闪存首先由东芝公司于1984年提出，此后因特尔公司和日立公司相继推出其产品。闪存由于性能更好、体积小、抗震以及低功耗等优良特点已广泛应用于移动设备和嵌入式设备，随着其容量的不断增大和云计算的要求，闪存将在海量数据处理中发挥重要作用，如近几年来推出的服务器闪存、全闪存阵列等产品将广泛应用于企业级服务器和数据中心。然而由于闪存的介质特性和I/O特点与磁盘迥异，因此针对复杂应用环境下大容量闪存的数据存储管理、缓冲区管理、数据索引将成为新的研究热点。其中闪存存储管理是研究根基，不同的存储管理对闪存的性能、空间利用率及寿命有重要的影响。缓冲区管理作为又一个提高闪存性能和寿命的有效而重要的手段也在学术界和工业界受到了较多关注。　　 虽然目前的闪存存储管理都在各自的领域解决了一定的问题，如或优化I/O性能、或优化闪存寿命、或者解决磨损平衡问题，但是大部分并没有充分的利用闪存，尤其在针对块内页数较多的大容量闪存时，闪存的空间利用率会进一步降低，从而会进一步加重使用闪存，对其寿命和性能带来影响。针对闪存的缓冲区管理，目前的研究中缓冲区的置换策略和写回策略大都是固定的，而在复杂的企业级环境中由于数据访问一致性较差，容易造成缓冲区不能及时反应I/O访问模式的变化;而且算法设计仅停留在缓冲区的层次，由于闪存的存储状况往往会影响I/O响应速度，进而对缓冲区的性能和闪存的寿命带来影响，因此应对复杂应用环境的缓冲区设计应考虑更多因素。　　 本文对目前闪存存储系统的研究成果进行了总结，分析了其中关键设计问题，针对复杂应用环境下的大容量闪存设备，在缓冲区管理、闪存空间利用率优化两方面进行了研究，并提出相应的解决方案。具体而言，本文的主要工作如下:　　 (1)本文提出一种基于闪存的自适应的混合粒度聚簇的缓冲区算法h-Buffer。算法在设计过程中从整个闪存存储系统的高度充分与应用环境和闪存存储管理结合起来，同时考虑缓冲区命中率、I/O负载状况，及即时的闪存存储状况;并将置换策略和写回策略动态化。实验表明h-Buffer在性能和闪存寿命方面均优于其它算法。　　 (2)针对块内页数较多的大容量闪存，本文提出一种基于块内域相连的闪存存储管理策略RA-RAST。通过使用一种全新的日志和数据的映射方式，并且使用自适应的重用机制，大大提升了闪存块的空间利用率，减小了闪存磨损。