固态硬盘（Solid State Drive,SSD）因其高吞吐量、低延迟以及低能耗等特点,正在逐渐取代传统的机械硬盘（Hard Disk Drive,HDD）以缓解内存和外存之间的性能鸿沟。然而随着计算机系统并行能力的提升和云计算技术的普及,不同种类I/O密集型负载共享存储设备的场景日益常见,设备资源竞争日趋激烈,导致现有I/O资源调度方法无法公平地将SSD的资源分配给并发负载。在软件层,基于HDD设计的传统I/O栈没有充分考虑SSD的高并行及读写不对称等特性,导致I/O调度器对SSD的I/O公平性调度效果不佳。在硬件层,SSD的地址映射、事务调度以及闪存芯片等单元在处理负载请求时缺乏基于I/O公平性的协作,且垃圾回收（Garbage Collection,GC）产生的内部操作会对上层负载的请求处理造成影响,降低I/O公平性。因此,提升SSD的I/O公平性需要结合SSD的器件特性,从软件层和硬件层对并发负载进行有效调度。为提升软件层I/O公平性调度的效果,设计了设备层任务队列（Native Command Queueing,NCQ）感知的公平性I/O调度框架NASS（NCQ-aware Scheduling Framework）。软件层的I/O公平性调度效果会受到NCQ的影响。当一个负载的请求占据了大部分NCQ空间时,会产生NCQ竞争,可能使SSD不能及时处理其他负载的请求,导致I/O公平性问题。此外,I/O调度器中用于提升I/O公平性的预期机制会经常暂停请求调度,造成SSD的并行性因NCQ利用率降低而无法充分发挥。NASS的核心思想是通过细致地控制负载请求进入NCQ的数量缓解NCQ竞争,并提升NCQ利用率。NASS包含一个负载评估模型,该模型可以评估负载对NCQ的影响,并找出导致NCQ竞争的负载。根据评估模型的结果,NASS调节各负载进入NCQ的请求数目,避免NCQ竞争的同时保持高NCQ利用率。实验结果表明,NASS可以提升各类I/O调度器11-23%的公平性。为提升SSD硬件层并发负载的公平性调度,设计了基于动态地址映射的公平性事务调度FTSAT（Fair Transaction Scheduling based on Dynamic Address Translation）。实现SSD内部的公平性调度需要各单元协作。首先,地址映射时,需要考虑各芯片的队列状态和闪存的并行特点。否则不仅会使独立调度的各芯片队列产生调度差异,而且会使不同负载的事务由于地址冲突而竞争存储单元。其次,事务调度单元需要考虑后端存储的并行能力和特点,否则会造成调度决策因后端存储忙碌而无法及时执行,或SSD因并行受限而设备利用率降低。FTSAT能够协调地址映射和事务调度单元,并根据后端存储的并行能力和特点进行公平性事务调度。首先,FTSAT实现基于公平性的动态地址映射,使各负载的事务在各闪存队列中均匀分布,并减少各负载事务的地址冲突。然后,FTSAT对各负载进行吞吐量控制,避免个别负载过量占用后端存储。最后,FTSAT根据后端存储的并行能力和特点,在事务调度单元对事务基于公平性进行并行派发。相比于现有的公平性事务调度方法,FTSAT可以在保证SSD高并行性的同时,提升并发负载39%的公平性。为降低SSD硬件层垃圾回收对I/O公平性的影响,设计了公平性感知的垃圾回收策略FGC（Fairness-aware Garbage Collection）。垃圾回收的时机和选块方法都会影响到I/O公平性。若垃圾回收时机不恰当,可能会导致来自负载的事务无法及时执行;若选块方法不恰当,垃圾回收产生的内部事务可能会无法公平地分摊给各负载。公平性感知的垃圾回收策略（FGC）包含一个垃圾回收判断模型,该模型基于负载延迟和事务到达间隔等信息判断当前时刻执行垃圾回收是否会影响公平性,减少FGC在不恰当的时机执行垃圾回收。另外,FGC为选块方法添加了公平性评判方法,使垃圾回收产生的事务能够尽量公平地占用并发负载的资源。相比于未考虑垃圾回收时机和选块方法的策略,FGC在并发场景中平均可以提升36%的公平性。