相变存储器(Phase Change Memory，PCRAM)是基于硫系化合物薄膜的随机存储器。它利用相变材料在晶态时的金属低阻特性和非晶态时的半导体高阻特性实现数据存储。PCRAM具有操作电压低，读取速度快，可以按位随机存取，疲劳特性优异，制作工艺简单且与现状成熟的CMOS工艺兼容等性能优势，被认为是最有可能在未来成为主流的非易失性随机存储器。目前PCRAM应用的主流存储架构是IBM提出的存储级内存(Storage Class Memory，SCM)。在这种新型存储架构下，PCRAM可以直接接入CPU总线，既可承担大规模数据存储任务，又可用作内存与二级存储间的缓存，为计算机系统延续了数十年的内外存架构提供了新选择。但是PCRAM在应用过程中仍然存在很多问题，SCM新型存储架构对当前的文件系统及数据管理方法都提出了新的要求。因此，在PCRAM大规模应用之前，如何设计和实现适用于PCRAM的随机访问文件系统并且提升文件系统的性能及寿命显得尤为重要。本文围绕这一关键技术，设计和实现了适用于PCRAM的随机访问文件系统，并结合其特性提出了延长PCRAM芯片使用寿命的磨损均衡算法。获得的主要成果如下：　　1、针对PCRAM的随机访问特性，在pramfs(Persistence RAM File System)方案和XIP(Executed In Place)技术的基础上设计了一种专用文件系统——RAFS(Random Access File System)。与现有文件系统相比，RAFS的主要特点分别为:(a)具有专门高效的体系结构和层级，它去掉了对非易失内存无用的页高速缓存机制page cache，IO调度机制io scheduler,以及block device，generic block layer等与块操作有关的层级，使得文件系统可以直接与底层硬件进行数据交换，从而减少了层级间的缓冲造成的数据多次迁移;(b)具有随机字节访问特性，读写操作的最小粒度是字节而不是逻辑块，提高了存储效率，解决了现有文件系统并不适合大量随机字节访问方式，仅在连续大块访问较时性能较优，在随机字节访问模式下性能较差的问题。　　2、编写测试代码对文件系统进行多种模式的程序测试，并使用IOZONE，strace，blktrace等测试工具进行性能测试。经过ext2（在ramdisk工具上运行），ext4（在ramdisk工具上运行）和RAFS的对比测试，RAFS在同等测试条件下性能最优，且具有明显的随机写访问速度优势。　　3、在分析现有闪存和PCRAM数据管理策略的基础上，提出一种易于实现，低内存消耗，适用于RAFS等随机访问文件系统的灵活分块磨损均衡算法。其基本思想是随着写请求指令的到来，对符合条件的块进行拆分或者合并操作，在维持低系统开销的同时有效分离冷热数据，使写操作均匀分布在整个存储空间，延长芯片使用寿命。　　4、当前仿真平台多针对块存储设备，为了对PCRAM的寿命进行衡量评估，对SSD仿真软件Flashsim源码进行修改，开发出pcramsim仿真平台，该平台可以模拟非易失性随机存储器中各个模块的功能，并且对运行在其中的算法进行性能评估，为自主提出的磨损均衡算法奠定了基础。通过仿真结果对灵活分块算法进行分析和比较，验证了所实现算法的性能优势。