区块链存储系统采用分布式基础架构,将全球大量的存储节点构建成一个规模巨大的、全球统一的、共享的存储池向用户提供数据存取服务。在提供存储服务时将用户的数据分散在全球不同的节点中。存储节点通常使用键值（key-value,K-V）存储来管理数据,以固态硬盘作为存储介质。日志结构合并树（Log Structured Merge Tree,LSM-Tree）作为键值存储中最常见的数据结构,通过将随机写入转换成顺序写入的方式极大地提高写入性能并保持了可接受的读取性能。尽管基于LSM-Tree的区块链存储系统可以提供安全可靠的存储平台,但其并不是为具有多用户的系统所设计的。在区块链存储系统中,每个节点接受来自多个用户的数据,最终会把同一个用户的数据存储在不同的物理位置中（例如物理块或页）,从而会导致闪存的物理空间没有得到高效使用,并且会造成LSM-Tree中额外的压缩整理（Compaction）以及在固态硬盘中触发垃圾回收（Garbage Collection）。本文提出一种名为Meta-Chain的面向区块链存储的跨层存储系统优化方法。Meta-Chain采用感知用户的设计思想,通过跨层的设计降低区块链存储中的读、写放大和访问延迟。为了达到优化目标,我们提出了两种优化技术。从系统层和应用层两个层次来进行优化,并对所提出技术的可行性进行验证。首先,Meta-Chain在应用层中重新设计了 LSM-Tree的结构,通过感知用户的设计思想组织SSTable的结构,并通过将数据块（Data Block）和元数据分离存储的方式,有效地减少读、写放大和访问延迟。我们还设计了一种面向区块链存储的数据预取和缓存管理策略,利用感知用户的SSTable结构所营造的空间局部性对访问数据进行缓存,在加快数据访问的速度的同时减少固态硬盘中的I/O操作。其次,Meta-Chain在系统层将同一用户的数据分配到同一物理块。通过这一方法可以减少垃圾回收时由于数据访问模式的不同所造成的额外数据移动。Meta-Chain利用了开放通道固态硬盘（Open-Channel SSD）可以对闪存的物理空间直接进行管理的能力,设计了感知用户的闪存空间分配策略。使用定制的闪存转换层（Flash Translation Layer,FTL）,将同一个用户的数据尽可能地写入到相同物理块中,以降低不同访问模式的数据混杂在一起。从而减少垃圾回收等操作造成的额外数据移动。为了保证固态硬盘的垃圾回收不会将一个用户的数据重新分散存储在不同的物理块中,我们设计了基于访问频率的垃圾回收方法。通过统计每个物理块的访问频率,将访问频率相似的数据在垃圾回收时移动到相同的物理块中,最大程度地保证已有的空间局部性。通过我们的方法可以有效减少区块链存储中的读、写放大和访问延迟。最后,我们通过实验验证所提出技术的可行性。实验结果表明,与目前使用最为广泛的键值数据库LevelDB和专门面向固态硬盘设计的键值数据库WiscKey相比,Meta-Chain可以将写放大分别降低73.06%和34.86%,读放大分别降低94.93%和40.98%,访问延迟分别降低96.15%和89.35%。在我们设计的面向区块链存储的数据预取和缓存管理策略中,缓存命中率最高达到91.05%,可以有效降低区块链存储检索数据时固态硬盘的I/O负载。在我们的优化方法中使用了少量的存储空间达到了显著的优化效果。