随着物联网、人工智能、第五代移动通信网络（5G）等技术的高速发展,应用程序的功能变得越来越丰富。这些功能丰富的应用程序在带来前所未有的用户体验的同时,产生的数据量呈爆炸式增长,给存储系统带来了巨大压力。为了持久化存储海量数据,闪存固态盘具有大容量、小体积和抗震动等优点,被广泛地部署在数据中心、个人电脑以及嵌入式系统中。然而,面对上层应用程序的不断革新,传统的存储软件难以持续发挥闪存固态盘的高吞吐、低时延等特性。尤其在多个应用程序并发访问时,传统的闪存固态盘在读写性能、使用寿命和公平性访问等方面仍有待进一步提高。因此,本文面向多应用程序共享闪存固态盘的场景,研究存储软件的性能优化技术,以充分发挥闪存固态盘的潜能。本文首先研究了多应用程序在闪存固态盘中的性能隔离机制,减少应用程序之间的访问冲突,提升闪存固态盘的读写性能。然后,针对性能隔离的闪存固态盘,本文提出了磨损均衡策略,以延长闪存固态盘的使用寿命。最后,根据新型存储协议的特性,本文展开了面向多应用程序的闪存固态盘公平性保障机制研究,以提高闪存固体盘的访问公平性。本文主要进行如下三个方面的研究工作。（1）面向多应用程序的闪存固态盘读写性能优化研究。针对传统闪存固态盘在服务于多个应用程序时存在的性能问题,本文通过在物理上隔离多个应用程序,设计了自适应的闪存通道分配机制SSDKeeper。考虑到应用程序的访问模式存在多样性,本文提出采用机器学习辅助的方法,实现存储资源适配,降低访问冲突。此外,为进一步提升闪存固态盘读写性能,本文提出混合页面分配算法,通过在隔离的闪存通道之间,采用动静结合的闪存物理页面分配方法,充分发挥闪存固态盘内部并行性。（2）面向多应用程序的闪存固态盘寿命优化研究。性能隔离的闪存固态盘在物理上实现隔离多个应用程序,减少应用程序之间的访问冲突。然而,闪存固态盘的寿命受到严重影响。寿命缩短的原因是各个应用程序的读写特性存在差异,导致它们在闪存通道内的擦除速率不同,造成磨损不均衡。因此,本文提出一种通道交换策略I-Swap。I-Swap以闪存通道为单位,定期交换不同应用程序的闪存通道,从而均衡每个闪存通道的磨损次数。此外,为降低通道交换时的数据迁移开销,本文通过探索应用程序的访问模式,提出了空闲时间感知的数据交换策略。（3）面向多应用程序的闪存固态盘公平性优化研究。当多个应用程序并发访问闪存固态盘时,传统的缓存管理机制缺乏公平性考虑,造成缓存区域的剧烈竞争,降低闪存固态盘的服务质量。针对此问题,本文提出一种基于DRAM预留的两阶段缓存管理机制Justitia,包括静态阶段和动态阶段。静态阶段通过预留固定容量的缓存槽,提高应用程序的缓存命中率,从而提升闪存固态盘的访问公平性。当所有缓存槽被占满时,动态阶段采用额外写回缓存槽的方式,持续保障公平性。此外,为了最小化动态阶段的数据写回开销,本文通过探索闪存固态盘内部并行性,提出了一种新颖的并行写回策略,减少请求等待时间。最后,在广泛使用的闪存固态盘模拟器上,本文对所提出的技术进行了实验验证。实验结果表明,本文提出的闪存通道分配机制能够实现存储资源适配,提高读写性能;本文提出的闪存通道交换策略可以均衡闪存通道的磨损次数,延长闪存固态盘寿命;本文提出的两阶段缓存管理机制能够提高缓存命中率,保障多应用程序的访问公平性。