硬盘组成,采用了动态数据迁移和延迟校验更新策略。满足了现代企业存储系统的大容量、高性能、可靠性和低成本的要求。本文对机械硬盘和固态硬盘的特性进行了深入的研究,并通过实验验证了所提出方案和策略的可行性,在理论分析和实际应用中都具有重要意义。