三維閃存作為主流存儲介質(zhì)，廣泛運用于企業(yè)級高性能計算機和嵌入式系統(tǒng)。但是由于訪問輔助存儲介質(zhì)的存儲原語沒有發(fā)生改變，存儲原語強迫三維閃存這類存儲介質(zhì)的存儲方式必須和磁盤這一類的塊設備保持相同的存儲方式。最近，一些學者針對非易失性存儲器提出了新的存儲原語，他們試圖研究新的存儲原語在非易失性存儲器的潛在價值。雖然新的存儲原語通過虛擬地址到邏輯地址的地址映射來有效的減少訪問存儲器的時間，但是這些新的存儲原語仍然存在問題：首先，這些新的存儲原語需要內(nèi)存存儲大量的虛擬地址到邏輯地址的地址映射；其次，當數(shù)據(jù)更新時，存儲原語需要額外的支持。額外的支持不僅包括讀寫操作等，還包括三維閃存存儲空間。額外的支持會導致訪問三維閃存的時間增加，同時使得三維閃存存儲空間利用率降低。

　　相對于二維閃存，三維閃存具有存儲容量大、編程干擾少、訪問延遲低等特點。不同于傳統(tǒng)的二維閃存制作工藝相比，三維閃存采用電荷擷取機制。然而，制作三維閃存的現(xiàn)有工藝不能保證多個閃存在堆疊時實現(xiàn)完美的垂直插入，特別是在20納米以下的制程。制程變異會導致電子分布不均勻，并會導致三維閃存存儲的數(shù)據(jù)不完整及可靠性降低，

　　本文針對三維閃存現(xiàn)存的這兩個突出問題展開研究。首先，本文提出一種名為ESP的優(yōu)化方案。該優(yōu)化方案將新提出的存儲原語與虛擬化結(jié)合，來優(yōu)化三維閃存存儲系統(tǒng)。我們提出了兩種策略：策略一是虛擬復制；策略二是地址映射預取。這兩種策略將有效解決新興存儲原語運用到三維閃存時所存在的問題。這兩種策略主要降低訪問三維閃存的時間，同時確保內(nèi)存中的地址映射可以很好地被應用。我們將ESP優(yōu)化方案運用到嵌入式開發(fā)平臺中，評估ESP了優(yōu)化方案。實驗結(jié)果顯示ESP優(yōu)化方案可以有效地提高三維閃存的讀／寫操作性能，并降低30%的垃圾回收操作。

　　其次，本文提出了名為P-Alloc的優(yōu)化方案。該優(yōu)化方案解決制程變異所帶來的數(shù)據(jù)可靠性低的問題。P-Alloc優(yōu)化方案分別從三維閃存硬件本身和閃存存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)提供支持，有針對性地為數(shù)據(jù)分配存儲空間。P-Alloc優(yōu)化方案預測三維閃存物理塊的存儲性能，并試圖將關鍵數(shù)據(jù)分配給相對可靠的物理塊中。P-Alloc優(yōu)化方案也采用基于硬件的電壓閡值變化，進一步提高三維閃存存儲數(shù)據(jù)的可靠性。我們將P-Alloc優(yōu)化方案運用于各種實際的工作負載，證明其優(yōu)化的可行性。我們的實驗結(jié)果顯示，相較于基準實驗，P-Alloc優(yōu)化方案可以提高三維閃存存儲數(shù)據(jù)的可靠性，并降低訪問三維閃存的延遲。
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