随着信息技术的快速发展和数据的爆炸性增长，计算机系统中硬盘的性能和基于平面NAND闪存的存储设备的容量受到了严峻的挑战，而存储介质技术上的创新则为其提供了有效的解决方案。3D NAND闪存通过在垂直方向上对闪存进行堆叠扩展，使得存储设备可以在维持闪存设备高性能的同时具有逼近甚至超过磁盘的存储密度。然而，3D NAND闪存技术在提高存储系统性能和容量的同时，带来的可靠性方面的风险不容忽视。例如，3D NAND闪存的可靠性特征尚未得到综合性的深入研究，3D NAND闪存带来的可靠性问题如何解决等。因此存储系统中3D NAND闪存存储的可靠性研究是目前计算机体系结构领域研究的热点。　　由于市场对存储容量要求的不断提高，而平面NAND闪存在按比例缩小的时候遇到物理极限，因此其已经不能满足用户在存储容量上的需求。为了解决这个问题，3D NAND闪存应运而生，但是由其结构上的创新带来的特征上的未知给闪存管理软件的设计带来了挑战。针对这个问题，采用基于FPGA的闪存测试平台对3D NAND闪存芯片进行综合性的测试，并从测试结果中提取出3D NAND闪存在性能和可靠性方面的特征，然后从物理级和电路级对所提取到的特征进行详细的分析。通过对3D NAND闪存的特征研究，能够更好的指导存储设备设计者设计出结合3D NAND闪存特征的高效和高可靠性闪存管理软件。　　3D NAND闪存的堆叠架构带来了其与平面NAND闪存不同的性能和可靠性特征，导致传统的、应用于平面NAND闪存的闪存管理软件被直接应用于3D NAND闪存时，会出现低性能和低可靠性的情况。为了克服这些问题，分析了传统的闪存管理软件会出现低性能和低可靠性的原因，然后基于对3D NAND闪存特征的提取和分析，指出了其中可以用于解决这些问题的特征。通过利用这些特征，例如错误的位置/数值相关性，提出了针对闪存管理软件中的地址映射、磨损均衡和垃圾回收等算法的优化方法，可以有效提高3D NAND闪存存储的性能和可靠性。　　3D NAND闪存结构上的创新使得读干扰引起的错误大幅增加。针对这个问题，提出了一种位置感知的重定向策略ALARM。ALARM利用3D NAND闪存中的读干扰程度与被读页的类型、被干扰页的类型以及两者相对位置间的相关性，并结合读请求分布的空间局部性，通过探测读热点页，并将其存储的数据进行重定向，从而大幅降低由读热点页产生的读干扰错误。实验数据表明：ALARM可以在0.70%的性能开销下，最大和平均比特错误率分别降低了99.49%和91.80%，3D NAND闪存存储的可靠性得到了极大的提高。