高速缓冲存储器对于平衡上层计算组件和底层存储设备间的速度差异有着很重要的作用。有效的缓存管理方案不仅能够提升上层计算组件的计算速度，还能够降低访问底层存储设备的I/O次数。然而，现有的缓存替换算法仅考虑磁盘阵列在正常模式下的情况，而没有考虑如何提高磁盘阵列在失效模式下的性能，例如在基于条带的磁盘阵列存在失效盘的情况下，这些算法都不能使缓存发挥最优的性能。为了解决这一问题，提出了一种新型的缓存替换方案来提升由磁盘阵列和高速缓存构成的存储系统的可靠性和读写性能，并将其命名为VDF（Victim Disk First）。VDF的基本思想是：当存在失效盘的情况下，给予失效盘上的数据块更高的缓存优先级，进而减少对失效盘的I/O请求数。由于对失效盘的一次请求会被RAID算法层转化成为有效盘的多次请求，因此减少对失效盘的I/O请求数，有利于降低失效模式下磁盘的总体访问次数。另外，一个磁盘阵列的带宽是有限的，通过VDF方案节省下来的带宽可用于重构过程或被其他应用占用，这样有利于提高磁盘阵列的可靠性和服务率。为了验证VDF的有效性，将VDF思想与LRU和LFU算法相结合，并分别命名为VDF-LRU和VDF-LFU。通过仿真实验可以发现VDF-LFU最多可以降低42.3%的磁盘I/O数，而VDF-LRU最多能够降低36.2%的磁盘I/O数。另外，将VDF算法运用到Linux内核中，使VDF与Linux内核中的页缓存替换算法相结合。通过实验可以看到，在重构模式下，VDF最多能够降低17.2%的重构时间，在降级模式下，VDF最多能够提升15.9%的系统吞吐率。