在过去的几十年中,以NAND闪存为存储介质的固态硬盘(solid-state drive,SSD)作为主流的存储设备已被广泛地部署在个人电脑、移动嵌入式设备和云系统中。为了维护读写请求中的逻辑地址和闪存物理地址之间的映射关系,一种称为映射缓存的内置随机存取存储器(built-in RAM),被放置在SSD中,RAM的容量有限,只能够存储有限数量的地址映射关系,目前的映射缓存的方案能够很好地适配传统文件系统的访问特性,例如Ext4文件系统。近年来,一种专门针对闪存设备特性而设计的文件系统,闪存友好型文件系统(F2FS),得到了广泛的关注,该文件系统从磁盘布局到数据更新方式都针对闪存进行了优化,因此其请求的访问模式与传统的文件系统有很大差异,然而这样的差异并没有被考虑到闪存控制器的映射缓存中,这会导致请求命中率的降低从而影响SSD性能,抵消掉F2FS的优势。针对这个问题,我们在本文进行了深入地研究和分析。另一方面,在如今的移动互联网时代,基于闪存的移动存储设备如智能手机、平板电脑、数码相机等占据了市场的半壁江山。为了统一目前市场上冗余繁杂的移动存储解决方案,通用闪存存储标准协议(UFS)被制定出来,相较于传统的eMMC、SD等标准,其具有更好的架构、高速率和低功耗的特点,有望成为未来移动设备的主流标配,针对UFS设备的研究也将成为新的热点。然而,目前还没有一款被公开或开源的UFS设备仿真器可以供科研和工程人员使用。针对这个问题,我们在本文进行了探索和研究。综上,本文主要完成了三个方面的工作。第一,我们对研究所涉及到的相关背景知识进行了调研,对闪存友好型文件系统和通用闪存存储设备的原理和特点进行了介绍和分析。这一部分的工作为我们后续的研究提供了理论基础和思路。第二,我们设计并实现了一种F2FS文件系统可感知的映射缓存方案,该方案能够适应F2FS文件系统的访问特征,有效地提高了读写性能。该工作的基本思想是将原有的映射缓存空间根据读、写请求在逻辑上分为两个区域,并引入一个参数来动态调节每个映射缓存空间的大小,以提高请求在映射缓存中的命中率。同时,我们还提出了一种有效的缓存映射条目淘汰机制。实验数据表明,我们提出的方法能够显著提高SSD的性能,平均的读请求延迟和平均的写请求延迟分别降低了31.2%和38.7%。第三,我们对UFS设备的仿真进行了调研和探索,尽管没有仿真出完整的UFS设备功能,但成功地构建出了上层驱动程序可以识别的主机控制器接口,实现了主机控制器与上层交互的功能逻辑,为系统暴露出了UFS设备的接口,这证明了我们工作的可行性,为今后完整的设备仿真打下了基础。