磁盘已经成为计算机存储系统的主要性能瓶颈,而固态盘是基于闪存的存储设备,具有读写性能高、能耗低和抗震性好等优点,近年来在个人电脑、移动设备、虚拟机服务器、高性能企业级存储系统等领域得到广泛应用。传统的计算机存储系统的缓存管理算法通常基于磁盘存储设备,简单地将固态盘应用到现有存储系统中会遇到很多挑战性的问题,因此需要根据固态盘的介质特性对存储系统的缓存管理算法进行重新设计。本文针对固态盘的介质特点,提出基于固态盘存储介质特点的缓存管理算法。首先,针对固态盘的垃圾回收操作特性对缓存替换策略进行优化,提出垃圾回收感知的缓存替换算法(Garbage Collection aware Replacement,简称GCaR)。固态盘的垃圾回收操作会显著地影响固态盘的性能,并对存储系统的服务质量带来负面影响。GCaR通过在缓存中优先保存目的地址属于正在进行垃圾回收操作的闪存芯片的数据,使得发向该闪存芯片的用户I/O请求能够更多地在缓存得到响应,减少用户I/O请求和垃圾回收之间的冲突,从而降低用户I/O请求的平均响应时间。仿真实验结果显示,GCaR减轻了垃圾回收操作带来的性能降级问题,提高了固态盘存储系统的性能和服务质量。其次,利用固态盘多通道结构的并行性对缓存写回策略进行优化,提出多通道并行感知的缓存写回算法(Multi-channel Parallelism aware Write Back,简称MPWB)。缓存中的脏数据通常在被替换时被动写回到固态盘中,新数据需要等待脏数据的写回操作完成后才能写入缓存中,增加了用户I/O请求的响应时间。MPWB在触发一次写回操作时,主动将缓存中属于不同通道的脏数据写回到固态盘中,即用一次写回的时间开销并行写回多个脏数据块。仿真实验结果显示,MPWB降低了缓存的写回开销,提高了固态盘存储系统的性能。上述缓存管理的两个关键技术,分别从感知垃圾回收和固态盘内部并行性的角度充分挖掘固态盘的介质特性,优化固态盘的缓存管理算法以提高固态盘存储系统的性能,从而提高固态盘存储系统的服务质量。